馬鈴薯收獲機的設計

1、1馬鈴薯收獲機的分析馬鈴薯收獲機研究的目的和意義馬鈴薯是我國繼小麥、水稻、玉米之后的第四大作物，主要分布在黑龍江、新疆、甘肅、內蒙、山西、陜西、寧夏、云南、貴州、青海、吉林等省區(qū)，年產(chǎn) 鮮薯近6000多萬噸。我國馬鈴薯種植面積以10萬hm2/年的增長速度逐年增 加，2001年達到472萬hm2產(chǎn)量居世界第1位1-2。我國是馬鈴薯生產(chǎn)第一大 國，但卻是馬鈴薯成果轉化比較差的國家。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織報告，我國馬鈴薯 平均產(chǎn)量僅為hm2,而歐美發(fā)達國家平均單產(chǎn)3543t/hm2。世界馬鈴薯中心的 研究表明：在世界范圍內對馬鈴薯的需求到2020年將有望增長20%,超過水稻、 小麥、玉米的增長。屆時發(fā)展中

2、國家對馬鈴薯的需求將是 2000年的2倍3-5。隨著市場對馬鈴薯需求的不斷增加，國外一些大公司紛紛在中國從事馬鈴薯生產(chǎn) 與加工業(yè)務，國內一些生產(chǎn)企業(yè)也紛紛加入這一領域，使得馬鈴薯生產(chǎn)開始向生 產(chǎn)基地規(guī)?；?、標準化邁進。然而，一個殘酷的現(xiàn)實卻是，占生產(chǎn)總用工 70% 以上的馬鈴薯收獲作業(yè)至今基本上還是停留在傳統(tǒng)的人工割秧、鎬頭刨薯、人工 撿拾的階段，嚴重影響了馬鈴薯的規(guī)模生產(chǎn)，使之遠遠滿足不了市場的需求。伴 隨種植面積和產(chǎn)量的增長，馬鈴薯收獲成為一個重要的研究課題。國內外對馬鈴 薯收獲機械研究投入了相當大的人力和物力。我國現(xiàn)階段的馬鈴薯收獲機還是以 簡單挖掘人工揀拾為主。而國外已經(jīng)實現(xiàn)了機械化與

3、自動化的結合，將液壓技術、 振動分析、電子技術、傳感器技術應用于作業(yè)機械中，大大地降低了勞動者的工 作強度。國外馬鈴薯收獲機的發(fā)展現(xiàn)狀國外馬鈴薯收獲機械化收獲起步早、發(fā)展快、技術水平高。20世記初，歐美 國家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機來代替手鋤挖掘馬鈴薯、隨后改由拖拉機牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了開運鏈式和拋擲輪式馬鈴薯收獲機。在20世紀40年代初，前蘇 聯(lián)、美國就開始研制、推廣應用馬鈴薯收獲機械，50年代末即己實現(xiàn)了機械化。 7080年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實 現(xiàn)了馬鈴薯作物生產(chǎn)機械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合收獲 機，且以收獲壟作種植為主網(wǎng)。

4、這些機型是大功率拖拉機變型，如荷蘭在拖拉機 基礎上按照甜菜聯(lián)合收獲機的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合收獲機，為了加強篩選 效果，分離器有四個液壓泵帶動。從農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機械發(fā)展較遲緩，只是在近50年才 發(fā)展到較高水平。在國外馬鈴薯收獲機械中，挖掘機的生產(chǎn)和使用所占的比例趨 于下降，而聯(lián)合收獲機得到迅速發(fā)展，形成了用聯(lián)合收獲機直接收獲，或用挖掘- 撿拾裝載機加固定分選裝置來進行分段收獲的兩種全面實現(xiàn)收獲機械化的配套系 統(tǒng)，基本上實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機械化。而且，國外馬鈴薯收獲機械大多采用開運 鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術上已達到相當高的水平。像俄羅斯、德國、法國、英國美 國、比利時和日本等國馬

5、鈴薯收獲機械化程度較高，收獲機械性能穩(wěn)定。日本對生姜收獲機械已經(jīng)研制多年并有了一些成熟的機型，第一代機型只把 根莖拔出地面，減輕了農(nóng)民從地下挖出生姜的勞動量。據(jù)有關材料介紹，現(xiàn)在第 二代機型已經(jīng)研制成功并開始使用，它是一種從收獲到清理到包裝的聯(lián)合作業(yè)機 械。在韓國，對根莖收獲機械的研制也取得了較大的成果，他們生產(chǎn)的一種配套 于田園管理機的大蒜挖掘機，采用振動的原理，緩沖了阻力，并對根莖上附著的土塊起到疏松和抖動的作用，是一種輕型高效的機具圖1 EURO-V1400L馬鈴薯收獲機圖2 Spirit8200 馬鈴薯收獲機發(fā)展中國家基本上采用挖掘犁和挖掘機進行收獲作業(yè)，發(fā)達國家的馬鈴薯作 物收獲已基

6、本實現(xiàn)了機械化聯(lián)合作業(yè)。如德國、美國的聯(lián)合收獲機在自動化控制 馬鈴薯分離以及減少馬鈴薯作物損傷等方面都有獨到之處。東洋農(nóng)機公司、日本 三A公司久保田公司等都生產(chǎn)適合小地塊作業(yè)的中小型自走式馬鈴薯作物收獲機 15 0國內馬鈴薯收獲機的現(xiàn)狀分析近年來，國內市場上也出現(xiàn)了一些此類機械，如大蒜挖掘機就有對行松土鏟 式和不對行平鏟式輸送方式也有多種。但大多數(shù)機型在適應性和質量可靠性方面 仍然不同程度地存在著一些問題，主要體現(xiàn)在兩個方面，一是損傷作物，因為象 大蒜、生姜此類作物，收獲時皮質鮮嫩易損，而損傷后會嚴重影響其價格；二是適 應性差，因各地農(nóng)藝不同，行距及株距存在著差異，機具難以滿足這種要求。由于進

7、口農(nóng)機具價格較高，農(nóng)民難以接受，馬鈴薯收獲機械還是要走國產(chǎn)化 道路，而且還要根據(jù)中國國情，不能盲目照搬。利用現(xiàn)有的機型，如田園管理機、手扶拖拉機及四輪拖拉機，對國外的機型原理加以消化吸收，研制出適合中國國 情的機具國內根莖作物的機械化收獲還有較長的路要走，不僅需要科研部門及企業(yè)的 大力研制及投入，還牽涉到農(nóng)民的認識和接受問題。國內是小地塊單戶作業(yè)，農(nóng) 藝的差異較大。農(nóng)機不可能滿足多種農(nóng)藝要求，只有農(nóng)民認識和接受了一種機具, 采用較為統(tǒng)一的農(nóng)藝，才能有利于這種機具的大量推廣和應用。國外發(fā)達國家（如日本、美國、法國、意大利等國）地下作物的收獲已實現(xiàn) 機械化，對于長根作物（蘿卜、山藥等）和短根作物（

8、洋蔥、大蒜等）都有不同 的收獲機械，工藝十分的先進，但機械價位較高，全部引進國內無法接受，大多 用于沙壤土作太適應我國地藝要求和土壤分析，在國內上，結合我國情況，分析國的農(nóng)藝要求和而研制出的多功能馬鈴薯類收獲機。業(yè)，這些設備不 下作物種植的農(nóng) 狀況。根據(jù)以上 外現(xiàn)有的基礎 農(nóng)村市場的實際 內馬鈴薯類作物 土壤的物理特性圖3 1650型帶臂式聯(lián)合收獲機業(yè)，這些設備不 下作物種植的農(nóng) 狀況。根據(jù)以上 外現(xiàn)有的基礎 農(nóng)村市場的實際 內馬鈴薯類作物 土壤的物理特性多功能馬鈴薯收獲機的發(fā)展趨勢(1)向適應性，通用性發(fā)展如采取在一臺馬鈴薯收獲機上換裝不同型號的精選、分離裝置，摘果裝置19 120 ,合適包

9、角系數(shù)kaV帶規(guī)格：A型，長1153mmV帶根數(shù)：4根中心距：392.4mm材料的選擇帶輪常用材料是鑄鐵，因為帶速v 25m/s,所以選用HTl50o (10)帶輪的形式帶輪的結構由帶輪直徑大小而定，因小帶輪基準直徑 DW (3) d,所以采用實心式。同樣大帶輪的基準直徑D& (3) d,所以大帶輪也用實心式。(11)帶輪尺寸的計算小帶輪的軸孔直徑，小帶輪與減速器相連，故取d =40mm因為,B65 mm 2 d 80 mm TOC o 1-5 h z 所以 LB小帶輪的寬度：B z 1 e 2 f4 1152 1065 mm小帶輪的直徑：D1 D 2f8023 .587 mm大帶輪的軸孔直徑

10、，大帶輪與鏈輪主動軸直徑一致。設大帶輪軸孔直徑d 45mm。大帶輪的寬度：B 65 mm大帶輪的直徑：D 1 D 2 f 10723.5114 mm小帶輪的結構如圖7:圖7小帶輪大帶輪的結構如圖8:圖8大帶輪鏈輪的設計a)鏈輪的設計目的設計該鏈輪的主要目的是為了能帶動分離機構的運動。通過鏈輪使得鏈的線 速度為1.6m/s。為了達到這一目的，所設計的鏈輪傳動比應為1,即兩鏈輪的直 徑應當相等。由前面的計算已經(jīng)得出鏈輪的直徑r=62mmb)鏈輪的設計(1)選擇鏈輪的齒數(shù)由已知得鏈輪的傳動速度為1.3m/s,傳動比為1。通過查表所以取Z 1Z 225(2)初定傳動中心距a根據(jù)公式,。(30 50)P

11、初取a 04 0 p確定鏈長L pLp2aLp2a。 Zi Z2P2P (Z2 Zi)2a02 TOC o 1-5 h z 1 8025040105節(jié)(4)確定鏈條節(jié)距p1.71.51 .341 .0511 . 8 kw由表查得Kz 1.34 ；由圖按小鏈輪轉速估計，鏈工作在功率曲線凸峰左側,可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞。由表查得K11.05 ；選單列鏈，由表查得K p 1根據(jù)p0于n1 ,由圖選用鏈號為10A并且也證實了原估計鏈工作在額定功 率曲線凸峰左側是正確的。由表查得鏈節(jié)距p為15.875mm(5)驗算鏈速VZpn 1601000602515 . 2515 . 875201.5600001 .

12、33與原假設相符。(6)計算實際中心距(Lp Z1 2 Z2(6)計算實際中心距(Lp Z1 2 Z2)28(Z22 Z1)2 15 .875-(10525 )(105_225 )3.97 (8080)635 .2 mm作用在軸上的壓力Q1 .3FF 圓周力F 圓周力1000v儂K31128(8)C)故：Q潤滑方式根據(jù)v 和1 (8)C)故：Q潤滑方式根據(jù)v 和1 .311281466.4 NP ,選擇滴油潤滑。鏈輪材料的選擇鏈輪的材料應當能夠滿足強度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動中, 鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時，采用中碳鋼淬火處理，其硬度40HR645HRC高速、重載、連續(xù)工

13、作時的傳動，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火（如用15、20Cr 12CrNi3等鋼淬硬至55HRC60HRC或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。本多功能馬鈴薯收獲機為中速、中載，所以采用中碳鋼淬火處理，其硬度40HR6 45HRCd)鏈輪機構的尺寸計算該鏈輪為滾子鏈輪(1)分度圓直徑d 127 mm180 sin z(2)齒頂園直徑,180 、/ c“da p(0.54 cot ) 15.875(0.54 7.94) 135mmz(3 )齒根園直徑df d dr 127 10.16 117(4)最大齒根距離90Lx d cos- dr123.752 10.16 116.6mmz(5)齒側凸緣直徑

14、180dgpcos1.04h 0.76z115.8mm所以取da 87mmg鏈輪結構如圖9:圖9鏈輪5.鏈輪軸的設計和校核鏈輪軸的設計鏈輪軸的作用是將大帶輪上的動力傳送到兩個主動鏈輪上，從而帶動分離輸 送器運動，進而達到分離輸送的目的。該軸的設計步驟如下：軸2和軸4部分：這兩部分都是裝鏈輪的。因為鏈輪的厚度為75mm所以設計該部分軸長度為70mm軸1和軸5部分：這兩部分都是裝軸承的，所選軸承為角接觸球軸承， 其寬度為24.75mm設計兩輪側面距機架內壁距離為20mm所以設計該部分軸長 為 50mm軸6部分：該部分上裝軸承端蓋，設計其長度為33mm軸7部分：該部分上裝大帶輪，所以其設計長度也為7

15、0mm軸3部分：該部分通過計算可得其長度為488mm其結構如圖11:fI I由.圖11鏈輪軸,鏈輪軸的校核先作出軸的受力計算簡圖，取集中載荷作用于帶輪、鏈輪和軸承中點（1）帶輪上作用力的大小壓軸力Fp 1974N307 ,RehFPcos19741545.9 N則392243Rev FPsin 19741227.5N392(2)鏈輪上作用力的大小壓軸力 Q1466.4NRBHRCHQ COSRbvRcvQsin3071466.4 1148.4N3922431466.4909 N392求垂直面上軸承的支反力畫主要截面彎矩圖RDVRev 801 RCV 600 Rbv 60665575.8NRav

16、 909 2 575.8 1227.5 1156.3N垂直面受力圖見圖（b）主要截面彎矩圖見圖（c）（3）求水平面上軸承的支反力，畫主要截面彎矩圖RdhReh 801 Rch 600 Rbh 606653001.8 NRah 1148.4 2 1545.9 3001.8 840.8N水平面受力圖見圖（d）主要截面彎矩圖見圖（e）（40截面D處垂直面，水平面合成彎矩MD 166940 2 210242.4 2 2.68510 N mm彎矩圖見圖（f）6.挖掘裝置的設計挖掘鏟的構成挖掘鏟由獨立鏟片、鏟片固定板和角度調節(jié)機構組成。鏟尖角度設計為鈍角, 這樣可以減小鏟前的入土深度，從而降低無效挖掘深度

17、的動力消耗。挖掘鏟鏟尖 的形狀采用“W型，前進阻力較小，入土性能好。挖掘鏟的設計挖掘鏟的鏟片是多片鏟的變形，鏟片與鏟片之間留有間隙，這帶來很多優(yōu)點(1) 一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達到減少阻力的目的。(2)另一方面是減輕了機器前部的重量，防止鏟尖下陷。多片鏟在工作時發(fā)生局部磨損時，更換方便維修成本低。一般單株塊莖在土 壤中的分布寬度為400mm塊莖分布的深度一般為在地表下120-200m佗問。為了保證鏟刃的自動清理功能，鏟刃的傾斜角度可由受力確定，使土壤在鏟刃上的滑切力能克服摩擦力，即：p sin( 90) F式中：p為作用于鏟刃上的阻力。Pn為鏟刃上的正壓力。.為鏟刃上的滑切力。F為

18、鏟刃與土壤之間的摩擦力，且F Pntan ,為摩擦角。P n Pcos( 90)代入得：90一般土壤對鋼的摩擦角為26.535 ,取30 ，所以 60 0若鏟片數(shù)量為5個，單個鏟片寬度為100mm長度為250mm鏟刃傾斜角度60 ,鏟面傾角為15 ,鏟問間隙為25mm為了保證挖掘鏟挖進的土壤和塊莖不會從兩側滑落，因此需要在挖掘鏟的兩 側加設擋板，擋板為平行四邊形，焊接在機架上。其結構如圖14:圖14挖掘鏟7,地輪和機架的設計地輪的設計地輪的作用主要是在機器行走過程中的平衡支撐作用。為了克服收獲機收獲 時挖掘鏟前部較大的阻力，設計的地輪應當有較好的通過性，且能夠保證在凹凸 不平的地表情況下準確控

19、制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結構采用腹板式。 在機架上設置不同的安裝位置，可根據(jù)種植情況調節(jié)深度。機架部分的設計收獲機組的入土性能、挖掘深度穩(wěn)定性能、機組牽引性能、運輸通過性能及 對地表的適應性能等主要工作性能都收多功能馬鈴薯收獲機懸掛裝置的影響。本 設計采用三點懸掛式機構，由拖拉機后置三點懸掛和收獲機懸掛架機構成一個空 問機構，它可以看作在縱垂直面和水平面的四個四連桿機構。這兩個四連桿機構 具有各自的瞬心，挖掘工作時，在各種作用力及相對瞬心的力矩作用下，將產(chǎn)生 繞這兩個瞬心的轉動趨勢轉動，以保持平衡。懸掛架及機架部分大部分采用矩形 管，這樣即可以減輕質量、降低成本，而且還能夠滿足結構的

20、剛度和強度的要求。8.結論本文是圍繞農(nóng)用機械產(chǎn)品一一馬鈴薯收獲機的設計，實現(xiàn)了馬鈴薯收獲的求產(chǎn)質量。該機的關鍵部分是挖掘鏟的結構設計，因為馬鈴薯收獲的整個過程都是 由這部分完成的，收獲出來的馬鈴薯能不能符合要求，完全是看它的性能能不能 達到要求。本次設計的機器性能滿足要求，能較好的與農(nóng)村現(xiàn)有動力配套使用，能較好 的把握收獲機收獲過程中的要求。通過本次設計，我對產(chǎn)品的設計過程有了一個系統(tǒng)的認識，掌握了基本的設 計過程，真正地將所學的理論知識與實踐結合起來，提高了獨立思考解決問題的 能力。由于所掌握的知識的限制和經(jīng)驗的不足，在設計的過程當中，難免有不妥 之處。在今后的學習工作中我會繼續(xù)努力，彌補自

21、己在專業(yè)知識上的不足。參考文獻1孫蕓.我國馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及展望 J.農(nóng)業(yè)機械，2000,(7):26282安思民，白淑霞，馮學贊，等.試論我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展道J.馬鈴薯雜志，2000, 14(1):46 47.3中國科學技術情報研究所重慶分所編輯.國外收獲機械(第二集)M.1977 , 1l.4單愛軍，劉俊杰，崔冰冰.馬鈴薯收獲機現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J.農(nóng)機化研究.2006,(4) :19 20.5韓建新，都麗萍.2000年中國國際農(nóng)牧業(yè)及食品工業(yè)展覽會國外兵團巡禮J.農(nóng)業(yè)機械.2000 , (5).6張東興，郭君海.馬鈴薯田間管理與收獲機械化技術J.農(nóng)機科技推廣.2006 , 1:1920.7申屠留芳，孫興釗.中粘壤土馬鈴薯類作物收獲機的研究與開發(fā)J.農(nóng)機化研究，2003,10(4):21-23.8南京農(nóng)業(yè)大學.農(nóng)業(yè)機械學M.中國農(nóng)業(yè)大學出版社，1998, :24-40.9程興田.收