《马铃薯收获机的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《马铃薯收获机的设计.doc（17页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1 马铃薯收获机的分析1.1 马铃薯收获机研究的目的和意义马铃薯是我国继小麦、水稻、玉米之后的第四大作物，主要分布在黑龙江、新疆、甘肃、内蒙、山西、陕西、宁夏、云南、贵州、青海、吉林等省区，年产鲜薯近 6000多万吨。我国马铃薯种植面积以 10 万 hm2/年的增长速度逐年增加，2001 年达到 472 万hm2，产量居世界第 1 位1-2。我国是马铃薯生产第一大国，但却是马铃薯成果转化比较差的国家。据联合国粮农组织报告，我国马铃薯平均产量仅为 13.9t/hm2，而欧美发达国家平均单产 3543t/hm2。世界马铃薯中心的研究表明：在世界范围内对马铃薯的需求到2020年将有望增长 20%，超
2、过水稻、小麦、玉米的增长。届时发展中国家对马铃薯的需求将是 2000 年的 2 倍3-5。随着市场对马铃薯需求的不断增加，国外一些大公司纷纷在中国从事马铃薯生产与加工业务，国内一些生产企业也纷纷加入这一领域，使得马铃薯生产开始向生产基地规模化、标准化迈进6。然而，一个残酷的现实却是，占生产总用工 70%以上的马铃薯收获作业至今基本上还是停留在传统的人工割秧、镐头刨薯、人工捡拾的阶段，严重影响了马铃薯的规模生产，使之远远满足不了市场的需求。伴随种植面积和产量的增长，马铃薯收获成为一个重要的研究课题。国内外对马铃薯收获机械研究投入了相当大的人力和物力。我国现阶段的马铃薯收获机还是以简单挖掘人工拣拾
3、为主。而国外已经实现了机械化与自动化的结合，将液压技术、振动分析、电子技术、传感器技术应用于作业机械中，大大地降低了劳动者的工作强度。1.2 国外马铃薯收获机的发展现状国外马铃薯收获机械化收获起步早、发展快、技术水平高。20世记初，欧美国家出现畜力牵引挖掘机来代替手锄挖掘马铃薯、随后改由拖拉机牵引或悬挂。20年代末出现了升运链式和抛掷轮式马铃薯收获机。在20世纪40年代初，前苏联、美国就开始研制、推广应用马铃薯收获机械，50年代末即己实现了机械化。7080年代，德、英、法、意大利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和韩国亦相继实现了马铃薯作物生产机械化。70年代主要是研制大功率自走式根块作物联合收获机，
4、且以收获垄作种植为主8。这些机型是大功率拖拉机变型，如荷兰在拖拉机基础上按照甜菜联合收获机的原理制成的双行马铃薯联合收获机，为了加强筛选效果，分离器有四个液压泵带动。从农业机械化发展过程来看，马铃薯收获机械发展较迟缓，只是在近50年才发展到较高水平。在国外马铃薯收获机械中，挖掘机的生产和使用所占的比例趋于下降，而联合收获机得到迅速发展，形成了用联合收获机直接收获，或用挖掘-捡拾装载机加固定分选装置来进行分段收获的两种全面实现收获机械化的配套系统，基本上实现了马铃薯收获机械化。而且，国外马铃薯收获机械大多采用升运链条式联合作业，技术上已达到相当高的水平。像俄罗斯、德国、法国、英国美国、比利时和日
5、本等国马铃薯收获机械化程度较高，收获机械性能稳定。日本对生姜收获机械已经研制多年并有了一些成熟的机型，第一代机型只把根茎拔出地面，减轻了农民从地下挖出生姜的劳动量。据有关材料介绍，现在第二代机型已经研制成功并开始使用，它是一种从收获到清理到包装的联合作业机械。在韩国，对根茎收获机械的研制也取得了较大的成果，他们生产的一种配套于田园管理机的大蒜挖掘机，采用振动的原理，缓冲了阻力，并对根茎上附着的土块起到疏松和抖动的作用，是一种轻型高效的机具。图1 EURO-V1400L马铃薯收获机 图2 Spirit8200马铃薯收获机发展中国家基本上采用挖掘犁和挖掘机进行收获作业，发达国家的马铃薯作物收获已基
6、本实现了机械化联合作业。如德国、美国的联合收获机在自动化控制马铃薯分离以及减少马铃薯作物损伤等方面都有独到之处。东洋农机公司、日本三A公司久保田公司等都生产适合小地块作业的中小型自走式马铃薯作物收获机15。1.3 国内马铃薯收获机的现状分析近年来，国内市场上也出现了一些此类机械，如大蒜挖掘机就有对行松土铲式和不对行平铲式输送方式也有多种。但大多数机型在适应性和质量可靠性方面仍然不同程度地存在着一些问题，主要体现在两个方面，一是损伤作物，因为象大蒜、生姜此类作物，收获时皮质鲜嫩易损，而损伤后会严重影响其价格;二是适应性差，因各地农艺不同，行距及株距存在着差异，机具难以满足这种要求。由于进口农机具
7、价格较高，农民难以接受，马铃薯收获机械还是要走国产化道路，而且还要根据中国国情，不能盲目照搬。利用现有的机型，如田园管理机、手扶拖拉机及四轮拖拉机，对国外的机型原理加以消化吸收，研制出适合中国国情的机具。国内根茎作物的机械化收获还有较长的路要走，不仅需要科研部门及企业的大力研制及投入，还牵涉到农民的认识和接受问题。国内是小地块单户作业，农艺的差异较大。农机不可能满足多种农艺要求，只有农民认识和接受了一种机具，采用较为统一的农艺，才能有利于这种机具的大量推广和应用。国外发达国家（如日本、美国、法国、意大利等国）地下作物的收获已实现机械化，对于长根作物（萝卜、山药等）和短根作物（洋葱、大蒜等）都有
8、不同的收获机械，工艺十分的先进，但机械价位较高，全部引进国内无法接受，大多用于沙壤土作业，这些设备不太适应我国地下作物种植的农艺要求和土壤状况。根据以上分析，在国内外现有的基础上，结合我国农村市场的实际情况，分析国内马铃薯类作物的农艺要求和土壤的物理特性而研制出的多功能马铃薯类收获机。图3 1650型带臂式联合收获机1.4 多功能马铃薯收获机的发展趋势（1）向适应性，通用性发展如采取在一台马铃薯收获机上换装不同型号的清选、分离装置，摘果装置19。采用可互换的滚筒式分离机构和圆盘割刀式分离机构，可用于花生、大蒜、洋葱等多种根茎类作物的联合收获，实现一机多用。采用通用性好的果秧分离机构，适用于不同
9、种类根茎类作物的秧蔓与果实的结构、形状、尺寸将两者分离，以适应多种作物和多种形式马铃薯作物的收获要求。（2）向智能化方向发展我国的农机产品要想达到农业生产上的精耕细作，并追赶国际水平，就必须在智能化上下功夫，给农机产品配备精准的多功能的农业系统已经成为农机发展的潮流，经济作物的耕作机械应重点开发根作物的收获，以解决种植面积不断扩大的花生，大蒜，胡萝卜，马铃薯等马铃薯类果实的挖掘类收获机械输送和分离问题。（3）向多功能联合型机械发展增加农业机械的使用方向，避免机械的单一性，实现一机多用，可用于花生、大蒜等多种根茎类作物的联合收获等作业联合在一起，并可增加其收割功能，以提高机具利用率21。（4）简
10、化操作简化操作减少辅助工作时间， 提高工作速度这是提高收获作业生产率的又一途径，如在可能的前提下尽量增大集收集箱的容积，减少装卸的次数，其底部采用可打开的形式，以加快其收获完毕后清扫的时间。（5）创新改造在原有单一挖掘机械的基础上创新改造，可增加挖掘机械的科技含量，提高自动化成效，极大限度的加强机械化。如可将单片机控制技术引入挖掘机械，采用微机根据土壤类型，马铃薯的类型自动控制挖掘深度和清选程度，提高收获自动化效率。采用新原理、新结构、新材料、新工艺，以减轻重量、减少阻力延长马铃薯收获机的使用寿命和扩大使用范围，及降低生产、使用费用。将是马铃薯收获机械发展的又一特点22-26。2.总体方案的设
11、计2.1整体布局的设计其传动图如图4：图4 传动图1、万向联轴2、链轮 3、减速器4、动力输出轴 5、输送链驱动轴 6、抖动轮轴其总体结构图如图5：图5 总体结构图1、V带轮 2、V带 3、机架 4、抖动轮 5、减速器 6、联轴器7、悬挂架 8、挖掘铲 9、链轮 10、传动链 11、地轮2.2工作原理本机主要由V带、减速器、抖动轮、机架、挖掘铲、传动链、地轮构成。拖拉机产生动力通过减速器和带轮将所需要的动力传送到链轮上，链轮带动链条从而带动分离装置运动，将从挖掘铲部挖出的马铃薯向机器后方运送，同时由于有抖动轮的作用，使得马铃薯在输送的过程中实现马铃薯与土的分离，而达到了分离的目的。最后马铃薯落
12、入收集箱中。3传动比的确定与减速器的选择3.1传动比的确定该多功能马铃薯收获机的配套动力为40.550KW的拖拉机，其输出轴的转速为540r/min，通过一级减速器和带传动，设其总的传动比减速器的传动比。带传动的传动比为了能满足分离器上的线速度为1.3m/s的要求，因为 所以所以链轮半径3.2减速器的选择由于其传动比为2，所以可以从市场上选择传动比为2的减速器，其型号为ZDY，ZDZ100型圆柱齿轮减速器。4.带轮和链轮的设计4.1带轮的设计因为工作机是多功能马铃薯收获机，故属于载荷变动较大的机械，原动机是交流电动机（普通转矩鼠笼式），工作时间小于10小时/天，启动形式为软启动。收获机的工作功
13、率为1.5KW。故： -工作情况系数 取=1.2。（1） 选择V带的型号根据计算功率和小带轮转速，故选择A型带。（2） 确定带轮基准直径：1）初选主动轮的基准直径D1 根据所选V带型号参考，选取，选。2）验算带的速度V 3）计算从动轮直径D2 取D2为107mm（3）确定传动的中心距和带长初定中心距，由 即：即：，所以可取 根据公式（820）计算基准带长： 选取带的基准长度，查表得：根据公式（821）计算实际中心距：考虑安装调整和补偿初拉力的需要，中心距的变动范围为： （4）验算主动轮的包角根据公式（86）及对包角的要求，应保证： （5）确定V带的根数由公式（822）知取Z=4根。式中： 在包
14、角=180度，特定长度，工作平稳情况下，单根普通带的许用功率值；考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数；考虑带的长度不同的影响系数，简称长度系数；计入传动比的影响时，单根V带所能传递的功率的增量；查得：=0.45 =0.98 =0.91 =0.024（6）确定带的初拉力单根V带的初拉力由公式（823）确定：（7） 求带传动作用在轴上的压力由公式（824）式中： Z带的根数； 单跟带的初拉力； 主动轮上的包角。（8）V带计算结果表 V带设计计算列表设计计算项目结果说明工作情况系数k1.2计算功率P1.8选取V带型号A小带轮直径D80mm可选比表中大的值大带轮直径D107mm验算V带的速度V1.1
15、304m/s初定中心距a350参考实际机械结构确定初算V带所需的基准长度L1068.2选V带的基准长度L1153mm续表3定V带公称长度L1120mm定中心距a392.4mm包角175120，合适包角系数k0.98V带规格：A型，长1153mmV带根数：4根中心距： 392.4mm(9)材料的选择 带轮常用材料是铸铁，因为带速v25ms，所以选用HTl50。(10) 带轮的形式带轮的结构由带轮直径大小而定，因小带轮基准直径D（2.53）d，所以采用实心式。同样大带轮的基准直径D（2.53）d，所以大带轮也用实心式。（11）带轮尺寸的计算小带轮的轴孔直径，小带轮与减速器相连，故取=40mm。因为
16、， 所以 小带轮的宽度： 小带轮的直径： 大带轮的轴孔直径，大带轮与链轮主动轴直径一致。设大带轮轴孔直径。大带轮的宽度：大带轮的直径： 小带轮的结构如图7：图7 小带轮大带轮的结构如图8：图8 大带轮4.2链轮的设计a) 链轮的设计目的设计该链轮的主要目的是为了能带动分离机构的运动。通过链轮使得链的线速度为1.6m/s。为了达到这一目的，所设计的链轮传动比应为1，即两链轮的直径应当相等。由前面的计算已经得出链轮的直径r=62mm。b) 链轮的设计（1）选择链轮的齿数由已知得链轮的传动速度为1.3m/s，传动比为1。通过查表所以取(2)初定传动中心距 根据公式 初取(3)确定链长 节(4) 确定
17、链条节距p 由表查得；由图按小链轮转速估计，链工作在功率曲线凸峰左侧，可能出现链板疲劳破坏。由表查得；选单列链，由表查得根据于，由图选用链号为10A，并且也证实了原估计链工作在额定功率曲线凸峰左侧是正确的。由表查得链节距p为15.875mm。(5) 验算链速V 与原假设相符。(6) 计算实际中心距 (7) 作用在轴上的压力Q 圆周力 故：(8) 润滑方式 根据和，选择滴油润滑。c) 链轮材料的选择链轮的材料应当能够满足强度和耐磨性的要求。在低速、轻载、平稳传动中，链轮可采用中碳钢制造；中速、中载时，采用中碳钢淬火处理，其硬度40HRC45HRC;高速、重载、连续工作时的传动，采用低碳钢、低碳合
18、金钢表面渗碳淬火（如用15、20Cr、12CrNi3等钢淬硬至55HRC60HRC）或中碳钢、中碳合金钢表面淬火。本多功能马铃薯收获机为中速、中载，所以采用中碳钢淬火处理，其硬度40HRC45HRC。d) 链轮机构的尺寸计算该链轮为滚子链轮。(1)分度圆直径 (2) 齿顶园直径 (3 )齿根园直径 (4) 最大齿根距离 (5) 齿侧凸缘直径 所以取 链轮结构如图9：图9 链轮5.链轮轴的设计和校核5.1链轮轴的设计链轮轴的作用是将大带轮上的动力传送到两个主动链轮上，从而带动分离输送器运动，进而达到分离输送的目的。该轴的设计步骤如下：（1）轴2和轴4部分：这两部分都是装链轮的。因为链轮的厚度为7
19、5mm，所以设计该部分轴长度为70mm。（2）轴1和轴5部分：这两部分都是装轴承的，所选轴承为角接触球轴承，其宽度为24.75mm。设计两轮侧面距机架内壁距离为20mm，所以设计该部分轴长为50mm。（3）轴6部分：该部分上装轴承端盖，设计其长度为33mm。（4）轴7部分：该部分上装大带轮，所以其设计长度也为70mm。（5）轴3部分：该部分通过计算可得其长度为488mm。其结构如图11：图11 链轮轴5.2.链轮轴的校核先作出轴的受力计算简图，取集中载荷作用于带轮、链轮和轴承中点。(1)带轮上作用力的大小压轴力 则 (2) 链轮上作用力的大小压轴力 则 求垂直面上轴承的支反力画主要截面弯矩图
20、垂直面受力图 见图（b）主要截面弯矩图 见图（c）(3)求水平面上轴承的支反力，画主要截面弯矩图 水平面受力图 见图（d）主要截面弯矩图 见图（e）(40截面D处垂直面，水平面合成弯矩 弯矩图见图（f）6. 挖掘装置的设计6.1挖掘铲的构成挖掘铲由独立铲片、铲片固定板和角度调节机构组成。铲尖角度设计为钝角，这样可以减小铲前的入土深度，从而降低无效挖掘深度的动力消耗。挖掘铲铲尖的形状采用“w”型，前进阻力较小，入土性能好。6.2挖掘铲的设计挖掘铲的铲片是多片铲的变形，铲片与铲片之间留有间隙，这带来很多优点。（1）一方面是减少铲尖与土壤的接触面积，达到减少阻力的目的。（2）另一方面是减轻了机器前部
21、的重量，防止铲尖下陷。多片铲在工作时发生局部磨损时，更换方便维修成本低。一般单株块茎在土壤中的分布宽度为400mm，块茎分布的深度一般为在地表下120-200mm之间。为了保证铲刃的自动清理功能，铲刃的倾斜角度可由受力确定，使土壤在铲刃上的滑切力能克服摩擦力，即： 式中： 为作用于铲刃上的阻力。 为铲刃上的正压力。 为铲刃上的滑切力。 为铲刃与土壤之间的摩擦力，且，为摩擦角。 代入得：一般土壤对钢的摩擦角为，取，所以。若铲片数量为5个，单个铲片宽度为100mm，长度为250mm，铲刃倾斜角度，铲面倾角为，铲间间隙为25mm。为了保证挖掘铲挖进的土壤和块茎不会从两侧滑落，因此需要在挖掘铲的两侧加
22、设挡板，挡板为平行四边形，焊接在机架上。其结构如图14：图14挖掘铲7.地轮和机架的设计7.1地轮的设计地轮的作用主要是在机器行走过程中的平衡支撑作用。为了克服收获机收获时挖掘铲前部较大的阻力，设计的地轮应当有较好的通过性，且能够保证在凹凸不平的地表情况下准确控制挖掘深度。地轮材料可以选择铸铁，结构采用腹板式。在机架上设置不同的安装位置，可根据种植情况调节深度。7.2机架部分的设计收获机组的入土性能、挖掘深度稳定性能、机组牵引性能、运输通过性能及对地表的适应性能等主要工作性能都收多功能马铃薯收获机悬挂装置的影响。本设计采用三点悬挂式机构，由拖拉机后置三点悬挂和收获机悬挂架机构成一个空间机构，它
23、可以看作在纵垂直面和水平面的四个四连杆机构。这两个四连杆机构具有各自的瞬心，挖掘工作时，在各种作用力及相对瞬心的力矩作用下，将产生绕这两个瞬心的转动趋势转动，以保持平衡。悬挂架及机架部分大部分采用矩形管，这样即可以减轻质量、降低成本，而且还能够满足结构的刚度和强度的要求。8.结论本文是围绕农用机械产品马铃薯收获机的设计，实现了马铃薯收获的求产质量。该机的关键部分是挖掘铲的结构设计，因为马铃薯收获的整个过程都是由这部分完成的，收获出来的马铃薯能不能符合要求，完全是看它的性能能不能达到要求。本次设计的机器性能满足要求，能较好的与农村现有动力配套使用，能较好的把握收获机收获过程中的要求。通过本次设计
24、，我对产品的设计过程有了一个系统的认识，掌握了基本的设计过程，真正地将所学的理论知识与实践结合起来，提高了独立思考解决问题的能力。由于所掌握的知识的限制和经验的不足，在设计的过程当中，难免有不妥之处。在今后的学习工作中我会继续努力，弥补自己在专业知识上的不足。参考文献1 孙芸.我国马铃薯加工产业化现状及展望J.农业机械,2000,(7):26282 安思民，白淑霞，冯学赞，等.试论我国马铃薯产业化的发展道J.马铃薯杂志，2000, 14(1):4647.3 中国科学技术情报研究所重庆分所编辑.国外收获机械(第二集)M.1977，1l.4 单爱军，刘俊杰，崔冰冰.马铃薯收获机现状与发展趋势J.农
25、机化研究.2006，（4）:1920.5 韩建新，都丽萍.2000年中国国际农牧业及食品工业展览会国外兵团巡礼J.农业机械.2000，(5).6 张东兴，郭君海.马铃薯田间管理与收获机械化技术J.农机科技推广.2006，1:1920.7 申屠留芳，孙兴钊.中粘壤土马铃薯类作物收获机的研究与开发J.农机化研究，2003，10(4):21-23.8 南京农业大学.农业机械学M.中国农业大学出版社，1998，:24-40.9 程兴田.收获机械的现状与发展前景M.农机与食品机械，1998:50.10 胡志超，彭宝良.多功能根茎类作物联合收获机设计与实验J.农业机械学报，2008，8(8):58-61.
26、11 韩杰，吕金庆，高靖华等.振动式挖掘部件的设计J.农机化研究，2005，(3):18.12 梁保学，佘喜旺.SL-900型薯类收获机的研究设计J.农技推广与安全，2003(2):9-10. 13 晓青.马铃薯收获机的设计J.农业机械学报，2001，（4）:37.14 王德娟，禹香兰，公静.我国大蒜出口贸易现状及发展趋势J.安徽农业科学，2006，34(22):10-11.15 王忠泽，胡峰孝，矫吉庆.青岛市花生机械化现状与发展对策J.花生学报，2003，32(11):31.16巩云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波， 机械设计课程设计东北大学出版社，2000.1217 中国农业机械化科学研究院编农
27、业机械设计手册北京:机械工业出版社，1988.18 南京农业大学主编农业机械学北京:中国农业出版社，1996.19 刘鸿文主编材料力学北京:高等教育出版社， 1989.20 贾晶霞，刘俊峰，杨欣等.振动筛筛分性能的影响因素及分析J.河北农业大学学报，2003，26(1)：86-89.21 封莉.马铃薯挖掘机筛分系统的性能研究D.保定:河北农业大学，2004.22 韩杰，吕金庆，高靖华等.振动式挖掘部件的设计J.农机化研究，2005，5(3):18-19.23 吕金庆，李世柱.马铃薯挖掘机升运器的设计研究J.农机化研究，2004，7(4):15.24 贾晶霞，张东兴.薯类收获机振动筛伤薯机理计算机模拟与分析J.农业机械学报，2005，36(12):27-30.
