【正文】 d calculate the main parameters, we analysis the harvester on the powertrain process, design and calculate transmission system detailedly, At the same time, the eccentric vibration isolation devices and mining spade are designed for improving the characteristic of the harvester. The cooperation of the ponents is aslo analysised to enhance the quality of the harvesting. This mechinery is overall reasonable layout, highefficiency gains, and suitable for harvesting the potato which grows in a variety of soil conditions. Key words: Resilient Shovel。 Linksstyle Transport。 Excavate。 Vibration Isolation 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 設(shè)計(jì)的目的和意義 近些年來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，薯類農(nóng)作物已經(jīng)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)作物中占有相當(dāng)?shù)谋壤?。因此，隨之而來的收獲機(jī)械也被研制出來，并在一定地域范圍內(nèi)投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。薯類收獲機(jī)在整個(gè)研制乃至最終投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，務(wù)必保證其特有的技術(shù)參數(shù)，如挖凈率 ≥ 97%、明放率 ≥ 96%（機(jī)械收獲后明放于地表的薯塊）、傷損率（收獲中被機(jī)械損傷深達(dá)表皮以后的薯塊） ≤ 3%、破損率（收獲中有肉眼可見表皮損傷的薯塊） ≤ 3%等的基本要求指標(biāo) [1]。丘陵地貌大多是地塊較小，地形不平整，山地地貌更是崎嶇不平，甚至有些地方根本無法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這與平原相比較難實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，尤其是大型機(jī)械裝備的普及與應(yīng)用。鑒于此，丘陵山地的薯類收獲機(jī)設(shè)計(jì)成為必然要求。該設(shè)計(jì)能大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高農(nóng)民朋友的總體經(jīng)濟(jì)效益等。 薯類 收獲機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 薯類收獲機(jī)的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 解放初期 ,我國(guó)收獲馬鈴薯采用人工刨或用犁挖掘的落后方式。在 20 世紀(jì) 60 年代初期，有關(guān)農(nóng)機(jī)部門開始了研制工作 ,引進(jìn)了國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械并進(jìn)行了生產(chǎn) 性能試驗(yàn) ,力圖吸收消化國(guó)外技術(shù) ,開發(fā)同類產(chǎn)品。直到 20 世紀(jì) 70 年代中期 ,由于手扶拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用 ,國(guó)內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機(jī)配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制高潮，成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī) ,但受當(dāng)時(shí)的配套動(dòng)力限制 ,未能生產(chǎn)和推廣。 20 世紀(jì) 80 年代我國(guó)又引進(jìn)了西德 RM2R 型、瑞士 SUPERB 型配套動(dòng)力為 30kW 的馬鈴薯集條收獲機(jī) [2]。黑龍江省農(nóng)機(jī)所參照瑞士機(jī)型設(shè)計(jì)出了 4UTL22 型塊莖作物收獲機(jī) ,可用于收獲馬鈴薯和甜菜等。到 20 世紀(jì) 90 年代中期 ,由于國(guó)產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用，研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要 日程。此后，因市場(chǎng)需求旺盛，先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場(chǎng)，以及新型農(nóng)用液壓挖掘機(jī)。在消化引進(jìn)國(guó)外機(jī)型的基礎(chǔ)上 ,國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)廠家先后開發(fā)出一些馬鈴薯挖掘機(jī) ,主要是小型挖掘機(jī) ,如西安圣農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限責(zé)任公司開發(fā)的 4U21 型馬鈴薯收獲機(jī) ,適用于我國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)種植馬鈴薯的農(nóng)戶及小型農(nóng)場(chǎng)收獲馬鈴薯使用 ,生產(chǎn)效率高 ,特別是收獲壟上的種植馬鈴薯更能顯示其優(yōu)越性。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 薯類收獲機(jī)的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 在國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械中，挖掘機(jī)的生產(chǎn)和使用所占的比例趨于下降，而聯(lián)合收獲機(jī)得到迅速發(fā)展， 形成了用聯(lián)合收獲機(jī)直接收獲，或用挖掘 撿拾裝載機(jī)加固定分選裝置來進(jìn)行分段收獲的兩種全面實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)械化的配套系統(tǒng)，基本上實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。而且，國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械大多采用升運(yùn)鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。目前，國(guó)外一些馬鈴薯收獲機(jī)械不但生產(chǎn)率高而且將高新技術(shù)已融于農(nóng)具之中，如采用振動(dòng)、液壓技術(shù)進(jìn)行挖掘，采用傳感技術(shù)控制喂入量、馬鈴薯傳運(yùn)量及分級(jí)裝載；采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進(jìn)行碎土和分離以及利用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作等。總之，國(guó)外的馬鈴薯收獲機(jī)研制技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 我國(guó)薯類收 獲機(jī)的發(fā)展前景 由于，薯類在我國(guó)的種植面積廣泛、營(yíng)養(yǎng)豐富均衡、高產(chǎn)量高等諸多特點(diǎn)，機(jī)械化收獲薯類必然向著多極化發(fā)展。一般來說主要有兩種趨勢(shì)： (1)在地塊較大、地貌平整的地區(qū)大型收獲機(jī)、大功率收獲機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)等類型的機(jī)械適宜研發(fā)投產(chǎn)使用。 (2)在地塊較小、地貌不整齊的區(qū)域，如丘陵山地等地區(qū)，小型小功率型收獲機(jī)適合作業(yè)。 雖然薯類收獲機(jī)的發(fā)展具有如此特點(diǎn)，但是在設(shè)計(jì)制造薯類收獲機(jī)的過程中要遵循的一些原則性要求不會(huì)變，如功率利用率要高、挖掘阻力要小、整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于制造使用維修，另外也必須要滿足一些農(nóng)藝要求如明 薯率要高、挖掘率高、損傷率低等。 丘陵山地薯類 收獲機(jī)的主要研究?jī)?nèi)容 研究?jī)?nèi)容 針對(duì)小型薯類收獲機(jī)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析，設(shè)計(jì)丘陵薯類收獲機(jī)的的挖掘及土壤分離部件，達(dá)到收獲效率高，經(jīng)濟(jì)效益實(shí)惠，適合丘陵作業(yè)。對(duì)丘陵山地薯類收獲機(jī)總體進(jìn)行設(shè)計(jì)，使收獲機(jī)的挖掘部件和輸送裝置得到更好的改善，達(dá)到操作簡(jiǎn)單、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)等要求。重點(diǎn)進(jìn)行薯類挖掘部件、輸送分離部件的設(shè)計(jì)和主要參數(shù)的計(jì)算， 技術(shù)路線 （ 1）、查詢有關(guān)薯類收獲機(jī)械的相關(guān)資料，確定丘陵山地薯類收獲機(jī)設(shè)計(jì)的主要目的。 （ 2）、 確定丘陵山地薯類收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案以及收獲機(jī)的創(chuàng)新思想。對(duì)丘陵山地青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 薯類收獲機(jī)的挖掘部件、薯土分離裝置的重點(diǎn)研究。 （ 3）、對(duì)薯類收獲機(jī)的挖掘鏟的類型、分離裝置的類型進(jìn)行分析，確定最佳研究方案。 （ 4）、研究薯類收獲機(jī)挖掘鏟運(yùn)動(dòng)速度、輸送鏈運(yùn)動(dòng)速度和拖拉機(jī)前進(jìn)速度的主要參數(shù)（傳動(dòng)比等）與薯類收獲質(zhì)量的精確，確定達(dá)到最佳收獲狀況。 （ 5）、進(jìn)行結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)改進(jìn)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)方案論證 根據(jù)馬鈴薯的生長(zhǎng)狀況和挖掘要求可知，馬鈴薯收獲的過程：挖掘馬鈴薯、分離泥土、鋪放晾曬等工序。在該過程中 拖拉機(jī)推著刀軸向前運(yùn)動(dòng)會(huì)造成到刀軸受力過大、鋪放馬鈴薯不方便、傳遞動(dòng)力消耗過大，所以采用后懸掛式。 設(shè)計(jì)方案一 圖 21 丘陵山地薯類收獲機(jī)原理簡(jiǎn)圖 如 圖 2— 1所示 ： 1）動(dòng)力傳動(dòng)過程：有拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出動(dòng)力通過機(jī)械傳動(dòng)最終到機(jī)架曲柄上，這樣實(shí)現(xiàn)了來自拖拉機(jī)動(dòng)力傳至曲柄，曲柄做圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致分離裝置擺動(dòng)。主要工作部件有固定式挖掘鏟、傳動(dòng)裝置、薯土分離裝置等。 2）工作原理：由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸為原動(dòng)力，采取懸掛式田間作業(yè)。當(dāng)拖拉機(jī)向前行駛時(shí)挖掘鏟將薯類 （如馬鈴薯）和土壤一起挖起，通過前面土壤的堆積將薯土混合物推向擺動(dòng)篩式分離裝置，分離器將馬鈴薯和土壤徹底分離，最后散落在地面上。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 3）方案分析： （ 1）雖然整體裝配簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)路線清晰，但在實(shí)際作業(yè)過程中，機(jī)具有明顯的前后擺動(dòng)，導(dǎo)致拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)受嚴(yán)重沖擊，從而影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命； （ 2）在收獲過程中容易漏挖果實(shí)； （ 3）擺放不整齊，明薯率低，影響到機(jī)組的前進(jìn)通過性； [3] 綜上所述，該方案還有改進(jìn)的地方。所以方案不可取。 設(shè)計(jì)方案二 圖 22 丘陵山地薯類收獲機(jī)原理簡(jiǎn)圖 如圖 22所示 1）工作原理： 隨著機(jī)組前進(jìn)，挖掘鏟向前推進(jìn)，掘起壟中的薯類果實(shí)和土壤的混合物；拖拉機(jī)的總動(dòng)力通過機(jī)械傳動(dòng)最終到鏈輪，薯類果實(shí)和土壤混合物被推進(jìn)到輸送鏈上，在經(jīng)過輸送鏈的振動(dòng)分離后將土馬鈴薯馬鈴薯分離，最后將薯類果實(shí)散落到地面。 2）方案分析： （ 1）固定挖掘產(chǎn)不靈活，適應(yīng)性差。 （ 2）果實(shí)最終零亂的落在地面上，這樣不便于機(jī)組的正常前進(jìn)，也不能便于人工的收集。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （ 3）薯土分離效果差、明薯率低，最終不能滿足農(nóng)藝要求 [4]。 綜上所述，該方案還有改進(jìn)的地方。所以方案不可取。 設(shè)計(jì)方案三 圖 23 丘陵山地薯類收獲機(jī)原理簡(jiǎn)圖 如圖 23所示 1）工作原理： 拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸輸出動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)系到達(dá)鏈輪上，機(jī)組前進(jìn)的同時(shí)，挖掘鏟挖掘薯類果實(shí)，薯土混合物傳到輸送鏈上。輸送鏈在三星振動(dòng)輪的振動(dòng)下將馬鈴薯和土壤分離開。分開后的馬鈴薯在鋪放柵條的約束下整齊的擺放在地面上。整個(gè)過程經(jīng)過了傳遞動(dòng)力、挖掘、輸送、分離、鋪放四道工序。 2）方案分析 ： （ 1）此種方案采用了彈性挖掘鏟，很大程度上提高了薯類收獲機(jī)的適應(yīng)性。 （ 2）采用鏈?zhǔn)椒蛛x裝置能提高薯土分離效果，在該方案中設(shè)計(jì)了三星振動(dòng)輪，使薯土分離效果更明顯。 （ 3）設(shè)計(jì)了鋪放柵條，該裝置能提高明薯率、使馬鈴薯鋪放整齊，為機(jī)組在前進(jìn)的過程中清理了障礙，從而提高了作業(yè)效率。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 結(jié)構(gòu)方案確定 通過對(duì)上述擬定方案結(jié)合本次設(shè)計(jì)的主要目的，總結(jié)出第三種方案適合。如圖 24所示，該機(jī)主要由挖掘部件 4 和振動(dòng)輸送分離部件 組成，可一次性實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的挖掘、輸送、分離和集條鋪放等作業(yè)。拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸 出的動(dòng)力，經(jīng)過萬向節(jié) 11 到達(dá)變速器帶輪 12，經(jīng)皮帶 13到達(dá) 輸送鏈主動(dòng)輪 9，帶動(dòng)輸送鏈 7 轉(zhuǎn)動(dòng) ,輸送鏈從動(dòng)輪 5 三星抖動(dòng)器 7 隨鏈條一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鎮(zhèn)壓輪 切土圓盤 地輪 挖掘鏟 4 在拖拉機(jī)的拖動(dòng)下前進(jìn)。 被挖掘鏟挖出的馬鈴薯隨鏟面上升最終落到輸送鏈上，進(jìn)行下一步的分離輸送作業(yè)。該過程中三星振動(dòng)器在鏈輪的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，使得輸送鏈上下抖動(dòng)，提高土薯分離率。尾端柵條 10 起集條作用，使馬鈴薯挖掘成條鋪放與地面上，便于人工撿拾。實(shí)現(xiàn)了馬玲薯挖掘、分離、鋪放的一次性作業(yè)，顯著提高了工作效率。 圖 24 馬鈴薯收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 架 結(jié)構(gòu)組成 該課題設(shè)計(jì)的馬鈴薯挖掘機(jī)由機(jī)架、鎮(zhèn)壓輪、切土圓盤、挖掘鏟、輸送鏈從動(dòng)輪、輸送鏈、三星抖動(dòng)器、地輪、輸送鏈主動(dòng)輪、柵條、聯(lián)軸器、變速器、帶輪、皮帶等機(jī)構(gòu)組成。 結(jié)構(gòu)原理 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 挖掘部件采用 彈性 挖掘鏟，鏟在拖拉機(jī)拉力的作用下入土挖掘，把土薯混合物挖出。輸送分離部件采用