【正文】 .....41致 謝 ...........................................................................................................................................42分段式花生聯(lián)合收獲機(jī)摘果與清選部分的設(shè)計(jì)摘 要本文設(shè)計(jì)了分段式花生聯(lián)合收獲機(jī)的摘果及清選部分。文中主要分析了摘果及清選裝置的工作原理，計(jì)算了部分零部件的結(jié)構(gòu)尺寸，并且確定了他們的轉(zhuǎn)速和功率，論述了其工作過(guò)程。統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)花生種植面積連續(xù)12年超過(guò)四百萬(wàn)公頃，并且呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2022 年我國(guó)花生種植面積居世界第二，總產(chǎn)量居世界第一。由于我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)科學(xué)技術(shù)落后尤其在農(nóng)業(yè)方面，沒(méi)有自主研發(fā)的核心技術(shù)體系，國(guó)內(nèi)部分地區(qū)的花生收獲機(jī)械的通用比較性差，無(wú)法滿足我國(guó)幅員遼闊區(qū)域復(fù)雜環(huán)境的收獲作業(yè)要求，以及一些品種的機(jī)械化收獲需求，由于種種原因，使得我國(guó)的花生機(jī)械化作業(yè)出現(xiàn)了一些突出的問(wèn)題：第一，農(nóng)民的收獲勞動(dòng)強(qiáng)度大，收獲效率比較低，但是生產(chǎn)成本卻比較高。但是如果采用機(jī)械化進(jìn)行收獲，它的生產(chǎn)效率是人工的25倍左右，并且它可以每公頃減少九十公斤的收獲損失，所以每公頃可節(jié)約費(fèi)用二百元左右，增加了農(nóng)民的收入。作為花生聯(lián)合收獲機(jī)核心的摘果與清選部件在提高收獲的生產(chǎn)率，減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少收獲損失方面顯得尤為重要 [4]。本設(shè)計(jì)希望能夠在導(dǎo)師的幫助下，在利用自己的專業(yè)知識(shí)。 但是，由于各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平和生產(chǎn)力水平的發(fā)展極為不平衡，發(fā)達(dá)國(guó)家花生收獲已全部或大部分已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，而第三世界國(guó)家基本還是以人工和畜力或者是半機(jī)械化收獲為主 [5]。由于在功能和原理上多采用集成化、協(xié)調(diào)化構(gòu)成，因此這些機(jī)型相對(duì)比較復(fù)雜，另外由于這些國(guó)家的自然條件以及種植模式的需要，這些國(guó)家的花生收獲機(jī)型多為小型機(jī)械，相對(duì)比較接近于我國(guó)的種植情況。這些機(jī)型已經(jīng)得到農(nóng)民的認(rèn)可，在農(nóng)村受到歡迎。但是國(guó)外的這些機(jī)器的摘果與清選部件在我國(guó)進(jìn)行田間試驗(yàn)，基本能達(dá)到花生機(jī)械化聯(lián)合收獲的質(zhì)量要求，因此在很多方面有許多值得借鑒的地方。不過(guò)，我們可以在他們的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，尤其是一些構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以促進(jìn)我國(guó)花生收獲機(jī)械的發(fā)展。國(guó)內(nèi)對(duì)全喂入式花生聯(lián)合收獲機(jī)的研究還處于起步狀態(tài)，目前全喂入是摘果機(jī)型還沒(méi)有成型，國(guó)內(nèi)主要機(jī)型有：4HQL120型；4HQL2 型花生聯(lián)合收獲機(jī)等機(jī)型 [4]。要求工作幅寬 ，機(jī)組前進(jìn)速度采用拖拉機(jī) II 檔作業(yè)。對(duì)花生摘果及清選的過(guò)程進(jìn)行合理的建模，根據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)主要的零部件 [4]。對(duì)摘果滾筒和清選風(fēng)機(jī)、逐稿器和振動(dòng)篩的機(jī)構(gòu)，以及他們之間的動(dòng)力組合和相互運(yùn)動(dòng)進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)研究。（5）根據(jù)分段式花生聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)效率的要求設(shè)計(jì)合理的集果和輸送裝置，主要是橫向和縱向輸送攪龍的設(shè)計(jì)。 研究方法 根據(jù)花生的生長(zhǎng)機(jī)理、生長(zhǎng)特性、以及花生本身的生長(zhǎng)狀況，通過(guò)綜合當(dāng)前花生聯(lián)合收獲機(jī)摘果與清選零部件的調(diào)查研究，重點(diǎn)為分段式花生收獲機(jī)的摘果與清選部分的設(shè)計(jì)，分析摘果與清選部分的主要零部件的工作過(guò)程、工作原理，運(yùn)用我們?cè)韺W(xué)過(guò)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等專業(yè)書籍中的知識(shí)，綜合比較各種設(shè)計(jì)方案并選擇最優(yōu)的方案，設(shè)計(jì)合理的機(jī)構(gòu)。以為在目前國(guó)內(nèi)的收獲條件下，大都采用人工挖掘和鋪條晾曬，只有少部分機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)有序鋪放，但在 3~4 天的晾曬過(guò)程中，為了晾曬徹底，需要人為的翻曬，這樣會(huì)大大打亂原有的有序鋪放。 摘果裝置方案設(shè)計(jì)全喂入的摘果方式的摘果裝置主要的零部件為摘果滾筒、凹板篩、摘果滾筒的上殼、下殼，以及相應(yīng)的傳動(dòng)裝置等零部件。：這種摘果方式是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用和釘齒及凹板篩的打擊與梳理作用，外部力促使花生莖蔓上的果柄與花生莢果強(qiáng)制分離，從而把花生莢果從莖蔓上摘下來(lái)。（3）滾筒雖然是能夠基本滿足花生沿軸向喂入的要求，但是很難滿足作業(yè)的徑向喂入的要求。（2）但是有時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該類摘果形式應(yīng)用在分段式花生聯(lián)合收獲機(jī)上，采用全喂入蓖梳式的摘果原理進(jìn)行花生摘果，由于采用動(dòng)齒與定齒相互作用，使花生的莖蔓粉碎率比較大，有的還會(huì)出現(xiàn)花生秧蔓插在尺上的現(xiàn)象，很容易造成堵塞，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)漏摘，莖蔓和莢果分離不清，機(jī)器的功率消耗加大等缺點(diǎn)。（2）此類型的摘果滾筒相對(duì)于釘齒式摘果滾筒和篦梳式摘果滾筒，消耗的動(dòng)力小，摘果后的花生莖蔓被打碎排除機(jī)外，可以進(jìn)行秸稈還田等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)耕作；（3）此摘果機(jī)構(gòu)在摘干花生蔓莢果時(shí)的效果好，能夠很好的把花生莖蔓在機(jī)體內(nèi)破碎，而且不會(huì)影響莢果的生物學(xué)特性。 本設(shè)計(jì)將在現(xiàn)有機(jī)型的基礎(chǔ)上，增加機(jī)器的部分結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，通過(guò)對(duì)摘果裝置內(nèi)部一些結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，完善現(xiàn)有機(jī)型的摘果不凈，分離不清的缺點(diǎn)。： 花生莖蔓經(jīng)過(guò)摘果滾筒的作用以后，花生莢果和部分花生秧蔓形成的混合物，由于分段式花生聯(lián)合收獲機(jī)的工作對(duì)象主要是半干或者干的花生，考慮到摘果后的雜余的成分較為的復(fù)雜，難于確定合理的漂浮速度，因此，很難做出符合尺寸的接料斗，另外這種開放式的清選系統(tǒng)，很容易受到外界系統(tǒng)的干擾，造成分理不清或者是分離損失過(guò)大的現(xiàn)象，故這種單純的風(fēng)扇式氣流清選機(jī)構(gòu)很難滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的要求，所以不會(huì)采用這種設(shè)計(jì)方案。他的整個(gè)工作過(guò)程為：花生莖蔓經(jīng)摘果裝置摘果后，花生莖蔓與花生莢果分離后，從凹板孔中落入到逐稿器，在逐稿器的抖動(dòng)下，混合物在逐稿器上作拋揚(yáng)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗麄兊目諝鈩?dòng)力學(xué)特性不同，花生莢果從逐稿器上落下，而大部分花生蔓被排除機(jī)體外部，少部分細(xì)碎的花生莖蔓和全部的花生莢果向下落，在振動(dòng)篩和逐稿器之間，由于他們之間的空氣動(dòng)力學(xué)特性不同，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流把混合物吹散，花生莢果落入到振動(dòng)篩，并隨振動(dòng)篩進(jìn)入到輸送攪龍，在移動(dòng)的過(guò)程中沙土從篩孔落下地面，花生莢果最后到達(dá)集果裝置，而花生蔓隨氣流吹到機(jī)體外部。具體的篩孔尺寸等亦通過(guò)聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)效率要求來(lái)設(shè)計(jì)確定。而花生莢果，尤其是我們所設(shè)計(jì)的新型分段式花生聯(lián)合收獲機(jī)，一般用于收獲那些已干或者半干的花生，這時(shí)花生莢果與莖蔓的空氣動(dòng)力學(xué)特性相差更小，這樣跟容易造成收獲損失，所以我們最終放棄這種方案，而選擇第三種方案—風(fēng)扇篩子式清選裝置。并參閱一些現(xiàn)有的機(jī)型、參考文獻(xiàn)、以及他們的一些田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)和從用戶那里獲得的一寫具體信息，我們可以很有把握的說(shuō)，甩捋式摘果滾筒可以很好的達(dá)到應(yīng)用的要求，并且受到用戶的一直好評(píng)。本設(shè)計(jì)把以上三個(gè)方面為主要考慮因素，主要把摘果攪龍和凹板篩的設(shè)計(jì)作為摘果裝置設(shè)計(jì)的核心，在原有機(jī)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)改良，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以期達(dá)到最好的摘果水平，最低的破碎率。其速度可以通過(guò)拖拉機(jī)駕駛室的動(dòng)力控制裝置來(lái)改變和駕駛員的操作來(lái)控制。 摘果滾筒長(zhǎng)度的確定通過(guò)查閱相關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)書籍，可知滾筒的長(zhǎng)度滿足以下公式 [11]： L=vt 公式（3—1） 式中 v—花生收獲機(jī)的作業(yè)速度（m/s）； t—花生摘果時(shí)間（s）可見，摘果滾筒的長(zhǎng)度與作業(yè)的速度和摘果的時(shí)間有關(guān)，摘果時(shí)間越長(zhǎng)，滾筒長(zhǎng)度越長(zhǎng)，花生果的漏摘率就會(huì)越少，但是摘果時(shí)間也不可以過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)檫@樣會(huì)造成整個(gè)裝置的功率的浪費(fèi)，影響整個(gè)機(jī)器的工作效率。 由于我們?cè)O(shè)計(jì)的分段式花生聯(lián)合收獲機(jī)，采用分段式收獲，花生經(jīng)機(jī)械或者人工挖掘后經(jīng)鋪條晾曬后，花生果柄不會(huì)發(fā)生腐爛，并且此時(shí)的花生莖蔓上大部分葉子已經(jīng)落掉，花生莢果與果柄以及果柄與花生秧的根部拉伸的力幾乎一致，而且所需的拉斷力或者是極限應(yīng)力較為穩(wěn)定，參照表3—1，花生莖蔓、根蔓抗拉與果結(jié)合處抗剪一般在1015N 左右。根據(jù)中國(guó)花生生長(zhǎng)狀況的調(diào)查數(shù)據(jù)可知，一般花生的植株生長(zhǎng)情況調(diào)查結(jié)果如下 [4]：以花生品種為花育22為例?；ㄉ麧L筒的周長(zhǎng)為： 公式（3—6）dS???式中d—摘果滾筒的直徑（mm）；S—為摘果滾筒的周長(zhǎng)（ mm）?；ㄉ恼麜r(shí)間大約（即在摘果滾筒內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)時(shí)間）為 2s 左右。所以在 的工作幅寬內(nèi)，共有 6 行，4 列花生被收集起來(lái)，以每棵花生（干燥的花生）的重量按 200g 計(jì)算。另一方面，摘果齒可以在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，給花生秧蔓一個(gè)軸向的反推力，促使花生秧蔓有一定的軸向運(yùn)動(dòng)，這樣確保了花生秧的軸向運(yùn)動(dòng)，可以保證花生秧蔓能夠在整個(gè)摘果滾筒內(nèi)作合成運(yùn)動(dòng)，避免產(chǎn)生堵塞。凹板篩的尺寸以及與摘果攪龍的配合關(guān)系，還有凹板篩距離摘果滾筒下殼的距離，關(guān)系到摘果間隙以及摘凈率和莢果與破碎的花生秧蔓的下落情況，另外還有影響到已摘落的花生的下落情況，關(guān)系到整個(gè)摘果機(jī)構(gòu)的摘果效率與水平。因?yàn)榛ㄉv果的尺寸一般小于30mm，可以使莢果順利落下進(jìn)入到逐稿器，另外可以在很大程度上使被擊打的花生莖蔓及時(shí)經(jīng)過(guò)凹板篩孔落到逐稿器上然后被逐出機(jī)外。查閱花生莖蔓、根蔓的抗拉力以及與花生莢果結(jié)合處抗剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在剛開始成熟階段，花生果與花生果柄之間斷裂較容易，但隨著花生的逐漸成熟，花生果柄與花生根之間的拉伸力較小，在花生成熟后期，花生果與果柄以及果柄與根部拉伸的力幾乎一致，而且所用的力較穩(wěn)定，一般在 10~15N 左右。 其他的一些零部件，例如螺栓、帶輪、軸承等，均采用標(biāo)準(zhǔn)件。動(dòng)力從拖拉機(jī)（上海紐荷蘭SNH500拖拉機(jī)）經(jīng)風(fēng)機(jī)上的風(fēng)機(jī)軸和帶輪，傳送到摘果滾筒，花生通過(guò)分段式花生聯(lián)合收獲機(jī)前部分的輸送裝置（由程鋒銳負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)），進(jìn)入摘果滾筒的上方，在重力作用下落入到摘果滾筒內(nèi)部，并隨摘果滾筒高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力的作用下，花生莢果都朝向凹板篩，再適合的摘果間隙內(nèi)，通過(guò)摘果滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使花生莢果沖擊在凹板篩上，進(jìn)而把花生莢果摘落下來(lái)，而且大部分花生莖蔓被沖擊甩捋而破碎。逐稿器放置在篩體上部，水平向上傾斜，振動(dòng)篩末端的篩孔較大，能使篩面上花生果莢通過(guò)，落入下方的螺旋輸送器。總的來(lái)說(shuō)我們?cè)O(shè)計(jì)的分段式花生聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)流程為：花生撿拾→從前端輸送過(guò)來(lái)的花生植株經(jīng)輸送裝置到達(dá)摘果滾筒喂入口→喂入摘果滾筒→摘果→逐稿器逐出花生秧→風(fēng)機(jī)、振動(dòng)篩清選花生→螺旋輸送器輸送花生→升運(yùn)器升運(yùn)花生→集果箱。其工作過(guò)程為：從凹板篩孔拋出的花生秧葉和花生莢果混合物在重力以及離心力的作用下進(jìn)入逐稿器階梯面，隨著逐稿器的有規(guī)律的震動(dòng)，由于逐稿器上偏心機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性——在上升的開始階段，向上的加速度特別大，從而把混合物拋揚(yáng)起來(lái)，而在后期階段，由于偏心機(jī)構(gòu)向上的速度變小，而水平速度快速升高，進(jìn)而給混合物一個(gè)向前推的動(dòng)力。為了避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，我們采用簡(jiǎn)略的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，即偏心機(jī)構(gòu)（見圖 4—4），這樣可以簡(jiǎn)化整個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并且在理論上可以達(dá)到很好的請(qǐng)選效果。而花生秧蔓則被逐稿器逐出機(jī)體的外部，從而把大多數(shù)的雜余排除體外 [17]。把數(shù)據(jù)代入公式可以得到理論所需要的氣流量：V= sm/3； 我們所用的風(fēng)機(jī)，采用雙面進(jìn)氣，風(fēng)葉采用徑向直葉片，這樣可以很好的調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的氣流喂入量，另外還可以在很大程度上避免氣流的直接沖擊，較少噪音，還可以式氣流在風(fēng)機(jī)內(nèi)部較為均勻的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在很大程度上避免了擊作用，風(fēng)機(jī)葉片采用切角式直型風(fēng)機(jī)葉片，因?yàn)榍薪强梢院芎玫恼{(diào)整氣流入口和風(fēng)機(jī)內(nèi)部（一般氣流入口的出氣流密度大，而內(nèi)部較?。┑臍饬鞯牟痪c性。按風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求圖進(jìn)行全面設(shè)計(jì)。2D所以進(jìn)氣口的直徑為： 公式（48）20D??式中 —風(fēng)機(jī)的葉輪外徑（mm）；2 —風(fēng)機(jī)進(jìn)氣孔直徑（mm）；0D —內(nèi)徑系數(shù)；?代入數(shù)據(jù)計(jì)算的風(fēng)機(jī)進(jìn)氣孔直徑（即葉輪端部的直徑）： ??風(fēng)機(jī)殼體的寬度為（1~2 ） ，出口高度為（~） ，所以，出風(fēng)口的高度為2 2D定為 100mm，以為這樣可以很好的在機(jī)體的內(nèi)部保證所吹出的氣流的風(fēng)力以及風(fēng)速，因此可以把雜物吹出。風(fēng)機(jī)的其他重要零部件詳見零件圖。另外，采用柵條式的振動(dòng)篩，可以在一定程度上在此清除混在花生莢果內(nèi)的花生殘莖和碎葉。篩子的寬度 B 可以根據(jù)整機(jī)的設(shè)計(jì)寬度尺寸來(lái)確定，取篩子的寬度為1440mm。對(duì)于那些潮濕難抖散的谷?；旌衔铮?q s值約減少 30%而我們所s設(shè)計(jì)的篩面，由于其工作做過(guò)程當(dāng)中，主要做用不再是清選，或者說(shuō)是，只有很小一部分的作用是用來(lái)清選，因?yàn)樗袚?dān)的花生莢果已經(jīng)被逐稿器和風(fēng)機(jī)請(qǐng)選過(guò)了，所剩雜物已經(jīng)沒(méi)有或者說(shuō)是占極少部分。 螺旋輸送器的設(shè)計(jì)計(jì)算為了使經(jīng)過(guò)逐稿器、風(fēng)機(jī)和篩板清選過(guò)的花生莢果能從機(jī)體的一側(cè)輸送到另一側(cè)，然后進(jìn)入集果箱，需要設(shè)計(jì)輸送裝置，通過(guò)檢閱一些現(xiàn)有的機(jī)型和參考文獻(xiàn)，決定采用螺旋輸送器，分為兩種，橫向和縱向螺旋輸送器。我設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能對(duì)經(jīng)清選的花生進(jìn)行輸送，送料板能將干凈的花生莢果很容易送入到縱向輸送蛟龍，最后使花生入集果箱內(nèi)，完成我們的最終設(shè)計(jì)目的。轉(zhuǎn)速取 250r/min。 至此，我已經(jīng)完成任務(wù)書所要求的新型花生聯(lián)合收獲機(jī)摘果與清選部分的零部件的設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程走下來(lái)，我學(xué)到很多東西，對(duì)我以后的人生道路打下良好的基礎(chǔ)。 ，采用曲柄機(jī)構(gòu)，在很大程度上簡(jiǎn)化了作業(yè)清選機(jī)構(gòu)，并保證了整個(gè)機(jī)構(gòu)