【文章內(nèi)容簡介】 我國花生遠未飽和，需求總量日益增大，而且花生是我國具有較強國際競爭力的大宗農(nóng)產(chǎn)品（指食用花生），國外花生在短期內(nèi)不會對國內(nèi)市場造成實質(zhì)性沖擊，這就決定了我國花生生產(chǎn)規(guī)模將進一步擴大。預計在 2021 前后達到并穩(wěn)定在 600 萬公頃、年總產(chǎn)達到 2021 萬噸的水平 [4]。 中國花生的種植方式 中國花生的種植方式有裸地栽培和地膜覆蓋栽培兩種。裸地栽培是傳統(tǒng)的常規(guī)種植方式，地膜覆 蓋栽培是進行高產(chǎn)栽培的新技術，技術性較強。這兩種栽培方式根據(jù)整地方法又分為以下三種； （ 1）平作 平作是北萬和南方早薄地花生產(chǎn)區(qū)的一種種植方式。在無灌溉條件、土壤肥力低的旱地或山坡地，土壤保水性差，水分容易流失，花生不易封行采用平作和密植，有利于抗早保墑，爭取全苗，在土地多勞力少的情況下可以減少整地工作量。 （ 2）壟種 壟種是北方中肥田和肥水地的一種種植方式。在地勢平坦、土層深厚、排灌條件齊全的大田，壟種有利于花生合理密植，有利于田間通風透光，獲得高產(chǎn)?；ㄉ鷫欧N需要在播前整地時起壟，在壟上開溝或開穴播種，壟 種根據(jù)具體操作方式分為單行壟種和雙行壟種兩種。 （ 3）高畦種植 中國南方地區(qū)春季雨量充足，為了能排能灌，防止花生田積水，農(nóng)民往往起畦種植花生，一般采用直行條播，每畦種植 4～ 8行。 中國北方地區(qū)春、秋季節(jié)花生播種期間，普遍干旱少雨、溫度低，且無霜期短，南方春季則低溫多雨。為了實現(xiàn)花生的豐產(chǎn)和豐收，各生產(chǎn)部門普遍改變種植方式，采用花生覆膜的種植方式，最終實現(xiàn)了抗早、保墑、提溫、防雨、排澇，減少苗期管理的效果，為花生的早熟增產(chǎn)提供了保障。 地膜覆蓋是近年來興起的一項種植技術，它是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術相結合的一項重大的技術改革，是大幅度提高花生單產(chǎn)的一項有效措施。這項技術的應用，解決了北方地區(qū)低溫、干早和無霜期短，南方春季低溫多雨等不利自然氣候條件，開創(chuàng)了中國花生生產(chǎn)的新局面。 目前，花生地膜覆蓋栽培技術己在華北、東北大面積推廣應用，并取得了明顯增產(chǎn)效果，經(jīng)濟效益顯著，深受群眾歡迎。 但花生覆膜播種的種植方式在使花生增產(chǎn)的同時，也引發(fā)了影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的 “白色污染” 目前所用的塑料薄膜。大多是聚乙烯或聚氯乙烯為原料的高分子化合物，在自然中塑料薄膜極難被土壤微生物分解、消化，可存在 400 年之久，農(nóng)田使用的塑料 薄膜老化后，破碎遺留在田間，使得地下的殘膜數(shù)量逐年增多，遺留在田間的殘余地膜，污染土壤，降低了土壤的透氣性及肥力，阻礙了植物吸收水分及根系生長，直接影響了農(nóng)作物的收成和品質(zhì) [5]。 花生生產(chǎn)機械化現(xiàn)狀 隨著花生種植面積的不斷擴大和農(nóng)村勞動力的轉(zhuǎn)移，花生生產(chǎn)機械化的問題就顯得尤為重要。西方發(fā)達國家在花生生產(chǎn)機械化方面的研究較早，與其它農(nóng)業(yè)機械相比，幾乎是同步發(fā)展的，機械制造與應用技術己比較先進、完善。美國、加拿大等發(fā)達國家已實現(xiàn)了花生生產(chǎn)全過程的機械化作業(yè)，在收獲環(huán)節(jié)早已發(fā)展到聯(lián)合收獲水平，并 且正依照本國的種植特點，向著大型化、機電一體化、智能化、高可靠、高安全的方向發(fā)展 .一些發(fā)達國家還不斷將高、精、尖技術應用到農(nóng)業(yè)機械上來，農(nóng)業(yè)機械正向智能化方向發(fā)展。 在中國，花生播種機械化技術已基本成熟，根據(jù)中國農(nóng)業(yè)人口多、土地分散，而中小動力拖拉機保有量多的特點，該類機械以小四輪拖拉機為牽引動力，較好地解決了花生人工或畜力播種勞動量大和生產(chǎn)率低下的問題。近幾年，系列化的多功能花生覆膜播種機已在花生產(chǎn)區(qū)得到了大面積的推廣應用。 相比之下，中國花生收獲的機械化水平低下則極大地影響了花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，花生的 收獲基本是靠人工、畜力或半機械化 (如手扶拖拉機牽引挖掘鏟 )完成，而從國外引進、消化吸收的機型則由于不符合中國國情或動力消耗大、作業(yè)效果較差等原因，沒有形成較大的生產(chǎn)和使用規(guī)模，這就使中國的花生收獲機械與裝置多年來一直徘徊不前，與世界發(fā)達國家存在很大的差距。 總之，中國現(xiàn)階段花生收獲方法的落后帶來了各方面的問題，大體上表現(xiàn)為以下三個方面： 第一，人工收獲勞動強度大，效率低下。長期以來，花生的收獲都是靠人工完成的，特別是近幾年來隨著農(nóng)村剩余勞動力的轉(zhuǎn)移，這一矛盾更加突出。據(jù)初步估算，整個花生生產(chǎn)過程中，花生的收 獲所用工時為整個過程的三分之一以上。這一階段的作業(yè)成本為整個花生生產(chǎn)成本的二分之一以上 (作業(yè)成本包括從花生耕地播種開始到收獲摘果為止，所需的種子，肥料、地膜、機具及人工費用等，人工費按同時期普通勞動者的工時費來計算 )。 第二，生產(chǎn)成本高。目前的花生收獲無論是人工還是畜力以及簡易的機械，整個收獲過程都不是一次性完成的，都要經(jīng)過兩道以上的工序，首先是將花生從土里挖掘，然后人工除土，這種生產(chǎn)方式的主要問題是造成英果的較多損失，并且這種損失大部分情況下，英果埋到地里，需要進行二次復收，不僅勞動強度大，而且生產(chǎn)成本高 。 第三，耽誤農(nóng)時?；ㄉ氖斋@季節(jié)，正值“三秋”大忙之際，勞力緊張，如果能縮短花生的收獲日期，會對小麥播種打下一個良好基礎。據(jù)研究者到農(nóng)村的實地考察，在山東省萊陽市，一般的沙壤地收花生 (只完成花生的挖掘和去土兩道工序 )，一個勞力每天工作8h，可收花生 平方公里 ；借助畜力或者是簡單的機力 (用手扶拖拉機先耕出花生 ) 每天可收花生面積也僅為 ～ 平方公里。 所以，設計研制新型的符合中國國情的花生收獲裝置是提高中國花生生產(chǎn)機械化水平的關鍵。 研究目標與內(nèi)容 本文的研究目標為： 以配 用中小動力的花生收獲裝置為研究對象，針對中國農(nóng)村分散經(jīng)營的生產(chǎn)體制和中小型拖拉機擁有量大的特點，適應國內(nèi)的花生種植方式，重點設計花生收獲裝置的挖掘及分離原理，探索新的工作方式和新的結構設計，在充分了解花生植株各組成部分收獲時的生長狀態(tài)及田間特性的基礎上，簡介新型傳動機構的工作機理和結構優(yōu)化設計，設計工作部件的運動特點、所受阻力及對花生與植株的施力方式等。以簡化結構，降低功耗，減少成本，提高作業(yè)質(zhì)量為目標，重點研究花生收獲裝置及其傳動部件的運動機理及最佳工作參數(shù) [6]。 研究的具體內(nèi)容為： （ 1）設計花生挖掘 與分離的新的工作原理及結構形式。基本設想是用平行連桿機構實現(xiàn)花生的振動式挖掘與分離，采取將兩項功能通過一個工作部件來完成的全新結構，以最大程度地減少動力功耗和收獲裝置的總體結構尺寸； （ 2）針對不同花生品種、不同地區(qū)及土壤條件，優(yōu)化傳動與工作部件的結構，使其結構參數(shù)和運動參數(shù)達到最優(yōu)。 2 振動篩式花生收獲裝置的設計原理 中國對花生收獲機械裝置的研究正處在發(fā)展時期，花生收獲機械大面積的推廣還需要一段時間，農(nóng)村分散經(jīng)營的生產(chǎn)體制和農(nóng)民的消費水平，東部與西部地區(qū)的差別，對產(chǎn)品、技術需求的遞進趨勢以及廣大農(nóng)村中 小型拖拉機擁有量大的特點，決定了在今后一段時期內(nèi)，中國仍然要以中小型花生收獲機械與裝置為主要的研究和推廣對象 [7]。 但是，國內(nèi)對花生收獲裝置的理論研究有待深入，研究工作還基本停留在試制與試驗階段，對花生收獲裝置的工作原理、結構優(yōu)化、具體的工作情況及規(guī)律性的深入研究花生收獲技術的理論著作過于老化，新理論和學術研究性文章比其它農(nóng)業(yè)機械技術理論相對偏少，且深度不夠，學術價值較低，致使收獲機械與裝置有效供給不足，小型機具多，優(yōu)質(zhì)機械過少，大中型農(nóng)機具跟不上發(fā)展需要，收獲裝置不能滿足花生生產(chǎn)實際的需求，影響了新裝置 的開發(fā)改進，最終影響了花生種植業(yè)戶購買機具的積極性。 因此，加強理論研究，加快理論與實踐的結合速度，研制出適合中國當前國情、性能穩(wěn)定、高效優(yōu)質(zhì)的新型花生收獲裝置，以滿足國內(nèi)現(xiàn)階段廣大花生種植用戶及市場的迫切需求，應當是現(xiàn)階段中國花生生產(chǎn)機械化研究的主要方向。 設計依據(jù) （ 1）符合中國國情 中國農(nóng)村人口多、土地少，且分散經(jīng)營，大型農(nóng)機具 .保有量少，而中小型拖拉機擁有量大。所以，針對中國現(xiàn)階段農(nóng)村生產(chǎn)的實際狀況，所設計的花生收獲裝置應以配用中小型動力為主 [8]。 （ 2）作業(yè)可靠、減少收獲損失 根據(jù)湖 南省質(zhì)量監(jiān)督局發(fā)布的《湖南省地方標準～農(nóng)業(yè)機械作業(yè)質(zhì)量花生機械收獲》和農(nóng)藝要求，所設計的花生收獲裝置應達到的性能指標為 : 配套動力 :11173。 小型四輪拖拉機 生產(chǎn)率 :～ / h 損失率 :＜ 3% 莢果破碎率 : ＜ 1% （ 3）結構緊湊，降低成本 為便于花生收獲裝置的推廣和使用，考慮到中國現(xiàn)階段廣大花生種植戶的消費水平，在保證收獲裝置作業(yè)質(zhì)量的前提下，進一步簡化結構、降低成本，真正使廣大農(nóng)民買得起、用得上。 設計方案的選擇與分析 傳統(tǒng)的花生收獲裝置大多采用挖掘鏟和抖 動鏈相組合的方式。這種裝置是 20 世紀 70年代中國從美國引進和消化吸收后推廣應用的，不僅結構復雜、制造成本高、動力消耗大、可靠性差，而且收獲損失偏高、花生蔓鋪放雜亂，不便于人工揀拾。 本文所設計的收獲裝置擬采用將挖掘和分離兩項功能溶為一體的全新結構，以減少功耗、機體尺寸以及收獲損失 ?并對動力傳遞系統(tǒng)和操縱裝置進行合理配置，確保動力傳遞高效可靠，操縱調(diào)整簡便 [9]。 由于花生的種植模式是兩行壟作，所以收獲裝置的挖掘部件應為兩個挖掘鏟，在收獲裝置作業(yè)過程中擬使挖掘鏟以一定的頻率擺動前進，即擺動式挖掘。這樣，可以最 大限度地減少土壤對工作機組的阻力，降低機組功耗。 為減少機構尺寸，簡化結構，收獲裝置的分離部件擬附著在挖掘部件上，在作業(yè)時，通過挖掘部件的擺動使分離機構將花生與泥土分離。所以，設計方案的選擇主要是傳動系統(tǒng)的選擇和挖掘分離裝置的確定。 總體設計簡介 經(jīng)初步研究，暫設定總體裝配如圖 1所示，由拖拉機為動力輸出，帶動大皮帶輪轉(zhuǎn)動，大皮帶輪帶動小皮帶輪轉(zhuǎn)動，小皮帶輪軸上裝有偏心輪，偏心輪的轉(zhuǎn)動帶動連桿運動，使振動篩實現(xiàn)高頻率的振動。 該機主要由挖掘鏟、振動篩、行走輪、傳動裝置及機架等組成。 挖掘鏟的作用是 鏟斷花生主根、掘起秧土，并將掘起的土壤和花生秧果傳輸?shù)角逋裂b置上。對挖掘鏟的要求是前行阻力小、挖掘深度穩(wěn)定、耐磨損、碎土性好、自潔性好、制作工藝方便等。本機挖掘鏟采用整體單鏟式平鏟，并在其后端設有碎土柵，以增加其破碎土功能，也是花生秧果從挖掘鏟升運到振動篩的銜接部件。挖掘鏟選用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，固定連接在機架的前下部?；ㄉ斋@機的清土裝置目前主要有抖動升運鏈式和振動篩式兩種，振動篩式結構緊湊、 清土效果好 、傷果率低等特點，但較抖動升運鏈式整體震動較大。綜合考慮本設計采用振動篩式清土裝置，振動篩柵條為縱向排布，柵 條中心距可以根據(jù)當?shù)鼗ㄉ贩N（主要是花生果大?。﹣泶_定，為便于將花生秧果成條鋪放到遠離未收取區(qū)的已收區(qū)，振動篩設計為下傾式，振動篩通過機架兩側的連桿與機架鉸接，由前上部的偏心驅(qū)振裝置驅(qū)動作往復振動，驅(qū)振裝置上配有偏心平衡塊裝置