【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 齒 和滾筒凹板上的固定齒的作用，將花生莖蔓上的花生果梳摘下來，梳摘下來的花生果 通過凹板篩上的孔中落 入下方的輸送裝置 。 ： （ 1） 此滾筒具有滾筒結(jié)構(gòu)合理、體積小、花生蔓進(jìn)出速度快，破碎率低，使 用壽命長等優(yōu)點。 （ 2）由于在采用半喂入時花生需要在夾持機(jī)構(gòu)的夾持下沿軸向喂入摘果滾筒，此時動齒就失去了作用， 而且在摘果時固定齒容易將夾持的花生整株拽下造成摘果不凈， 故此種摘果滾筒不適合半喂入式花生聯(lián)合收獲機(jī)。而且根據(jù) 現(xiàn)有的 試驗數(shù)據(jù)顯示即使是 采用全喂入蓖梳式的摘果原理的花生摘果機(jī)，都存在摘果不 凈，分離不清，消耗的功率大，收獲損失過高的缺點。 方案三 ： 圖 23 差相對輥 組配 式摘果滾筒 整螺栓 ： 花生蔓由夾持裝置夾持， 使花生植株沿滾筒的軸向運動。摘果滾筒的轉(zhuǎn)動方向是 相向滾動的 ， 兩摘果滾筒之間需要安裝定位，即 相鄰兩滾筒 刮板之間 有一定的夾角。這樣可以保證摘果的效率和減小花生果地?fù)p傷。被夾持住的 花生蔓在經(jīng)過摘果區(qū)間時被摘果滾筒上的刮板利用打擊和梳刷作用 將花生果摘下。被摘下的花生果落入下方的承接裝置，最終被送入清選青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 機(jī)構(gòu)進(jìn)行清選。 ： （ 1）此種摘果滾筒應(yīng)用范圍較廣 ，對干、濕花生 蔓都可使用； （ 2） 消耗的動力小，摘果后的花生蔓整齊，便于儲 存及綜合利用； （ 3） 此摘果機(jī)構(gòu)在 摘濕果 時 的 效果 好，破碎率低， 能基本滿足聯(lián)合收獲機(jī)對效率和損失率的要求。 （ 4） 由于花生喂入方式的不同，此種摘果機(jī)構(gòu)的 結(jié)構(gòu)和傳動 都較全喂入而言復(fù)雜的多，工作效率 也 比全喂入式花生摘果機(jī)要低。 綜上所述，方案一和方案二的軸流滾筒雖然能夠基本滿足 作業(yè)效率和損失率等要求但無論哪一種都不能很好的滿足花生蔓半喂入的要求，方案三的差相對輥式摘果滾筒雖然結(jié)構(gòu)和傳動會較為的復(fù)雜但其他各方面都能很好的符合課題的設(shè)計要求，而且現(xiàn)有的 4LH2 型花生聯(lián)合收獲機(jī)樣機(jī)上也采用了類似的摘果機(jī)構(gòu) [15]，經(jīng)過 試驗證明摘果的效果較好，故摘果滾筒的最終 選取 方案確定為差相對輥 組配 式摘果滾筒。 清選 裝置 設(shè)計 方案一 ： 風(fēng)扇式 淸選裝置是通過 氣流清選 原理 利用谷粒和混合物空氣動力特性的差異進(jìn)行清選 。當(dāng)混合物落進(jìn)清選裝置的氣流場中時，由于受到氣流作用力不同而被分開?；ㄉ?jīng)過摘果滾筒后，花生果和部分花生秧形成摘果后的混合物，由于聯(lián)合花生收獲機(jī)摘的主要是濕花生，考慮到摘果后的雜余成分較為的復(fù)雜，難于確定合理的漂浮速度，故單純的氣流清選難以滿足設(shè)計要求。 方案二 ： 氣流清選筒式 清選裝置是利用風(fēng)扇的吸氣氣流，使通過清選筒 時產(chǎn)生速度變化，從而將混合物分開。 此種原理的清選裝置主要有兩種方式：筒式氣流清選筒式、復(fù)式氣流清選筒式。氣流清選筒式清選裝置清選效果好， 工作時塵土少，振動小，機(jī)器重量輕，但是整個裝置的空間占有量大，生產(chǎn)率較低，適用于固定作業(yè)的清選，因此這種淸選裝置雖然效果好但是不能選為花生聯(lián)合收獲機(jī)的清選機(jī)構(gòu)。 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（論文） 11 方案三 ： 風(fēng)扇篩子 式 清選裝置主要是利用氣流的吹浮作用并輔助以篩子的抖動作用將混合物中的雜質(zhì)清除排走。風(fēng)扇篩子式淸選裝置主要是由清選篩、 輸送裝置 、 風(fēng)扇和傳動裝置組成。工作時 通過 清選篩的往復(fù)振動，混合物被不斷地沿篩面運 動，裝于清選篩下方的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)把混合物吹散， 花生葉片等輕的雜物被氣流帶出機(jī)外，吹不走的花生果在篩面向后運動，在移動的過程中沙土從篩孔落下地面，花生果最后在篩面的后端通過較大的篩孔落入下方的輸送裝置，最終運送到集果箱。另外一些較大的花生秸稈則通過振動落入到清選篩后的逐稿器，隨著逐稿器的運動逐出機(jī)外。此種清選裝置是目前大型聯(lián)合收獲機(jī)上最常用的一種清選方式，清選效果比較的好，而且機(jī)構(gòu)的設(shè)計思路較為的成熟。 綜上所述，淸選機(jī)構(gòu)的選擇最終確定為風(fēng)扇篩子式淸選裝置，清選篩的往復(fù)振動通過偏心機(jī)構(gòu)帶動的曲柄連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn) ，偏心距的實際大小根據(jù)清選的效率要求來確定。具體的篩孔尺寸等亦通過聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)效率要求來設(shè)計確定。 摘果清選裝置 最終 方案的研究和確定 通過對上述提出的擬定方案結(jié)合本次設(shè)計的主要目的， 以及通過對目前國內(nèi)常見花生聯(lián)合收獲機(jī)進(jìn)行類比，最終確定摘果滾筒采用差相對輥 組配 式，清選裝置采用風(fēng)扇篩子式清選。最終方案 為 圖 24： 圖 24 最終方案簡圖 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（論文） 12 工作時， 鏈輪 帶動傳動軸運轉(zhuǎn)，在偏心 輪的帶動下 主動擺桿的帶動篩體和 逐稿器 以特定的頻率振動。 花生 通過夾持 裝置夾持，進(jìn)入摘果滾筒上方，通過摘果滾筒的打擊梳刷作用花生果被摘下?；ㄉ?后，其脫下物組成包括果莢、斷莖、殘莖、未成熟莢、土塊等， 這些混合物通過刮板輸送帶進(jìn)入振動篩，振動篩后方連有逐稿器，振動 篩體水平向下傾斜， 逐稿器放 置在篩體下端的上方，水平向上傾斜， 振動篩末端的篩孔較大 ，能 使篩面上花生果莢通過， 落入下方的螺旋輸送器。逐稿器通過 鋸齒面的作用及振動作用 能夠把殘莖、斷莖等 向上拋送最后 逐出機(jī)外。下方的螺旋輸送器裝有圓孔篩，能在輸送過程中對花生果進(jìn)行二次清選 ，在聯(lián)合收獲機(jī)的另一端進(jìn)入升運器，最終進(jìn)入集果箱 。 摘果后的花生蔓仍在夾持裝置的夾持下繼續(xù)向后運動，在末端被直接拋送到地面上。 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（論文） 13 3 摘果機(jī)構(gòu) 的設(shè)計 摘果滾筒是 摘果機(jī)構(gòu)最主要的工作部件 ，此滾筒結(jié)構(gòu)如圖 31 所示， 摘果 滾筒由鋼管 周圍均勻焊接 6 塊尺寸相同的定刮板 ， 六塊動刮板通過螺栓分別與定刮板聯(lián)接 。 摘果滾筒的 直徑可以通過動刮板的安裝 位置變動來改變 。 兩摘果滾筒的方向 互為反向，裝配時需定位，彼此互相錯開 30o 以增加 摘果的 效果及避免損傷果實。 摘果滾筒的設(shè)計參數(shù)主要包括摘果滾筒的長度、滾筒的轉(zhuǎn)速、滾筒的直徑。 圖 31 摘果滾筒 摘果滾筒長度 的確定 通過查閱相關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計書籍，可知滾筒的長度滿足： L=vt 公式 （ 31） 式中 v— 花生收獲機(jī)的作業(yè)速度（ m/s）； t— 花生摘果時間（ s）。 可見， 滾筒 的長度與 作業(yè)的速度和摘果時間有關(guān)， 摘果時間越長， 長度越長，花生果的漏摘率越少， 根據(jù)夾持輸送裝置的設(shè)計計算，花生收獲機(jī)的作業(yè)速度為 ， 花生 的摘果時間定為 2s 左右。 所以，滾筒的長度為 1m。 摘果滾筒 轉(zhuǎn)速 的計算 花生摘果不僅與摘果時間有關(guān)系，而且與摘果速度有關(guān)系。為了提高摘果速度，顯然需要提高滾筒的轉(zhuǎn)速；但是滾筒轉(zhuǎn)速過高，可能出現(xiàn)由于 沖擊過強(qiáng)而增加花生的破損，所以確青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 定一個合適的轉(zhuǎn)速顯得非常重要。 通過查閱相關(guān)論文 [17]得 滾筒速度 ： AmvAWak 22??? ； v=mAk?2 公式 （ 32） 可得滾筒的轉(zhuǎn)速為： n=mArrv k?? 23030 ?? 公式 （ 33） 式中： aW — 花生果針在沖斷時所吸收的功 （ Kw） 。 A— 花生果針的截面積 （ m2） ； v— 滾筒沖擊時的線速度 （ m/s） ； n— 滾筒轉(zhuǎn)速 （ r/min）； m— 摘果動刀的質(zhì)量（ Kg） 。 最終 計算 確定 摘果滾筒的 轉(zhuǎn)速為 300r/min 摘果滾筒直徑 計算 摘果滾筒直徑的大小關(guān)系到兩滾筒刮之間的間隙或重疊程度，直接影響到花 摘果的摘凈率和破碎率。 根據(jù)中國花生生長狀況的調(diào)查數(shù)據(jù)可知，中國花生結(jié)果的直徑范圍約為 200mm以內(nèi) [16]， 根據(jù)花生的結(jié)果范圍繪制出 圖 32， 為了保證果莢能夠被順利摘下，在梳刷 過程 不出 現(xiàn) 果莢的松脫漏摘問題，所以 要求滾 筒初 始接觸果莢的位置在果莢最外端的 A 點所作的 垂直線 AH 上；又為了提高 果莢的摘果效率，使該裝置可 以將 果莢梳刷下來， 而且可以充分利 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（論文） 15 圖 32 滾筒摘果示意圖 用其動能， 將部分 果莢以沖擊的形式摘取下來，以減少梳刷的 負(fù)荷，所以滾筒的中心點必須過果莢外端與主莖 的中心線 EF 上。從而有 ： AH=GBAGAB ]cos[arctan 公式 （ 34） 根據(jù)花生的生長情況取 AG=100mm， GB=100mm。 代 入上述公式可得出 AH=200mm 即花生摘果滾筒的直徑為 200mm。 為了保證不同品種花生摘果的需求，最終確定定刮板和動刮板可在 180~220mm 內(nèi)可調(diào)，兩個摘果滾筒的軸距為 180mm。定刮板和動刮板選用的鋼板的尺寸為長寬 1000? 2mm，焊接鋼板的鋼管的尺寸為 1000? 5mm。 摘果滾筒的功率計算 摘果滾筒在梳刷和擊打花生時，需要克服花生莖蔓、根蔓的拉力才能將花生果摘下。查閱 花生莖蔓、根蔓抗拉與果結(jié)合處抗剪試驗數(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 果與柄和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 [18]。 因此， 單個刮板對 單株花生在摘果時消耗的功率為： 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（論文） 16 P1 =Fv=F30rn? =12?30rn? = 公式 （ 35） 花生挖掘后的夾持喂入速度為 ，花生蔓在 夾持 喂入時的株距在 10mm 左右，所以在摘果滾筒的 1m 的長度內(nèi)大約會有 10 顆花生同時摘果。 摘果滾筒在工作時 的 2s 內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)過 10 圈，即每個滾筒連續(xù)工作 10 次。所以，摘果滾筒消耗的總功率為： P=10 10? ? P1 = 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（論文） 17 4 刮板輸送 器 的設(shè)計 刮板式輸送器用以輸送谷粒、雜余和果穗，可以傾斜輸送也可以垂直輸送。刮板輸送器由帶有雙翼的套筒滾子鏈組成，其上安裝橡膠刮板，在輸送槽內(nèi) 運轉(zhuǎn) 。通常下邊為工作邊，即物料在輸送槽的內(nèi)表面刮運上升；但也有少數(shù)是上邊為工作邊 ，輸送清凈谷粒，此時即為“越頂”式輸送 ，可縮短輸送器的長度 。 當(dāng)用下邊作為工作邊時，物料運升到頂部時就靠物料自身的重量從刮板上滑落 下來卸出。 卸糧開口的長度要保證物料能及時卸凈。 圖 41 升運器結(jié)構(gòu)形式 本 設(shè)計 選用的是下邊為工作邊的輸送器，結(jié)構(gòu)形式如圖 41。 刮板輸送器的設(shè)計主要確定其升運量、傳送鏈型號 及尺寸 、 卸糧開口的長度以及消耗的功率。 刮板 輸送 器升運量的計算 查《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊》，常用的刮板升運器橡 膠刮板尺寸為 65mm ? 85mm、65mm? 120mm、 85mm? 120mm 和 70mm? 140mm。 輸送器殼體由鋼板制成，刮板與 殼體之間留有 2~8mm 間隙，以防止擠塞。 類比同種型號的花生聯(lián)合收獲機(jī)的工作效率選擇刮板的尺寸為 65mm? 120mm。刮板升運器的升運量 Q 可以按下式來確定： Q=Bhv?? k（ kg/s） 公式 （ 41） 式中 B， h— 刮板的寬度和高度（ m） 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（論文） 18 v— 刮板升運速度，常用 1~2m/s ? — 輸送物料單位容積的質(zhì)量（ kg/m3） ?— 充滿系數(shù)，當(dāng)速度 ? =、 、 、 ， ? 相應(yīng)為 、 、 、 k— 傾斜系數(shù)（見下表） 表 41 傾斜系數(shù)值 k 升 運器 傾角 ? 10176。 20176。 30176。 45176。 60176。 75176。 90176。 k 查《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》可知刮板輸送速度一般為 ~。 取 v=， 升 運器傾角 ? =30176。，刮板尺寸 B? h=65mm ? 120mm， 將數(shù)值 代 入上式可得 升運器的升運量：Q=。 輸送 器功率計算 查 《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊》，刮板輸送器需用功率滿足： N=Qg(LW+H) ? 103