【文章內(nèi)容簡介】 動力應(yīng)具有一定的儲備。分離機(jī)構(gòu)應(yīng)具有排石、去秧功能，以適應(yīng)土壤、地形等方面的變化，以及收獲后田地應(yīng)平整，不能影響以后農(nóng)田作業(yè)要求 。[4] 馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展的主要制約因素 (1)動力配套問題11—14kW 拖拉機(jī)雖是目前農(nóng)村擁有量最多的動力機(jī)械，但問題的核心是小型拖拉機(jī)不適宜于配套單行收獲機(jī)，動力不能滿足一次完成挖掘、分離、薯塊集堆或集條作業(yè)，更談不上完成去秧、排石、裝箱等功能。實踐表明，不管收獲機(jī)械如何改進(jìn)，馬鈴薯收獲仍然需要較高動力消耗，現(xiàn)在與小型拖拉機(jī)配套的收獲機(jī)普遍存在動力不足的問題。雖然與 18—22kW 以上拖拉機(jī)配套的單行收獲機(jī)和 38kW 以上拖拉機(jī)配套的雙行收獲機(jī)克服了動力不足、適應(yīng)性差的問題，作業(yè)質(zhì)量也較好，但農(nóng)戶擁有該類型拖拉機(jī)數(shù)量有限，在一定程度上制約了馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展。(2)生產(chǎn)規(guī)模與種植形式目前，農(nóng)村小規(guī)模生產(chǎn)方式制約了大中型馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展，收獲機(jī)市場出現(xiàn)了先小型，后小中型并舉的現(xiàn)象。馬鈴薯種植形式不統(tǒng)一也直接影響收獲機(jī)作業(yè)性能。(3)機(jī)具性能問題目前我國各地研制的收獲機(jī)普遍存在可靠性差，作業(yè)質(zhì)量不穩(wěn)定，適應(yīng)性不強(qiáng)，功能不全等問題。 馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展建議(1)機(jī)具類型多樣化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。我國馬鈴薯收獲機(jī)械的設(shè)計開發(fā)要適合國情，不但要適應(yīng)我國廣大農(nóng)村現(xiàn)有的配套動力條件，還要適應(yīng)各地不同的農(nóng)藝要求。(2)提高機(jī)具可靠性。馬鈴薯收獲機(jī)械在惡劣的條件下工作，零部件易腐蝕、磨損或斷裂，因此在設(shè)計時應(yīng)從結(jié)構(gòu)特性、制造工藝和材料處理等幾方面綜合分析，改7善零件的可靠性，進(jìn)而提高整機(jī)的可靠性。(3)多功能聯(lián)合收獲。目前許多機(jī)型只有挖掘功能，沒有分離清選和輸送功能，生產(chǎn)率相對較低，實際收獲時的成本較高。因此，要通過消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化挖掘、分離、清選和輸送功能，提高生產(chǎn)率。同時要提高機(jī)具的適應(yīng)能力，完善根茬、殘膜的收集功能，使其真正實現(xiàn)多功能聯(lián)合作業(yè)。(4)加強(qiáng)基礎(chǔ)性能的研究。研究土壤性質(zhì)，可準(zhǔn)確確定機(jī)具的受力特性，理地選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)；研究馬鈴薯性狀，可減少其破損量，提高分選效率。深入研究土壤和馬鈴薯特性有助于優(yōu)化機(jī)器結(jié)構(gòu)，提高其使用性能。3 整體結(jié)構(gòu)的確定 總體結(jié)構(gòu)本任務(wù)設(shè)計的馬鈴薯挖掘機(jī)與80100馬力的拖拉機(jī)配套作業(yè)，掛接方式為后懸掛，作業(yè)時需對行。該機(jī)主要由懸掛機(jī)架、轉(zhuǎn)動輸送篩、挖掘鏟及鏟架、切土圓盤刀、傳動機(jī)構(gòu)、擺動篩等機(jī)構(gòu)組成。鏟架通過螺栓安裝在懸掛機(jī)架的側(cè)板上，在鏟架上安裝有挖掘鏟。在機(jī)架上焊有2點懸掛的地方，與拖拉機(jī)的懸掛機(jī)構(gòu)相連。在機(jī)架中部安裝有傳動機(jī)構(gòu)，它由傳動箱、一對錐齒輪和傳動軸組成。傳動機(jī)構(gòu)通過傳動軸與拖拉機(jī)的動力輸出軸連接，拖拉機(jī)的動力傳動到轉(zhuǎn)動輸送篩和擺動分離篩上，使轉(zhuǎn)動輸送篩轉(zhuǎn)動，將挖掘出的馬鈴薯輸送到擺動篩上達(dá)到分離效果。轉(zhuǎn)動輸送篩的主動軸的轉(zhuǎn)動作用由鏈條帶動，從而使轉(zhuǎn)動篩達(dá)到轉(zhuǎn)動的效果。傳動機(jī)構(gòu)末端上有一偏心輪，偏心輪使與其相連的連桿一端作回轉(zhuǎn)運動，在連桿另一端帶動擺動篩使其擺動，使馬鈴薯和土壤達(dá)到分離的效果 。[5] 工作原理 拖拉機(jī)通過懸掛機(jī)構(gòu)牽引馬鈴薯收獲機(jī)前進(jìn)，拖拉機(jī)的動力輸出軸與收獲機(jī)的機(jī)傳動機(jī)構(gòu)通過傳動軸相連接，在拖拉機(jī)啟動后，結(jié)合動力輸出軸使其轉(zhuǎn)動，并通過傳動機(jī)構(gòu)傳送動力，使轉(zhuǎn)動輸送篩轉(zhuǎn)動、擺動篩轉(zhuǎn)動擺動；在拖拉機(jī)前進(jìn)過程中，挖掘鏟挖出土垡，土垡沿挖掘鏟傳到轉(zhuǎn)動輸送篩上進(jìn)行初次分離，然后由傳動篩輸送到擺動分離篩上再次分離，在擺動篩的擺動作用下薯塊和泥土分離，并將薯塊成條狀鋪放在挖掘機(jī)的后面，以便撿拾 。[6] 主要性能參數(shù)馬鈴薯收獲機(jī)主要性能參數(shù)見表1所示：表1 馬鈴薯收獲機(jī)主要性能參數(shù)Table 1 Main performance parameters of the Potato Harvester項目 數(shù)值 項目 數(shù)值 8項目 數(shù)值 項目 數(shù)值 工作寬度 1800mm 純小時生產(chǎn)率 ～ ?h 作業(yè)行數(shù) 2 行 集薯類型 鋪條作業(yè)深度 200mm 理論明薯率 ＞95%主軸轉(zhuǎn)速 540r/min 理論挖凈率 ＞98%配套動力(拖拉機(jī)) 80100 馬力 理論破損率 ≤ 5%作業(yè)速度 ～1m/s 行距 700～900mm4 挖掘部件的設(shè)計挖掘部分的作用是把薯塊和土壤一起挖起，并把薯塊和土壤輸送到分離篩上。對挖掘部件的要求如下：(1)在盡量少挖取土壤的情況下挖凈薯塊；(2)挖掘深度穩(wěn)定不損傷薯塊，并可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；(3)挖掘鏟應(yīng)有較強(qiáng)的碎土能力，對粘重土壤保證土垡能順利通過，以便為分離薯塊中的土壤提供有利條件；(4)要求挖掘部件的牽引阻力小，刃口的耐磨性好。為滿足上述要求，采用了組合式挖掘部件。這種挖掘部件由三角平面多鏟、鏟架和切土圓盤刀組成。挖掘鏟與鏟架通過螺釘連接，鏟架固定在機(jī)架上。切土圓盤刀安裝高度可調(diào)節(jié)。 挖掘鏟的設(shè)計挖掘鏟是挖掘機(jī)的主要部件，而挖掘鏟的參數(shù)的選擇是馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計基礎(chǔ)。 設(shè)計依據(jù)主要依據(jù)是薯塊的分布寬度、結(jié)薯深度和薯塊成簇性等生長狀況, 以及土壤土質(zhì)和根系的抓土程度。按收獲農(nóng)藝相關(guān)指標(biāo)——挖凈率、傷薯率、明薯率等, 對挖掘鏟的設(shè)計要求是: (1)將所有薯塊掘起, 保證挖凈且不鏟薯；(2)能流暢地將掘起物送往分離裝置；(3)盡早漏土, 減小挖掘阻力, 避免機(jī)前壅土,且減小篩分部件負(fù)荷, 提高整機(jī)收獲的明薯率。固定式三角平面多鏟是挖掘機(jī)的主要工作部件之一，結(jié)構(gòu)比振動式挖掘鏟和主動圓盤挖掘部件結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，不需要動力傳動。其缺點是容易產(chǎn)生壅土現(xiàn)象。壅土現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：(1)土壤板結(jié)，有大土塊、大石塊和雜草纏繞；9(2)懸掛連接尺寸不正確，挖掘鏟工作傾角過大或過??；(3)挖掘深度和前進(jìn)速度超過設(shè)計值。但在土壤條件好的情況下，正確使用挖掘機(jī)是可以避免和減少壅土現(xiàn)象發(fā)生的。因此，固定式三角平面多鏟在國內(nèi)外仍得到廣泛應(yīng)用 。[7] 平面鏟主要參數(shù)的確定三角平面多鏟的鏟面為平面，且常用在鏈桿式挖掘機(jī)上。因此，該機(jī)采用三角平面多鏟，由11個三角平面鏟組成，材料為65Mn。固定方式是通過鏟柄固定在鏟架上，并在各鏟之間留有滑草間隙。(1)挖掘鏟主要參數(shù)如：圖圖2 α圖1 挖掘鏟參數(shù)1Fig l Digging shovel parameter 12γ圖2 挖掘鏟參數(shù)2Fig 2 Digging shovel parameter 2γ—鏟刃斜角α—鏟的傾角L—鏟的長度B—鏟的寬度10H—鏟后端高度(2)受力分析：鏟刃斜角γ為了保證鏟刃的自動清理，可由圖 3的受力分析確定。αα圖3 受力分析Pig 3 Stress analysis2γ圖4 鏟尖受力分析Pig 4 Stress analysis of the scraper tip由公式 P0 sin(90176。 ?γ ) ＞ F (1)使土壤在鏟刃上的滑切能力克服摩擦力，土壤與鏟刃做相對運動。公式中P0—作用在鏟刃的阻力 (N) F —土壤對鏟刃的摩擦力(N) F = Ntg?—土壤對鏟刃的摩擦角由摩擦定律知F = Ntg11N = P0cos(90176。 γ)將其代入(1)式得γ＜ 90176。 ? (2)?一般土壤對鏟刃的摩擦角為 =176?！?5176。 ，故取γ =55176。為易。γ 過大，莖桿和雜草不能被切斷，而且會引起鏟前堵塞；但是γ減小時，要達(dá)到同樣的挖掘?qū)挾?，則必須增加鏟的長度，這會增加工作阻力，并且需加強(qiáng)鏟的強(qiáng)度。挖掘鏟的傾角α和鏟的長度L可由圖3的受力分析求得。根據(jù)土壤在挖掘鏟上的受力分析可建立如下平衡方程式：Pcosα?F?G α=0 (3)sinN ? Gcosα ? Psinα = 0 (4)F = tg (5)f?式中：P — 沿著挖掘鏟移動掘起物所需的力(N) N — 鏟對土壤的反作用力(N) G — 鏟面上土壤的重力(N) F — 土壤對鏟的摩擦力 (N) — 土壤對鏟的摩擦系數(shù)f將式(3)、(4) 、(5)聯(lián)立解得： (6)pfGarctgP????P = Gtg(α+ ) (7)?挖掘鏟在工作過程中必然受到阻力的影響，工作阻力不僅只是由于鏟起的土壤沿鏟移動而產(chǎn)生的，同時，由于切割土壤的作用也會產(chǎn)生阻力，因此這部分力為P1=KA (8)如果不考慮土壤沿著鏟面移動速度的影響，則鏟的總阻力為R=P+ P1 =Gtg(α+ )+KA