【文章內(nèi)容簡介】 升運(yùn)鏈?zhǔn)剑B桿間隙小于一般薯塊的最小特征尺寸，土薯混合 物在抖動(dòng)器的作用下分離，土坯破裂落到地面上，薯塊隨著升運(yùn)鏈上升到尾端落到疏松的土壤表面?？稍诒ＷC分離率的同時(shí)，提高收凈率、降低破損率。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 該方案設(shè)計(jì)的馬鈴薯收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、分離效果明顯、作業(yè)效率高、配套動(dòng)力小，解決了配套動(dòng)力不足的難題，便于在廣大丘陵、山區(qū)推廣使用。 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） 9 3 主要零部件設(shè)計(jì) 機(jī)架的設(shè)計(jì) 丘陵山地薯類收獲機(jī)機(jī)架采用 鋼件焊接而成，整體尺寸是通過拖拉機(jī)懸掛裝置和挖掘鏟工作寬度決定的。 圖 31 機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖 機(jī)架的尺寸確定 由于挖掘?qū)挾仍?500mm，所以機(jī)架的寬度應(yīng)超過工作寬度的寬度應(yīng)為 700mm～800mm，為了能使刀軸支撐架更好的連接，機(jī)架寬度取 750mm。機(jī)架的總長度是通過收獲后 馬鈴薯 蔓輸送的路程和拖拉機(jī)動(dòng)力輸送過程中動(dòng)力軸的位置確定的，為了能夠達(dá)到更好的分離效果輸送鏈選擇長度為 660mm，拖拉機(jī)傳遞過程中二級帶傳動(dòng)的中心距 a=760mm，拖拉機(jī)懸掛架的長度為 250mm。機(jī)架總長度應(yīng)在 L=660+760350=1890mm，因機(jī)架總長度應(yīng)大于實(shí)際應(yīng)用長度取 L=20xxmm。機(jī) 架的高度應(yīng)根據(jù)拖拉機(jī)懸掛架的拉桿高度H1=780mm 和動(dòng)力輸出軸離地面的高度 H2=510mm 確定的，機(jī)架離地面的高度為 280mm，取機(jī)架最高處到最低處的距離為 H=500mm。 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） 10 收獲機(jī)的機(jī)架使用和調(diào)整 (1)功過拖拉機(jī)的的遙控桿控制懸掛架的升降，使機(jī)架達(dá)到工作狀態(tài)。 (2)動(dòng)力輸出的遙控干控制動(dòng)力的輸出間接控制了集體的工作。 (3)調(diào)整工作的寬度是由機(jī)架動(dòng)力軸上的套筒和刀軸的軸承座調(diào)整決定的。 (4)其 它 調(diào)整是通過機(jī)體上的調(diào)整螺母調(diào)整。 (5)機(jī)架上焊接的連接鋼板應(yīng)針對主要工作部件的中心位置確定 。 挖掘鏟的設(shè)計(jì) 由薯類作物的農(nóng)藝特征可知 ， 薯類 主要 為起壟種植。紅薯多為單壟單行種植，馬鈴薯多為單壟雙行 。 薯類成熟塊莖一般生長在 5～ 30cm的土層，塊莖的生長寬度一般為 40cm左右。 因而設(shè)計(jì)旋挖刀的入土深度 可在 15～ 30cm內(nèi)調(diào)整 [5]。 丘陵山地薯類收獲機(jī)中 挖掘 鏟采用彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)可增加挖掘鏟的彈性變形，提高其使用壽命。 挖掘鏟的選型 挖掘部分的作用是把薯類果實(shí)和土壤一起挖起，然后經(jīng)過輸送鏈分離清選。對挖掘部件的要求如下：在盡量少挖取土壤的情況下挖凈薯塊；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；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；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 [6]。這種挖掘部件由三角平面多鏟和鏟架組成。三角平面多鏟直接與機(jī)架剛性連接。 三角平面多鏟的鏟面為平面，其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，且常用在鏈桿式挖掘機(jī)上。一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達(dá)到減少阻力的目的；另一方面減輕機(jī)具前部重量，防止鏟尖下陷。多片鏟在工作時(shí)發(fā)生局部磨損時(shí)，更換方便維修成本低。因此，該機(jī)采用三角平面多鏟 ，由三個(gè)三角平面鏟組成，材料為 65Mn。 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） 11 鏟刃夾角 ? 圖 32 挖掘鏟參數(shù)及受力圖 三角挖掘鏟結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝少。被廣泛的應(yīng)用于馬鈴薯挖掘中。鏟面由三片挖掘鏟組成，剛性的固定在鏟架上，各鏟之間留有滑草間隙。挖掘鏟的主要參數(shù)有：刃切口夾角 ? 、挖掘鏟與地面的夾角 ? 、鏟的長度 L、鏟的寬度 B[7]。如圖 32所示。選擇挖掘鏟刃口 夾角的值必須使雜草和莖稈都能滑離鏟刃。使莖稈滑離刃口的力如圖 32（ d）所示，它必須滿足下列不等式： 11111 ?? tgRRR nnt ?? 公式（ 3— 1） 式中 R1 — 作用于鏟刃的阻力（ N）； 1? — 莖桿對鋼的摩擦系數(shù)； 1? ?? 。 從圖中可得到下列不等式： 111 2s in2c o s ??? tgRR ? 即： 1902 ?? ?? ? 公式 （ 3— 2） 一般 2? 取 ?? 55~45 ，該挖掘鏟采用 ??100? 。 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） 12 鏟面傾角 ? 和鏟體總長度 L 挖掘鏟的傾角α和鏟的長度 L可由圖 32(b)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： 0s i nc o s ??? ?? GFP 公式 (3— 3) 0s i nc o s ??? ?? PGN 公式 (3— 4) NF ?? 公式 (3— 5) 式中 P — 沿著挖掘鏟移動(dòng)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)； ? — 土壤對挖掘鏟的摩擦系數(shù)。 將式 (3)， (4)， (5)聯(lián)立求解得： ???????? ??? GP GP? ?? ar c tan 公式（ 3— 6） ? ??? ?? tanGP 公式（ 3— 7） 挖掘鏟的工作阻力不僅只是由于鏟起的土壤沿鏟移動(dòng)而產(chǎn)生的，同時(shí)也是由切割土壤所造成的 [8]，若不考慮壟臺沿著挖掘鏟移動(dòng)速度變化的影響，鏟的總阻力可以用下面的關(guān)系式來表達(dá)： ? ? KAGPPR ????? ??t a n1 公式（ 3— 8） 式中 ? — 土壤對鋼的摩擦角； K— 挖掘壟溝的比阻系數(shù) ( 2/mN )，輕質(zhì)土壤 K=16000～ 20xx0（ 2/mN ）；中等輕質(zhì)土壤 K=20xx0～ 24000（ 2/mN ）；中等堅(jiān)實(shí)土壤 K=24000～ 3000（ 2/mN ） A— 挖掘壟溝的橫截面積（ 2m ）。 鏟的長度可由挖掘深度 h與傾角α計(jì)算，即： ?sin/hL? 公式 （ 3— 9） 由農(nóng)藝要求可知，挖掘深度 h=15～ 25cm時(shí)才能將馬鈴薯完全挖出，并不損壞馬鈴薯。最后青島農(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） 13 根 據(jù)各個(gè)公式得：鏟的最大傾角α =25? ，φ =30? （中等輕質(zhì)土），鏟的最大長度為 49cm。取 L=40cm；并可計(jì)算出挖掘鏟在中等輕質(zhì)土壤，挖掘最大傾角 25176。時(shí)的最大挖掘阻力為3086 N。 單鏟片寬度 B 當(dāng)挖掘鏟的 ? 、 ? 、 L選定后，下一步是確定鏟寬。設(shè)計(jì)要求取總寬度為 600mm，取單鏟寬度 B為 160mm，則產(chǎn)片間隙為 10mm，挖掘鏟的厚度為 5mm。最后得到的挖掘鏟的結(jié)構(gòu)圖，如圖 34所示。 圖 34 挖掘鏟平面圖 振動(dòng)分離輸送裝置的設(shè)計(jì) 振動(dòng)分離輸送裝置采用升運(yùn)鏈?zhǔn)健?當(dāng)被掘起的土垡、薯塊及莖桿等向上輸送時(shí)，在輸送鏈的作用下， 土垡被疏松，土壤通過桿間隙篩出，薯塊則被輸送到側(cè)向輸送器。為增強(qiáng)分離效果，在分離輸送器上裝有三星抖動(dòng)器 [9]。因此，鏈面在三星抖動(dòng)器的作用下產(chǎn)生振動(dòng)。此時(shí)分離輸送器鏈輪的鏈節(jié)不是作直線運(yùn)動(dòng)，而在某段時(shí)間內(nèi)沿圓弧運(yùn)動(dòng)，這種抖動(dòng)分離輸送器相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形可移動(dòng)的柵格篩。三星抖動(dòng)器由線速度一定的分離輸 送器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。作業(yè)時(shí)，位于前部的挖掘鏟進(jìn)入土層內(nèi)將薯壟整個(gè)掘起，掘起土垡在平面鏟的作用下發(fā)生劈裂破碎，然后輸送到分離輸送器上。分離輸送器桿條在向后運(yùn)動(dòng)的同時(shí)受抖動(dòng)器作用而上下抖動(dòng)，使大部分土壤變松并落到桿條鏈下部壟溝內(nèi)，薯塊則被順利運(yùn)送到尾部落到側(cè)向輸送器上。 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） 14 桿條參數(shù)的確定 一般馬鈴薯的塊莖為扁圓、橢圓、圓、長筒等形狀，為了研究方便我們統(tǒng)一采用長、寬、厚三個(gè)特征尺寸來描述塊莖物 理機(jī)械特性，其中厚度尺寸是關(guān)鍵的一個(gè)尺寸。分離輸送器的桿條間隙如圖 35所示， 圖 35 桿間距示意圖 從圖中可以看 出下面的關(guān)系： dLL ?? 1 公式（ 310） 式中： L — 桿間隙； L1 — 桿條間隙； d — 桿直徑。 要使分離輸送器達(dá)到篩分土壤保留薯塊的目的，桿條間隙的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足 1L ? c(c為馬鈴薯最小特征尺寸 )的條件，即保證馬鈴薯最小特征尺寸大于枝條間隙，使塊莖不至于在桿條間隨土壤漏下。據(jù)資料和實(shí)際測量，我國馬鈴薯塊莖厚度尺寸大多在 3080mm之間，因此若取桿間距 L為 38mm，桿條直徑為 10mm代入式（ 31）得桿條間隙為 28mm[10]。 抖動(dòng)器參數(shù)確定及安裝 為使薯塊在分離輸送器上能夠分離并向上輸送，必須確定抖動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)參 數(shù)，并正確安裝抖動(dòng)器。 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） 15 三星抖動(dòng)器參數(shù)的確定 本設(shè)計(jì)中，抖動(dòng)器采用三星抖動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)如圖 36，按照設(shè)計(jì)要求 [11]，分離輸送 器的線速度為 m/s，即三星抖動(dòng)器的線速度為 m/s，半徑 r為 60mm，由 ?? r? ，??30?n 得 )/( n)/(255 srrn ?? 所以抖動(dòng)頻率： Hzf ? ，也就是說抖動(dòng)器每秒鐘抖動(dòng) 次。 圖 36 三星輪式振動(dòng)分離裝置 抖動(dòng)器的安裝 根據(jù)齊姆斯的研究，升運(yùn)器的功率消耗與抖動(dòng)器的位置有關(guān)，一般抖動(dòng)器在距升運(yùn)器前從動(dòng)輪 ～ 的位置，升運(yùn)器 消耗的功率比較小，因?yàn)樵?～ 的位置上最容易形成物料的堆積。如果在這個(gè)位置上的震動(dòng)發(fā)生的最多那么，整個(gè)升運(yùn)器上的力就會降低，從而使功率消耗減小。 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） 16 4 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 動(dòng)力傳動(dòng)的選擇 動(dòng)力傳動(dòng)是由動(dòng)力 輸出 軸通過 錐齒輪 傳動(dòng)傳遞給 帶輪，再由帶傳動(dòng)傳遞給輸送鏈輪主動(dòng)軸 [12]。 這種傳遞功率消耗小，傳動(dòng)穩(wěn)定。 整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為 ，其中錐齒輪的傳動(dòng)比為 ， V帶的傳動(dòng)比為 。 其中拖拉機(jī)的型號選擇是根據(jù)總功率的大小決定的，對其工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。通常對于長期聯(lián)系運(yùn)轉(zhuǎn)，