【正文】 生姜收獲機(jī)械，但是國(guó)內(nèi)技術(shù)并不成熟，現(xiàn)有的機(jī)械并不能對(duì)生姜收獲作業(yè)達(dá)到全機(jī)械化，大部分收獲工作還是需要人工去完成。因此, 急需改善和創(chuàng)新新生姜收獲機(jī)械以解決目前國(guó)內(nèi)生姜收獲存在的不足。國(guó)外從 20 世紀(jì) 40 年代開始根莖類作物收獲機(jī)械的研究, 如美國(guó)、德國(guó)、日本、法國(guó)、意大利等發(fā)達(dá)國(guó)家均研制出了不同的收獲機(jī)械。一些發(fā)達(dá)國(guó)家不斷將高、精、尖技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械上來, 農(nóng)業(yè)機(jī)械正向智能化方向發(fā)展 [2]。2 / 32 選題的目的和意義 目的：在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高產(chǎn)量生姜品種研制的成功，使得現(xiàn)在生姜畝產(chǎn)量不斷提高，所以在全國(guó)的各個(gè)地區(qū)生姜種植的面積在逐年增大，并且以生姜種植的周期短、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)漸漸的成為了這些農(nóng)民家庭的最主要經(jīng)濟(jì)收入和一條新的致富路。為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過借鑒現(xiàn)有生姜收獲機(jī)械，對(duì)機(jī)具簡(jiǎn)化改進(jìn)降低機(jī)具成本，并且提高生產(chǎn)效率高,節(jié)省勞動(dòng)力,降低收獲成本,增加產(chǎn)量。生姜收獲時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，工作過程繁瑣，作物果實(shí)塊莖破碎量大等農(nóng)藝問題亟待解決 [4]。 研究方案研究?jī)?nèi)容：本課題針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過對(duì)傳統(tǒng)收獲機(jī)械的革新，提供一種能夠減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，并且能適應(yīng)不同地域工作環(huán)境，收獲效果好的生姜收獲機(jī)械。挖掘鏟的挖掘深度可以通過限深輪來調(diào)節(jié)而割刀的切割高度通過割刀高度調(diào)節(jié)桿裝置來實(shí)現(xiàn)，從而使機(jī)具可以適應(yīng)不同的種植農(nóng)藝方式。設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且可以與拖拉機(jī)配套使用，能適應(yīng)不同的工作環(huán)境的生姜收獲機(jī)械，從而減輕農(nóng)民購買時(shí)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和生姜收獲時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且提高生姜收獲作業(yè)的效率。技術(shù)路線： 調(diào)查研究資料→寫出開題報(bào)告→確定總體方案→機(jī)架、輪子和輪叉鏟等的裝置設(shè)計(jì)→傳動(dòng)設(shè)備計(jì)算選型→切割裝置整體方案設(shè)計(jì)→繪制生姜收獲機(jī)總裝圖及零件圖→撰寫設(shè)計(jì)說明書 擬解決的問題：主要解決生姜收獲作業(yè)時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，工作過程繁瑣，作物果實(shí)塊莖破碎量大，以及生姜收獲機(jī)具的造價(jià)太高機(jī)具的閑置的等問題。4 / 32 漏姜：漏姜是在生姜收獲作業(yè)過程中的被遺漏在土壤之中并沒有被收獲的姜塊，造成漏姜的最主要原因是生姜收獲機(jī)械在挖掘作業(yè)時(shí)挖掘鏟入土角度和入土深度并沒有達(dá)到收獲挖掘入土深度和挖掘?qū)挾? 生姜種植農(nóng)藝和收獲機(jī)具方案的選定 種植農(nóng)藝(1)生姜的種植特征生姜在全國(guó)各地由于種植環(huán)境的不同種植方式也有區(qū)別。生姜的根系由于吸水和吸肥的能力不是很好的原因它的根系并不會(huì)入土很深，當(dāng)生姜的根入土超過 30cm 的時(shí)候并不能對(duì)水肥吸收。2）生姜漏姜率及損傷率 5 / 32要求，這樣就會(huì)使得后續(xù)人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度增大而且還會(huì)增加生姜收獲的損傷率。 損傷：損傷是指在收獲過程中那些破損的姜塊，一般是機(jī)具在收獲過程中沒有達(dá)到收獲要求是造成生姜損傷的主要原因，后續(xù)人工收獲時(shí)對(duì)姜塊早造成的人為損壞也是造成損傷的一部分原因。 機(jī)具方案的選定 方案參考 此次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案的選定是通過對(duì)目前現(xiàn)有幾種生姜收獲機(jī)械的調(diào)研，參照自己的設(shè)計(jì)方案的要求，對(duì)比各個(gè)的優(yōu)缺點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)機(jī)具的設(shè)計(jì)。自身采用了履帶式行走機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于既增大了牽引力，又增大了離地間隙?？梢酝瓿蓪?duì)澆水 3～4 天后的生姜進(jìn)行挖掘收獲 [5]。 性能分析： ， 主要是可以完成清壟作業(yè)，符合這次設(shè)計(jì)的要求，故此次設(shè)計(jì)以此機(jī)型為原型。 工作原理 ： 該機(jī)具是由日本人藤木、弘羲于 1 9 9 1 年 申請(qǐng)的專利，生姜收獲機(jī)沿著生姜種植行前進(jìn), 分禾器首先將生姜莖稈導(dǎo)人撥禾輪, 然后由撥禾輪將生姜莖稈喂人夾持帶, 再由撥禾輪后端的莖稈切割裝置將秧切去并輸送到機(jī)器側(cè)面, 隨著夾持帶的運(yùn)動(dòng)和機(jī)器的前進(jìn), 夾持帶將生姜莖塊從地下拔出,從而完成生姜收獲。動(dòng)力是由手扶拖拉機(jī)提供，動(dòng)力機(jī)械的行走帶動(dòng)挖掘裝置前行，輪叉鏟與地面呈一定的角度插入土壤中，輪叉鏟的轉(zhuǎn)動(dòng)可以對(duì)生姜起到挖掘和松土的作用。前端發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速通過三級(jí)減速將動(dòng)力傳給割刀使其轉(zhuǎn)動(dòng)完成對(duì)姜桿的切割作業(yè)，被割斷的姜桿經(jīng)機(jī)構(gòu)最前端的導(dǎo)向鋪禾桿引導(dǎo)倒向姜壟的兩側(cè)。 3 懸掛架、限深輪、挖掘鏟的選定與設(shè)計(jì) 懸掛機(jī)架的選定與設(shè)計(jì)在機(jī)架的形狀設(shè)計(jì)方面，懸掛機(jī)架上設(shè)置有兩組鉸連接，一組是固定鉸連接另一組是提升鉸連接，固定鉸連接是懸掛機(jī)架與動(dòng)力機(jī)械固定連接的以便實(shí)現(xiàn)挖掘鏟的工作，提升鉸連接是與伸縮桿連接實(shí)現(xiàn)懸掛機(jī)架的收起和放下，在懸掛機(jī)架的兩邊有限深輪及挖掘刀的固定裝置，可以實(shí)現(xiàn)挖掘深度的調(diào)節(jié)及定位。 圖 31 懸掛架10 / 32此次設(shè)計(jì)的限深輪是由鋼板卷制通過焊接方式制成，焊接而成通過調(diào)整位于調(diào)整桿上的螺母可改變限深輪的入土深度，限深輪的最大垂向可調(diào)距離為 150mm，為避免對(duì)壟局部施壓過大，并能保證限深輪的順利滾動(dòng)，限深輪自身的直徑不應(yīng)過小，本設(shè)計(jì)選取為 200mm。由于限深輪與直接地面接觸這樣可以減輕懸掛架鉸連接處的剪切力。 圖 32 限深輪11 / 32 挖掘鏟的選定與設(shè)計(jì)挖掘鏟的設(shè)計(jì)過程中不能只考慮理論狀況要理論聯(lián)系實(shí)際，比如說挖掘鏟作業(yè)過程中會(huì)有雜草石塊等雜物，雜草會(huì)與挖掘鏟發(fā)生纏連導(dǎo)致挖掘鏟不能達(dá)到挖掘要求，而石塊會(huì)與挖掘鏟發(fā)生剛性碰撞會(huì)導(dǎo)致挖掘鏟破損從而影響挖掘作業(yè)。要達(dá)到以上的各個(gè)方面的要求這就使得挖掘鏟設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)形式和幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算顯得尤為重要。常見的固定式挖掘鏟的結(jié)構(gòu)形式如圖： 圖 33 常見固定式挖掘鏟三角形平面鏟的特點(diǎn)是由于挖掘鏟前端呈錐狀所以它入土能力強(qiáng)入土阻力小，為了防止雜草的纏連其鏟面角度要小于 120 ；這種鏟也存在塊莖的測(cè)漏問題，由于鏟面o過平導(dǎo)致了它的碎土能力很差，而且由于鏟面過大其入土深度不宜過大，當(dāng)挖掘量變（1）三角平面鏟 （2）曲面鏟 （3）條形平鏟 （4）帶圓犁刀的曲面鏟 （5）組合式鏟（6）帶分離柵的曲面鏟12 / 32大是三角鏟容易擁堵，增加挖掘阻力。多片鏟特點(diǎn)是它是對(duì)三角平面鏟的改進(jìn)設(shè)計(jì)，收獲效率較高，不易發(fā)生遺漏現(xiàn)象，入土比較容易，適用于挖掘深度不大的塊莖類作物的收獲，也存在著碎土能力不強(qiáng)的特點(diǎn)，出土量較大、易產(chǎn)生擁堵現(xiàn)象。考慮到生姜的種植農(nóng)藝的，要求生姜收獲機(jī)械的挖掘深度較深，寬度較大，工作時(shí)需要移動(dòng)大量的土壤，而以上的常見的挖掘鏟入土能力、碎土能力、挖掘深度都不能達(dá)到生姜收獲農(nóng)藝的要求，如果要達(dá)到以上農(nóng)藝的要求則挖掘鏟需要做的很大這樣就會(huì)很笨重浪費(fèi)材料，而且鏟面太大的話在挖土量大的時(shí)候都易發(fā)生擁堵就增加了牽引阻力 [8]。 圖 34 輪叉式收獲鏟示意圖 輪叉式挖掘鏟優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝少，而且能達(dá)到生姜收獲時(shí)的農(nóng)藝要求 [9]。? （1）入土傾角 ? 根據(jù)生姜的種植農(nóng)藝可知 cm，H=40cm ；1L30?13 / 32 所以 tg = /H= ；?2L1 ；tg??0? 則 ；179? 考慮到生姜種植過程中姜苗與中心線的偏離度和拖拉機(jī)操作員的操作熟練程度，取 65 （ ） 。 圖 35 輪叉鏟 在挖掘鏟的入土過程中，不同材質(zhì)的金屬與土壤之間所產(chǎn)生的摩擦力也打不相同，因此，挖掘鏟材質(zhì)的選擇對(duì)其剛度、結(jié)構(gòu)及工作性能有重要影響。在進(jìn)行挖掘的過程中，挖掘鏟會(huì)與埋在地下的石塊以及其它較硬的物質(zhì)發(fā)生碰撞，這就可能導(dǎo)致鏟刃的開口損傷， 。一般情況下，導(dǎo)致其形成的磨損挖掘鏟幾何體的總面積的測(cè)量是在剛度的重要因素，挖掘鏟剛性有更高的要求的變化。 綜上所述，挖掘鏟應(yīng)具有可靠的剛度及柔韌性，很高的剛度要求，要便于加工制造，綜上所述要求，通過查閱資料選用 Q390 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行生產(chǎn)制造 [10]。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過 V 帶輪的傳遞后要實(shí)現(xiàn)圓盤割刀的工作轉(zhuǎn)動(dòng)則需要?jiǎng)恿Φ膿Q向傳遞，一般來說動(dòng)力換向機(jī)構(gòu)有兩種，其中一種是錐齒輪傳遞，另外一種是渦輪蝸桿 P ————所需要傳遞的額定功率， KW。渦輪蝸桿傳遞比較平穩(wěn)可以實(shí)現(xiàn)不傳動(dòng)比的傳遞，但是渦輪蝸桿的傳遞機(jī)械效率很低而且對(duì)材料的耐磨性要求很高，而先對(duì)與渦輪蝸桿傳遞來說錐齒輪傳遞方式相對(duì)較廉價(jià)一點(diǎn)而且傳遞效率較高，所以此次設(shè)計(jì)選用錐齒輪來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力換向傳遞 [12]。ca（2）選擇 V 帶的帶型 V 帶的帶型選擇是可以根據(jù)所計(jì)算的功率 P 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n 來確定的，因?yàn)楦頲a1刀的轉(zhuǎn)速是直接通過發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞過來的并沒有進(jìn)過變速箱減速，一般拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定的轉(zhuǎn)速是 2200r/min，所以通過查表選擇 A 型 V 帶輪。因此，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般為 i 7,推薦值為 i=2~5。 帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料等。高速小功率用工程塑料。根據(jù)公式；計(jì)算中心距 及其變動(dòng)范圍?一般初選帶傳動(dòng)的中心距為 確定中心距 ,并選擇 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 L?d（3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 d 2 d =id