【正文】 the main parameters, we analysis the harvester on the powertrain process, design and calculate transmission system detailedly, At the same time, the eccentric vibration isolation devices and mining spade are designed for improving the characteristic of the harvester. The cooperation of the ponents is aslo analysised to enhance the quality of the harvesting. This mechinery is overall reasonable layout, highefficiency gains, and suitable for harvesting the potato which grows in a variety of soil conditions. Key words: Resilient Shovel。 Excavate。因此，隨之而來的收獲機(jī)械也被研制出來，并在一定地域范圍內(nèi)投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。丘陵地貌大多是地塊較小，地形不平整，山地地貌更是崎嶇不平，甚至有 些地方根本無法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這與平原相比較難實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，尤其是大型機(jī)械裝備的普及與應(yīng)用。該設(shè)計(jì)能大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高農(nóng)民朋友的總體經(jīng)濟(jì)效益等。在 20 世紀(jì) 60 年代初期，有關(guān)農(nóng)機(jī)部門開始了研制工作 ,引進(jìn)了國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械并進(jìn)行了生產(chǎn)性能試驗(yàn) ,力圖吸收消化國(guó)外技術(shù) ,開發(fā)同類產(chǎn)品。 20 世紀(jì) 80 年代我國(guó)又引進(jìn)了西德 RM2R 型、瑞士 SUPERB 型配套動(dòng)力為 30kW 的馬鈴薯集條收獲機(jī) [2]。到 20 世紀(jì) 90 年代中期 ,由于國(guó)產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用，研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要日程。在消化引進(jìn)國(guó)外機(jī)型的基礎(chǔ)上 ,國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)廠家先后開發(fā)出一些馬鈴薯挖掘機(jī) ,主要是小型挖掘機(jī) ,如西安圣農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限責(zé)任公司開發(fā)的 4U21 型馬鈴薯收獲機(jī) ,適用于我國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)種植馬鈴薯的農(nóng)戶及小型農(nóng)場(chǎng)收獲馬鈴薯使用 ,生產(chǎn)效率高 ,特別是收獲壟上的種植馬鈴薯更能顯示其優(yōu)越性。而且，國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械大多采用升運(yùn)鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達(dá)到相當(dāng)高的水平?？傊瑖?guó)外的馬鈴薯收獲機(jī)研制技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)高的水平。一般來說主要有兩種趨勢(shì)： (1)在地塊較大、地貌平整的地區(qū)大型收獲機(jī)、大功率收獲機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)等類型的機(jī)械適宜研發(fā)投產(chǎn)使用。 雖然薯類收獲機(jī)的發(fā)展具有如此特點(diǎn)，但是在設(shè)計(jì)制造薯類收獲機(jī)的過程中要遵循的一些原則性要求不會(huì)變，如功率利用率要高、挖掘阻力要小、整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于制造使用維修，另外也必須要滿足一些農(nóng)藝要求如明薯率要高、挖掘率高、損傷率低等。對(duì)丘陵山地薯類收獲機(jī)總體進(jìn)行設(shè)計(jì)，使收獲機(jī)的挖掘部件和輸送裝置得到更好的改善，達(dá)到操作簡(jiǎn)單、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)等要求。 （ 2）、確定丘陵山地薯類收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案以及收獲機(jī)的創(chuàng)新思想。 （ 3）、對(duì)薯類收獲機(jī)的挖掘鏟的類型、分離裝置的類型進(jìn)行分析，確定最佳研究方案。 （ 5）、進(jìn)行結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)改進(jìn)。在該過程中拖拉機(jī)推著刀軸向前運(yùn)動(dòng)會(huì)造成到刀軸受力過大、鋪放馬鈴薯不方便、傳遞動(dòng)力消 耗過大，所以采用后懸掛式。主要工作部件有固定式挖掘鏟、傳動(dòng)裝置、薯土分離裝置等。當(dāng)拖拉機(jī)向前行駛時(shí)挖掘鏟將薯類（如馬鈴薯）和土壤一起挖起，通過前面土壤的堆積將薯土混合物推向擺動(dòng)篩式分 離裝置，分離器將馬鈴薯和土壤徹底分離，最后散落在地面上。所以方案不可取。 2）方案分析： （ 1）固定挖掘產(chǎn)不靈活，適應(yīng)性差。 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） 6 （ 3）薯土分離效果差、明薯率低，最終不能滿足農(nóng)藝要求 [4]。所以方案不可取。輸送鏈在三星振動(dòng)輪的振動(dòng)下將馬鈴薯和土壤分離開。整個(gè)過程經(jīng)過了傳遞動(dòng)力、挖掘、輸送、分離、鋪放四道工序。 （ 2）采用鏈?zhǔn)椒蛛x裝置能提高薯土分離效果，在該方案中設(shè)計(jì)了三星振動(dòng)輪，使薯土分離效果更明顯。 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） 7 結(jié)構(gòu)方案確定 通過對(duì)上述擬定方案結(jié)合本次設(shè)計(jì)的主要目的，總結(jié)出第三種方案適合。拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸出的動(dòng)力，經(jīng)過萬(wàn)向節(jié) 11 到達(dá)變速器帶輪 12，經(jīng)皮帶 13到達(dá) 輸送鏈主動(dòng)輪 9，帶動(dòng)輸送鏈 7 轉(zhuǎn)動(dòng) ,輸送鏈從動(dòng)輪 5 三星抖動(dòng)器 7 隨鏈條一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鎮(zhèn)壓輪 切土圓盤 地輪 挖掘鏟 4 在拖拉機(jī)的拖動(dòng)下前進(jìn)。該過程中三星振動(dòng)器在鏈輪的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，使得輸送鏈上下抖動(dòng)，提高土薯分離率。實(shí)現(xiàn)了馬玲薯挖掘、分離、鋪放的一次性作業(yè)，顯著提高了工作效率。 結(jié)構(gòu)原理 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） 8 挖掘部件采用 彈性 挖掘鏟，鏟在拖拉機(jī)拉力的作用下入土挖掘，把土薯混合物挖出?？稍诒ＷC分離率的同時(shí)，提高收凈率、降低破損率。 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。機(jī)架的總長(zhǎng)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(zhǎng)度為 660mm，拖拉機(jī)傳遞過程中二級(jí)帶傳動(dòng)的中心距 a=760mm，拖拉機(jī)懸掛架的長(zhǎng)度為 250mm。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。 (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。 (4)其 它 調(diào)整是通過機(jī)體上的調(diào)整螺母調(diào)整。 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。 薯類成熟塊莖一般生長(zhǎng)在 5～ 30cm的土層，塊莖的生長(zhǎng)寬度一般為 40cm左右。 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。對(duì)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(duì)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。這種挖掘部件由三角平面多鏟和鏟架組成。 三角平面多鏟的鏟面為平面，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，且常用在鏈桿式挖掘機(jī)上。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。 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(jiǎn)單，制造工藝少。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。如圖 32所示。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(duì)鋼的摩擦系數(shù)； 1? ?? 。 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(zhǎng)度 L 挖掘鏟的傾角α和鏟的長(zhǎng)度 L可由圖 32(b)的受力分析求得。 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(tái)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(duì)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 ）。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(zhǎng)度為 49cm。時(shí)的最大挖掘阻力為3086 N。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。 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樵鰪?qiáng)分離效果，在分離輸送器上裝有三星抖動(dòng)器 [9]。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。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。 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(zhǎng)筒等形狀，為了研究方便我們統(tǒng)一采用長(zhǎng)、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。 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。 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。 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。 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 [1