喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 第4 卷第3 期農(nóng)業(yè)工程Vol 4No 32014 年 5 月Agricultural EngineeringMay 2014收稿日期:2014-03-27修回日期:2014-04-24作者簡介:史高昆，碩士生，研究方向:農(nóng)業(yè)機械化。E-mail:1014951940 馬少輝，通信作者，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向:農(nóng)業(yè)機械化工程。E-mail:ngynj 氣吸式紅棗撿拾機設(shè)計與試驗史高昆，馬少輝(塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院，阿拉爾 843300)摘要:新疆南部地區(qū)紅棗種植模式以矮化密植為主，紅棗收獲仍采用人工撿拾，效率較低。基于伯努利原理，設(shè)計研制了一種氣吸式紅棗撿拾機械。以南疆棗園為試驗點，對樣機的性能和撿拾效率進行了試驗。結(jié)果表明，吸管口的最佳風(fēng)速為 23 ms;平均撿拾效率 182.8 kgh，是人工撿拾的 5.2 倍。關(guān)鍵詞:紅棗;撿拾機;氣吸式;設(shè)計;試驗中圖分類號:S225.93文獻標識碼:A文章編號:2095-1795(2014)03-0109-04Design and Experiment of Air-suction ed Dates Picking MachineryShi Gaokun，Ma Shaohui(Academy of Mechanical Electrification Engineering，Tarim University，Alar 843300，China)Abstract:Planting red dates regards the dwarf culture as main planting patterns in south region of XinjiangLow efficiencymanual picking is still used in the process of harvesting red dates A air-suction red dates harvesting machinery was designedbased on the Bernoulli principle Functions and picking efficiency of prototype were tested with the jujube orchards in the southregion of Xinjiang as the test points Experimental results showed that the best wind velocity of straw mouth was 23 ms，averagepicking efficiency was 182.8 kgh，production efficiency with that machinery was 5.2 times than that with manual pickingKey words:ed dates，Picking machinery，Air-suction，Design，Experiment0引言矮化密植是現(xiàn)代園藝栽培的方向，其主要利用人工和化學(xué)控制的方法使樹體矮化，以大幅度提高單產(chǎn)。其優(yōu)點是提早結(jié)果、早期豐產(chǎn)、節(jié)約土地、降低投資、樹體矮小、管理方便、收回成本早和品種更新快，被廣泛應(yīng)用推廣1。新疆南部(以下簡稱“南疆”)地區(qū)是我國重要的特色優(yōu)勢瓜果生產(chǎn)基地。2011 年，全區(qū)紅棗面積已達 30 萬 hm2，位居全國第2 位，占全國紅棗總面積的 142。矮化密植模式不利于機械作業(yè)的發(fā)展，尤其在紅棗收獲環(huán)節(jié)機械難在棗樹行間作業(yè)3。目前我國在紅棗收獲機械的研制方面取得一定進展，但是針對矮化密植棗園的收獲機械研究較少。新疆農(nóng)墾科學(xué)院研制的 4YS-24 型紅棗收獲機，通過機械手臂鉗住紅棗樹干并進行低頻振動，紅棗落入地面的傘形裝置內(nèi)，采凈率達 91.5%，效率是人工的 10 倍，但不適用于矮化密植模式4。針對南疆紅棗種植模式，石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院研制的 4ZZ-4 型自走式紅棗收獲機，具有對棗樹損傷小、可連續(xù)作業(yè)和采凈率高等優(yōu)點，缺點是無法收獲落地紅棗5。針對以上情況，設(shè)計了一種可用于矮化密植棗園收獲的紅棗撿拾機。該機械具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高、成本低和效率高等優(yōu)點，并能一次性完成紅棗的撿拾收集和除雜分選。1設(shè)計思路設(shè)計一種 3 通管道，利用風(fēng)機吹出的正壓經(jīng)過 3通管道轉(zhuǎn)變風(fēng)向形成負壓，使管道口產(chǎn)生足夠的吸力，從而達到撿拾紅棗的目的6。當紅棗被吸起經(jīng)過 3 通管道時，管道截面積逐漸變大，氣流速度降低，質(zhì)量大的紅棗落入下方的收集框，質(zhì)量小的雜質(zhì)被吸送到集雜袋。根據(jù)伯努利原理風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系，可計算出具體的風(fēng)速大小。P+v22+gh=C(1)式中P 管道內(nèi)風(fēng)流體的壓強 風(fēng)流體的密度v 管道內(nèi)風(fēng)流體的線性速度g 重力加速度h 鉛垂高度C 常量比值農(nóng)業(yè)工程設(shè)計制造及理論研究由公式(1)可知，在單位體積風(fēng)流體的各參數(shù)在沿流線運動過程中，總和保持常量不變。在 h 值保持一致的情況下，風(fēng)壓與風(fēng)速成反比，風(fēng)速越大時，風(fēng)壓越小，3 通管道吸口處產(chǎn)生的負壓越大，對棗的吸力越強。因此，合理選用風(fēng)機和設(shè)計管道結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)氣吸式紅棗撿拾的關(guān)鍵。2整機設(shè)計2.1結(jié)構(gòu)及工作原理該機主要由吸管、風(fēng)機、3 通管道、分選管道、收集框、機架和集雜袋等部件組成(圖 1)。工作時，風(fēng)機 1 轉(zhuǎn)動產(chǎn)生足夠的風(fēng)速，使吸管 2 產(chǎn)生足夠負壓，撿拾棗與雜物，當紅棗與雜物經(jīng)吸管 2 進入 3 通管道 3 時，因氣流方向改變，3 通管道出口處為正壓值，紅棗和雜物被氣流吹送到分選管道 5 后，因氣流管道變大，流速減慢，質(zhì)量大的紅棗落入收集框 6中，棗葉等雜物因質(zhì)量較小被吹入集塵袋 7 中，完成紅棗撿拾和雜物分離過程。1.風(fēng)機2.吸管3.3 通管道4.機架5.分選管道6.收集框7.集雜袋圖 1氣吸式紅棗撿拾機整體結(jié)構(gòu)Fig.1Whole structure of air-suction red dates picking ma-chinery2.1.1 3 通管道的設(shè)計與原理3 通管道是將風(fēng)機產(chǎn)生的正風(fēng)壓在吸管內(nèi)轉(zhuǎn)變成負風(fēng)壓的部件，由直徑 12 cm 和 8 cm 的 PVC 管拼接而成，2 根管夾角 10。直徑 8 cm 的管與吸管連接，直徑 12 cm 的管一端為風(fēng)機進風(fēng)口，另一端為出風(fēng)口。圖 2a 中，4 處為風(fēng)機出口的風(fēng)速，氣流從 1 至 4的過程中管道截面積逐漸變小，氣流速度增大，在 2處氣流速度最大。此時，氣流會從吸管 2 進入，在吸管 2 內(nèi)產(chǎn)生負壓與風(fēng)機產(chǎn)生的氣流一同從管道 3 排出。3 通管道內(nèi)風(fēng)速及在截面發(fā)生變化后，在管道 2內(nèi)產(chǎn)生的負壓吸附力是關(guān)鍵數(shù)據(jù)。紅棗能被吸起的臨界條件即紅棗懸浮速度，懸浮速度是負壓吸附力對紅棗產(chǎn)生的作用力等于紅棗重力。該處應(yīng)滿足的條件為質(zhì)量最大的紅棗在最小投影面積時依然能被吸起。根據(jù)懸浮速度公式可列平衡方程:圖 23 通管道設(shè)計原理Fig.2Design principle of 3 way pipemmaxg 0.5CdSjV2t=0(2)式中mmax 南疆地區(qū)單個紅棗的最大質(zhì)量g 重力加速度 空氣密度，取 1.205 kgm3Cd 阻力系數(shù)Sj 紅棗在運動方向上的投影面積Vt 懸浮速度根據(jù)南疆地區(qū)紅棗標準，mmax取值 0.036 1 kg，阻力系數(shù) Cd取值 0.6，紅棗在運動方向上的投影面積 Sj取值 0.003 m2，可得 Vt=18.2 ms。同時為保證可靠輸送的氣流速度，將懸浮速度乘以一個氣流速度系數(shù) K，為了保證紅棗能可靠地進行氣吸收獲，K的取值設(shè)為 1.27。v=Kvt(3)式中v 安全風(fēng)速K 安全系數(shù)vt 懸浮速度由公式(3)計算可得安全風(fēng)速v=21.8ms。該速度是紅棗能被順利吸起的可靠氣流速度，也是選擇風(fēng)機的依據(jù)。2.1.2分選管道的設(shè)計分選管道由截面積逐漸變大的箱體和篩網(wǎng)組成，作用是將紅棗與雜質(zhì)分離。雜質(zhì)主要是棗樹葉及棗吊和土粒構(gòu)成。紅棗與雜質(zhì)一起進入分選管道中，隨著管道截面積的增大，風(fēng)速降低，質(zhì)量較大的紅棗沉降落入收集框中，質(zhì)量較小的棗樹葉、棗吊、土粒，穿過篩網(wǎng)而被排出分選管道。少數(shù)質(zhì)量較小、沒有沉降的紅棗被篩網(wǎng)攔下，落入收集框。2.1.3風(fēng)機的選取風(fēng)機的選取需滿足風(fēng)壓要求，即系統(tǒng)整體的風(fēng)壓011史高昆等:氣吸式紅棗撿拾機設(shè)計與試驗損失。風(fēng)壓損失主要為動壓損失、摩擦壓力損失和吸口局部壓力損失7。P=0.5v2+4sv22L+(+)v232(4)式中s 管道的水力半徑，直徑為 D 的圓形管道 s=D4 摩擦系數(shù)，橡膠 =0.028 5D0.285V0.01，D=圓形管道直徑v3 橡膠管內(nèi)氣流速度 塵氣速度比，通常 =0.5 0.8，取=0 6n 吸口局部壓損系數(shù)，取 n=5 混合比，對于收獲機=0.01 0.03，取=0.02代入數(shù)據(jù)計算風(fēng)壓為 1 861.7 Pa，據(jù)此選用 F-4S2200 型離心風(fēng)機。風(fēng)機的動力選用汽油機，便于田間移動作業(yè)。2.2氣吸管道結(jié)構(gòu)仿真與優(yōu)化氣吸管道的關(guān)鍵部件是 3 通管道，其設(shè)計關(guān)系到撿拾效率、拾凈率和燃油消耗。同時，合理的設(shè)計能避免管道內(nèi)產(chǎn)生渦流，減少紅棗之間或與管道碰撞造成的破損 8。對3 通管道仿真能直觀了解內(nèi)部氣流運動情況。為了便于仿真，將風(fēng)機出口簡化成直徑 6 cm的管道，吸管簡化成直徑 8 cm 的管道。3 通管道 Flu-ent 仿真簡圖見圖3，壓強云圖和速度矢量圖見圖4。a.風(fēng)機出口b.連接吸管c.連接分選箱圖 33 通管道 Fluent 仿真簡圖Fig.3Diagram of Fluent simulation for 3 way pipe通過壓強云圖發(fā)現(xiàn)在過渡處出現(xiàn)了壓強集中區(qū)域，在速度矢量圖中的過渡處也出現(xiàn)了紊流區(qū)域。該處不僅降低機械效率，而且會導(dǎo)致紅棗之間發(fā)生碰撞損傷紅棗。將此過渡區(qū)設(shè)計成漸變過渡，使氣流運動情況逐漸改變，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計避免了紊流的出現(xiàn)。圖 43 通管道的壓強云圖和速度矢量圖Fig.4Diagram of pressure contour and velocity vector for 3way pipe3田間試驗根據(jù)氣吸式紅棗撿拾機的各設(shè)計參數(shù)，研制了 1臺樣機(圖 5)。樣機采用汽油機驅(qū)動離心式風(fēng)機。圖 5氣吸式紅棗撿拾機械試驗樣機Fig.5Experimental prototype of air-suction red datespicking machinery3.1試驗材料與設(shè)備試驗材料選用南疆地區(qū)種植的一級駿棗;試驗設(shè)備采用自行設(shè)計研制的氣吸式紅棗撿拾機械，電子稱1 臺，紅棗收集框若干。3.2試驗內(nèi)容試驗地選取新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團農(nóng) 1 師 10 團 7 連紅棗園。該棗園是 10 團精品示范園，采用矮化密植栽培模式，行距 1.5 m。(1)試驗前，人工將紅棗與雜質(zhì)在棗園中的地面上呈自然分布，使棗園中的紅棗與收獲時模式一致。試驗時，單人操作紅棗撿拾樣機，控制吸管移動撿拾紅棗，同時移動整個機械前進。(2)試驗分 6 組進行，每組重復(fù) 3 次，取平均值。1 3 組進行氣吸式紅棗撿拾機械的性能測試，測得機械最優(yōu)的風(fēng)速參數(shù)下最好的收獲效果。4 6 組用來統(tǒng)計撿拾機械的生產(chǎn)效率。每組試驗收獲 100 kg 紅111農(nóng)業(yè)工程設(shè)計制造及理論研究棗，同時統(tǒng)計機械的使用效果與收獲效率。(3)衡量紅棗撿拾機收獲性能的指標有拾凈率、損失率和含雜率。拾凈率是紅棗撿拾機械能撿拾的紅棗與未撿拾紅棗的比值;損失率指紅棗被撿拾起，但在分選管道中未能落入收集框而隨著雜質(zhì)一同被排出的紅棗質(zhì)量與所有撿拾的紅棗質(zhì)量的比值;含雜率指進入收集框的雜物質(zhì)量與紅棗質(zhì)量的比值。4試驗結(jié)果與分析4.1性能指標試驗時，通過改變汽油機油門大小實現(xiàn)控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整吸管口的吸附風(fēng)力大小;通過風(fēng)速計測得吸管吸附風(fēng)力最小值為 17 ms，最大值為27 ms，以 2 ms 為步進量，稱質(zhì)量計算出每組的拾凈率、損失率及含雜率 3 個性能指標的數(shù)據(jù)，如表 1 所示。表 1氣吸式紅棗撿拾機性能測試結(jié)果Tab.1Performance test results of air-suction red dates pickingmachinery風(fēng)速ms1171921232527拾凈率%77.0086.5093.5198.6399.1099.65損失率%0.200.340.420.531.872.52含雜率%2.232.101.450.870.590.46由表 1 可知，風(fēng)速越大，拾凈率越高、損失率增加、含雜率降低。通過正交試驗分析，吸管口的吸附風(fēng)速為 23 ms 時，各項指標較優(yōu)。4.2撿拾效率根據(jù)氣吸式紅棗撿拾機的性能測試結(jié)果，選擇吸管口吸附風(fēng)速為 23 ms 作為氣吸式紅棗撿拾的風(fēng)速指標，進行 5 組收獲生產(chǎn)效率試驗，試驗結(jié)果如表 2所示。由表 2 可知，氣吸式紅棗撿拾機的平均撿拾效率是 182.8 kgh，而南疆地區(qū)農(nóng) 1 師團場棗園人工撿拾生產(chǎn)率只有 35 kgh。與人工撿拾相比，氣吸式紅棗撿拾機械的生產(chǎn)效率是人工撿拾的 5.2 倍。表 2氣吸式紅棗撿拾機撿拾效率Tab.2Picking efficiency of air-suction red dates picking machin-ery序號純撿拾紅棗生產(chǎn)率kgh1包含輔助操作實際生產(chǎn)率kgh1輔助操作減少的生產(chǎn)率與純加工生產(chǎn)率的比值%第 1 組187.0169.09.63第 2 組194.0173.010.83第 3 組173.0158.08.67第 4 組179.0161.010.06第 5 組181.0170.07.73平均182.8166.29.385結(jié)束語針對南疆地區(qū)紅棗人工撿拾收獲的現(xiàn)狀，根據(jù)伯努利原理，設(shè)計研制了氣吸式紅棗撿拾機械，通過收獲試驗，驗證了氣吸式撿拾紅棗的可行性。通過試驗測試，氣吸式紅棗撿拾機吸管口的最優(yōu)吸附風(fēng)速為23 ms。實地紅棗撿拾試驗表明，氣吸式紅棗撿拾機的生產(chǎn)率為 182.8 kgh，是人工撿拾的 5.2 倍。參考文獻 1楊紅英，坎雜，王麗紅，等矮化密植紅棗采收裝置的設(shè)計J 農(nóng)機化研究，2012，34(6):77-80Yang Hongying，Kan Za，Wang Lihong，et alDesigning equip-ment of dwarf and close planting jujube harvestJ Journal of Agri-cultural Mechanization esearch，2012，34(6):77-80 2史彥江，宋鋒惠 紅棗在新疆的發(fā)展前景及對策J新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，42(6):418-422Shi Yanjiang，Song FenghuiDevelopment prospect and counterp-lan of ziziphus jujube in XinjiangJXinjiang Agricultural Sci-ences，2005，42(6):418-422 3付威，何榮，曲金麗，等 自走式矮化密植紅棗收獲機的設(shè)計J 農(nóng)機化研究，2014(4):106-109Fu Wei，He ong，Qu Jinli，et al Design of self-propelled dwarfand close planting jujube harvesterJJournal of AgriculturalMechanization esearch，2014(4):106-109 4孟祥金，湯智輝，沈從舉，等 4YS-24 型紅棗收獲機J新疆農(nóng)機化，2013(1):13-14 5付威，楊紅英，王麗紅，等 4ZZ-4 型自走式紅棗收獲機J湖南農(nóng)機，2012，39(5):68-69Fu Wei，Yang Hongying，Wang Lihong，et al 4ZZ-4 type self-propelled dates harvester JHunan Agricultural Machinery，2012，39(5):68-69 6龐昌樂，鄂卓茂，蘇聰英，等 氣吸式雙層滾筒水稻播種器設(shè)計與試驗研究J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2000，16(5):52-55Pang Changle，E Zhuomao，Su Congying，et alDesign and ex-perimental study on air-suction two-layer cylinder rice seederJTransactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2000，16(5):52-55 7孫勇 真空吸塵車氣路系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與仿真分析D沈陽:東北大學(xué)，2008Sun Yong Design optimization and simulation analysis on pneumaticsystem on vacuum sweeperD Shenyang:Northeastern Universi-ty，2008 8左彥軍，馬旭，玉大略，等 水稻芽種窩眼窄縫式氣吸滾筒排種器流場模擬與試驗J 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2011，42(2):58-62Zuo Yanjun，Ma Xu，Yu Dalue，et al Flow field numerical simu-lation of suction cylinder-seeder for rice bud seed with socket-slotJ Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machiner-y，2011，42(2):58-62211