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1、蓖麻收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計研究
摘要:目前我國蓖麻耕種及收獲的機(jī)械化率較低,大部分工作仍然以人工為主,整體的勞動效率較低,同時造成了環(huán)境和資源的極大浪費(fèi),針對目前的蓖麻收獲機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,根據(jù)蓖麻的栽培方式與種植模式,同時結(jié)合蓖麻于收獲階段相關(guān)物理性質(zhì)的基本特征數(shù)據(jù),完成輪鋸式切刀、卷入裝置、脫粒滾筒機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)功能部件的改良設(shè)計,經(jīng)樣機(jī)試驗測試,設(shè)計的蓖麻收獲機(jī)具有切除蓖麻植株主莖、卷斷支莖枝葉,脫粒果穗、果穗集放地上、排出莖葉等功能,平均采收率達(dá)到67.1%,果穗外殼損壞率最大值僅為11.8%,蓖麻籽損壞率為0%,整機(jī)的性能指標(biāo)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。
關(guān)鍵詞:生質(zhì)柴油;蓖麻;收獲
2、機(jī);結(jié)構(gòu)設(shè)計
在全球變暖的環(huán)境下,世界許多國家都致力于減少二氧化碳排放,努力在未來減少使用石化燃料,逐年提高生物能源的使用比例,并研發(fā)各種可替代石化燃料的生物能源。以設(shè)備能源取代終將耗竭的石化燃油,是未來各國在能源發(fā)展上的主要目標(biāo)之一【1】。蓖麻由于高產(chǎn)油性,被眾多研究者關(guān)注,蓖麻主要產(chǎn)物是蓖麻籽,目前收獲方式皆為人工采收,其程序為:選別—曬干—脫殼—收集,占了極大的生產(chǎn)成本,故有適用的蓖麻專屬采收機(jī)械,將能減少人工并提高收獲速度,除可降低生產(chǎn)成本外,更能進(jìn)一步地提高產(chǎn)品質(zhì)【2】。目前國內(nèi)外學(xué)者針對相關(guān)或近似類型的作物開發(fā)了多種收獲機(jī)械,綜合目前各類相似植物收割機(jī)械的研發(fā)現(xiàn)狀,
3、本研究對目前蓖麻收獲機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,研究重點(diǎn)在開發(fā)蓖麻果穗利用機(jī)械化收獲處理技術(shù)與設(shè)備,并分析關(guān)鍵參數(shù)與進(jìn)行機(jī)構(gòu)研發(fā)。
1蓖麻收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
本試驗機(jī)為聯(lián)合某高校所育種蓖麻進(jìn)行開發(fā),故以某高校試驗田所栽種的試驗品種為樣本,根據(jù)蓖麻的栽培方式,確定了蓖麻的種植特征參數(shù)。根據(jù)給出的蓖麻種植的重要特征參數(shù),研制完成的蓖麻收獲機(jī)的機(jī)構(gòu)組成如圖1及圖1中說明符號所示,將含有果穗串的蓖麻植株支莖,用人工方式喂入蓖麻收獲機(jī)(圖2)進(jìn)行試驗,測量脫粒效果與檢查殘留于果梗上的果穗數(shù)量。作業(yè)功能與順序為:切斷植株主莖→卷入植株及攪碎支莖與葉片→蓖麻果穗與果梗的分離→蓖麻果穗排放,
4、主要機(jī)構(gòu)及其與蓖麻物性的操作說明如下:1.1輪鋸式切刀。作用在將蓖麻植株的主莖與根部分離。為配合種植位置上的可能差異與主莖粗細(xì)差異,單片切刀半徑(r)175mm,弧形部切刀半徑(rd)采用主莖直徑最大值的1.5倍,半徑為35mm。以切斷主莖為設(shè)計,兩片切刀總長為650mm,重疊部分距離(d0)為50mm。其他參數(shù)包括h:切刀厚度20mm、α:切刀角度,25、hd:切刀離地高度300mm。1.2卷入裝置。作用在將蓖麻植株向內(nèi)拉,配合蓖麻植株的株冠高度,卷入裝置采長(l)1200mm、傾斜角度(αi)為60??紤]支莖果穗的物性防止卷入堵塞,兩卷入器相距(w)100mm、丁柱長(ld)50mm,卷筒
5、半徑(ri)為100mm,單一卷入器有6排丁柱,兩具卷入器的丁柱采交叉方式排放??紤]果穗離地高度的最小值,卷入裝置離地高度(hd1)為700mm。其他參數(shù)包括d1:左卷入器第一丁柱間格50mm、右卷入器一丁柱間格100mm、w1:所有丁柱間格距離100mm。1.3脫粒滾筒。作用在將卷入后的蓖麻植株經(jīng)拍打方式,將果穗串上果穗與果梗分離。配合卷入裝置的卷入角度,脫粒滾筒采傾斜角度(α2)60,滾筒半徑(r2)150mm、滾筒寬度總長(w2)630mm,脫粒滾筒間距(d)200mm。單一滾筒有12片頁柱,上下滾筒的頁柱采用交叉方式排放,頁柱高(h)60mm,頁柱缺口長度(d4)50mm、深(d5)2
6、5mm??紤]果穗生長范圍與果穗離地高度最小值,脫粒滾筒離地高度為:下滾筒(h1)700mm與上滾筒(h2)1050mm。由于果穗拉斷力的最大值僅需0.85kgf,頁柱撃打力在減速比1:90的情況下會遠(yuǎn)大于果穗拉斷力(馬達(dá)額定扭力為0.65kg/m)。
2蓖麻收獲機(jī)的試驗測試
2.1蓖麻收獲率試驗結(jié)果。整植株送入本機(jī)進(jìn)行試驗,經(jīng)輪鋸式切刀切除主莖,由卷入裝置卷入支莖、葉片與果穗,試驗次數(shù)為30次。其結(jié)果如表1所示。滾筒的順時針(向上)拍打達(dá)到脫粒效果,其平均收獲率為67.16.8%。探討收獲率低下主因為卷入裝置與脫粒滾筒相距過遠(yuǎn),使卷入后的植株無法受到拍打,若縮短
7、兩機(jī)構(gòu)間距,將可增加受拍打面積提高收獲率。2.2排出機(jī)構(gòu)性能試驗結(jié)果。將植株喂入本機(jī)試驗,測試收獲作業(yè)時支莖是否會纏繞運(yùn)轉(zhuǎn)中的卷入裝置或脫粒滾筒,造成排出口阻塞,試驗次數(shù)為20次。結(jié)顯示,單株其支莖的纏繞率最高為33.3%,當(dāng)蓖麻植株支莖數(shù)超過3支時,纏繞現(xiàn)象發(fā)生率較高,主要纏繞于卷入裝置上的丁柱,卷入裝置仍可繼續(xù)進(jìn)行作業(yè),收獲機(jī)仍可繼續(xù)作業(yè)并無卡住或停止轉(zhuǎn)動等情況,改進(jìn)方法為卷入裝置后方加裝擋版。2.3蓖麻籽損壞率結(jié)果。蓖麻果穗經(jīng)過脫粒試驗,因脫粒滾筒與其他機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)拍擊,造成果穗外殼受力而碎裂,檢查碎裂的果殼與蓖麻籽,試驗結(jié)果表2所示,果穗外殼損壞率最大值為11.8%,而蓖麻籽損壞率為0%。成熟后的蓖麻因外殼與籽殼堅硬,不易受外力而損壞,而外殼的如受力損壞也不影響其內(nèi)的蓖麻籽。
3結(jié)語
本研究對目前蓖麻收獲機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,研究重點(diǎn)在開發(fā)蓖麻果穗利用機(jī)械化收獲處理技術(shù)與設(shè)備,并分析關(guān)鍵參數(shù)與進(jìn)行機(jī)構(gòu)研發(fā),通過試驗樣機(jī)測試顯示,各機(jī)構(gòu)已達(dá)原先設(shè)計的功能,但收獲設(shè)計上需做部分改良。本機(jī)平均收獲率為67.1%6.8,果殼損壞率為5.7%,蓖麻籽損壞率為0%。
參考文獻(xiàn)