《碩士學(xué)位論文4U–1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分級(jí)裝袋裝置及機(jī)架的研究與設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《碩士學(xué)位論文4U–1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分級(jí)裝袋裝置及機(jī)架的研究與設(shè)計(jì)（56頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 分類號(hào) 密 級(jí) U D C 單位代碼 10733 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 學(xué) 位 論 文 4U–1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī) 分級(jí)裝袋裝置及機(jī)架的研究與設(shè)計(jì) Research and design of grading and bagging device and the fame of 4U-1400FD potato combine harve

2、ster 指導(dǎo)教師姓名 （甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 蘭州 730070） 學(xué)科專業(yè)名稱 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程 研究方向 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)與裝備 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩 士 論文提交日期 年 月 日 論文答辯日期 年 月 日 學(xué)位授予日期 年 月 日 答辯委員會(huì)主席 評(píng) 閱 人

3、 2010年 6月 日 分類號(hào) 密 級(jí) U D C 單位代碼 10733 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)

4、 （小初華文行楷） 碩士學(xué)位論文 （初號(hào)宋體加黑） 中文題目（二號(hào)黑體） 英文題目（16pt Time New Roman，Bold） 作者姓名（二號(hào)華文行楷） （以下字體均為小四宋體） 指導(dǎo)教師姓名 姓名 職稱 （單位名稱 單位所在城市 郵編） 學(xué)科專業(yè)名稱 研 究 方 向 論文答辯日期 年 月 日 學(xué)位授予日期 年 月

5、 答辯委員會(huì)主席 姓 名 職 稱 評(píng) 閱 人 姓 名 職 稱 姓 名 職 稱 姓 名 職 稱

6、 年 月 日 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 摘要 我國(guó)是全世界馬鈴薯種植面積最大的國(guó)家，但馬鈴薯收獲的機(jī)械化水平很低。近年來，馬鈴薯收獲機(jī)的研制與推廣有了較大發(fā)展，但大多屬于中小型

7、條鋪式挖掘機(jī)，需人工撿拾薯塊，必要時(shí)進(jìn)行手工分級(jí)，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度仍較大，且總體機(jī)械化水平很低，嚴(yán)重制約著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。為此，我們研制了一種4U-1400FD型分級(jí)裝袋式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)。該機(jī)集薯塊挖掘、土薯分離、薯秧分離、薯塊分級(jí)、裝袋于一體，可大幅度減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人工耗費(fèi)和商品薯的處理環(huán)節(jié)，顯著提高生產(chǎn)效率，降低傷薯率。 本文根據(jù)該機(jī)的功能和馬鈴薯聯(lián)合收獲及分級(jí)技術(shù)要求，運(yùn)用三維建模軟件Pro/E建立虛擬樣機(jī)模型，主要對(duì)4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的分級(jí)裝袋裝置和機(jī)架進(jìn)行系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)，包括分級(jí)裝袋裝置原理方案設(shè)計(jì)，分級(jí)裝袋裝置和機(jī)架結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),對(duì)主要零部

8、件進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核，運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件對(duì)分級(jí)鏈輪及機(jī)架進(jìn)行受力分析，分析了收獲機(jī)在以3km/h～4.83km/h速度作業(yè)時(shí)機(jī)架的應(yīng)力分布、最大應(yīng)力及其產(chǎn)生部位。分析計(jì)算結(jié)果與樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明，分級(jí)裝袋裝置原理與結(jié)構(gòu)及機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理；分級(jí)精度較高，工作良好；機(jī)架強(qiáng)度儲(chǔ)備足夠，工作安全可靠。用AutoCAD軟件繪制了二維零部件圖樣。 關(guān)鍵詞：馬鈴薯；聯(lián)合收獲機(jī)；分級(jí)；裝袋；機(jī)架；設(shè)計(jì)；有限元分析 Summary China is largest country of growing potato i

9、n the world, However, the mechanization of potato harvest is in the low level. In recent years, the development and popularization of potato harvester has made great progress, but the most harvesters belong to section, the potato picked up by men, , graded by handwork when necessary, low productivit

10、y, large labor intension, and the overall low level of mechanization, seriously hinder the further development of the potato industry. So the 4U-1400FD potato harvester with a grading device was researched. This machine can complete potato digging, potato and soil separation, potato cleaning, gradin

11、g and bagging process in one time, the labor intension of human can substantially reduce, labor cost and the processing sectors of commodity potato were reduced, the production efficiency was significantly improved and the ratio of the injured potato was reduced. According to the function of the m

12、achine and the technical requirements of potato harvester and classification, the virtual prototype model was established by using 3D modeling software Pro / E, the device of grading and bagging of 4U-1400FD potato harvester and the frame were mainly researched and designed, including the principle

13、design of grading and bagging device, and the structure design of frame. The main components were analyzed and its intension was checked and the chain wheel and frame were analyzed with software ANSYS, the stress distribution，the maximum stress and the resulting parts were analyzed in the working sp

14、eed of 3km/h to 4.83km / h. The calculation results and the prototype test results show that the design of the principle and structure of grading and bagging device and the structure of frame are reasonable; the grading accuracy is higher, work well; the strength reserves of the frame is adequate, a

15、nd it can work safely and reliably. The software of AutoCAD was used to complete the component draft drawings of the machine. Key words: potato; combine harvester; grading; bagging; frame; design; ANSYS 目錄 引言 1 第一章 緒論 2 1.1馬鈴薯收獲概況 2 1.1.1 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展概況 2 1.1.2 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展概

16、況 3 1.2 本課題研究意義 6 1.3 本課題研究?jī)?nèi)容 6 1.4 本課題研究方法 7 1.5 技術(shù)路線 8 第二章 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)總體設(shè)計(jì) 9 2.1 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)基本結(jié)構(gòu) 9 2.2 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)工作過程 9 2.3 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)基本參數(shù)確定 10 第三章 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分級(jí)裝袋裝置設(shè)計(jì) 16 3.1 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分級(jí)裝置設(shè)計(jì) 16 3.1.1 塊莖物料分級(jí)方法概述 16 3.1.2 馬鈴薯分級(jí)主要技術(shù)要求 17 3.1.

17、3 輥軸鏈板式分級(jí)裝置工作原理 17 3.1.4 主要參數(shù)確定 18 3.2 主要零部件設(shè)計(jì) 18 3.2.1 主動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 3.2.2 鏈及鏈輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 3.2.3 分級(jí)輥軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 3.2.4 從動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 3.3 輔助裝置設(shè)計(jì) 26 3.4 裝袋裝置設(shè)計(jì) 27 第四章 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)機(jī)架有限元分析 28 4.1 機(jī)架總體結(jié)構(gòu)分析的意義 28 4.2 機(jī)架有限元模型的建立 28 4.2.1 機(jī)架結(jié)構(gòu)及模型建立 28 4.2.2 網(wǎng)格化分 29 4.3 加載并求解 29 4.3.1 約束 29 4.3.2 載荷

18、 29 4.3.3 求解 31 4.4 有限元分析結(jié)果 31 第五章 Pro/E環(huán)境下虛擬模型的建立 32 5.1 Pro/E簡(jiǎn)介 33 5.2 三維實(shí)體建模 34 第六章 樣機(jī)試驗(yàn)及效益評(píng)價(jià) 36 6.1 樣機(jī)初步試驗(yàn) 36 6.2 經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效益評(píng)價(jià) 36 6.3 推廣應(yīng)用前景 38 第七章 結(jié)論和建議 39 7．1 結(jié)論 39 7．2 建議 39 致謝 41 參考文獻(xiàn) 42 作者簡(jiǎn)介 47 導(dǎo)師簡(jiǎn)介 48 獨(dú)創(chuàng)性聲明 49 附錄 50

19、IV 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 引言 引言 馬鈴薯是重要的糧菜兼用和工業(yè)原料作物，由于它耐旱、耐脊薄、高產(chǎn)穩(wěn)定、適應(yīng)性廣、營(yíng)養(yǎng)成份全和產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)而受到全世界的高度重視[1]，它是繼小麥、水稻和玉米之后的第四位重要糧食作物。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織最新統(tǒng)計(jì)，2006年全世界馬鈴薯種植面積為2000萬hm，總產(chǎn)

20、量為3.3億噸，中國(guó)是馬鈴薯種植發(fā)展最快的國(guó)家之一，2006年全國(guó)馬鈴薯種植面積達(dá)到501.53萬hm，占世界馬鈴薯種植面積的25%，亞洲的60%，是全世界馬鈴薯種植面積最大的國(guó)家，種植范圍遍及全國(guó)[2-4]。但我國(guó)馬鈴薯機(jī)械化收獲尚處于發(fā)展階段，近年來我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)有了較快發(fā)展，主要是中小型挖掘機(jī)，只能完成挖掘、分離、條鋪等工序，還需要人工撿拾[5-8]，少數(shù)幾種馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)均屬于側(cè)臂輸出式，適合大地塊作業(yè)。根據(jù)我國(guó)大部分馬鈴薯種植區(qū)土地自然條件，裝袋式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)更具有適用性。目前各種馬鈴薯挖掘機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)均無分級(jí)功能，分級(jí)一般都是人工完成或在特定場(chǎng)地通過專用分級(jí)機(jī)完成的，增加

21、了商品薯的處理環(huán)節(jié)和對(duì)薯塊的損傷，且效率較低。因此，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，為了減少商品薯的處理環(huán)節(jié)，提高馬鈴薯收獲的工作效率和勞動(dòng)生產(chǎn)率,減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，研究設(shè)計(jì)一種分級(jí)裝袋式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)是非常必要的，具有重要意義[9-10]。 48 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 第一章 緒論 第一章 緒論 1.1馬鈴薯收獲概況

22、 在馬鈴薯生產(chǎn)中,難度最大的要屬收獲作業(yè),且用工量約占生產(chǎn)總用工量的40%以上,因此要實(shí)現(xiàn)馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化就必須重點(diǎn)解決收獲機(jī)械化問題。馬鈴薯的機(jī)械收獲過程主要包括：挖掘、分離、撿拾、清選、分級(jí)和裝運(yùn)等工序。機(jī)械收獲馬鈴薯的方法有分別收獲法、分段收獲法和聯(lián)合收獲法三種。其中分別收獲法的工藝路線為挖掘-分離-撿拾-清選；分段收獲由兩個(gè)階段組成：第一階段包括挖起土垡，分離部分土塊、作物殘株和雜質(zhì)，并將若干行薯塊集鋪成一個(gè)狹窄條鋪。第二階段包括從條鋪撿拾薯塊、最后清除泥土和雜質(zhì)，并將干凈的薯塊收入薯箱；聯(lián)合收獲是先用除秧機(jī)割去莖葉，而后用聯(lián)合收獲機(jī)一次性挖掘薯塊、分離土壤、輸送薯塊并進(jìn)行集裝。不論采

23、用哪一種收獲方法，—般對(duì)收獲技術(shù)提出如下要求：高生產(chǎn)率，高質(zhì)量，薯塊損傷少，工作時(shí)動(dòng)力及人工耗費(fèi)少，與雜質(zhì)(土塊、石塊)分離，適于在不同土壤條件下工作。馬鈴薯收獲機(jī)具經(jīng)歷了挖掘犁、挖掘機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)的發(fā)展歷程[11-14]。 1.1.1 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展概況 國(guó)外馬鈴薯機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世紀(jì)初，歐美國(guó)家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機(jī)來代替手鋤挖掘薯塊、隨后改由拖拉機(jī)牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式馬鈴薯收獲機(jī)。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國(guó)就開始研制、推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)械，50年代末即己實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙

24、利、日本和韓國(guó)亦相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化。70年代主要是研制大功率自 走式根塊作物聯(lián)合收獲機(jī)，且以收獲壟作種植為主[15-20]。這些機(jī)型是大功率拖拉機(jī)變型，如荷蘭在拖拉機(jī)基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合收獲機(jī)的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個(gè)液壓泵帶動(dòng)。美國(guó)在1948年以前用收獲機(jī)來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾，直到1967年，開始使用聯(lián)合收獲機(jī)，20世紀(jì)80年代初期，聯(lián)合收獲機(jī)和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的85%，其中聯(lián)合收獲已達(dá)到50%以上。20世紀(jì)90年代，美國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)最早的國(guó)家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機(jī)型，如KKY–2型、

25、KOK–2型、KKP–2型等馬鈴薯收獲機(jī)，機(jī)器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，馬鈴薯收獲機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合收獲機(jī)，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合收獲機(jī)，其勞動(dòng)生產(chǎn)率比其它2行收獲機(jī)提高1～2倍[21]。近些年來，歐美的馬鈴薯收獲機(jī)型仍然是以大功率機(jī)組為主。但這些機(jī)型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊，有些國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機(jī)械，如意大利的SP100機(jī)型為小型壟作收獲機(jī)械。 在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械的國(guó)家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～1965年生產(chǎn)懸掛式的拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)，70年代開始引進(jìn)英國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的聯(lián)合收獲機(jī)，并研

26、制適合日本國(guó)情的聯(lián)合收獲機(jī)，對(duì)于根菜（蘿卜、家山藥、馬鈴薯、胡蘿卜等）機(jī)械收獲的研究從1960年開始；近幾年韓國(guó)、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯收獲機(jī)，如韓國(guó)高山機(jī)械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行土豆、地瓜挖掘機(jī)械[22-24]。 目前，在國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械中，挖掘機(jī)的生產(chǎn)和使用所占的比例趨于下降，而聯(lián)合收獲機(jī)得到迅速發(fā)展，都形成了用聯(lián)合收獲機(jī)直接收獲，或用挖掘-撿拾裝載機(jī)加固定分 圖1-1 Spirit 2行升運(yùn)式馬鈴薯收獲機(jī) 圖1-2 Spirit 4100 1行偏置集薯箱式馬鈴薯收獲機(jī) Fig.1-1 Spirit 2-row elevator

27、 potato harvester Fig.1-2 Spirit 4100 1-row offset bunker potato harvester 選設(shè)備來進(jìn)行分段收獲的兩種全面實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)械化的配套系統(tǒng)，基本上實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。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。像俄羅斯、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、比利時(shí)、日本和荷蘭等國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械化程度較高，收獲機(jī)械性能穩(wěn)定，圖1-1、1-2為比利時(shí)AVR公司生產(chǎn)的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)。國(guó)外一些馬鈴薯收獲機(jī)械不但生產(chǎn)率高而且將高新技術(shù)已融于農(nóng)具之中，如采用振動(dòng)、液壓技術(shù)進(jìn)行挖掘，采用傳感技術(shù)控制喂入

28、量、馬鈴薯傳運(yùn)量及分級(jí)裝載；采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進(jìn)行碎土和分離以及利用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作等，發(fā)達(dá)國(guó)家的馬鈴薯收獲已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化聯(lián)合作業(yè)。 1.1.2 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展概況 我國(guó)對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)械的研制雖較早，但發(fā)展緩慢，目前處于中小型懸掛式集條鋪放收獲機(jī)的研制推廣階段，所研制機(jī)具的技術(shù)水平與國(guó)外相差甚遠(yuǎn)[25-36]。20世紀(jì)60年代初期，我國(guó)有關(guān)農(nóng)機(jī)部門引進(jìn)了國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)，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，主要引進(jìn)機(jī)型有西德VR-2、波蘭RCF-2、英國(guó)Johson、瑞士Samro Junior和前蘇聯(lián)KTH-2型馬鈴薯收獲機(jī)。之后，黑龍江省研制出

29、了兩種條鋪式收獲機(jī)，并進(jìn)行了試生產(chǎn)。20世紀(jì)60年代中期，馬鈴薯收獲機(jī)具的研制工作才逐步發(fā)展起來，研究人員在研究原西德、原蘇聯(lián)、日本、瑞士等國(guó)外機(jī)具的基礎(chǔ)上，成功了研制升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)，但由于受當(dāng)時(shí)歷史條件的限制，沒能實(shí)現(xiàn)大面積推廣和使用[21]。20世紀(jì)70年代，內(nèi)蒙古農(nóng)機(jī)所研制出了與40.4kW拖拉機(jī)配套的4U–1型馬鈴薯集條收獲機(jī)，如圖1-3所示，4SW–40型收獲機(jī)，如圖1-4所示，并在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了試點(diǎn)推廣。1978年在北 圖1-3 4U-1型馬鈴薯收獲機(jī) 圖1-4 4SW-40型馬鈴薯挖掘機(jī) Fig.1-3 4U-2 potato harvester

30、 Fig.1-4 4SW-40 potato harvester 京舉辦的12國(guó)展覽會(huì)上，引進(jìn)了不少國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)具廠商參展。其中有西德哈格多恩農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的RM–R型集條收獲機(jī)，日本東洋農(nóng)機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的TOP–2型集條收獲機(jī)，法國(guó)莫羅公司生產(chǎn)的M112型集條收獲機(jī)。其中大型機(jī)具的配套動(dòng)力在30kW以上，生產(chǎn)率為0. 312hm2 /h，中型機(jī)具的配套動(dòng)力在22～30kW，生產(chǎn)率為0. 25hm2/h，小型機(jī)具的配套動(dòng)力在15kW，生產(chǎn)率為0.06～0.16 hm2/h 。20世紀(jì)80年代，我國(guó)又引進(jìn)了西德RM–R型、瑞士SUPER–B型配套動(dòng)力為30k

31、w的馬鈴薯集條收獲機(jī)[37]。 近些年來，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)出一些中小型馬鈴薯挖掘機(jī)[38-40]，河北省圍場(chǎng)農(nóng)機(jī)研究所生產(chǎn)的4VM–1A型、4VW–2A型馬鈴薯挖掘機(jī)；黑龍江齊齊哈爾市建新機(jī)械廠研制的4U–2型牽引馬鈴薯收獲機(jī)，如圖1-5所示，進(jìn)地一次即可完成挖掘、升運(yùn)、分離、放鋪等多項(xiàng)工序，把馬鈴薯集放成條，再通過人工揀拾，能滿足我國(guó)東北地區(qū)黏重土壤的特殊要求，采用獨(dú)立小鏟，碎土好，避免了土壤堆積和雜草纏繞，升運(yùn)部件配有升運(yùn)鏈抖動(dòng)機(jī)構(gòu)，大大提高了抖動(dòng)和分離效果；內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站推出的4UM-2馬鈴薯收獲機(jī)如圖1-6所示；哈爾濱市大順農(nóng)機(jī)公司開

32、發(fā)的4SG系列懸掛式薯類收獲機(jī)，適于馬鈴薯、甘薯和甜菜的收獲，懸掛在小四輪拖拉機(jī)后面，能一次完成薯塊的挖掘、升運(yùn)，土壤分離3道程序，薯塊收凈率高；由內(nèi)蒙古商都牧機(jī)廠研制的，獲國(guó)家專利的4V-125型多功能挖掘機(jī)，可一次完成馬鈴薯或農(nóng)作物根茬與殘膜 圖1-5 4U-2型馬鈴薯收獲機(jī) 圖1-6 4UM-2 馬鈴薯收獲機(jī) Fig.1-4 4U-2 potato harvester Fig.1-3 4SW-40 potato harvester 的挖掘、輸送、分選和集堆等多項(xiàng)作業(yè)；在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)與山西忻州地區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站合作開發(fā)的4SM-40、80型馬鈴薯挖掘機(jī)，已通過

33、省級(jí)鑒定，并列為內(nèi)蒙古推廣產(chǎn)品和新產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目。該機(jī)吸收了國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)，可與國(guó)產(chǎn)拖拉機(jī)配套，作業(yè)性能適合我國(guó)北方地區(qū)平作種植馬鈴薯的農(nóng)藝要求，可一次完成薯塊的挖掘、分離與條鋪等項(xiàng)作業(yè)，具有明薯率高和薯塊破損少等優(yōu)點(diǎn)。 圖1-7 現(xiàn)代農(nóng)裝生產(chǎn)的1650型帶臂式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī) Fig. 1-7 The 1650 potato combine harvester with arm produced by Modern Agricultural Equipment co.Ltd　 目前，我國(guó)馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械的研制也取得了一定的進(jìn)展[41-42]。黑龍江省伊春市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心

34、農(nóng)機(jī)科研所成功研制了4UL-2型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)（樣機(jī)），該機(jī)可一次完成土薯挖掘、碎土分離、清秧除雜、升運(yùn)卸薯裝車作業(yè)，于2004年9月通過鑒定，但未進(jìn)行推廣；現(xiàn)代農(nóng)裝北方（北京）農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的1650型帶臂式聯(lián)合收獲機(jī)，如圖1-3，采用機(jī)、電、液一體化技術(shù)，配置浮動(dòng)挖掘機(jī)構(gòu)，對(duì)地仿形，確保挖掘深度，一次完成切溝、挖掘、輸送分離、莖蔓清除，集中裝車作業(yè)，也可根據(jù)收獲要求側(cè)面輸出。該機(jī)在挖掘時(shí)須有一運(yùn)輸車跟隨，而且地頭、地邊作業(yè)困難，只能適用于大面積收獲[26]。 1.2 本課題研究意義 目前我國(guó)馬鈴薯種植面積正在接近蔬菜種植面積，年總產(chǎn)量近8000萬噸，已成為世界馬鈴薯生產(chǎn)大國(guó)，機(jī)

35、械化作業(yè)是馬鈴薯生產(chǎn)的必然趨勢(shì)。 1) 馬鈴薯機(jī)械化收獲是產(chǎn)業(yè)化，規(guī)?；l(fā)展的需要。目前我國(guó)馬鈴薯種植面積大幅攀升，馬鈴薯收獲機(jī)械還存在巨大的發(fā)展空間。要發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)，首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)馬鈴薯種植及收獲機(jī)械化，馬鈴薯種植及收獲機(jī)械化離不開性能優(yōu)良的收獲機(jī)械，因此研發(fā)適合我國(guó)農(nóng)業(yè)種植要求的新機(jī)具，尤其是馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械，顯得尤為重要[43]； 2) 馬鈴薯收獲在馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈中是最費(fèi)工，耗時(shí)的一項(xiàng)作業(yè)，消耗的工作量占整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈工作量的40%，收獲期短，勞動(dòng)強(qiáng)度大。馬鈴薯生長(zhǎng)期僅80～90天，集中種植區(qū)多在我國(guó)北部，氣候寒冷，無霜期短，如收獲過早，生長(zhǎng)期不夠，干物質(zhì)積累少，影響產(chǎn)量和質(zhì)量，如收獲過晚

36、，易遇霜凍，造成更大損失。甘肅是全國(guó)馬鈴薯的主要產(chǎn)區(qū)，但98%以上的馬鈴薯種植和收獲仍然采用人工挖掘或牲畜犁翻開溝點(diǎn)種和收獲等原始的生產(chǎn)方式進(jìn)行作業(yè)，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，損失率高，不便貯藏等缺點(diǎn)。甘肅定西為國(guó)家級(jí)馬鈴薯之鄉(xiāng)，大部分收獲完全靠人工作業(yè)方式，作業(yè)手段落后，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，有時(shí)在冬季封凍之前不能完成收獲作業(yè)，給馬鈴薯種植戶造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，馬鈴薯種植區(qū)急切需求能夠適應(yīng)種植區(qū)氣候、土壤、環(huán)境、作物等特點(diǎn)的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械[26]； 3) 隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,農(nóng)村大量青壯年勞動(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移，農(nóng)村勞動(dòng)力減少，勞動(dòng)力成本提高，目前中小型條鋪式馬鈴薯收獲機(jī)需要

37、大量的勞動(dòng)力來?yè)焓把b袋，己不能滿足產(chǎn)業(yè)化的需要。因此，研制一種集分級(jí)裝袋為一體的聯(lián)合收獲機(jī)來代替人工作業(yè)具有重要意義[44]； 4) 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)在收獲過程中，薯塊按分級(jí)級(jí)別收集裝袋，傷薯率低，同時(shí)，分級(jí)過程可人工輔助揀拾殘余土塊、莖稈、雜草及壞薯，有利于提高袋裝薯的純凈度。 1.3 本課題研究?jī)?nèi)容 本課題主要設(shè)計(jì)了一種能夠一次完成馬鈴薯挖掘，土薯、莖稈、雜草及地膜分離，薯塊輸送、分級(jí)、收集裝袋工序的分級(jí)袋裝式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)。整機(jī)主要由仿形碎土裝置、挖掘裝置、土薯分離輸送裝置、莖稈分離裝置、薯塊輸送裝置、薯塊分級(jí)裝置、薯塊收集裝袋裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)以及機(jī)架、地輪等組

38、成。本論文主要對(duì)該機(jī)分級(jí)裝袋裝置的原理方案及結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)分級(jí)裝袋裝置各零部件進(jìn)行系統(tǒng)地分析和理論探討，并運(yùn)用有限元分析軟件對(duì)分級(jí)鏈輪及機(jī)架進(jìn)行強(qiáng)度分析。 1.4 本課題研究方法 1) 通過到我省馬鈴薯種植地進(jìn)行實(shí)地考察，查閱大量的文獻(xiàn)資料，吸收并借鑒國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械及其它收獲機(jī)械的成功之處，研究并確定馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)主要參數(shù)； 2) 對(duì)收獲機(jī)分級(jí)裝袋裝置進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并確定主要參數(shù)； 3) 運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)主要機(jī)構(gòu)實(shí)體建模和干涉分析； 4) 運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析； 5) 試制樣機(jī)； 6) 田間試驗(yàn)和各種性能指標(biāo)測(cè)試； 7) 改進(jìn)和完善樣機(jī)，整

39、理繪制圖樣。 1.5 技術(shù)路線 問題的提出 背景資料考察 確定研究的目標(biāo) 總體方案的確定 關(guān)鍵參數(shù)的確定及關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 建立實(shí)體模型 性能分析 是否滿足要求 試制樣機(jī) 是 調(diào)整參數(shù)及結(jié)構(gòu) 否 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 第二章 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)總體設(shè)計(jì) 第二章 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)基本結(jié)構(gòu) 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示，主要由牽引裝置1

40、、挖掘裝置2、土薯分離裝置3、6、除秧裝置4、8、橫向輸送裝置7、傾斜輸送裝置11、分級(jí)裝袋裝置10、液壓提升裝置12、及機(jī)架9組成，該機(jī)可一次完成薯塊挖掘、土薯分離、莖稈分離、薯塊分級(jí)和裝袋等作業(yè)。 圖 2-1 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 Fig. 2-1 The structure diagram of 4U-1400FD potato combine harvester 1-牽引裝置；2-挖掘裝置；3-一級(jí)土薯分離裝置；4-一級(jí)除秧裝置；5-地輪；6-二級(jí)土薯分離裝置；7-橫向輸送裝置；8-二級(jí)除秧裝置；9-機(jī)架；10-分級(jí)裝袋裝置；11-傾斜輸送裝置；12

41、-液壓提升裝置； 2.2 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)工作過程 該機(jī)為牽引式，動(dòng)力全部由拖拉機(jī)提供，行走和挖掘依靠拖拉機(jī)牽引，土薯分離輸送 、莖稈分離、升運(yùn)和分級(jí)等裝置動(dòng)力由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸提供，仿形碎土輥、挖掘鏟及一級(jí)土薯分離輸送裝置的升降由拖拉機(jī)液壓輸出經(jīng)油缸操縱。工作時(shí)，拖拉機(jī)牽引整機(jī)靠地輪從動(dòng)行走，仿形碎土輥壓碎地表土塊并限定挖掘深度，兩側(cè)切土圓盤刀切開土壤，挖掘鏟將薯塊及土垡等一起掘起，初步疏松后送入一級(jí)土薯分離輸送裝置，經(jīng)一級(jí)帶桿式土薯分離輸送帶的抖動(dòng)、疏松、破碎，使小于帶桿間隙的土壤和夾雜物被篩下，莖稈、薯塊和大于桿條間距的土塊、地膜及夾雜物被輸送到一級(jí)彈性梳桿摘輥

42、式莖稈分離裝置，部分莖稈、雜草、地膜被彈性梳桿阻擋并沿梳桿下滑，在一級(jí)土薯分離輸送帶和一級(jí)莖稈分離摘輥的作用下被拋在地上。結(jié)塊土壤由一級(jí)土薯分離輸送帶落入二級(jí)土薯分離輸送帶后進(jìn)一步破碎，經(jīng)二級(jí)土薯分離輸送裝置的抖動(dòng)篩分被完全篩下，分離輸送帶上的薯塊及尚未除去的莖稈、雜草、地膜等夾雜物經(jīng)過二級(jí)皮帶式莖稈分離裝置時(shí)，莖稈、雜草、地膜等易夾持物被皮帶和分離輸送帶夾持住強(qiáng)制拽落于地面，莖稈上未脫落的薯塊則被摘薯?xiàng)U強(qiáng)制摘下，薯塊落入橫向鏈桿式輸送器，被橫向輸送到皮帶刮板式升運(yùn)器，傾斜提升到輥軸鏈?zhǔn)椒旨?jí)裝置，由于沿縱向輥軸間距由小到大變化，故薯塊隨輥軸縱向運(yùn)動(dòng)的過程中，按薯塊粒度自小到大分成三級(jí)依次落入各

43、裝袋裝置，被裝入各袋中。 2.3 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)基本參數(shù)確定 確定聯(lián)合收獲機(jī)各個(gè)工作部件的基本依據(jù)有幅寬，作業(yè)速度和生產(chǎn)率等參數(shù)，它們之間是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的[45-53]。 1 整機(jī)外形尺寸 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的總體外型尺寸長(zhǎng)寬高：4494mm2183mm2300mm； 2 作業(yè)速度 聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)速度是以雜草量、畝產(chǎn)量、田面平整度以及土壤潮濕度而定。為了盡可能的減小漏薯率，提高土薯分離效率，作業(yè)速度有一個(gè)合適的范圍，采用約翰迪爾120馬力拖拉機(jī)二檔勻速行駛，該馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)速度為3km/h≤vm≤4.83km/h[54]。 3

44、 生產(chǎn)率 根據(jù)收獲機(jī)的幅寬和作業(yè)速度，按下式計(jì)算聯(lián)合收獲機(jī)的生產(chǎn)率T； (2-1) 式中：η—收獲機(jī)田間利用系數(shù)，為0.6～0.8,取0.7； B—幅寬1.4m； —收獲機(jī)前進(jìn)速度3km/h～4.83km/h； ； 4 整機(jī)功率 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)所需要的總功率包括行走部件所消耗的行走功率及挖掘、兩級(jí)土薯分離、除秧裝置、橫向輸送、傾斜輸送和分級(jí)裝置所消耗的總功率。在一定的土壤和作物條件下，兩部分的功率耗用均與收獲機(jī)的前進(jìn)速度成正比。 馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的行走功率為：

45、 (2-2)

46、 式中： G—整機(jī)重量(kg),包括整機(jī)空載質(zhì)量、薯塊總質(zhì)量及土壤總質(zhì)量，經(jīng)稱重，估算薯塊質(zhì)量，土壤質(zhì)量； —收獲機(jī)前進(jìn)速度(m/s),按最大作業(yè)速度1.34m/s計(jì)算； f—滾動(dòng)阻力系數(shù)，主要取決于土壤情況，其值為0.1-0.25； η—傳動(dòng)效率，為0.95； 經(jīng)計(jì)算，得出收獲機(jī)最大行走功率； 聯(lián)合收獲機(jī)各工作部件消耗的功率：[55-62] 1) 挖掘裝置消耗的功率 收獲機(jī)以最大速度速度前進(jìn)時(shí)，切刀與土壤的之間的摩擦力與土壤粘著力、土壤容重，挖掘厚度、物料密度有關(guān)。按最大粘著性土壤計(jì)算出土壤的滑移摩擦力、土壤間粘著力產(chǎn)生的滑移阻力。土壤粘著力按大小分為五個(gè)等級(jí)[63]

47、，見表2-1，土壤容重，挖掘厚度0.2m～0.3m，鏟面總長(zhǎng)0.47m,薯塊裝載密度ρ=750kg/m3: (2-3) 式中：—土壤與鋼之間的摩擦系數(shù)，按重粘壤土及粘土計(jì)算一般為0.4-0.9，取0.9； N—土壤、薯塊、挖掘裝置總重量,三部分重量為別為：，； p—土壤粘著力，這里按最大土壤粘著力計(jì)算,p=3000Pa； s—實(shí)際接觸的粘附面積； 得 ， ，， 設(shè)計(jì)功率為： （2-4） 式中：—設(shè)計(jì)功率，kw； —工況系數(shù)，1.4； ； 表2-1 土壤粘著力的分級(jí) Tab.2-1 The grading of s

48、oil adhesion 粘著力（Pa） >1500 500-1500 200-500 50-200 10-50 土壤名稱 最大粘著性土壤 強(qiáng)粘著性土壤 中粘著性土壤 弱粘著性土壤 松散土 2) 土薯分離裝置（兩級(jí)）消耗的功率 土薯分離帶以v=1.6m/s[54]工作時(shí)，作用于驅(qū)動(dòng)帶輪上的圓周力有輸送帶自重引起的摩擦力，以及輸送塊莖時(shí)產(chǎn)生的工作阻力。 一級(jí)土薯分離裝置： (2-5) 式中：—輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為1.724kN/m； —輸送帶的總長(zhǎng)度為2.9m； f—摩擦阻力系數(shù)為0.3； —單位面積物料質(zhì)量為1.97； —輸送帶工作長(zhǎng)度為

49、1.34m； B—輸送帶的工作寬度為1.4m； 得 F=5.2kN =Fv=8.32kw =10.4kw， 計(jì)算功率： 式中：—設(shè)計(jì)功率，kw； —工況系數(shù)，1.3； ； 二級(jí)土薯分離裝置： 式中：—輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為1.73kN/m； L—輸送帶的總長(zhǎng)度為2.81m； f—摩擦阻力系數(shù)為0.3； —單位面積物料質(zhì)量為2.1 ； —輸送帶工作長(zhǎng)度為1.24m； B—輸送帶的工作寬度為1.4m； 得 F=5.05kN =Fv=8.08kw =9.5kw， 計(jì)算功率：

50、 式中：—設(shè)計(jì)功率，kw； —工況系數(shù)，1.3； ； 3) 一級(jí)除秧裝置消耗的功率 一級(jí)除秧裝置速度與一級(jí)土薯分離裝置同步， 功率計(jì)算： (2-6) 式中：F—莖桿分離器單位寬度的切向阻力，參照類似設(shè)備切向阻力實(shí)驗(yàn)測(cè)定值（一般F=60N/m[64]），考慮到馬鈴薯莖桿可能夾帶泥土并帶有一些未分離的小薯塊，切向阻力較大，因此取F=120 N/m； —莖桿分離器寬度，1.4m； —莖桿分離器線速度，m/s； 得 =0.26kw =0.28kw； 4) 二級(jí)除秧裝置消耗的功率 二級(jí)除秧裝置是自行設(shè)計(jì)的皮帶夾持式除秧原

51、理，根據(jù)皮帶的松緊程度，其受力大小也不同，很難準(zhǔn)確的計(jì)算出除秧裝置所消耗的功率，估算二級(jí)除秧裝置所需的功率為1kw； 5) 橫向運(yùn)輸裝置消耗的功率 速度計(jì)算： (2-7) 得 v=0.387m/s，其中生產(chǎn)率為7畝／小時(shí)，畝產(chǎn)量按3500kg計(jì)，則Q收獲量為25000kg /h；s輸送帶物料橫截面積為（0.4 X0.10）；k填裝系數(shù)為0.6；物料密度為750kg/m3; 功率計(jì)算： 式中：—輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為0.06kN/m； —輸送帶的總長(zhǎng)度為2.9m； f—摩擦阻力系數(shù)為0.3； —單位面積物料質(zhì)量為2.31 ； —輸送帶工作長(zhǎng)度

52、為1.3m； B—輸送帶的工作寬度為0.4m 得 F=1.25 kN =Fv=0.48kw =0.6kw， 計(jì)算功率： 式中：—設(shè)計(jì)功率，kw； —工況系數(shù)，1.3； ； 6) 傾斜運(yùn)輸裝置消耗的功率 速度計(jì)算： 得 v=0.77m/s，其中Q收獲量為25000kg/h；s輸送帶物料橫截面積為（0.2X0.10）；k填裝系數(shù)為0.6；物料密度為750kg/m3； 功率計(jì)算： kw[56] (2-8) 式中：—輸送量（t/h），25t/h； —輸送器水平投影長(zhǎng)度（m），2.52m； —

53、提升高度（m），1.638m； —運(yùn)行阻力系數(shù)，2.25； 所以得 =0.85kw， 計(jì)算功率： 式中：—設(shè)計(jì)功率，kw； —工況系數(shù)，1.3； ； 7) 分級(jí)裝置消耗的功率 速度計(jì)算： 得 v=0.29m/s， 式中：Q—收獲量為25000kg/h； s—輸送帶物料橫截面積為（0.8X0.1）； k—填裝系數(shù)為0.4； —物料密度為750kg/m3； 功率計(jì)算： 式中：—輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為0.45kN/m； —輸送帶的總長(zhǎng)度為4.5m； —摩擦阻力系數(shù)為0.3； —單位面積物料質(zhì)量為0.

54、6； —輸送帶工作長(zhǎng)度為1.62m； B—輸送帶的工作寬度為0.80m； 得 F=1.41kN =Fv=0.41kw =0.51kw， 計(jì)算功率： 式中：—設(shè)計(jì)功率，kw； —工況系數(shù)，1.3； ； 所以4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)最大功率消耗為： 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 第三章 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分級(jí)裝袋裝置設(shè)計(jì) 第三章 4U-1

55、400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分級(jí)裝袋裝置設(shè)計(jì) 3.1 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分級(jí)裝置設(shè)計(jì) 3.1.1 塊莖物料分級(jí)方法概述 目前塊莖物料分級(jí)方法主要有以下幾種[65-66]： 1) 軟孔帶 軟孔帶分級(jí)形式一般應(yīng)用在塊莖(鈴薯等)入庫(kù)保存時(shí)，對(duì)一些小石塊、土、小塊莖(一般直徑小于25mm)進(jìn)行初步的篩選。以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)的軟孔帶被施加一定的震動(dòng)，使帶上的物料可以被拋離帶面，利用物料自身的重力，小的石塊、碎土和小的塊莖經(jīng)帶孔落到地面； 2) 滾筒式分級(jí)設(shè)備 滾筒作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，物料在滾筒內(nèi)滾轉(zhuǎn)和移動(dòng)，并在這個(gè)過程中分級(jí)。滾筒沿軸線方向有很多圓孔或矩形孔，滾筒分為幾組，每組

56、小孔孔徑不同，從物料進(jìn)口至出口，后組孔比前組孔徑大，小于第一組的物料從第一組孔中掉出收集為一個(gè)級(jí)別，以下依次類推。根據(jù)孔徑的大小，可分為2～5個(gè)級(jí)別，分級(jí)效率較，產(chǎn)量高，可有效的降低物料的混級(jí)率，目前廣泛實(shí)用于蘑菇和青豆的分級(jí)； 3) 輥軸式分級(jí)設(shè)備 輥軸式分級(jí)設(shè)備用于球體或似球體的果蔬原料，如蘋果、柑桔和番茄等按直徑大小不同進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)過程中依靠改變輥軸的間隙來改變分級(jí)粒度； 4) 帶式分級(jí)設(shè)備 它由圓形或矩形皮帶構(gòu)成的環(huán)帶式分級(jí)輸送器，相鄰的皮帶之間的間隙是逐漸增大的,將經(jīng)過初清的球形物料精選成大粒、中粒和小粒三級(jí)； 5) 篩選式分級(jí)設(shè)備 它的平面篩作縱向或橫向擺動(dòng)，機(jī)體向出

57、料方向有一傾斜角度，使物料以一定的速度向前運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行分級(jí)。篩選式分級(jí)機(jī)構(gòu)制造和安裝都比較容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)換篩面十分方便，適宜于多種物料和同一種物料不同規(guī)格的分級(jí)。主要缺點(diǎn)為動(dòng)力平衡很困難，連桿極易損壞，噪聲比較大，且是對(duì)于薯類塊莖作物，篩面振動(dòng)頻率過大，薯皮容易擦傷，篩面振動(dòng)頻率過小，又容易發(fā)生“堵塞”現(xiàn)象； 6) 光電分級(jí)設(shè)備 以單片機(jī)為核心，工作時(shí),系統(tǒng)通過單片機(jī)采集水果擋光時(shí)間產(chǎn)生的高低壓電平的轉(zhuǎn)換,來實(shí)現(xiàn)對(duì)水果大小的判斷系統(tǒng)在水果分選控制上完全可行，操作簡(jiǎn)便，能夠預(yù)先設(shè)置分選等級(jí),實(shí)現(xiàn)多種水果的分選，具有較好的通用性和靈活性，但成本比較高，目前國(guó)外主要應(yīng)用于固定作業(yè)的

58、分級(jí)設(shè)備，對(duì)馬鈴薯分級(jí)裝置應(yīng)用比較少。 3.1.2 馬鈴薯分級(jí)主要技術(shù)要求 1) 分級(jí)等級(jí)與精度應(yīng)符合要求； 2) 在工作過程中，對(duì)薯塊損傷小，傷薯率小于5﹪，并應(yīng)剔除破薯、病薯和其它雜物； 3) 分級(jí)粒度可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)； 4) 結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，操作方便，工作穩(wěn)定可靠，功耗小。 3.1.3 輥軸鏈板式分級(jí)裝置工作原理 根據(jù)馬鈴薯的形狀特性，為了減少馬鈴薯在分級(jí)過程中的損傷，使分級(jí)能夠快速準(zhǔn)確的進(jìn)行，提高分級(jí)精度，設(shè)計(jì)了輥軸式分級(jí)裝置，如圖3-1所示：它主要由分級(jí)輥軸、驅(qū) 圖3-1 在Pro/E 中建立的分級(jí)裝袋裝置 Fig.3-1 The grading and b

59、agging device set up in Pro/E 動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)鏈板、鏈輪、裝袋裝置等組成。分級(jí)部分是由一系列分級(jí)輥軸組成的輸送帶，每?jī)筛佪S之間設(shè)一升降輥軸，此三根輥軸形成兩組分級(jí)輥軸間隙。工作時(shí)，馬鈴薯進(jìn)入輸送帶，小于輥軸間隙的馬鈴薯則從兩相鄰輥軸之間的間隙中落到集料斗里，其余馬鈴薯繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)鏈輪的作用下，輸送帶上的分級(jí)輥軸都向前滾動(dòng)，升降長(zhǎng)輥軸在升降軌道上逐漸上升，長(zhǎng)短輥軸之間的間距逐漸增大。此時(shí)處在不斷增大的輥軸間隙中的馬鈴薯，在摩擦力作用帶動(dòng)下也轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，其最小外徑總有機(jī)會(huì)對(duì)準(zhǔn)輥軸間隙，當(dāng)外徑小于間隙時(shí)就落到下層篩網(wǎng)上，而后裝袋；而大于輥軸間隙的馬鈴薯繼續(xù)隨帶前進(jìn)

60、，隨著分級(jí)長(zhǎng)輥軸間距的增大而在分級(jí)帶的不同位置上落下，從而分成若干等級(jí)。若升降輥軸上升至最高位置而馬鈴薯仍不能從孔中落下，則最后掉入末端的集料斗中，屬于特大馬鈴薯。中間輥軸上升到最高位置時(shí)，分級(jí)段到此結(jié)束，此后就逐漸下降至最低位置而后再重復(fù)以上工作過程[67-68]。其工作原理如圖3-2所示,輥軸在運(yùn)行中借其軸端安裝的橡膠摩擦輪與導(dǎo)軌之間的摩擦公轉(zhuǎn)的同時(shí)而繞其軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)孔中的馬鈴薯也滾動(dòng)，提高了分級(jí)效率并減少了馬鈴薯?yè)p傷。若馬鈴薯的規(guī)格改變時(shí)，中間輥筒的升降距離要相應(yīng)地調(diào)整，為此專門設(shè)計(jì)有升降調(diào)節(jié)裝置。 圖3-2 輥軸輸送帶工作原理 Fig.3-2 The principle

61、 of roller conveyor 1-分級(jí)從動(dòng)部件組合；2-分級(jí)長(zhǎng)輥軸；3-分級(jí)短輥軸；4-水平導(dǎo)軌；5-分級(jí)主動(dòng)部件組合；6-垂直導(dǎo)軌；7-接料裝置；8-鏈板組合； 3.1.4 主要參數(shù)確定 分級(jí)裝袋裝置的主要參數(shù)如下：收獲量、運(yùn)行速度、輥軸尺寸、中心距、輥軸間隙： 1) 收獲量：根據(jù)前面計(jì)算得知生產(chǎn)率，按其最高生產(chǎn)率及最高產(chǎn)量52500kg/hm2計(jì)算，則Q收獲量為25000kg/h； 2) 運(yùn)行速度：分級(jí)鏈板的運(yùn)行速度為0.29m/s； 3) 輥軸尺寸：分級(jí)輥軸直徑30mm ,為了減小薯塊損傷，輥軸外表面套用橡膠管，分級(jí)長(zhǎng)輥軸總長(zhǎng)970mm，短輥軸總長(zhǎng)930m

62、m； 4)中心距：分級(jí)裝置由一對(duì)主動(dòng)鏈輪組合，三對(duì)從動(dòng)鏈輪組合構(gòu)成，根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)布局，相鄰兩鏈輪的橫向中心距1400mm,縱向中心距320mm； 5) 輥軸間隙：分級(jí)輥軸最小間隙40mm，最大間隙100mm，根據(jù)分級(jí)要求可在40mm～100 mm之間調(diào)節(jié)； 3.2 主要零部件設(shè)計(jì) 3.2.1 主動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.軸最小直徑的初步計(jì)算[69-76] 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度確定軸的最小直徑d,計(jì)算公式為： (3-1) 式中： P—軸所傳遞的功率，kW； n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min; 其中： P=0.66kw，n=24.4r/min， 查機(jī)械設(shè)計(jì)(第七

63、版)，表15-3取=110 =28.9mm 取d=30mm 2. 軸上零件裝配方案的確定 根據(jù)分級(jí)裝袋裝置的要求，主動(dòng)軸裝配方案如圖3-3所示: 圖3-3 主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)與裝配 Fig. 3-3 The structure and assembly of driving shaft 3. 載荷分析計(jì)算 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖3-3做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖3-4(a)。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)查取a值。對(duì)于6206型深溝球軸承，支承點(diǎn)位置要軸承中心位置。因此，作為簡(jiǎn)支梁軸的支承跨距L=1022mm，根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖的扭矩圖3-4(b)從軸的彎矩圖和扭矩圖可以看出截

64、面B是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)計(jì)算出截面B處的支反力及M值列于表3-1。 表3-1 截面B處的支反力及M值 Tab.3-1 the supporting force and M value in B section 載荷 大小 支反力F 彎矩M 剪力 其中有效圓周力，傳動(dòng)鏈輪輸入，兩鏈輪輸出，則： 動(dòng)力輸入鏈的速度 (3-2) 圖3-4 主動(dòng)軸的載荷分析圖 Fig.3-4 The load analysis diagram of shaft 分級(jí)裝置鏈板的平均速度: (3-3) 作用在軸上的壓軸力 (3-4) 按水平布

65、置取壓軸力系數(shù) (3-5) 4. 按彎扭全成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即截面B)的強(qiáng)度。根據(jù)式3-5及表3-1中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取， (3-6) 軸的彎扭合成條件為： (3-7) 前己選取定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理， [71]，因此，故安全。 5．提高主驅(qū)動(dòng)軸強(qiáng)度的措施 1) 合理布置軸上零件減少軸的載荷 為了減少軸所承受的彎矩，傳動(dòng)件靠近軸承，力求縮短支承跨距及懸臂長(zhǎng)度； 2) 改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)減小應(yīng)力集中的影響 為避免軸截面突變處產(chǎn)生應(yīng)力

66、集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度，軸肩處采用較大的過渡圓角半徑來降低應(yīng)力集中； 3) 改進(jìn)軸的表面質(zhì)量提高軸的疲勞強(qiáng)度 采用45號(hào)鋼，先粗車，后調(diào)質(zhì)處理。 3.2.2 鏈及鏈輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1) 確定鏈輪齒數(shù) 分級(jí)裝置轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，取主從動(dòng)鏈輪大小相等，z=4。 2) 計(jì)算功率 由機(jī)械設(shè)計(jì)第七版濮良貴，紀(jì)名剛主編，表9-9查得工作情況系數(shù).2[71]， 故: (3-8) 3) 確定鏈條鏈節(jié)數(shù) 初定橫向中心距橫向中心距根據(jù)鏈節(jié)數(shù)計(jì)算公式 (3-9) ＝ ＝26 4) 確定鏈長(zhǎng)L及橫縱向中心距 (3-10) 中心距減小量 (3-11) 實(shí)際中心距 (3-12) 取 5) 作用在軸上的壓軸力 (3-13) (3-14) 按水平布置取壓軸力系數(shù)，故 6) 鏈板組合的基本結(jié)構(gòu) 4U-1400FD型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)由分級(jí)鏈板組合組成了輸送鏈，如圖3-5所示，鏈板組合主要由長(zhǎng)短