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摘要
小型聯(lián)合型花生收獲機(jī)將兩壟花生的藤、莢果和土壤同時(shí)犁起，在聯(lián)合收獲系統(tǒng)的作業(yè)下，將實(shí)現(xiàn)土壤的粉碎、果與藤的分離，在經(jīng)過(guò)清選部件之后，實(shí)現(xiàn)花生的完整收獲。完整的收獲過(guò)程為：花生藤的分離扶起，犁耕，取果，土壤粉碎，果藤輸送，莢果清選，集果。
根據(jù)花生生長(zhǎng)的特點(diǎn)和收獲技術(shù)的要求，小型花生聯(lián)合收獲機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精確緊密、機(jī)器重量較輕、分離性能好的特點(diǎn)。采用八面碎土齒，首次破碎土壤塊時(shí)便可使土壤破碎率達(dá)75%以上，再經(jīng)過(guò)二次粉碎后，可實(shí)現(xiàn)土壤的完全細(xì)化?；ㄉv果被五個(gè)拋土輪從土壤中分離出來(lái)，摘果刀的刀刃將花生藤與莢果實(shí)分離，被傳輸輪拾取的藤條被收集，由機(jī)尾的出藤口排出?；ㄉ蛛x清選出后的果實(shí)直接落入莢果收集箱。收獲后的花生由于清潔度高可以直接晾曬干燥、轉(zhuǎn)運(yùn)儲(chǔ)存。
由于設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)較為精簡(jiǎn)，機(jī)器的造價(jià)成本的低廉，該花生聯(lián)合收獲機(jī)械適合小型家庭農(nóng)場(chǎng)化的花生種植收獲的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其作業(yè)效率與以往的人工采收相比有了顯著的提升。
關(guān)鍵詞：聯(lián)合收獲；低耗高效；分離徹底；低成本
ABSTRACT
The small combined peanut harvester simultaneously ploughs the vines, pods and soil of two ridge peanuts. Under the operation of the combined harvesting system, the communication of the soil and the separation of the fruit and the vine will be achieved. After the components have been selected, the peanuts will be obtained. Complete harvest. The complete harvesting process is as follows: separation and promotion of peanut vines, plowing, fruit harvesting, soil smashing, fruit vine transport, pod selection, fruit collection.
According to the characteristics of peanut growth and the requirements of harvesting technology, the small peanut combine harvester has the characteristics of precise and compact system structure, lighter machine weight and good separation performance. The use of eight-faced soil scrapers can result in a soil crushing rate of more than 70% when the soil blocks are broken for the first time. After the secondary crushing, complete soil refinement can be achieved. Peanut pods were separated from the soil by five throwing wheels. The blades of the picking knife separated the peanut vines from the pods. The rattan picked up by the transmission wheel was collected and discharged from the tail of the tail. The fruit that is separated from the peanuts is directly dropped into the pod collection box. The peanuts harvested can be directly dried, transported, and stored for cleanliness.
Since the designed mechanical system is relatively simple and the cost of the machine is low, the peanut combined harvesting machine is suitable for small-scale family-farm farmed peanut harvesting and agricultural production, and its operating efficiency has been significantly improved compared to previous manual operations.
Key words: joint harvesting low consumption high efficiency efficient complete separation low cost
目 錄
1緒論 3
1.1花生種植的分布及種類(lèi) 3
1.2花生的主要收獲方式 4
1.3國(guó)內(nèi)花生收獲機(jī)械發(fā)展研究概況 6
1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容 9
2 收獲機(jī)系統(tǒng)總體方案 10
2.1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)原則 10
2.2 花生收獲機(jī)總系統(tǒng)的確定 11
3 配套動(dòng)力 13
3.1 花生收獲機(jī)主要工作參數(shù) 13
3.2配套拖拉機(jī)的選擇 13
3.2.1工作效率的簡(jiǎn)單計(jì)算 14
4 超精型聯(lián)合花生收獲機(jī)總體結(jié)構(gòu)與工作原理的設(shè)計(jì) 15
4.1國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的兩種花生收獲機(jī)原理的分析 15
4.2 確定聯(lián)合花生收獲機(jī)結(jié)構(gòu)與原理 16
5 相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 19
5.1 具體機(jī)架結(jié)構(gòu)和制造要求 19
5.1.1 機(jī)架的生產(chǎn)要求 19
5.2 莢果采摘刀的設(shè)計(jì) 21
5.3 碎土齒輪的外形及功能要求 22
5.4 擋果蓋板結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)易要求 23
5.5 起耕刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
5.5.1 起耕刀耕犁時(shí)的角度分析 24
5.5.2 起耕刀刀具面的寬度計(jì)算 26
6 碎土輪鏈相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 27
6.1.計(jì)算傳動(dòng)鏈輪的相關(guān)參數(shù) 27
6.2鏈輪傳動(dòng)的功率Pca 27
6.3傳動(dòng)鏈條的鏈接數(shù)Lp 27
6.4計(jì)算傳動(dòng)鏈條的鏈條節(jié)距P 28
6.5計(jì)算傳動(dòng)鏈長(zhǎng)L及鏈條中心距a 28
6.6由相關(guān)傳動(dòng)鏈條來(lái)設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈輪： 29
6.6.1小鏈輪的計(jì)算 29
6.6.2大鏈輪的計(jì)算： 30
6.7 分土輪軸的設(shè)計(jì)與校驗(yàn) 31
7 其他部分零件的簡(jiǎn)要說(shuō)明及技術(shù)要求 33
7.1、拔禾器的設(shè)計(jì) 33
7.2、拔禾輪的作用 33
7.3、上壓藤板的設(shè)計(jì) 33
7.4、輸藤帶的設(shè)計(jì)及要求 34
7.5、夾、壓藤板的設(shè)計(jì)及配置 34
7.6、果篩的設(shè)計(jì) 34
結(jié)論 35
致謝 36
參考文獻(xiàn) 37
48
1緒論
1.1花生種植的分布及種類(lèi)
花生是一種中國(guó)重要的外匯經(jīng)濟(jì)出口的油料作物，而且作為中國(guó)人最容易獲得的堅(jiān)果類(lèi)食物，出現(xiàn)在許多地方的傳統(tǒng)食品制作過(guò)程中，是中國(guó)人攝取非動(dòng)物性油脂的來(lái)源之一。在中國(guó)的主要生產(chǎn)地區(qū)是遼寧，山西，山東，江蘇，河南，河北等地?；ㄉ菄?guó)際油料貿(mào)易中位列第二位的作物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，二十世紀(jì)六十年代，世界花生生產(chǎn)面積約2.55億畝，產(chǎn)量約56.5公斤每畝，1970年代約2.85億公頃。20世紀(jì)60年代，世界花生總產(chǎn)量約為150億公斤，20世紀(jì)80年代后半期產(chǎn)量增加到190億公斤，創(chuàng)下了世界生產(chǎn)紀(jì)錄。作為傳統(tǒng)作物，花生是在中國(guó)最具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)質(zhì)油料作物，和大豆、油菜籽一起構(gòu)成三大食用油原料。近年來(lái),由于國(guó)家政策支持全國(guó)花生播種面積一直穩(wěn)定在7000萬(wàn)畝左右,居全球第二位;總產(chǎn)量1600多萬(wàn)噸,居世界第一位。近些年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)資金及先關(guān)種植技術(shù)支持的不斷加大，加上花生的價(jià)格總體小幅上漲，導(dǎo)致花生的種植面積及規(guī)模不斷擴(kuò)大,花生收獲方式也由傳統(tǒng)的人畜力收獲不斷的向自農(nóng)機(jī)動(dòng)化不斷邁進(jìn)。依靠對(duì)花生藤蔓生長(zhǎng)狀態(tài)的分類(lèi)，可分為直生蔓型、匍匐蔓生型和半匍匐蔓生型。匍匐蔓生型有以下特點(diǎn)，除主莖外的花生枝條匍匐在地上，兩根莖葉不易分枝，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)；收獲期花生莢果易落，產(chǎn)量高但收獲時(shí)容易大量漏角。直生蔓型的花生副枝與主直莖之間的相對(duì)角度較小，約為30°～40°，因此花生藤蔓的生長(zhǎng)密集緊湊，莢果不易掉落，收獲時(shí)作業(yè)相對(duì)簡(jiǎn)單不用考慮大量漏角問(wèn)題；其次由于擁有可以大密度種植、早熟、單顆植株產(chǎn)量高的優(yōu)勢(shì)，所以直生蔓型花生十分適合機(jī)械化收獲。半生蔓型的花生主直莖與副莖之間的相對(duì)角度大概是45°，優(yōu)點(diǎn)與直生蔓型花生相近。因此花生的直生蔓、半生蔓型是機(jī)器收獲的理想品種，取代匍匐蔓生型品種已成事實(shí)。
在種植花生時(shí)通常采用的直線(xiàn)行距是40~50cm，種植后花生莢果的分布范圍大約是一個(gè)直徑為40cm的圓形區(qū)域。
在查閱花生聯(lián)合收獲機(jī)的相關(guān)技術(shù)要求后得知，國(guó)內(nèi)聯(lián)合花生收獲機(jī)的收獲莢果損失要低于3%，落入集果箱中的莢果土壤含量應(yīng)小于總重量的25%，且莢果的破損率要低于3%，還要進(jìn)行及時(shí)將莢果取出集果箱晾曬，防止花生堆積造成的發(fā)芽及霉變。
在中國(guó)國(guó)內(nèi)，長(zhǎng)期以來(lái)花生的栽植、采收和花生的深加工的過(guò)程中存在著使用大量人工完成地工序，在繁重的勞動(dòng)中，僅花生的采收就占到了整個(gè)花生生產(chǎn)過(guò)程的13以上且所使用的費(fèi)用也超過(guò)了生產(chǎn)成本的50%。以是，用聯(lián)合機(jī)械采收花生取代傳統(tǒng)的人畜結(jié)合或半機(jī)械半人力的采收方法好處極大，不僅可以節(jié)省大量的人力、物力成本，還大大縮短了花生生產(chǎn)加工的時(shí)間，間接的減少了農(nóng)民因采收不及時(shí)造成的果實(shí)霉變發(fā)芽、花生價(jià)格波動(dòng)造成的損失。所以說(shuō)在國(guó)內(nèi)發(fā)展聯(lián)合花生的收獲機(jī)械具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和遠(yuǎn)大前景。
隨著世界花生產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展升級(jí)，對(duì)于花生產(chǎn)品質(zhì)量要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的人工完成花生生產(chǎn)的方式己經(jīng)不能達(dá)到現(xiàn)代化花生生產(chǎn)的需求。機(jī)械化生產(chǎn)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，已經(jīng)普及到多個(gè)方面。在花生生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)用機(jī)械化技術(shù)將會(huì)大大改善花生生產(chǎn)各階段的作業(yè)質(zhì)量?；ㄉ斋@是花生的重要環(huán)節(jié)，用工量占總生產(chǎn)過(guò)程的33%以上?；ㄉ斋@過(guò)程的好壞直接影響后續(xù)作業(yè)(摘果、脫殼等)質(zhì)量的優(yōu)劣。然而，我國(guó)現(xiàn)階段花生收獲機(jī)械化與花生生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不適應(yīng)，花生收獲機(jī)械化水平低，以人工收獲為主，機(jī)械化分段收獲為輔，總體機(jī)械化水平不足18.02%，機(jī)械化聯(lián)合收獲幾乎還是空白，人工收獲勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗用農(nóng)時(shí)多、收獲效率低下，導(dǎo)致花生生產(chǎn)成本高、效益低，嚴(yán)重影響了農(nóng)民種植花生的積極性，己成為該行業(yè)生產(chǎn)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)的主要“瓶頸”。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷提高，農(nóng)村勞動(dòng)力短缺問(wèn)題愈發(fā)突出，花生生產(chǎn)依靠成熟的機(jī)械化技術(shù)，成為迫切需求。
1.2花生的主要收獲方式
在花生收獲的過(guò)程中，通常依據(jù)自己種植的花生品種、規(guī)模及土地情況來(lái)選擇匹配符合功能要求的農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品。由于國(guó)內(nèi)小型聯(lián)合花生收獲機(jī)發(fā)展的不成熟，在以家庭農(nóng)場(chǎng)為規(guī)模的種植中往往采用不同的農(nóng)用機(jī)械實(shí)現(xiàn)不同的采收步驟。在這個(gè)過(guò)程中一般是人力與機(jī)械相結(jié)合的方式。而大中型專(zhuān)植花生的農(nóng)場(chǎng)使用的多為進(jìn)口聯(lián)合收獲機(jī)械，前期投入太大，不符合我國(guó)廣大農(nóng)村的實(shí)際生產(chǎn)情況。
當(dāng)前花生的主要收獲方式是以下三種：
(1)分段式收獲:分段式收獲是指將花生收獲過(guò)程分為不同環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)采用不同機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，最終完成花生的收獲。主要作業(yè)機(jī)械有花生起收機(jī)、花生復(fù)收機(jī)、莢果采摘機(jī)等。典型的分段收獲模式如圖1-1：
圖1-1分段收獲模式圖
（2）聯(lián)合式收獲：聯(lián)合收獲是指由不同機(jī)械裝置組成的聯(lián)合機(jī)械系統(tǒng)在一次生產(chǎn)作業(yè)中就完成果秧植株的挖掘，土壤的粉碎，莢果的采摘清選及藤秧的排出，最后的果實(shí)收集等全部作業(yè)。按摘果時(shí)喂入方式的不同，分為全喂入摘果和半喂入摘果。流程圖如圖所示圖1-2：
全喂入摘果
秧蔓
處理
集果
清選
去土
夾持輸送
拔秧
挖槽
扶秧
半喂入摘果
圖1-2聯(lián)合式收獲流程圖
（3）兩段式收獲
兩段式收獲是指兩階段收獲花生，首先使用挖掘犁挖掘取出花生并除土，將其花生的轉(zhuǎn)向植株頂部。條鋪于田間進(jìn)行晾曬，待晾曬至含水率達(dá)到撿拾摘果要求時(shí)再由帶撿拾器的花生聯(lián)合收獲裝置完成撿拾、摘果等作業(yè)。
在花生植株挖掘時(shí)大量使用花生挖掘鏟挖出花生秧蔓，由于挖掘鏟只是簡(jiǎn)單的犁型構(gòu)件，所以需要由畜力或者拖拉機(jī)械等提供翻土的動(dòng)力。挖掘鏟切下主要根，該鏟進(jìn)入土壤約10厘米，使花生沿挖掘鏟輔助段從地下伸出。同時(shí)，鏟斗在鏟斗的后部設(shè)有縱向布置的柵條，從而可以去除土壤，但去土率不高。植株上存在的泥土需要在人工摘取莢果時(shí)去除，造成工人勞動(dòng)量加大。
花生莢果采摘機(jī)是一種將花生果實(shí)從秧蔓上完整采摘的機(jī)械裝置?；ㄉv果采摘機(jī)在國(guó)內(nèi)主要分為兩類(lèi)，其中一類(lèi)是機(jī)械系統(tǒng)節(jié)構(gòu)由帶錐齒的滾筒和帶風(fēng)扇的凹板篩結(jié)合的夠成莢果采摘機(jī)，由旋轉(zhuǎn)的錐齒摘下莢果，在經(jīng)過(guò)風(fēng)扇和凹形漏板篩的去出雜質(zhì)之后落入集果裝置中；另一類(lèi)是使用一對(duì)帶釘齒的相對(duì)旋轉(zhuǎn)的滾筒，當(dāng)秧蔓通過(guò)兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的滾筒時(shí)釘齒將花生脫離，脫落下來(lái)的花生果實(shí)會(huì)在振動(dòng)篩上，在風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流作用下，吹出果實(shí)間的葉片斷蔓等雜物。
1.3國(guó)內(nèi)花生收獲機(jī)械發(fā)展研究概況
表 1-3作物機(jī)械化比較表
20世紀(jì)60年代，國(guó)內(nèi)才開(kāi)始研制與推廣花生收獲機(jī)械化，由于起步較晚改革開(kāi)放前期不受重視，所以造成花生收獲機(jī)械的發(fā)展緩慢。相對(duì)于受到重視的小麥和水稻種植的機(jī)械化發(fā)展差距較大，具體機(jī)械化占比如表1-3所示。這樣低下的機(jī)械化水平極大的影響了花生收獲的效率，制約了我國(guó)花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
作物名稱(chēng)
機(jī)械化比例
水稻
56.69%
花生
18.2%
小麥
86.07%
當(dāng)前，我國(guó)大部分地區(qū)仍以人工畜力結(jié)合的方式為主收獲花生;部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)種植規(guī)?；牡貐^(qū)多使用半機(jī)械化，花生的收獲分為多個(gè)步驟，不同收獲階段采用不同機(jī)械與人工相結(jié)合的方法采收，浪費(fèi)大量人力物力并且與聯(lián)合花生收獲機(jī)械相比收獲時(shí)間較長(zhǎng)。往往造成花生得不到及時(shí)晾曬而霉變發(fā)芽，引起不必要的損失。在我國(guó)花生聯(lián)合收獲機(jī)械正處于研制階段，技術(shù)不完善，成本較高，實(shí)際作業(yè)受到地域的限制、栽培方式以及其他因素的影響，未達(dá)到理想作業(yè)效果。而從國(guó)外引進(jìn)的花生收獲機(jī)型則由于價(jià)格昂貴，不符合中國(guó)國(guó)情或經(jīng)濟(jì)效益低，受到中國(guó)花生種植方式、種植面積的影響，作業(yè)效果較差原因，在中國(guó)沒(méi)有形成市場(chǎng)，致使中國(guó)的花生收獲機(jī)械化發(fā)展緩慢.與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。
在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上大量使用的花生收獲機(jī)器有：花生挖掘犁，花生莢果采收機(jī)，花生采摘清選機(jī)，花生聯(lián)合收獲機(jī)等。
（1）圖1-4花生挖掘犁：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，只是把根莖和果實(shí)從土壤中挖掘出來(lái)，之后由農(nóng)民自己碎土去土并采摘莢果，摘下的莢果由于附著大量泥沙，要在清洗后才能晾曬。由于功能的單一，所以滿(mǎn)足不了各個(gè)環(huán)節(jié)的采收需要。
圖1-4 4HW-60型花生挖掘犁
（2）花生挖掘機(jī)。主要機(jī)型和性能參數(shù)表格所示：
表1-5 花生挖掘機(jī)參數(shù)
型號(hào)
2H-型
4H-800型
4HW-65D型
4H-2型
配套動(dòng)力
東風(fēng)50型拖拉
機(jī)
東方紅354
鐵牛55型拖拉
機(jī)
泰山12型拖拉
機(jī)
形式
后懸掛
后懸掛
后懸掛
后懸掛
作業(yè)行數(shù)
2
2
2
2
行距范圍（mm）
400~500
400~500
350~400
300~450
作業(yè)效率（hm2/h）
1~1.5
1.5~2
1.5~2
1.5~2
采挖深度（mm）
65~90
75~90
85~150
85~100
莢果破損率（%）
<5
<5
<5
3
適用條件
割蔓，沙壤土
帶蔓，沙壤土
帶蔓，沙壤土
帶蔓，沙壤土
目前我國(guó)已研制出2H-1型、2H-2型等多種型號(hào)的花生挖掘機(jī)械，如圖1-6、1-7：
圖1-7 2H-2 型
圖1-6 2H-1 型
(3)花生撿拾收獲機(jī)：配套的花生收獲機(jī)械起步晚，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，技術(shù)不成熟，市面上相對(duì)機(jī)型較少，相對(duì)功能單一發(fā)展進(jìn)度較慢。
（4）花生摘果機(jī)：將已經(jīng)在田間晾曬過(guò)的帶蔓花生進(jìn)行分離與清選。不能實(shí)現(xiàn)挖掘與碎土，但機(jī)型較小可在田間地頭使用，碎殼率低，損失小，可直接收獲干凈的花生果實(shí)。一般根據(jù)花生喂入方式分為兩種，如圖1-8、1-9所示。
圖1-9全喂式花生摘果機(jī)
圖1-8半喂式花生摘果機(jī)
（5）花生聯(lián)合收獲機(jī)：中國(guó)的聯(lián)合花生收獲機(jī)研發(fā)相對(duì)時(shí)間較晚，基于對(duì)先進(jìn)國(guó)家的花生聯(lián)合收獲機(jī)基礎(chǔ)上消化吸收，技術(shù)還有待于完善，目前尚處于樣機(jī)研制階段，至今都沒(méi)有一個(gè)滿(mǎn)意的科技成果，離實(shí)際應(yīng)用還有一定距離。我國(guó)研制的花生聯(lián)合收獲機(jī)主要采用挖撥組合式工作原理。主要的生產(chǎn)機(jī)型有:南京農(nóng)機(jī)化研究所4HLJ-8型型花生聯(lián)合收獲機(jī);青島宏盛汽車(chē)配件公司生產(chǎn)的2HL-A花生收獲機(jī);青島萬(wàn)農(nóng)達(dá)4HBL-4A型花生聯(lián)合收獲機(jī)。
圖1-10 4HLJ-8型聯(lián)合花生收獲機(jī)
圖1-11 4HBL-4A型聯(lián)合花生收獲機(jī)
1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容
本設(shè)計(jì)是對(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的聯(lián)合收獲系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)花生植株的實(shí)際種植生長(zhǎng)狀況，參考了其他花生收獲設(shè)備的作業(yè)原理，并使用皮帶作為動(dòng)力源與收獲機(jī)之間的能量傳輸媒介。在收獲機(jī)內(nèi)部采用多級(jí)齒輪變速箱實(shí)現(xiàn)相關(guān)果藤運(yùn)送裝置的動(dòng)力傳輸并為碎土輪提供動(dòng)力，變速箱的采用大大提升了收獲機(jī)的作業(yè)效率。簡(jiǎn)潔動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了機(jī)械的內(nèi)部空間，在后期使用中零部件的損壞也更易更換，并且還保證了花生收獲機(jī)獲取穩(wěn)定充足的動(dòng)力。在收獲機(jī)的作業(yè)下，花生同時(shí)實(shí)現(xiàn)莢果與秧蔓、莢果與土壤的分離，再通過(guò)濾果篩之后實(shí)現(xiàn)花生莢果的清選并落入集果裝置中，完成花生的完整收獲過(guò)程。
本設(shè)計(jì)側(cè)重于聯(lián)合花生收獲機(jī)的整體設(shè)計(jì)，針對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)要求，最后選擇了兩壟起收的設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)介紹了主要部分的組件。這里不再贅述。
⑴、適合農(nóng)村實(shí)際的生產(chǎn)需要
家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制是我國(guó)廣大農(nóng)村的基本經(jīng)濟(jì)體制，按家庭包產(chǎn)到戶(hù)分散經(jīng)營(yíng)。往往種植作物規(guī)模面積不大、不集中，所以采用的農(nóng)用牽引力機(jī)械以中小型拖拉機(jī)為主。這些拖拉機(jī)具有更好的牽引力和附著力、簡(jiǎn)易的操作性和較強(qiáng)的越野性能，可用于多種多樣地形的穩(wěn)定工作行駛，受到廣大農(nóng)民朋友的喜愛(ài)。因此本設(shè)計(jì)的配套動(dòng)力源將采用中小型拖拉機(jī)。
⑵、適用于國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)花生種植實(shí)際情況
國(guó)內(nèi)花生種植面積大、分布廣泛，但往往以家庭為種植單位。這就造成了花生收獲的不集中，收獲的環(huán)境復(fù)雜，采用的種植方式也不夠規(guī)范，不適用于規(guī)?；墒?。本設(shè)計(jì)充分考慮此種情況，減小收獲機(jī)械的體積重量且設(shè)計(jì)了可調(diào)的起耕刀具結(jié)構(gòu)，用來(lái)用來(lái)適應(yīng)不同環(huán)境下花生的收獲。
⑶、收獲機(jī)的相關(guān)收獲標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)參數(shù)
表1-11花生收獲機(jī)配套動(dòng)力
小型聯(lián)合花生收獲機(jī)的農(nóng)業(yè)部推廣標(biāo)準(zhǔn)如表1-11所示，本設(shè)計(jì)的花生收獲機(jī)的收獲標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)參數(shù)應(yīng)符合國(guó)家農(nóng)業(yè)部的相關(guān)要求。
項(xiàng)目
指標(biāo)
動(dòng)力源（小型四輪拖拉機(jī)，KW）
14.7~25.7
收獲率（hm2/h）
0.2~0.3
土中落果率（%）
≤2.0
碎果率（%）
0.5
土壤含量（%）
20
2 收獲機(jī)系統(tǒng)總體方案
種植的花生與土豆、紅薯等果實(shí)都在土壤中的作物相比，其每株植株上的莢果多且較小。同時(shí)花生收獲機(jī)械在犁耕翻起植株的效果會(huì)受到土地情況的影響，所以在選擇方案時(shí)應(yīng)考慮不同的地面土壤情況對(duì)采收效率的影響。
花生作為深根系作物之一，對(duì)土壤的通氣性等要求較高，生長(zhǎng)環(huán)境沙壤土或沙土的最為適宜，我國(guó)種植花生的方法主要有四種，分別為壟作、平作、高畦種植和輪作換茬。大多數(shù)地區(qū)主要的種植方式為壟作，分為大壟雙行和一壟一行兩種方法。壟作優(yōu)勢(shì)是密植合理，保證田間通風(fēng)采光，是花生得到高產(chǎn)的必要條件。為一壟一行的種植模式，行距為550mm，株距為160mm。適應(yīng)大部分地區(qū)的種植實(shí)際情況。圖2-1為花生種植情況的簡(jiǎn)圖。
圖2-1花生壟結(jié)構(gòu)圖
2.1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)原則
（1）、設(shè)計(jì)清晰明了
實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)相應(yīng)功能的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠清楚可靠地完成每個(gè)花生的收獲步驟，并能達(dá)到花生收獲機(jī)的預(yù)期收獲指標(biāo)。應(yīng)該有的功能結(jié)構(gòu)不能重復(fù)或者遺漏。
花生收獲機(jī)一般用于中小型家庭農(nóng)場(chǎng)。設(shè)計(jì)花生收獲機(jī)的相關(guān)功能部件時(shí)應(yīng)充分考慮外部環(huán)境，以此來(lái)決定部件的外觀(guān)形狀和具體的工作尺寸，并在部件制造的材料上多加考量，充分保證機(jī)械的使用功能和壽命。
在機(jī)構(gòu)的相關(guān)功能部件確定后，事實(shí)考慮相關(guān)構(gòu)件間的動(dòng)力和信息傳遞問(wèn)題。在設(shè)計(jì)考慮總體環(huán)境的情況下，合理的設(shè)計(jì)機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)和操控系統(tǒng)。
（2）、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔精煉
在功能不遺漏的前提下，所設(shè)計(jì)的部件結(jié)構(gòu)盡可能的簡(jiǎn)潔，在最大程度上減少?gòu)?fù)雜零件的使用數(shù)量。并且在設(shè)計(jì)部件時(shí)要考慮能否批量生產(chǎn)的問(wèn)題，安裝測(cè)試難易程度的問(wèn)題。
（3）、設(shè)計(jì)安全穩(wěn)定
在花生收獲機(jī)械的正常使用壽命內(nèi)，當(dāng)機(jī)械正常作業(yè)時(shí)，花生收獲機(jī)的傳動(dòng)軸、鏟刀、傳送帶等主要功能部件，無(wú)損傷、使用變形造成的功能結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，出現(xiàn)收獲機(jī)械的結(jié)構(gòu)故障。
不同結(jié)構(gòu)構(gòu)成的總系統(tǒng)穩(wěn)定性要高，在使用壽命內(nèi)花生收獲機(jī)能正常工作，收獲的花生莢果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的工藝要求，不應(yīng)存在總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定而造成機(jī)器的過(guò)早報(bào)廢。
2.2 花生收獲機(jī)總系統(tǒng)的確定
遵循相關(guān)國(guó)家農(nóng)用機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)，參考已有的花生收獲機(jī)型的工作原理且在咨詢(xún)導(dǎo)師的情況下，設(shè)計(jì)出了聯(lián)合花生收獲機(jī)的重要結(jié)構(gòu)部件。再結(jié)合國(guó)內(nèi)花生種植的實(shí)際情況下，設(shè)計(jì)出一種小型聯(lián)合花生收獲機(jī)械。它要滿(mǎn)足在不同土壤、不同種植方式情況下的花生高效收獲的要求，并且結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量精簡(jiǎn)、高效。在充分考量下，提出以下兩種方案。
方案1：如圖2-2所示。
圖2-2 花生收獲機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
方案2：如圖2-3所示。
圖2-3 花生收獲機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
比較兩種系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不同之處在于莢果采摘完成之后，藤的排出方向不同，造成這種結(jié)果的原因是兩種系統(tǒng)中輸送藤蔓的結(jié)構(gòu)不同。方案一中的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)潔，生產(chǎn)部件的安裝較為方便，但存在花生莢果采摘不完整、破碎率高且藤上仍有殘余莢果的問(wèn)題。方案二提供的系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)，莢果與藤蔓能完整分離，摘果刀片位置設(shè)計(jì)合理；輸藤系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，不會(huì)造成藤蔓堵塞；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)部件配位合理。經(jīng)過(guò)充分考慮，在導(dǎo)師的建議下，最終選擇了方案二提供的系統(tǒng)。
花生在收獲過(guò)程中的存在的主要問(wèn)題是漏角和碎土、摘果過(guò)程中果實(shí)的破碎。漏角就是花生的不完整收獲，許多果實(shí)依然埋藏在土中，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮實(shí)際情況，挖掘裝置的挖掘深度必須足夠深。在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)有挖掘鏟刀的鏟高調(diào)節(jié)裝置，用以在不同情況下對(duì)鏟刀挖掘的深度進(jìn)行調(diào)節(jié)，解決花生收獲時(shí)的漏角問(wèn)題。本設(shè)計(jì)也充分考慮碎土和摘果過(guò)程中存在的問(wèn)題，采用輥輪式的碎土去土裝置，并且充分考慮了摘果刀與碎土輪的配合問(wèn)題。下文有詳細(xì)的介紹，這里不再贅述。
3 配套動(dòng)力
3.1 花生收獲機(jī)主要工作參數(shù)
查閱相關(guān)資料得知收獲相關(guān)參數(shù)。
⑴、起耕的深度
一般情況下花生果實(shí)在地底100~120mm深度，為保證花生的不漏耕，不落果，將起耕的深度設(shè)定在150mm。
⑵、作業(yè)行數(shù)的選定
隨著花生種植技術(shù)的發(fā)展，地膜覆蓋栽培得到普及，這種種植方式全部使用雙辛壟種植，壟上的行距是300 mm,壟距一般為500~600 mm，且平作花生的行距是300 mm，所以本設(shè)計(jì)的選擇作業(yè)行數(shù)為2行。
⑶、作業(yè)速度
由于前進(jìn)速度與挖掘鏟所受到的阻力成正比關(guān)系，速度越快，所受到的阻力越大，拖拉機(jī)提供的牽引力越小，因此綜合考慮初定速度為1.2~ 1. 5 km/h。
3.2配套拖拉機(jī)的選擇
配套拖拉機(jī)：動(dòng)力為12馬力的東風(fēng)-12手扶拖拉機(jī)，圖3-1所示；采用皮帶的連接方式與變速箱連接。
圖3-1 東風(fēng)-12 手扶拖拉機(jī)
表3-2 柴油機(jī)參數(shù)
東風(fēng)-12 手扶拖拉機(jī)柴油機(jī)參數(shù)
型號(hào)
功率
轉(zhuǎn)速
重量
S195
8.8kw
2000r/min
145kg
東風(fēng)-12手扶拖拉機(jī)的可選工作速度有：1.4km/h，2.5km/h，4.1km/h。根據(jù)實(shí)際操作需求及花生的具體種植情況最終選用1.4km/h，即0.39m/s。
3.2.1工作效率的簡(jiǎn)單計(jì)算
花生的行距： h=0.4m
1畝=666.67㎡ （3-1）
=25.82×25.82㎡
M=25.82/0.4=64.55 （3-2）
取為:65行
每畝地中機(jī)車(chē)的行駛長(zhǎng)度為:
l=65×25.82=1678m （3-3）
故，工作效率為： n=1678/1400=2.4畝/小時(shí) （3-4） 本設(shè)計(jì)的花生收獲機(jī)的理論工作效率要達(dá)到2.4畝/小時(shí)。
4 超精型聯(lián)合花生收獲機(jī)總體結(jié)構(gòu)與工作原理的設(shè)計(jì)
4.1國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的兩種花生收獲機(jī)原理的分析
當(dāng)前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的花生收獲機(jī)械種類(lèi)豐富多樣。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)判定，根據(jù)花生收獲過(guò)程的完成度將花生收獲機(jī)械分為三種：第一種是單純的花生挖掘機(jī)械，如花生挖掘犁、花生挖掘機(jī)等，這類(lèi)機(jī)械功能單一只能將花生植株從土壤中翻犁出來(lái)；第二種是花生收獲機(jī)，能夠完成花生植株的采挖、莢果上附著泥土的粉碎清除，但不能完成花生莢果與藤蔓的分離；第三種是花生聯(lián)合收獲機(jī)，由牽引機(jī)械提供動(dòng)力，能完整的完成花生的全部收獲過(guò)程。落入集果箱中的花生果清潔度高，可以直接進(jìn)入晾曬過(guò)程，是功能最完備的花生收獲機(jī)械。
（1)、4H-2型花生收獲機(jī)的構(gòu)造與工作原理
4H-2型花生收獲機(jī)如圖4-1所示，該機(jī)械使用擺動(dòng)的挖掘機(jī)構(gòu)，挖掘功能與分離功能集合在一個(gè)部件上，植株挖掘、莢果采摘、花生藤蔓的排出全部由一個(gè)工作部件完成，其優(yōu)點(diǎn)是功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊。如圖所示，4H-2型花生收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)如下，其工作原理和過(guò)程為:拖拉機(jī)的后部將懸掛整套花生收獲系統(tǒng)，拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸傳送出動(dòng)力，由于平行四邊形反向機(jī)構(gòu)和曲柄翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的存在，兩個(gè)擺動(dòng)工作部件將實(shí)現(xiàn)在相同的頻率下以相反的方向往復(fù)擺動(dòng)。工作部件的運(yùn)動(dòng)步調(diào)協(xié)調(diào)一致，受到的側(cè)向力可以保持平衡。實(shí)際上挖掘機(jī)構(gòu)挖掘出花生植株后，植株通過(guò)扇形擺動(dòng)分離網(wǎng)將莢果與土壤分開(kāi)。與此同時(shí)，花生藤蔓通過(guò)傳輸輪向后拋送并整齊排列在土地上。
圖4-1 4H-2 型花生收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
（2）小型鏟輥式花生收起裝置
如圖4-2所示，由機(jī)架、挖掘鏟、傳動(dòng)裝置、去土輸送裝置、地輪組成小型鏟輥式花生收起裝置。
在工作時(shí)，裝置由拖拉機(jī)牽引前進(jìn)，由于地輪軸上裝有鏈輪，當(dāng)?shù)剌嗊\(yùn)動(dòng)行走時(shí)地輪轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力由鏈傳動(dòng)傳遞給II軸，同理機(jī)器另一側(cè)通過(guò)鏈傳動(dòng)把動(dòng)力傳遞給II軸、III軸，去土輸送裝置在運(yùn)動(dòng)軸的帶動(dòng)下開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，為了避免花生植株輸送過(guò)程中造成花生秧的堵塞，將不同輥輪的轉(zhuǎn)速逐級(jí)遞增，挖掘鏟用特定的角度和入土深度，切斷花生的主根，隨著拖拉機(jī)的牽引前進(jìn)，花生植株在傳動(dòng)軸的帶動(dòng)下沿導(dǎo)向柵條帶到機(jī)器后方，最終運(yùn)送到去土輸送裝置，在去土輥的相互運(yùn)動(dòng)的作用下，花生植株根部的泥土被粉碎去除，花生植株向后運(yùn)送最終被依次鋪放在地面上，花生起收完成。
1、挖掘鏟 2、導(dǎo)向柵條 3、地輪 4、Ⅰ軸鏈輪 5、Ⅰ輥輪 6、Ⅱ輥輪 7、過(guò)輪 8、機(jī)架 9、Ⅲ輥輪 10、鏈條 11、主動(dòng)鏈輪 12、牽引架
圖4-2 小型鏟輥式花生收起裝置結(jié)構(gòu)
4.2 確定聯(lián)合花生收獲機(jī)結(jié)構(gòu)與原理
通過(guò)比較兩種收獲機(jī)，由于4H-2型的挖掘機(jī)構(gòu)采用擺動(dòng)形式的挖掘部件，所以花生收獲機(jī)的犁土性能良好，犁出的花生植株上沒(méi)有巨大的土塊，花生莢果的收獲率顯著提高。由于結(jié)相關(guān)結(jié)構(gòu)間預(yù)留間隙大，所以不會(huì)被未及時(shí)清理的花生植株堵塞，機(jī)器的穩(wěn)定性大大提高；摘果后的花生秧蔓整齊鋪放在田間地面上，方面后期對(duì)秧蔓的收集處理。4H-2型花生收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工作效率高與工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
小型鏟輥式花生收起裝置主要有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)、擁有的去土輸送裝置和齒桿組合形式做到可以調(diào)節(jié)，擁有四排或六排的不同組合形式，可根據(jù)實(shí)際花生植株疏密程度自由選擇。
(2)、花生秧蔓的運(yùn)送角度可調(diào)節(jié)，固定輸送輪組的角鋼斜拉在橫向機(jī)架上，可以通過(guò)調(diào)節(jié)斜拉長(zhǎng)度對(duì)升運(yùn)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(3)、通過(guò)調(diào)節(jié)連接螺栓來(lái)調(diào)整挖掘鏟挖掘的角度和深度。
結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)超精型聯(lián)合花生收獲機(jī)結(jié)構(gòu)圖4-3如下。
1、鏟刀 2、輸藤輪 3、摘果刀片 4、碎土輪5、第一分土輪
6、第二分土輪 7、第三分土輪 8、第四分土輪
圖4-3 聯(lián)合花生收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
聯(lián)合花生收獲機(jī)系統(tǒng)原理分析：
起耕刀將花生植株從花生行壟土壤中翻犁出，在扶苗器和拔苗輪的作用下將帶土的植株運(yùn)送到碎土系統(tǒng)中，在碎土輪上的齒在旋轉(zhuǎn)力的作用下將土塊打小、打碎，再通過(guò)摘果刀摘下花生莢果；在輸帶輪的作用下，花生莢果通過(guò)漏果篩清除殘余的泥土和落葉，較為干凈的莢果在清選后落入集果裝置中，摘果后的植株藤蔓在輸藤帶的運(yùn)送下排出收獲機(jī)并整齊的排列在田壟上。經(jīng)過(guò)聯(lián)合花生收獲機(jī)收獲的花生莢果清潔度大于95%，花生幾乎沒(méi)有破損的情況出現(xiàn)，無(wú)漏角情況且剩余的花生藤蔓上也沒(méi)有余留未采摘的果實(shí)。設(shè)計(jì)的聯(lián)合收獲機(jī)達(dá)到預(yù)期的收獲效果。
結(jié)合東風(fēng)-12手扶拖拉機(jī)的實(shí)際動(dòng)力輸出情況，設(shè)計(jì)出動(dòng)力系統(tǒng)，確定其傳輸原理。動(dòng)力系統(tǒng)原理如圖4-4所示。
1、拖拉機(jī)皮帶輪 2、第一變速齒輪箱皮輪 3、第二變速齒輪箱皮帶輪4、繩芯三角帶 5.碎土輪皮帶輪 6.碎土輪鏈輪7.第一組分土輪鏈輪
8.變速齒輪箱
圖4-4 動(dòng)力系統(tǒng)原理圖
5 相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1 具體機(jī)架結(jié)構(gòu)和制造要求
鑒于剛挖掘的花生植株帶有大塊泥土，整個(gè)植株整體質(zhì)量較大，如果平行輸送會(huì)造成輸送輪受力過(guò)大。在參考其他花生收獲機(jī)械的機(jī)架和查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料之后，綜合考量得出有一定傾角的機(jī)架最好，傾斜角度如圖5-1所示。
圖5-1機(jī)架側(cè)邊結(jié)構(gòu)
5.1.1 機(jī)架的生產(chǎn)要求
機(jī)架是花生收獲機(jī)主要的支撐結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)的一體性，如果機(jī)架出現(xiàn)主要結(jié)構(gòu)的損壞，將會(huì)產(chǎn)生高昂的機(jī)器維修費(fèi)用并且維修難度很大、耗時(shí)長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。為了保證機(jī)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，機(jī)架的生產(chǎn)需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)流程。
生產(chǎn)完的機(jī)架要達(dá)到設(shè)計(jì)工藝要求的剛度標(biāo)準(zhǔn)，不能因?yàn)閺?qiáng)度過(guò)低的原因而在工作過(guò)程中出現(xiàn)裂紋甚至斷裂的現(xiàn)象。生產(chǎn)的機(jī)架要達(dá)到圖紙標(biāo)注的尺寸，尺寸精度也要滿(mǎn)足公差范圍，不能因?yàn)槌叽鐔?wèn)題導(dǎo)致機(jī)械組裝的不成功或者成功組裝的機(jī)械達(dá)不到規(guī)定的使用壽命。
由于機(jī)架的焊接材料多為薄板鋼材和角鋼，所以建議使用明弧焊接的方法。使用明弧焊接的優(yōu)點(diǎn)有很多，由于焊熔池可見(jiàn)度高，可以采用全自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)器人焊接，焊接效率可以大幅度提升。焊接完成地焊縫要無(wú)殘余焊料，能通過(guò)超聲波檢驗(yàn)沒(méi)有裂紋存在。焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、硫化物等有毒氣體，所以廠(chǎng)房要空氣流通。因?yàn)閺?qiáng)風(fēng)會(huì)影響明弧焊接的焊接質(zhì)量，所以廠(chǎng)房中不能產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)。
根據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，查詢(xún)相關(guān)的焊條參數(shù)，比較分析后選擇型號(hào)為E4323的焊條。此種焊條鈦鉀元素含量高，焊接時(shí)產(chǎn)生的焊弧無(wú)跳動(dòng)；焊接完的焊縫質(zhì)量高，無(wú)氣泡、裂紋，是焊接薄板型低碳鋼、角鋼的優(yōu)質(zhì)焊條。
圖5-2機(jī)架具體正視結(jié)構(gòu)
圖5-3機(jī)架俯視結(jié)構(gòu)
5.2 莢果采摘刀的設(shè)計(jì)
圖5-4莢果采摘刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
在莢果采摘刀具設(shè)計(jì)之前，應(yīng)充分考慮花生植株在土壤中的生長(zhǎng)情況并考慮到起耕以后花生植株在機(jī)械內(nèi)部的位置狀態(tài)。由于花生莢果分布在植株根部1.5~2cm的地方，刀尖的部位至少要深入土中1.5cm的地方，也就做到了避免花生藤蔓或其他雜草纏擾刀具的情況出現(xiàn)。刀尖后部的流線(xiàn)型弧度設(shè)計(jì)，有效的減少了土壤對(duì)刀具產(chǎn)生的阻力，使土壤能夠順利的送入到碎土機(jī)構(gòu)中。由于摘果刀具的存在，減小了土塊密度，土壤在進(jìn)入碎土齒輪之后不會(huì)出現(xiàn)堆壓的狀況，大大提升了碎土機(jī)構(gòu)的碎土效率?？紤]到碎土齒輪打碎花生莢果情況的出現(xiàn)，于是預(yù)留了90mm摘果刀具到第一組碎土齒輪間的距離，有效的增加了花生莢果的擺動(dòng)幅度，降低了碎果情況出現(xiàn)。增大摘果刀具的后側(cè)曲率是為了達(dá)到逐步依次摘果，減小刀具的應(yīng)力，防止摘果刀具出現(xiàn)彎曲變形。
機(jī)架上為摘果刀具預(yù)留的安裝長(zhǎng)度為380mm。摘果刀具的尖端于整個(gè)刀具的中心持平，距離起耕刀具60mm（因?yàn)槠鸶毒呷胪辽疃葹?0mm）.整個(gè)摘果刀具在第二組碎土齒輪的上方位置。
考慮到剛度、耐磨性能等性能參數(shù)之后，摘果刀具的制造材料選擇了65號(hào)Mn鋼。刀具刀尖部位硬度相對(duì)較高，要使用淬火處理，洛氏硬度要達(dá)到50~60之間。
5.3 碎土齒輪的外形及功能要求
圖5-5碎土齒輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
碎土齒輪的結(jié)構(gòu)如圖5.3-1所示。碎土齒輪的作業(yè)部位位于起耕刀后方，承擔(dān)著最主要的碎土工作，是碎土系統(tǒng)中極其關(guān)鍵的零部件。它采用了齒輪距10mm、長(zhǎng)度55mm和35度傾斜的八面輪齒設(shè)計(jì)。由于多組斜齒交叉運(yùn)動(dòng)，夾帶莢果的大土塊會(huì)被粉碎成細(xì)小的土壤，莢果卻不會(huì)破碎。再機(jī)器的抖動(dòng)下，大多數(shù)泥土?xí)惠敼Y漏出。多組齒輪間的斜齒形成的三角形破碎區(qū)域可以有效地防止土壤重新粘合成條狀，使得碎土機(jī)構(gòu)適用于不同種類(lèi)的土壤粉碎。為了碎土齒的耐磨性，斜齒的尖端部位要使用淬火處理。
第一組碎土齒輪安裝部位在起耕刀之后，齒輪尖要高出起耕刀35mm。由于摘果刀片就在第一組碎土齒輪的上方，經(jīng)過(guò)考量90mm的距離為最佳距離，能夠使土塊順利進(jìn)入碎土機(jī)構(gòu)而又不影響花生莢果的采摘。
其他碎土齒輪使用偏心輪提供動(dòng)力和震動(dòng)，負(fù)責(zé)殘余土塊的粉碎和篩選。
5.4 擋果蓋板結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)易要求
圖5-6擋果蓋板的結(jié)構(gòu)
為了減少莢果與土壤的任意擴(kuò)散，擋果蓋板設(shè)計(jì)為波浪形的弧線(xiàn)。因?yàn)椴ɡ嘶⌒蔚某霈F(xiàn)不僅能夠幫助增強(qiáng)碎土效果，錯(cuò)位安裝的部件還能使土塊在慣性力的作用下保持對(duì)碎土齒輪地連續(xù)撞擊，加大碎土的力度，使得土壤更細(xì)更容易篩除。因?yàn)闄C(jī)架存在12度的傾斜，所以擋果蓋板也與水平線(xiàn)形成12度的夾角，傾斜的存在不僅可以放緩莢果與土壤輸送的速度以增加分離的幾率，而且大大的保證了莢果的完整性。
5.5 起耕刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖5-7 起耕刀的結(jié)構(gòu)
起耕刀是花生挖掘功能實(shí)現(xiàn)的最重要部件，由于耕犁花生植株與土壤中的沙粒、石子長(zhǎng)時(shí)間摩擦，是整個(gè)花生收獲機(jī)械中最易損壞的部件。為了更換刀具的方便，本設(shè)計(jì)采用了可換的連接結(jié)構(gòu)。起耕刀的兩個(gè)端面都做了開(kāi)刃和倒角處理，有效地減少了對(duì)花生莢果的擠壓而造成的破損。一邊的刀刃磨損后也可更換使用另一邊的刀刃，極大的延長(zhǎng)了起耕刀具的使用壽命。
起耕刀起耕花生植株時(shí)并不是將整塊土壤送入采收機(jī)，而是在拔禾器和拔禾輪的作用下將已經(jīng)翻犁出的花生植株從土壤中拔起。這種設(shè)計(jì)就可以達(dá)到減輕碎土機(jī)構(gòu)和清選機(jī)構(gòu)的負(fù)荷，提高了莢果的清潔度。
5.5.1 起耕刀耕犁時(shí)的角度分析
起耕刀具以不同起耕角度耕犁花生植株時(shí)的效果極為不同。當(dāng)以小角度耕犁時(shí)，入土困難且耕犁出的帶土植株輸送較快，拔禾器和拔禾輪抖落的泥土變少，增加了碎土量；反之當(dāng)以大角度耕犁時(shí)，雖然起耕刀入土容易但所受到的土壤摩擦力增大，帶泥土的植株輸送緩慢，容易造成植株堵塞進(jìn)口。本設(shè)計(jì)將對(duì)耕犁角度進(jìn)行分析計(jì)算。
我們使用達(dá)朗伯公式進(jìn)行計(jì)算：
(5-1)
公式 P--耕犁出的花生帶土植株輸送時(shí)所受到的力
起耕刀具對(duì)上層土壤的作用力；
起耕刀具和上層土壤的摩擦力；
耕犁出的花生帶土植株所受到的重力；
起耕刀入土的上角；
花生植株所帶上半部分土壤對(duì)起耕刀的摩擦力,是耕犁時(shí)花生植株與起耕刀表面的摩擦角度。
公式的簡(jiǎn)化結(jié)果是：
(5-2)
由上述公式可以得出P，隨著起耕刀犁入土壤的角度α的加大而增長(zhǎng)。在不同種類(lèi)的土壤中耕犁時(shí)，耕刀以不同角度入土對(duì)犁出花生植株所需力P的影響如圖5.5.1-1所示。由圖可知的值很小時(shí)，曲線(xiàn)的斜率較小，曲線(xiàn)變化平緩。當(dāng)?shù)闹岛艽髸r(shí)，曲線(xiàn)斜率很大，曲線(xiàn)變化快速。
圖5.5.1-1 起耕刀角度、阻力、長(zhǎng)度的關(guān)系
分析圖5.5.1-1還可以得出，相對(duì)質(zhì)量較重的土壤種類(lèi)比相對(duì)質(zhì)量較輕的種類(lèi)更容易受到影響。當(dāng)起耕刀入土角度的值很小時(shí)，輸送力P的相反阻力變化不夠明顯。由圖可以看出，當(dāng)?shù)臄?shù)值大于26。時(shí)，輸送力P的阻力變化顯著，因此起耕刀起耕的角度應(yīng)該是。
5.5.2 起耕刀刀具面的寬度計(jì)算
起耕刀刀面的寬度是由花生具體的種植情況確定，會(huì)受到花生種植的壟寬、行距等種植技術(shù)參數(shù)的影響。國(guó)內(nèi)大部分的起耕刀斷面寬度為40mm~600mm。具體計(jì)算公式如下：
（5-3）
式中 b——（mm）
——（mm）
d——收獲機(jī)運(yùn)行偏差，取d=50~80mm。
由此計(jì)算得出B1=45mm。
6 碎土輪鏈相關(guān)參數(shù)的計(jì)算
碎土輪工作時(shí)效率比取92%，其功率為：
（6-1）
（6-2）
通過(guò)計(jì)算得知，第一組碎土輪受到中等程度的載荷所產(chǎn)生的沖擊。
6.1.計(jì)算傳動(dòng)鏈輪的相關(guān)參數(shù)
先關(guān)資料顯示鏈輪速度?。?~8m/s 小鏈輪取動(dòng)齒數(shù)量：
（6-3）
求得傳動(dòng)鏈輪齒輪齒數(shù)為：
6.2鏈輪傳動(dòng)的功率Pca
a2+b2=c2
查詢(xún)相關(guān)資料可知：
（6-4）
=
=
6.3傳動(dòng)鏈條的鏈接數(shù)Lp
鏈條的中心距離：
（6-5）
傳動(dòng)鏈條鏈節(jié)數(shù)的計(jì)算：
于是傳動(dòng)鏈條的節(jié)數(shù)： 節(jié)
6.4計(jì)算傳動(dòng)鏈條的鏈條節(jié)距P
查詢(xún)相關(guān)資料的出：
（6-6）
計(jì)算結(jié)果顯示選用單排傳動(dòng)鏈。查尋有關(guān)表格取得單排鏈條的系數(shù)
所以求出傳動(dòng)鏈條傳送植株需要的功率：
（6-7）
傳動(dòng)小鏈輪
由有關(guān)資料取得鏈號(hào)08A的單排傳動(dòng)
所以傳動(dòng)鏈節(jié)距 P=12.70m
6.5計(jì)算傳動(dòng)鏈長(zhǎng)L及鏈條中心距a
（6-8）
（6-9）
中心距減少量：
（6-10）
實(shí)際中心距：
（6-11）
推薦
取
驗(yàn)算：
（6-12）
計(jì)算結(jié)果與原假設(shè)值相等。
6.6由相關(guān)傳動(dòng)鏈條來(lái)設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈輪：
6.6.1小鏈輪的計(jì)算
（6-13）
a、分度圓直徑：
b、齒頂輪直徑：
（6-14）
（6-15）
取
c、分度圓齒高：
（6-16）
（6-17）
取
d、齒根圓直徑：
（6-18）
e、齒側(cè)凸緣直徑：
(其中為內(nèi)鏈板高度，)
（6-19）
6.6.2大鏈輪的計(jì)算：
a、分度圓直徑
b、齒頂圓直徑
c、分度圓齒高
d、齒根圓直徑
e、齒側(cè)凸緣直徑
（6-20）
小型聯(lián)合花生收獲機(jī)在正常作業(yè)時(shí)所受到的載荷為中等沖擊。查詢(xún)資料得出選用小鏈輪的齒數(shù)為Z1=21且材料為20號(hào)鋼時(shí)，齒輪最為造價(jià)低廉、精簡(jiǎn)耐用。
熱處理：滲碳，淬火，回火
齒面硬度：HPC50—60
6.7 分土輪軸的設(shè)計(jì)與校驗(yàn)
圖6-1 分土輪軸裝配結(jié)構(gòu)
由于分土輪軸為傳動(dòng)與承載載荷的主要部件，所以我們需要驗(yàn)證軸的強(qiáng)度和剛度。在考慮軸的耐磨性的前提下，我們通常選用性?xún)r(jià)比較高的45鋼作為原材料生產(chǎn)軸。在加工調(diào)質(zhì)后的軸一般應(yīng)達(dá)到=，在查閱一些資料結(jié)合分土輪的設(shè)計(jì)，最終確定軸的直徑為30mm。
（1）鏈輪所受的作用力
轉(zhuǎn)矩
（6-21）
59.88mm
圓周力
徑向力
軸向力
（2）軸承的主要截面彎矩與支反力
（6-22）
截面處彎距為
（6-23）
（6-24）
圖6-2 軸受力簡(jiǎn)圖
7 其他部分零件的簡(jiǎn)要說(shuō)明及技術(shù)要求
7.1、拔禾器的設(shè)計(jì)
拔禾器是一種為防止切割區(qū)外作物進(jìn)入割臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)造成作物損失和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)堵塞的聯(lián)合收割機(jī)割臺(tái)分禾器。本設(shè)計(jì)中它的作用是將左邊的藤與起耕藤分開(kāi)并送到輸藤帶。
7.2、拔禾輪的作用
拔禾輪主要用于臥式收割機(jī)或聯(lián)合收割機(jī)割臺(tái)上，用以引導(dǎo)莖稈、扶持切割并清掃割臺(tái)，防止已割莖稈在割刀上堆積而造成堵刀。拔禾輪有普通拔禾輪和偏心拔禾輪之分，其中普通拔禾輪已逐步淘汰。
本設(shè)計(jì)采用偏心拔禾輪，拔禾輪的作用是將起耕的花生藤輸送到輸藤帶，拔禾輪在工作時(shí)應(yīng)垂直進(jìn)入花生藤蔓中，防止直接敲打花生果實(shí)。
7.3、上壓藤板的設(shè)計(jì)
它的主要作用是將拔禾器已輸送到輸藤帶的藤苗壓住，將藤壓成“T”狀。這樣便于這個(gè)藤苗的輸送過(guò)程中，使輸送干凈利落，不會(huì)發(fā)生藤苗的膠結(jié)現(xiàn)象。上壓板置于齒輪箱下面，是由彈簧壓板組成的。
7.4、輸藤帶的設(shè)計(jì)及要求
輸藤帶單長(zhǎng)130cm（環(huán)接的長(zhǎng)度65cm），寬7.5cm，齒長(zhǎng)8cm，根寬6cm，尖寬3cm（如此下寬上窄有利于拖藤的進(jìn)行）。齒片相距6cm，如果過(guò)密會(huì)影響排藤的過(guò)程，而希了則會(huì)導(dǎo)致阻力的增加，加大單齒的負(fù)擔(dān)，影響輸藤速度。
因?yàn)樗鹬斕僬闹匾饔茫斕佥喌难b位必須處在鏟刀軸的中線(xiàn)部位（與摘果刀片前尖相處同位）。距土面的高度是18cm。
7.5、夾、壓藤板的設(shè)計(jì)及配置
夾藤器分左上、下托，右上、下托，左邊是輸藤齒走廊，右邊則是藤苗走廊，兩邊夾住藤，由齒片向后輸送。
7.6、果篩的設(shè)計(jì)
果篩是由小鐵條串成環(huán)形而成，條間相距為1cm，它前處第一碎土輪，后至機(jī)尾。作用是過(guò)濾掉已經(jīng)粉碎的泥土和少量斷裂的花生藤蔓、葉片，是花生莢果清選的主要結(jié)構(gòu)之一。
結(jié)論
小型聯(lián)合型花生收獲機(jī)將兩壟花生的藤、莢果和土壤同時(shí)犁起，在聯(lián)合收獲系統(tǒng)的作業(yè)下，將實(shí)現(xiàn)土壤的粉碎、果與藤的分離，在經(jīng)過(guò)清選部件之后，實(shí)現(xiàn)花生的完整收獲。它可以適合各種大小地塊，土壤結(jié)構(gòu)，地表形態(tài)地區(qū)的花生收獲。能夠?qū)崿F(xiàn)花生的藤苗、果實(shí)和土壤三者同時(shí)起耕，之后花生植株和少量泥土進(jìn)入喂入裝置并依靠震動(dòng)分離出泥土，并在摘果裝置的作用下實(shí)現(xiàn)秧果分離，藤蔓由排秧機(jī)構(gòu)排出，而莢果落在振動(dòng)篩上，除去剩下的一點(diǎn)泥土和雜物通過(guò)輸送帶輸送到集果箱里。經(jīng)過(guò)收獲的莢果由于幾乎不含泥土、碎果，可上場(chǎng)直接晾曬，大大的縮短了花生的收獲周期，為農(nóng)民減少了花生收獲不及時(shí)造成的發(fā)芽、霉變等損失。
由于時(shí)間不足和前期準(zhǔn)備不夠充分，本設(shè)計(jì)有以下不完善的地方。只是實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合花生收獲機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)，并沒(méi)有做具體的動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。某些部件的具體的設(shè)計(jì)制造過(guò)程未詳細(xì)說(shuō)明，各個(gè)裝置的安裝位置可以進(jìn)一步優(yōu)化。由于設(shè)計(jì)并未進(jìn)行實(shí)際的仿真，很多數(shù)據(jù)只能作為理論值，可靠性有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。
花生收獲機(jī)的應(yīng)用是影響花生收獲的重大問(wèn)題。它對(duì)花生收割機(jī)械化、農(nóng)民增收、花生出口有著重要的影響。設(shè)計(jì)能夠被大量農(nóng)民使用的機(jī)器對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展也是至關(guān)重要的。我相信，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)學(xué)習(xí)各種方面的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)操作和應(yīng)用一定會(huì)做出更出色的改進(jìn)，使這臺(tái)機(jī)器更加完善。
致謝
這份設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是在導(dǎo)師陳鳳騰老師的建議與輔導(dǎo)下完成地。陳老師以嚴(yán)格的學(xué)術(shù)態(tài)度，優(yōu)秀的職業(yè)品性，崇高的人格魅力，令我欽佩。在畢業(yè)論文撰寫(xiě)時(shí)期，陳老師不僅為在論文的寫(xiě)作意見(jiàn)中給出指導(dǎo)，同時(shí)在論文修改的后期給與了寶貴的修改意見(jiàn)，從論文選題和版式到論文的具體部分的設(shè)計(jì)和計(jì)算，每一個(gè)過(guò)程都在老師的精心指導(dǎo)下，敦敦教誨中完成。每一個(gè)文字，每一組數(shù)據(jù)都融入了指導(dǎo)老師辛勞的汗水。在此在此謹(jǐn)向我的導(dǎo)師表示衷心的感謝！
同時(shí)，我要感謝我同一宿舍的同學(xué)。我們的設(shè)計(jì)題目雖然不盡相同，但在前期資料收集準(zhǔn)備過(guò)程中，我們分享了從各種來(lái)源收集的信息，一起討論了在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能遇到的各種問(wèn)題和困難。在這個(gè)過(guò)程中提高了我思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我的團(tuán)隊(duì)精神和合作能力有了很大的提高。這將是我未來(lái)工作生活中的一筆寶貴財(cái)富。本人也將總結(jié)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中個(gè)人存在的不足之處，希望能在以后的工作學(xué)習(xí)中得到彌補(bǔ)。也祝愿同組同學(xué)在畢業(yè)后擁有有美好的未來(lái)，前程似錦！
最后，要感謝身處遠(yuǎn)方的父母，感謝您為供養(yǎng)我能順利完成學(xué)業(yè)的辛勞與汗水，也感謝您為我營(yíng)造了和睦的家庭氛圍和寬松自主成長(zhǎng)環(huán)境。求學(xué)之路固然也艱難困苦，但您的殷切期盼是我前進(jìn)道路上永不停歇的動(dòng)力。感謝父母一路上含辛茄苦的付出與支持，在此向你們表示誠(chéng)摯的敬意!
由于本人的見(jiàn)識(shí)淺薄，學(xué)習(xí)不夠深刻，整個(gè)設(shè)計(jì)中難免存在不足與漏洞，懇請(qǐng)各位老師、領(lǐng)導(dǎo)給予指正、糾正錯(cuò)誤，我將不勝榮幸！
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