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甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)的設(shè)計 蘇磊1 吳明清1 (1. 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300） 摘要：本文通過對殺秧機(jī)的設(shè)計同時介紹了殺秧機(jī)的發(fā)展歷史、種類、工作原理及其主要參數(shù)。并詳細(xì)的分析了殺秧機(jī)的構(gòu)成、以及殺秧機(jī)的日常維護(hù)和基本安全操作規(guī)程，并分析了殺秧機(jī)的日常檢修及其常見故障分析。通過自身的實踐，更加的認(rèn)識到對殺秧機(jī)專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)，提高操作技能，了解殺秧機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造，大概了解殺秧機(jī)的客觀運用，敘述了利用傳統(tǒng)的方法、結(jié)合先進(jìn)的知識、科學(xué)的邏輯思維方法來客觀的闡述分析殺秧機(jī)出現(xiàn)的一般事故以及設(shè)計的心得體會。并對殺秧機(jī)的未來發(fā)展前景有著很好的憧憬。 關(guān)鍵詞：馬鈴薯；殺秧機(jī)；三維設(shè)計 中圖分類號:TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 0引言 馬鈴薯是糧、菜、飼、加工兼用型農(nóng)作物，其適應(yīng)性廣、豐產(chǎn)性好、營養(yǎng)豐富、經(jīng)濟(jì)效益高，已成為世界上繼水稻、小麥和玉米之后的第四大糧食作物。根據(jù)世界聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計，全世界馬鈴薯種植面積達(dá)到 1833 萬公頃，3.2958 億噸，我國馬鈴薯種植面積為 475.26 公頃，馬鈴薯產(chǎn)量為 6905.97 萬噸，占世界馬鈴薯種植面積的 27.2%，亞洲種植面積的 56.3%，是全世界馬鈴薯種植面積最大的國家之一。近幾年來，國內(nèi)馬鈴薯種植面積也在穩(wěn)步增長。隨著國內(nèi)馬鈴薯種植面積逐年增加，農(nóng)村勞動力短缺，農(nóng)民對馬鈴薯種植、收獲機(jī)械的需求越來越大。目前，國內(nèi)外研制的大部分馬鈴薯收獲機(jī)，在收獲前不殺秧,在作業(yè)過程中，馬鈴薯莖秧纏繞機(jī)器桿件，行進(jìn)阻力增大、容易壅堵，導(dǎo)致機(jī)具動力消耗增大，影響馬鈴薯的挖掘。因此，馬鈴薯在收獲之前，須對地表的莖秧進(jìn)行處理，然后再機(jī)械收獲馬鈴薯。馬鈴薯莖秧可通過化學(xué)或人工的方法將其除去，化學(xué)殺秧會污染環(huán)境和土壤；馬鈴薯莖秧人工清除工作量大、效率低，影響馬鈴薯機(jī)械收獲。馬鈴薯收獲前機(jī)械殺秧可使馬鈴薯塊莖的表皮充分木栓化，與莖秧分離更加容易，表皮老化可顯著減少收獲、運輸和貯藏中的損傷；還可提高馬鈴薯收獲效率，保證馬鈴薯機(jī)械收獲順利進(jìn)行。近幾年來我國馬鈴薯機(jī)械化作業(yè)雖然有了較快的發(fā)展，但是，我國在中小型馬鈴薯種植和收獲機(jī)方面的機(jī)具較多，而馬鈴薯殺秧機(jī)的機(jī)型較少。國外生產(chǎn)的馬鈴薯殺秧機(jī)各類產(chǎn)品，體積結(jié)構(gòu)龐大，工作幅寬大，零配件供應(yīng)渠道不暢通，在我國地區(qū)適應(yīng)性差，難以適應(yīng)我省馬鈴薯種植大多分布在小地塊、山地和水平梯田上的現(xiàn)狀。因此，為了減輕打秧勞動強(qiáng)度，解決馬鈴薯挖掘過程中莖秧纏繞機(jī)器出現(xiàn)堵塞的問題，提高馬鈴薯收獲機(jī)后續(xù)挖掘的工作效率，使馬鈴薯機(jī)械收獲順利進(jìn)行，研制一種能有效打秧并適合我省實際情況的馬鈴薯殺秧機(jī)具有重要意義。 1總體設(shè)計思路 甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)的主要功能是用旋轉(zhuǎn)的甩刀把莖秧從馬鈴薯地表的根部砍斷切碎，高速拋入罩殼，沿罩殼內(nèi)壁滑到尾部，在出口處拋撒到田間。因此對它的設(shè)計要求是：（1）將全部莖秧打碎，避免漏打現(xiàn)象。（2）殺秧的高度基本均勻，并能根據(jù)種植模式進(jìn)行調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同地表狀況。（3）甩刀能將倒伏的、壟溝的莖秧切割，并能將打碎的莖稈均勻拋撒到田間。（4）殺秧時，不帶薯，不傷薯。（5）在工作過程中能量消耗最少，防止莖稈、雜草纏繞甩刀和刀軸。 1.1設(shè)計原理 甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)與輪式拖拉機(jī)配套，拖拉機(jī)動力輸出軸經(jīng)傳動軸 將動力輸入中間齒輪箱，由傳動軸傳送到主動皮帶輪，主動皮帶輪通過皮帶將動力傳送到刀軸皮帶輪，刀軸皮帶輪帶動刀軸高速旋轉(zhuǎn)，刀軸上鉸接的甩刀 繞刀軸高速旋轉(zhuǎn)，同時隨機(jī)組前進(jìn)。前進(jìn)中，旋轉(zhuǎn)的甩刀把莖秧從根部砍斷切碎，被高速拋入罩殼，沿罩殼內(nèi)壁滑到尾部，在出口處拋撒到田間。 1.2設(shè)計總體結(jié)構(gòu) 甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。 甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)主要由傳動機(jī)構(gòu)、殺秧裝置、輔助裝置三大部分組成，其整機(jī)總裝圖如圖1所示。傳動機(jī)構(gòu)主要由傳動軸、齒輪箱和皮帶裝置組成，其作用是將拖拉機(jī)的動力傳給工作部件進(jìn)行打秧作業(yè)。殺秧裝置由罩殼、刀軸和鉸接在刀軸上的甩刀組成，用于粉碎、拋撒馬鈴薯莖秧。輔助裝置包括懸掛架和限深輪等，通過調(diào)整限深輪的高度，可調(diào)節(jié)甩刀的離地間隙即留茬高度。 傳動系統(tǒng)采用雙軸式結(jié)構(gòu)，中間軸上安裝有皮帶盤，后軸上裝有甩刀。根據(jù)田間實際工作情況，動力傳遞分兩級：一級傳動為齒輪箱輸入軸與輸出軸的傳動；二級傳動為齒輪箱輸出軸與甩刀刀軸的傳動。拖拉機(jī)動力傳動路線為：1齒輪箱輸入軸→2齒輪箱→3齒輪箱輸出軸→4皮帶輪→皮帶→5甩刀軸。高速旋轉(zhuǎn)的甩刀強(qiáng)力沖擊馬鈴薯莖稈，在負(fù)壓的作用下將莖稈吸入機(jī)殼內(nèi)，經(jīng)過甩刀的多次剪切、搓擦和撕裂將莖稈粉碎，并在氣流和離心力的作用下，將其均勻的拋撒在田間地面上。 圖1甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖 1. 齒輪箱輸入軸 2.齒輪箱 3.齒輪箱輸出軸 4.皮帶輪 5.刀軸 6.甩刀 7.機(jī)殼 2關(guān)鍵部件的設(shè)計 2.1齒輪箱的設(shè)計 傳動系統(tǒng)中齒輪箱在工作中承受的載荷較大，為提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，箱體采用高強(qiáng)度鑄鐵材料，齒輪箱主要由主軸、箱體、主軸圓錐齒輪、滾動軸承、從動軸、從動軸圓錐齒輪幾部分組成。齒輪箱中變速機(jī)構(gòu)為一對錐齒輪 ，主動錐齒輪有50個齒，從動錐齒輪有28齒，故傳動比 i1=z2z1=2850=0.56 該馬鈴薯殺秧機(jī)的齒輪箱結(jié)構(gòu)緊湊，能夠有效利用拖拉機(jī)動力資源，降低生產(chǎn)成本。齒輪箱輸入軸通過萬向聯(lián)軸器與拖拉機(jī)后部的動力輸出軸相連，然后通過齒輪箱內(nèi)部的一對錐齒輪變速換向后由動力輸出軸輸出動力，再通過皮帶傳動裝置驅(qū)動甩刀工作。 2.2刀具部分的設(shè)計 甩刀是殺秧機(jī)的關(guān)鍵部件，且容易磨損。其形狀和尺寸不僅對刀軸的設(shè)計和甩刀排列有較大影響，而且直接影響殺秧的效果。 甩刀按形狀分類主要有直刀、L型及其改進(jìn)型刀、T型刀、錘爪、Y型刀等，其中 L型及其改進(jìn)型刀切割莖秧是斜切，刀片與莖秧成一定斜角，可減少切割阻力，降低功耗；Y型甩刀，雙面開刃，剪切力強(qiáng)，莖秧粉碎率高，具有較強(qiáng)的耐磨和抗沖擊韌性。 2.3 甩刀軸的設(shè)計 殺秧機(jī)刀軸一般為空心軸，需滿足以下四個條件 （1）強(qiáng)度條件 （2）臨界轉(zhuǎn)速條件 （3）扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)條件 （4）制造工藝條件 按以上四個條件，根據(jù)已知參數(shù)為刀軸管長L=700mm；傳遞扭矩Mn=1128Nm；危險截面彎矩M=1354Nm；刀軸的最高轉(zhuǎn)速 1580r/min，取臨界轉(zhuǎn)速安全系數(shù)2 ,由此設(shè)計該刀軸的截面尺寸。取刀軸最大外徑 d=80mm。 2.4行走輪的設(shè)計 殺秧機(jī)的行走輪由輪轂和輪胎組成。輪轂根據(jù)前面的設(shè)計要求材料選取45號鋼。輪胎在此要與輪轂配合，輪胎的大小尺寸應(yīng)與殺秧機(jī)的整體形狀和尺寸緊緊相連。輪胎的外徑是210mm，而其具體形狀是參照《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計手冊》中驅(qū)動輪的形狀尺寸，外圈材料為橡膠。 材料選擇依據(jù)：45號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼,硬度不高易切削加工,模具中常用來做模板、導(dǎo)柱等，但須熱處理。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，儀器設(shè)備的功率越來越大，轉(zhuǎn)速越來越快，振動和噪聲的危害也越來越突出。輪式拖拉機(jī)通過車輪與路面接觸，支承整機(jī)的重量；通過車輪與地面的附著力作用傳遞驅(qū)動力矩、制動力矩和轉(zhuǎn)向力矩并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的驅(qū)動力、制動力和側(cè)向力；通過輪胎緩和地面不平引起的沖擊和振動。 3總結(jié) 通過檢索國內(nèi)外的大量文獻(xiàn)資料，了解了國內(nèi)外馬鈴薯莖秧處理的研究進(jìn)展及研究現(xiàn)狀，根據(jù)的馬鈴薯收獲過程中出現(xiàn)的馬鈴薯莖秧纏繞機(jī)器桿件，莖秧和土塊裹在一起造成壅堵的問題，在薯類聯(lián)合收獲裝置的性能特點等調(diào)查研究基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)。圍繞所研究內(nèi)容開展了以下工作： （1）本文對甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)從理論上主要對該機(jī)的結(jié)構(gòu)方案、原理和參數(shù)及主要部件進(jìn)行設(shè)計、分析，確定了動力連接方式及動力傳動路線、傳動比；通過建立殺秧機(jī)甩刀模型，并對此模型進(jìn)行理論分析和計算，確定了主要設(shè)計參數(shù)，根據(jù)收獲的實際情況，研究并確定了馬鈴薯殺秧機(jī)主要參數(shù)及取值。 （2）對關(guān)鍵部件甩刀的形狀、數(shù)量、排列和運動進(jìn)行理論分析，確定其結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)；并建立甩刀的三維模型，對其模型進(jìn)行分析，檢驗了甩刀及軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。 （3）對設(shè)計的關(guān)鍵進(jìn)部分進(jìn)行建立模型分析可縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，在設(shè)計過程中可快速、靈活地修改方案，便于得到最適合實際情況的設(shè)計參數(shù)。能較準(zhǔn)確計算出不同振幅和頻率條件下甩刀軸的受力，為減少甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)的振動提供了理論依據(jù)，為后續(xù)的設(shè)計提供了參考。 參考文獻(xiàn) [1]孫東升，劉合光.我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].農(nóng)業(yè)展望，2009，(3)：25-28. 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