花生收獲機設(shè)計與仿真【三維PROE】

花生收獲機設(shè)計與仿真【三維PROE】,三維PROE,花生,收獲,設(shè)計,仿真,三維,PROE 花生收獲機設(shè)計與仿真 Design and Simulation of peanut harvester 【本設(shè)計，包含配套三維圖】 摘要 從古至今，花生一直是我國主要的農(nóng)作物，在國際市場上也有著非常緊要的地位。一直以來我國花生的種植面積在世界范圍內(nèi)一直名列前茅，對花生產(chǎn)業(yè)的影響也非比尋常。 如今國內(nèi)花生主要是由人工收獲，因此設(shè)計一個合適的花生收獲機是非常必要的。本文主通過收集花生種植方面的資料和一些國外先進花生收獲及的資料，根據(jù)實際需求結(jié)合和機械設(shè)計守則，設(shè)計了一種半喂入花生聯(lián)合收獲機，描述了其整體的工作流程，介紹了整機的機構(gòu)，主要有挖掘清土機構(gòu)、摘果機構(gòu)、藤蔓輸送機構(gòu)、動力傳輸機構(gòu)、機架機構(gòu)組成該收獲機能夠?qū)崿F(xiàn)挖掘、清土、收集果實和鋪放藤蔓等作業(yè)一體化完成。通過AutoCAD和Pro/E對部分零件進行對整機的虛擬裝配。通過一些理論的計算，對該機器的挖掘鏟、機架、連桿和軸等主要零部件進行了分析設(shè)計。 花生聯(lián)合收獲機設(shè)計根據(jù)當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，在設(shè)計內(nèi)容上主要將挖掘與清土相結(jié)合設(shè)計出一種新型的挖掘裝置，簡化了傳統(tǒng)挖掘與清土分開進行的結(jié)構(gòu)，減少了收獲機的制作成本，讓更廣大的農(nóng)民能夠接受。 關(guān)鍵詞 花生收獲機；挖掘鏟；聯(lián)合 Abstract Since ancient times, peanut has been the main crops in our country, also has a very important position in the international market. Has been the peanut planting area in the world has been among the best, has unusual influence on peanut industry. Now the domestic peanut is mainly by the artificial harvest, so the design of a suitable peanut harvester is very necessary. This paper is mainly about the peanut growing collection of data and some foreign advanced peanut harvesting and data, and mechanical design code according to the actual demand in combination with design a semi feeding peanut combine harvester, describes the overall work process, introduced the whole mechanism, mainly in the mining soil clearing institutions, picking fruit, vine conveying mechanism, a power transmission mechanism, frame composition of the harvester to achieve completion of the mining, clean soil, collecting fruits and vines in laying etc. work integration. Virtual assembly of parts by AutoCAD and Pro/E. Through a number of theoretical calculations, the main parts of the machine's digging shovel, frame, connecting rod and shaft are analyzed and designed. Peanut combine harvester is designed according to the requirement of the current agricultural production, in design content mainly mining and clean soil produced by the combination of a new mining equipment, simplifying the division structure of traditional mining and black soil, reduce the production cost of harvesting machine, let more the majority of farmers to accept. Keywords peanut harvester digging shovel mechanization I 目 錄 摘要 I Abstract II 目 錄 I 1 緒論 1 1.1 研究的目的及意義 1 1.2 花生收獲機簡介 1 1.2.1 花生收獲機的研究現(xiàn)狀 2 1.3 現(xiàn)狀分析 2 1.3.1國外花生收獲機發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3.2國內(nèi)花生收獲機的發(fā)展現(xiàn)狀 6 2 總體方案設(shè)計 12 2.1設(shè)計要求 12 2.2 設(shè)計方案分析 12 2.3 行走方式 13 2.4 總體方案的確定及工作原理 13 3 主要零部件設(shè)計 15 3.1輸送裝置的功率確定 15 3.2挖掘鏟的設(shè)計 16 3.2.1工作角度分析 16 3.2.2確定挖掘機鏟長D 17 3.2.3鏟面寬度分析 18 3.2.4挖掘鏟表面距離土壤表面最高距離的分析 19 3.3 帶輪的設(shè)計 19 3.4平行連桿機構(gòu)的主要參數(shù)及行走輪的設(shè)定 20 3.5軸的設(shè)計與校核 20 結(jié)論 24 致謝 25 參考文獻 26 1 緒論 1.1 研究的目的及意義 花生作為我國的優(yōu)質(zhì)優(yōu)勢油料作物，在國際市場上面有著非常緊要的地位。依照聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國花生的栽培面積在2011年已經(jīng)達到了455hm2，僅僅在印度的后面，在世界花生播種面積的排名居于第二，但總產(chǎn)量卻以1570萬t的高產(chǎn)排在世界第一位，我國花生生產(chǎn)在世界上的影響是舉足輕重的。但是最近幾年，因為很多的農(nóng)民轉(zhuǎn)向城市謀求發(fā)展，播種花生的面積又在不斷的加大，使得花生不能在最佳的時間完成收獲，這降低了花生產(chǎn)量和后面農(nóng)作物的播種。農(nóng)民的付出與回報的平衡逐漸失調(diào)，嚴重阻礙了農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，進一步拉大了跟城市之間的距離。因此，推動花生機械的前進是當前十分重要的任務(wù)。 新中國成立以來，我國一直致力于農(nóng)業(yè)機械化的改革與創(chuàng)新，并且也取得了顯著地成效，逐漸機械代替了人力，還有些大型的機器能夠解決人力難以完成的工作。但是一項調(diào)查顯示，我國機收所占的比例遠比機耕與機播少的多。而且我國對花生一直都沒有足夠的關(guān)注，只有很少部分人參與花生收獲機的設(shè)計和研發(fā)，這也造成了我國花生收獲機與其他國家相比是有差距的。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)早已脫離了人工化的時代，普遍的向機械化轉(zhuǎn)變，大規(guī)模的引用機械化的技能和技巧有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著更加的集中、更加的專業(yè)同時也對農(nóng)產(chǎn)品的商品化有著很好的作用。花生生產(chǎn)機械化的發(fā)展不僅對農(nóng)村的經(jīng)濟收入有所提高，而且還減少了農(nóng)村人民的勞動強度，對花生產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有著非同尋常的影響。 農(nóng)業(yè)操作機械化對解放勞動力的貢獻功不可沒，在農(nóng)業(yè)機械化的條件下，大農(nóng)戶依靠原來同等數(shù)量雇傭來的勞動力，種植的規(guī)模可增加數(shù)倍，在相關(guān)器械的幫助下，農(nóng)戶的種植水平也可大大提高，專業(yè)性更強，其產(chǎn)量亦成倍增長。普通農(nóng)戶也可節(jié)約勞動成本，用以機器來代替。在當今市場經(jīng)濟環(huán)境下，花生器械的發(fā)展，對于提高花生的商品流動性有巨大的幫助。機械水平的發(fā)展大步流星，而國內(nèi)農(nóng)戶的種植結(jié)構(gòu)卻謹小慎微。花生種植業(yè)的機械化遲遲沒有推進，大部分的農(nóng)戶在花生的種植及收獲方面都是以人力為主，器械為輔，其工作強度大，收獲成本高（雇工收獲，費用為4610～6511元/hm2）,效率低，損耗大，已經(jīng)變成機械花收獲發(fā)展的重要問題。 結(jié)合上面提到的問題，如果能夠取長補短【代做畢業(yè)設(shè)計，Q380615448】，學習國外先進的技術(shù)，再根據(jù)我們本身的情況進行發(fā)展完善，設(shè)計出一款經(jīng)濟實惠，性能良好，又能普遍使用的花生收獲機械裝備，突破我國在花生介些話收獲中的瓶頸，對加快我國花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、促進農(nóng)村人民經(jīng)濟收入的增加、實現(xiàn)國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)勢油料作物與發(fā)達國家傳統(tǒng)油料作物錯位競爭、緩解食用油原料大量依賴進口的局面等都有著非同尋常的影響。 1.2 花生收獲機簡介 從人工的方面來說，花生成熟后的收獲必須進過好幾道工序，從土地里挖出來，去除泥土，去殼，在平整土地，處理好殘留在土地里的根須等等，而花生收獲機的作用就是代替人工完成這些工作。 1.2.1 花生收獲機的研究現(xiàn)狀 花生收獲歷經(jīng)徒手去拔、用镢等工具去刨、犁耕然后發(fā)展到現(xiàn)在的機械化收獲。目前花生收獲機械按發(fā)展完善程度可分為分段收獲的花生挖掘犁、花生收獲機（挖掘機）、花生收復機、花生摘果機和用于聯(lián)合收獲的花生聯(lián)合收獲機。 （1）花生挖掘犁：花生挖掘犁整體的裝置是十分簡易的，經(jīng)常與小型的拖拉機組合起來使用。 （2）花生收獲機：相比于花生挖掘犁，它能夠?qū)崿F(xiàn)花生與土壤的分離的功能，但后面摘果、清選等作業(yè)還是沒法完成。 (3）花生復收機：他的功能是從泥土里將收獲遺留下來的花生分離到地面，然后交由后續(xù)的人工拾取。 (4）花生摘果機：主要是實現(xiàn)花生秧果跟藤蔓的分離，并且清除其他的雜物。 （5）花生聯(lián)合收獲機：是將挖掘、清除泥土、摘果、清選和藤曼處理等作業(yè)一體化完成的機器。 在全世界范圍內(nèi)，【成品畢業(yè)設(shè)計，Q380615448】花生收獲的機械化程度參差不齊，美國等發(fā)達國家技術(shù)比較完善而其他發(fā)展中國家的水平則比較落后。就拿我國而言就是以人工收獲為主機械收獲為輔。只有少部分地區(qū)普及了機械化的花生收貨工具，絕大部分地區(qū)都少有機械花收獲。而花生聯(lián)合收獲機械卻依然沒有得到完美投入使用；一德國為代表的少數(shù)發(fā)達國家，他們的花生收獲機械化的技術(shù)已經(jīng)很成熟，基本全部過程實現(xiàn)機械化。 1.3 現(xiàn)狀分析 1.3.1國外花生收獲機發(fā)展現(xiàn)狀 就全球范圍來看，美國的花生生產(chǎn)機械化幾乎達到世界最高的級別。由于美國花生的品種和生長條件的限制，他們通常分為兩個部分去收集花生，先用挖掘收獲機把花生挖掘、去土然后翻轉(zhuǎn)有條理的鋪放在田地里，然后晾曬一段時間后再用花生撿拾機進行接下來的工序。 目前花生種植面積和產(chǎn)量排在前十的股價分布可見表1-1.由表可知，全球花生種植主要集中在南美洲、非洲和亞洲等一些欠發(fā)達國家，而西方發(fā)達國家中僅有美國等少數(shù)國家規(guī)模化種植花生，而且占世界比例很少。歐洲地區(qū)、日本和韓國均少有花生規(guī)?；N植，也沒見其有相關(guān)的花生收獲技術(shù)與裝備研發(fā)報道。 美國花生播種地區(qū)與使用的品種較為集中，播種地區(qū)大部分在Georgia(大約為46％)、Texas(大致為16％)、Alabama(大致為13％)、Florida（大致為10％）等幾個州，泥土主要是沙塵；在其中生產(chǎn)的植物種類主要有轉(zhuǎn)輪、弗吉尼亞、西班牙、瓦倫西亞。在這些種植物中輪轉(zhuǎn)占據(jù)了八成的產(chǎn)量，其他三種占到了兩成。不同品種的花生有著不同的后續(xù)制作衍生品方向。主要的制作品是花生醬，食用油等。 收獲面積/萬公頃 占世界比例/％ 1 1545.1 38.66 685 29.36 2 744.9 29.05 462 21.35 3 394.6 12.12 222 6.62 4 244.5 5.98 70 3.11 5 158.6 5.34 67 3.95 6 111.1 3.98 61 2.18 7 72.5 3.26 25 1.18 8 50.2 2.52 21 1.02 9 47.1 2.43 10 0.55 10 46.1 2.30 8 0.46 表1-1花生種植面積和產(chǎn)量排在前10的國家（2010年） 因為美國種植的花生主要的是蔓生型，生長周期長，花生除莖以外的所有分支都是在地面上的，一年收一次。所以美國的花生收獲機一般都是兩段收獲模式，即先用挖掘收獲機挖掘花生、清除泥土和整理藤曼，然后等晾曬幾天用撿拾型花生聯(lián)合收獲機進行拾取、分離、收集、等作業(yè)。 美國在挖掘收獲機方面已經(jīng)有很多產(chǎn)品，例如LP-2型花生收獲機、Pearman型1~8行系列花生收獲機、ADI型2、4、6、8、12行花生收獲機等等。 花生挖掘完成后，放在地面上晾曬2到3天，再對其經(jīng)習慣撿拾摘果作業(yè)，這樣的話受到的損傷最小，收獲質(zhì)量更好。如果花生秧太干或者太潮的話，聯(lián)合收獲是會造成比較大的損失。 美國花生聯(lián)合收獲機的撿拾過程一般包括： 1. 使用撿拾器把放在地上的花生拾取并且送到摘果桿 2. 從藤蔓上分離出花生莢果 3. 把莢果從秧蔓和其他雜質(zhì)中分離出來 4. 分離果梗與花生莢果 5. 運送處理干凈的花生到集果箱 6. 傾卸排料 作業(yè)過程如圖1-1所示 圖1-1 撿拾花生聯(lián)合收獲機作業(yè)示意圖 花生聯(lián)合收獲從拾取藤蔓開始，拾秧裝置前行的時候緊貼著地面，緩緩地把花生藤蔓送進螺旋喂料裝置中。拾取的速度要和前行的速度保持一致，用來保證輸送工作進行順利。在摘果階段中花生藤蔓受到摘果滾筒的作用被輸送到后方，摘果桿在凹板上，它會對花生秧果的移動速度有一定程度的阻礙，摘果抓用的是彈性適宜的齒片，可以把花生從藤蔓上摘去。然后花生莢果掉入振動篩，進行清選，把殘留的泥土和枝葉等雜物去除。莖葉又逐鎬器送到收獲機后面?；ㄉv果則通過氣流輸送管道運送到集果箱內(nèi)。 美國研發(fā)生產(chǎn)出的撿拾花生聯(lián)合收獲機有很多，例如2100-6、9997-4型牽引式和自走式9960-6（8，10）（見圖1-2、1-3）。 圖1-2 圖1-3 除此以外，美國正在把一些先進的技術(shù)應(yīng)用到花生撿拾聯(lián)合收獲機上。為了能夠在收獲時就可以得知花生的產(chǎn)量，收獲機上可以進行安裝產(chǎn)量檢測器，通過傳感的方式來完成花生聯(lián)合收獲的產(chǎn)量實時在線測試，這是為以后進一步的更新改進花生收獲機打下了很好的基礎(chǔ)。 1.3.2國內(nèi)花生收獲機的發(fā)展現(xiàn)狀 花生收獲機械化目前在我國正處于發(fā)展階段，其水平不管是與發(fā)達國家比較，還是跟別的主要農(nóng)作物比，都處在較低的水平。我國引入的花生收獲機或者經(jīng)過學習改良后生產(chǎn)的收獲機都存在不小的問題，普遍都有功能不全、產(chǎn)品性能不可靠適應(yīng)能力不高等問題，對我國目前花生收獲的實際問題不能較好的適應(yīng)，所以花生收獲機械還不能普遍的推廣。目前，花生收獲很多地方仍然依靠人力，僅大規(guī)模生產(chǎn)區(qū)運用了分段收獲，而聯(lián)合收獲大部分正處在研發(fā)階段，可是花生的收獲消耗時間長，有很高的勞動強度，已經(jīng)成為了花生生產(chǎn)地方的農(nóng)民最繁累的工作之一。 1.3.2.1 花生收獲機 我國根據(jù)從美國引進的花生收獲機，大部分都能完成挖掘花生、清除泥土、鋪放藤蔓等工作。國內(nèi)近幾年已有湖人能否種類的樣機跟產(chǎn)品問世，具體產(chǎn)品參數(shù)見圖1-4.按照結(jié)構(gòu)的不同可以分為以下的三種： （1）挖掘鏟跟升運裝置的組合 這種類型的收獲機是基于美國花生收獲機改良的，最有代表性的是4HW-800型花生收獲機，照片如圖1-5、1-6所示。 表1-4 型號名稱 4H-2型花生收獲機 5IT-650型花生收獲機 4IT-900型花生收獲機 5I-1000型花生收獲機 配套動力/KW 8.8手扶拖拉機 8.8四小輪 12.5拖拉機 18.6拖拉機 損失率/% <2 <3 <2.5 <2.5 莢果破碎率/% <2 <1 <2 <1 工作效率/hm2*h-1 0.1-0.15 0.14-0.16 0.25-0.32 0.26-0.33 機械掉果率/% <3 <2 3-6 4 花生收獲機型號 4HW-600型花生收獲機 4HW-1100型花生收獲機 4H-1000型花生收獲機 4HWR-1150型花生收獲機 工作效率/hm2*h-1 0.1-0.15 0.13-0.15 0.24-0.31 0.27-0.32 莢果破碎率/% <3 <2 <3 <2 損失率 <2 <3 <2.5 <2.5 圖 1-6 4HW-800型花生收獲機 圖1-5 4HW-800型花生收獲機結(jié)構(gòu)簡圖 3. 4. 5. (2)擺動式花生收獲機 4H-2型花生收獲機是一款在結(jié)構(gòu)原理上打破傳統(tǒng)收獲機挖掘鏟與分離裝置結(jié)合的模式，運用了擺動挖掘的方法是的原來兩機構(gòu)融合在一起，簡化了機械的結(jié)構(gòu)。如圖1-7所示。 圖1-7 擺動式花生收獲裝置 1.2.3.4.5.6. 7.8.9.10.11. 12.13.14. （3）振動篩式花生收獲機 振動篩式花生收獲機可以完成生產(chǎn)的挖掘、清土、分離、鋪放等工序，比較有代表性的是4H-800振動篩式花生收獲機（圖1-8、1-9所示） 圖1-8 4H-800型花生收獲機 圖1-9振動式花生收獲機結(jié)構(gòu)簡圖 1.皮帶輪 2.鏈輪Ⅰ 3.鏈條Ⅰ 4.連桿Ⅱ 5.偏心塊 6.鏈輪 7.懸掛支撐 8.拉簧 9.皮帶 10.皮帶拉緊機構(gòu) 11.碎土柵 12鏈條Ⅱ 13.機架 Ⅰ 1.3.2.2花生摘果機 目前，我國推廣的花生摘果機的功能太過單一，其形式分為兩種，一種是全喂入式另一種是半喂入式（圖1-10、圖1-11），全喂入式的功能主要就是在花生出土曬干后的采摘， 除了滿足基本的摘果性能外，普遍存在摘果不干凈，破碎率高等缺陷。而半喂入式主要通過想象的摘果輥筒將花生摘下，其摘果效率受花生藤蔓的整齊程度影響。 1.頂蓋 2.滾筒 3.蔓葉排出口 4.凹板篩 5.雜余出口 1.2. 3機架 4 5風量調(diào)節(jié)板 6. 7. 8. 9. 10. 6刮板輸送器 7滑板 8.9振動篩 10 擋果板 11. 前滑板 12.喂入口 圖1-10 圖1-11 1.3.2.3花生聯(lián)合收獲機 臺灣公司生產(chǎn)了一款TBH-4151型自走勢花生聯(lián)合收獲機（圖1-11），它可以將挖掘、清除泥土、果莢摘採、秧果分離、去除雜質(zhì)等工作一體化，適合收獲新鮮花生并且將花生莢果從新鮮的藤蔓上脫離下來，是現(xiàn)在世界范圍內(nèi)水平比較超前的機器。但是由于成本比較高價格較為昂貴，不適合大陸地區(qū)批量使用。國內(nèi)現(xiàn)有的再研的花生聯(lián)合收獲機大概有：5IMC-3型花生聯(lián)合收獲機、5IRK3-3型花生聯(lián)合收獲機、5IRM-230型花生聯(lián)合收獲機（河南豪豐機械制造有限公司）、4HB-2A型花生聯(lián)合收獲機、5IC-3型花生聯(lián)合收獲機、5IC-2型花生聯(lián)合收獲機等。 我國大陸現(xiàn)有的研發(fā)機型大都吸收和借鑒的日本和韓國的胡蘿卜等半喂入聯(lián)合收獲機和我國臺灣的花生聯(lián)合收獲機及美國的撿拾型聯(lián)合收獲機的已有的技術(shù)，機器的種類有很多，根據(jù)動力攜帶方式可以分為，這里面自走式聯(lián)合收獲機有兩種是履帶式和輪式：按照摘果方式又可分為半喂入式和全喂入式。從查找資料的情況看來，目前我國花生聯(lián)合收獲機械相關(guān)的研究不是特別的多，也不是特別的完善，只有少部分的人深入研究。 圖1-11 1.3.3 國內(nèi)花生收獲機械的發(fā)展趨勢分析 雖然現(xiàn)在世界范圍內(nèi)以美國花生收獲機械化的水平領(lǐng)先其他國家和地區(qū)很多，但是這并不代表著我國可以原樣照搬他的兩段式花生收獲手段，從先前新疆地區(qū)引進后所產(chǎn)生的狀況來看，這種方法在我國還有待改進，問題如下： (1) 美國的花生收獲機一般都是大型的，但是我國花生種植的大都數(shù)面積都是小農(nóng)小戶種植的，比較分散，收割起來并不需要那種大功率，大馬力的收獲機，而且那種收獲機的成本較大，購買并不劃算，不符合我國當前的經(jīng)營模式。 (2) 我國花生收獲的時間要求一般較短，因為后面還有農(nóng)作物要趕著播種。跟他們的兩段式收獲相矛盾，因為兩段式收獲需要將收割完的花生藤蔓放在天里面晾曬一段時間，等干了之后在進行第二次收獲，而且花生收獲季節(jié)多雨季也不能長時間晾放在外面這樣會造成很多不必要的麻煩，比如花生潮濕后發(fā)霉等現(xiàn)象。 (3) 美國花生的品種與我國花生的品種也有差異，美國花生是鋪張在地上的，而我國的花生大都是直立型的而且都是覆膜種植。所以如果用美國的收獲機來實行收獲時，很難完成翻轉(zhuǎn)花生，鋪放秧蔓整齊。因此兩段式收獲在我國還是很難實施的。 (4) 花生果有較大損失。因為美國的花生收獲機中傳送機構(gòu)是抖動鏈和帶齒，這中裝置在運輸?shù)倪^程中會很容易導致花生莢果的掉落，而且因為我國花生品種的原因是直立型，跟美國匍匐生長在地上的不同，撿拾收獲的時候會對工作臺產(chǎn)生一定的損傷。 (5) 撿拾聯(lián)合收獲機工作的時候，在挖掘和粉碎泥土時也會將秧膜一起打碎，這樣的化秧膜就有可能和藤蔓混攪在一起，對藤蔓后續(xù)收集工作帶來極大的困擾。 (6) 會有產(chǎn)生很多的灰塵。因為我國大都數(shù)花生種植都是個體農(nóng)戶種植的，一般種植面積都不會太大，而花生撿拾聯(lián)合收獲機工作的過程中會產(chǎn)生大量的灰塵，對當?shù)氐目諝赓|(zhì)量造成很大的影響，加上我國人口眾多，這種問題就顯得更為嚴重。 我國花生種植的面積雖然大，但是分布的區(qū)域因此也就變的非常廣，因為我國花生大都是個體農(nóng)戶種植的，所以不同的地區(qū)生長環(huán)境的差異也就非常大，因此在今后很久的時間內(nèi)我國花生收獲會向著多元化的趨勢前進。 （1）黃海淮海區(qū)域是我國花生最主要的生產(chǎn)區(qū)域，花生種植范圍超過全國的百分之四十，田地平坦，周期較短，而且收獲季節(jié)多雨季，因此機械化聯(lián)合收獲技術(shù)應(yīng)該得到優(yōu)先發(fā)展。 （2）東北地區(qū)雖然目前種植面積不大，但是那里的土壤和氣候非常適合種植花花生，當?shù)卣埠苤匾暬ㄉl(fā)展的產(chǎn)業(yè)。該區(qū)域的花生是一年一收且地勢平緩，花生收獲的季節(jié)為旱季降雨量較少，符合分段式收獲。 (3)新疆維吾爾族自治區(qū)現(xiàn)在花生種植面積還不大，可是它的土地面積土壤類型和光照氣溫等不僅適合花生的種植，而且適宜大規(guī)模的生產(chǎn)，很有可能成為未來我國新的花生主要生產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)的花生機械化收獲應(yīng)該從種植品種、栽培技術(shù)和花生產(chǎn)業(yè)主體工業(yè)化進行探索依據(jù)已知的他國經(jīng)驗提高，從而在現(xiàn)有的條件下去創(chuàng)新發(fā)展爭取走到該行業(yè)的前列。 （4）南方丘陵山區(qū)因為土地較小、土壤類型多且繁雜、新鮮事物的需求量較多、經(jīng)濟和其他地區(qū)相比不高，所以挖掘收獲機和半喂入花生債國際等分段收獲技術(shù)裝備是那里需求量比較大的。 2 總體方案設(shè)計 花生聯(lián)合收獲機使我們的研究對象，其主要應(yīng)對的是我國花生大面積種植的的地區(qū)，并且我國花生種植的特點也要考慮在內(nèi)，重點計算和解決花生收獲機的挖掘和分離的部分，研發(fā)完善的作業(yè)工序和新型的機械結(jié)構(gòu)，詳細的了解花生種植土壤的特點和花生結(jié)構(gòu)特征，將最新的傳動機構(gòu)和接受設(shè)計的特性展現(xiàn)出來，研究挖掘時花生收到的作用力方式和作業(yè)裝置在運動過程中所受的阻力，以此來確定它的工作原理。對機構(gòu)進行簡單優(yōu)化，降低收獲機的能耗，減少投入成本，以及最主要的花生收貨及工作質(zhì)量的提升。 探討的主要方向是： 對花生挖掘和分離裝置的組織形式以及他們的作業(yè)原理記性研究。使用平行連桿來實現(xiàn)對花生的挖掘與分離是最初的出發(fā)點，將采取的作業(yè)方式與以往的作業(yè)方式不同（以往挖掘與分離的作業(yè)方式是分開的），即挖掘與分離被使用同一個裝置得以實現(xiàn)，運用這種方法，消耗的能量會很大程度的減少。面對不同品種的花生、不同的種植區(qū)域和不同的圖紙。我們要根據(jù)實際情況來具體的分析，用不斷的實驗去優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)和修正作業(yè)的參數(shù)。 2.1設(shè)計要求 現(xiàn)在，我國花生主要推廣的是直立型花生，像目前魯花系、豫花系列等主產(chǎn)區(qū)都是大面積推廣的。直立型花生特征是：?主莖高度一般在350～600㎜，株叢范圍φ150～200㎜；?根系在距離地表300㎜左右的耕作層中，主根的長度大約小于200㎜；?花生結(jié)果在地面下60～100㎜，結(jié)果的范圍是φ150～250㎜，花生果的品種也影響它的大小，目前我國大多種植的是大花生果，特別是河北、山東、河南等主產(chǎn)地區(qū)，但長江南部和中下游地區(qū)也有大面積種植中、小花生果的。 針對上述條件，研發(fā)花生聯(lián)合收獲技術(shù)設(shè)備，一次完成花生挖掘、清土、摘果、跑楊等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提高作業(yè)效率、減少損耗。在現(xiàn)有的實驗條件和一些明文規(guī)定下，對花生收獲機的設(shè)計實驗要滿足以下要求： 收獲效率：0.1～0.15hm2/h； 損失率：<2%； 莢果破碎率：≤1.5％； 2.2 設(shè)計方案分析 1970年左右我們參考了美國的花生挖掘機，在他們的基礎(chǔ)上并且結(jié)合我國具體的情況研制出了不少花生收獲機。把挖掘鏟和抖動鏈組裝在一起的收獲機在這些收獲機中占較大的比例，可是這重收獲機的缺點有很多，一方面是他的代價頗高，對比農(nóng)民的收入而言，想買這樣的機械會有較大的負擔，另一方面它有極大的能耗，最重要的是這種機械收獲花生的時候損失率高，花生藤蔓擺放雜亂，導致二次收獲成本相對較高。因此投入的成本與收獲的回報比例不令人滿意，導致農(nóng)民購買熱情不高購買力度不大。 根據(jù)現(xiàn)有收獲機存在的這些不足，我們要研發(fā)改進出一種新型的收獲機，這種收獲機 相較以前收獲機最大的不同就是它把整個的機械結(jié)構(gòu)進行一次簡化同時需要把重要的功能結(jié)合起來做到一石二鳥既可以收獲又可以分離。 為了降低成本，我們必須從優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，來減小裝置的體積，以此來達到農(nóng)民有能力購買機器的目的。我們在將分離裝置安裝在挖掘鏟上，也就是說在對花生進行收獲的時候鏟與分離器的結(jié)合并且優(yōu)化傳動系統(tǒng)，從而在每次挖掘的時候的都可以在挖掘動作周而復始的期間做到設(shè)想中的分離。 2.3 行走方式 為了使該花生收獲機器繁復的工作部件正常運作，同時保證應(yīng)有的工作量，需要較大的動力來源。外來動力的牽引是不錯的選擇，然而以目前國內(nèi)的科研水平以及市面上可見的拖拉機工作方式來看，并沒有適合在花生地里工作的器械。經(jīng)過分析，自走式的行走系統(tǒng)既能滿足動力來源，又適合在花生地工作，是可行的選擇。雖然花生地大部分為沙質(zhì)土壤，無論輪胎還是履帶均可行，但是由于花生種植較為密集，其過道較為狹窄，而且在實際的收獲過程中，為了不使機器壓壞花生，本課題選擇的是輪式的行走系統(tǒng)。輪式具有行走靈活，能夠避免一些狀況，作業(yè)穩(wěn)定和安全性高等特點。 2.4 總體方案的確定及工作原理 花生收獲機的整機設(shè)計是由行走裝置、機架、挖掘鏟、傳動系統(tǒng)、喂入裝置、摘果裝置、排秧裝置、分離裝置、集果箱等工作組件構(gòu)成的。他的工作原理是由挖掘鏟挖掘出混有少量沙土的花生整體，再由喂入裝置進入花生摘採的部分將分離出花生莢果。剩下的花生藤蔓由排秧裝置從后面排出，而花生莢果進入振動篩出去后續(xù)的的一些泥土跟雜質(zhì)，再通過垂直升運機將花生莢果運送到花生集果箱，完成花生的整體收獲。挖掘鏟在挖掘花生是行走系統(tǒng)驅(qū)使挖掘機向前行動，因為花生種植土壤大都是泥土所以我們的分離裝置跟挖掘鏟是設(shè)計在一起的即利用收獲機行走時的震動從挖掘裝置的后下方去除泥土，這種作業(yè)方式摒除了以往的挖掘與清土分開進行的弊端，簡化了收獲機的整體結(jié)構(gòu)。 在工作過程中，如果機器本身吃土不夠深，那么在土壤較深處的花生將會被漏掉，這一問題被叫做“漏角”，“漏角”問題不得到解決將會影響種植戶該年的收成。所以為了將花生全部挖出，挖掘鏟的挖掘的深度一定要很深。 漏角是需要重點考慮的問題，在機械生產(chǎn)收獲花生是必然會因為一些問題使得花生無法全部被挖掘出來從而導致這里提到的漏角，所以我們的設(shè)計需要對其進行優(yōu)化挖掘并且把花生果全部的挖出來，挖掘鏟的挖掘的深度一定要很深。因為花生大都是種植在沙土里，所以花生果粘帶的泥土不多，挖掘后依靠挖掘機行走的振動去除泥土。通過喂入裝置將花生輸送摘果裝置摘果并且進行果秧分離，最后收集花生果，清除藤蔓等工作。因此聯(lián)合收獲機的收獲流程情況如圖2-1所示。 排秧機構(gòu) 花生 挖掘鏟挖掘 清土機構(gòu) 喂入裝置 摘果機構(gòu) 刮板運器 集果箱 輸送帶 振動篩 圖2-1 半喂入花生聯(lián)合收獲流程 ：拖拉機為花生收獲機提供各種動力，挖掘鏟依據(jù)先前調(diào)試好的角度切入土壤里，把它的主要根莖切斷并且破開泥土，之后花生整體和少量的沙土進入喂入裝置并且依靠收獲機行走時提供的震動分離出泥土，將花生秧果運送到摘果裝置，對輥摘果裝置將果莢叢藤蔓上摘下，摘完果后進行果實與藤蔓分離，藤蔓由排秧機構(gòu)排出，而莢果落在振動篩上，除去剩下的一點泥土和雜物通過輸送帶輸送到集果箱里。結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-2所示 圖2-2 花生聯(lián)合收獲機結(jié)構(gòu)簡圖 1.挖掘鏟 2.喂入裝置 3.喂入結(jié)構(gòu)軸心 4.旋轉(zhuǎn)輸送裝置 5.連接銷口 6.運輸器 7.凹板篩8.對輥摘果裝置 9.鼓風機 10.去雜質(zhì)旋轉(zhuǎn)輸送機構(gòu) 11.收集花生過濾機構(gòu) 12.過濾板 13.苗出口 3 主要零部件設(shè)計 3.1輸送裝置的功率確定 我們可以把花生收獲機的總功率大致分為三種，內(nèi)部各種工作組件消耗的功率是一種，傳動系統(tǒng)消耗的功率是另一種，挖掘鏟和行走裝置消耗的功率是最后一種，因此： 式（3.1） 式（3.2） 式中——運行時各部件之間的阻力以及挖掘時與土壤之間的阻力，； ——泥土防止變形的阻力，； ——代表挖掘鏟克服改變泥土的形狀需要動力； 行駛阻力，； 整體重力，； 各部分的摩擦系數(shù)綜合，； 代表泥土防止變形的系數(shù)，； ——代表收獲過程中所受的阻力系數(shù)，??； ——機器運動的平均速度，； 挖掘鏟插入的深度數(shù)據(jù)，； 挖掘鏟所能挖掘的寬度， 式（3.3） 式（3.4） 式中μ為牽引阻力系數(shù)，通常我們認為u在0.79與0.89之間。 式（3.5） 代表泥土在挖掘齒上所占的比例； 代表裝入泥土的體積。 式（3.6） 在上述的式子中 ——。 : = 式（3.7） 通過計算，由此我們就能夠選取對應(yīng)的拖拉機作為花生收獲機動力輸出，因為計算出的功率是，因此我們可以選取一個功率相對較大的拖拉機，通常狀況下在之間選擇，上通過分析計算傳動部件的參數(shù)和運動機理，替我們下一步的研究提供了非常珍貴的參考。 3.2挖掘鏟的設(shè)計 3.2.1工作角度分析 挖掘鏟以較小的角度插入泥土時，它入土的性能并不好，挖掘鏟上的泥土向后移動的速度比較快，漏掉的泥土比較少；當挖掘鏟以較大的角度插入泥土時，它入土的性能比較好，但是所受到阻力會加大，泥土向后移動的速度會減緩，泥土容易堆積。如下圖是機器工作時的分析。 圖 3-1 鏟面受力分析 使用公式可得 式（3.8） 式中 P——挖掘起的花生泥土沿著挖掘鏟移動所需要的力 挖掘裝置對上面泥土的作用力? 鏟面和它上面泥土的摩擦力? ? 挖掘鏟上入的角? 上半層泥土對鏟的摩擦力系數(shù),是挖起的花生與泥土與挖掘鏟表面的摩擦角 通過化簡得： 式（3.9） 上面的式子可以看出，P跟挖掘鏟切入泥土的角度α成正比，如果在不一樣的泥土里作業(yè)時，改變插入土壤時的角度對阻力P的影響如圖2-3所示。從圖中能夠得出，假如的值非常小的話，線條的變化會很平緩，當取的值不停增大的時，線條也會隨著急速的變換，我們由此可以得到一個總結(jié)，插進土壤角度的變化是會對牽引阻力產(chǎn)生影響，而且影響關(guān)系如上式。 圖.3-2角度、阻力、長度關(guān)系圖 同時我們還發(fā)現(xiàn)到在泥土質(zhì)量相對較重所受的影響要比相對較輕的更容易，插進土壤的角度取值比較小的時候，牽引阻力p改變的不是很顯著，當取值比26大時，就會改變的很明顯，因此的插進土壤的角度在最為合適。 3.2.2確定挖掘機鏟長D 挖掘鏟的鏟長 D分成與,是挖掘鏟的插進土壤的長度，是挖掘鏟在地面以上的長度。 由圖3-1可得： 式（3.10） H是挖掘鏟挖掘的深度。 花生一般長在地下，確定鏟插入的部分，與α的關(guān)系由圖3-2可知，插入土壤的部分與角度α成反比關(guān)系，當α較大的時候的長度會很短，挖掘性能不好而且結(jié)構(gòu)不夠緊，通常狀況下α>，我們這=。根據(jù)公式（8）得=284mm。 在地表上部分的長度： 在地表上部分對挖掘出的東西輸送至分離器起至關(guān)重要的影響，土壤在這一過程時土壤在這一獲會產(chǎn)生變形、蓬松的情況，大部分收獲時所需的能量都是在這里消耗的，，我們要使得比短一些，如此就能夠讓土壤跟花生一直從挖掘鏟的表面運動到下一步的工序中。我們能夠依照能量守恒原則去計算出的長度。第一我們假設(shè)泥土和花生的質(zhì)量是M,在區(qū)域間的開始點I的速度為,移動到II點的速度是,挖掘出的花生和泥土從I 點移動到II點它損耗的動能和摩擦力、重力等力所做的功是等同的，所以能夠得出 式（3.11） , , 把、帶入： 式（3.12） 通過（3-12）我們能夠得出，當速度變大之時，會改變的很快，這樣對泥土的后移和上升有很大幫助，能量的消耗會有所降低，所以在確定之時需非常關(guān)注作業(yè)檔位的選取，如果插入土壤的角度選取的值非常小，就必須增大一定的數(shù)值。而且與的變化是成變化是程反比的。所以在制定挖掘鏟之時，想要使摩擦力盡量減小的話，通常將挖掘鏟插入土壤的部分設(shè)計成鋸齒狀，過度部分則設(shè)計為柵欄結(jié)構(gòu)，那就可以讓泥土移動的比其他情況下更流暢，并且能除掉一些土壤，依靠上面所述選取C2=250mm。 3.2.3鏟面寬度分析 鏟的寬度大部分是由花生在泥土里的寬度、行花生距的參差不齊、。普遍的單行花生收獲機的鏟寬在400mm～600mm范圍內(nèi)。 挖掘鏟的寬度還被其他一些部分限制：花生在泥土里的寬度、行花生距的參差不齊、機器行走是出現(xiàn)的。普遍的單行花生收獲機的鏟寬在400mm～600mm范圍內(nèi)。，我們能夠依靠以下的公式運算 式（3.13） 式中 b——(mm) ——(mm) D——收獲機運行偏差，能取 d=。 依據(jù)上面的所述來取= 在確保鏟刃能夠自行清理與較不錯的入土能力和碎土的性能情況后，依靠理論推算得挖掘鏟的入土角、、鏟刃斜角、，替研制挖掘鏟給出了理論上的可行性。 在研究機器的過程中要以保證功能可以體現(xiàn)的前提下，同時找出些許對關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)，像上述的挖掘鏟的設(shè)計，我們要確保挖掘鏟可以達到需求：能有良好的插入土壤的性能與實現(xiàn)泥土破碎，在此前提下我們從紙面上得到了挖掘鏟的插進土壤的角度與挖掘鏟的外形尺寸的計算所需，這替花生收獲機的挖掘鏟的研發(fā)和制造給予了能夠信任的參考資源。 3.2.4挖掘鏟表面距離土壤表面最高距離的分析 ，能夠得到鏟面長度為 式（3.14） 所以能夠確定挖掘鏟的鏟面到泥土的表面最高高度可為 3.3 帶輪的設(shè)計 求解功率 ，給出 P=7.5kw 式（3.15） 尋找翻閱一些文獻，我們能夠得到V帶是普遍的A型V帶，小帶輪節(jié)圓直徑 計算帶輪基準直徑 ，我們能夠得到；計算帶的速度V，，帶速要保證在區(qū)域之間。假設(shè)驗算出的帶的轉(zhuǎn)速超出這個區(qū)域之外，我們還需繼續(xù)選出另一個 ，依靠運算我們能夠得出速度是，因為在我們所需的區(qū)域之內(nèi)，所以取。小帶輪如圖所示。 運算大帶輪直徑 式（3.16） 大帶輪如圖3-6所示。 計算中心距 a 和帶的長度 Ld 根依照上述的數(shù)據(jù)我們能夠簡單地運算出中心距，假設(shè)問題中沒能給出中心距，本文可能夠依照下式去判斷中心距的范圍 式(3.17) 式（3.18） （6）根據(jù)中心距，我們能夠初算出帶的長度 式（3.19） （7）確定中心距 a 式（3.20） 3.4平行連桿機構(gòu)的主要參數(shù)及行走輪的設(shè)定 平行連桿機連接著振動篩組，振動篩與水平面的夾角是，這可以使振動篩在 圖 3-5 小帶輪 圖 3-6 大帶輪 上下往復運動時使收獲的花生獲得相應(yīng)的加速度，這樣不但能夠保證花生與泥土分離而且又可以讓花生移動到滑板。根據(jù)pro/E作圖我們能夠發(fā)現(xiàn)連接振動篩的桿長為，之間距離為，提供振動篩的振幅為，因此其連桿比例為，所以偏心輪的偏心距為。行走輪的高度本文能夠依照所需去自行設(shè)定，這樣能很大程度提高了其使用的范圍，輪直徑是，寬度是，支架上方留出一些空余空間，本文能夠通過連接的螺栓去調(diào)節(jié)它的高度。 3.5軸的設(shè)計與校核 圖 3-7 行走輪 載荷是機械生產(chǎn)工作中避不開的，機械工件總的軸是承載載荷的重要主體，在我們看來需要對軸做出非常必要的檢查是否能承擔起載荷，一次來確保軸可以正常工作。翻查有關(guān)書籍，本文從軸受到的破壞方式，、強度和剛度的校核。在此情況下很多時候軸還需要符合相應(yīng)程度的耐磨性，成本計算在內(nèi)是必不可少的。鋼，調(diào)質(zhì)處理在運用的時候也是必不可少的，使其在之間，翻找相關(guān)手冊我們得出軸的直徑為，軸上的鍵槽用來完成凸輪和皮帶連接的，之后我們在檢查軸的強度，載荷集中作用在凸輪上，在草案上畫出拉力的簡易圖，得出： 圖3-8軸 （1）凸輪所受的作用力 轉(zhuǎn)矩 式（3.21） 59.88mm 圓周力 式（3.22） 徑向力 式（3.23） 軸向力 式（3.24） （2）計算軸承上面的軸承的主要截面彎矩與支反力 式（3-25） 截面處彎距為 式（3.26） 式（3.27） （3）求得水平的軸承的截面彎矩和它的支反力 式（3.28） 式（3.29） 截面彎距是 式（3.30） （4）依照彎矩合成應(yīng)力去檢查軸的強度是不是滿足我們的題目需求 在檢查的時候，我們通常狀況下僅僅要檢查軸上所需承受的扭矩和彎矩最大值時截面上的強度，也就是檢查在承受到極限值時是不是滿足我們的所需，假如在我們所需的區(qū)域之間，那么其余也符合所需，查找有關(guān)文獻我們得： 式（3.31） 翻閱有關(guān)的資料確定，因為 ，因此軸是滿足我們所需的。 ： ： 翻閱部分資料最后確定型號為的深溝球軸承，我們做出這種選擇的原因是它只主要承受的載荷是來自徑向的，因此其當量摩擦系數(shù)和其它狀況比較就是最小，最主要的時，它的價格較為劃算。 軸承座的使用時長的運算： 翻找部分文件我們能夠確定軸承基本額定靜載荷是，額定動載荷為，以下我們開始一些具體計算。 式（3.22） 式（3.33） 左端軸承 右端軸承 （3）運算軸承使用的時長 在軸承作業(yè)溫度小于 情況下，我們通過翻找部分資料確定溫度系數(shù)為 左端軸承 式（3.34） 右端軸承 式（3.35） 通過上述的計算，我們可以得到一些總結(jié)： 右邊的軸承比左邊軸承使用的時間長，五年之后才會報廢，可是左面軸承在之后也就相當于九個月的就一定要換掉。 結(jié)論 致謝 參考文獻 [1]?柴恒輝等.4SHWZ-1800自走型分段式花生收獲機的研制.農(nóng)機化研究.2014.9 [2]?袁世先等.基于?MATLAB?花生收獲機振動篩機構(gòu)的運動學分析.江蘇農(nóng)業(yè)科學.2014.2 [3]?胡志超，王建楠，王海鷗，等.4HLB-2型半喂入花生聯(lián)合收獲機實驗[J].?農(nóng)業(yè)機械學報，2010.4 [4]?關(guān)萌等.花生收獲機械的類型及特點.農(nóng)業(yè)科技與裝備.2013.10? 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