蓖麻收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

蓖麻收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)，根據(jù)蓖麻的栽培方式與種植模式，同時(shí)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(jì)，經(jīng)樣機(jī)試驗(yàn)測試，設(shè)計(jì)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；收獲機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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?yàn)椋哼x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，本研究對目前蓖麻收獲機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jì)本試驗(yàn)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(yàn)田所栽種的試驗(yàn)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(yàn)，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?yàn)椋呵袛嘀仓曛髑o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，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(jì)，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、：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（i）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（2）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）25mm。考慮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(yàn)測試2.1蓖麻收獲率試驗(yàn)結(jié)果。整植株送入本機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，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(yàn)次數(shù)為30次。其結(jié)果如表1所示。滾筒的順時(shí)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?yàn)榫砣胙b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(yàn)結(jié)果。將植株喂入本機(jī)試驗(yàn)，測試收獲作業(yè)時(shí)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(yàn)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(shí)，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(yàn)，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(yàn)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(jiān)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(jì)，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(yàn)樣機(jī)測試顯示，各機(jī)構(gòu)已達(dá)原先設(shè)計(jì)的功能，但收獲設(shè)計(jì)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)