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自走式大蒜收獲機(jī)設(shè)計(jì)
作者姓名：
摘要
近年來，農(nóng)業(yè)的發(fā)展受到了大家的重視，其中包括怎樣實(shí)現(xiàn)大蒜機(jī)械化收獲，而大蒜作為國內(nèi)主要農(nóng)作物之一，它的地位毋庸置疑，并且大蒜的經(jīng)濟(jì)性越來越顯著，所以大蒜機(jī)械化收獲受到關(guān)注。大蒜的傳統(tǒng)人工收獲包括大蒜的挖掘、剪徑以及拾掇、裝運(yùn)，人工勞動強(qiáng)度非常大，效率也不高，丟失比較厲害。又因?yàn)榇笏獾募竟?jié)性強(qiáng)，要求收獲時(shí)間短，所以大蒜的機(jī)械化收獲就顯得尤為重要。
為此，結(jié)合已有的大蒜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)，研發(fā)了一種新型的自走式手扶大蒜收獲機(jī)。該機(jī)包含大蒜的扶苗桿、切莖刀具、挖掘鏟、運(yùn)輸鏈條、收集網(wǎng)袋等機(jī)械裝置。先采用高速旋轉(zhuǎn)刀具對大蒜進(jìn)行切徑，并用扶苗桿對大蒜苗進(jìn)行一個簡單的扶持以便于去除蒜秧。然后利用平面三角挖掘鏟挖起大蒜，通過運(yùn)輸鏈條實(shí)現(xiàn)大蒜與土壤的分離，最后將大蒜收集到機(jī)器收集框的網(wǎng)袋里面。設(shè)計(jì)在上面的柴油機(jī)能提供充足的動力，運(yùn)用二級減速箱減速，保證整個過程的行走速度在合理范圍內(nèi)。并結(jié)合摩擦離合器，來控制大蒜收獲機(jī)的啟動和停止。
關(guān)鍵詞：手扶大蒜收獲機(jī);平面三角挖掘鏟; 大蒜與土壤的分離;減速箱
Design of self-propelled?garlic harvester
Abstract
In recent years, everybody attach importance to the development of agriculture, including how to carry out the garlic harvest mechanization, and garlic is one of the main plant of agricultural in our country, It is in the position in agriculture is very important, and garlic economy is more and more useful, So people are concerned about garlic mechanized harvest. Traditional artificial way of garlic harvest is digging, garlic harvesting and ripping, shipment, artificial results will be very tired, the efficiency is not high, the situation of the loss of garlic is very serious. And since the harvest of garlic is very seasonal, require short time of the harvesting, so the garlic mechanized harvesting is particularly important.
Therefore, It combined the garlic harvester has a structure, the design of a new type of self-propelled walking harvester for garlic. The machine of machinery including clamping garlic seedlings tool rod ，the knife cut the seedling of garlic ，digging shovel，transportation chain，collecting bag ，etc. First of all, the use of high speed rotary tool cutting diameter of garlic, and the tool rod clamp the seedlings of garlic to remove it easily. Then garlic is digging up by Triangle-flat-shovel, garlic and soil be separated by the transport chain, the garlic is collecting mesh the bag of collection box. Design on the diesel engine provides ample power, using gear box reducer to slow the rotation speed, ensure the whole process of the walking speed in a reasonable range, and combined with the friction-clutch control start and stop of the garlic harvester.
Keywords: self-propelled?walking?harvester for garlic; Triangle-flat-shovel; the separation of?garlic?and soil; the gear box.
目錄
第1章 緒論 5
1.1研究目的和意義 5
1.2大蒜收獲的農(nóng)藝要求 6
1.3國內(nèi)外大蒜收獲機(jī)械現(xiàn)狀 7
1.4本文研究內(nèi)容和預(yù)期成果 13
第2章 大蒜收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
2.1設(shè)計(jì)要求 15
2.2總體結(jié)構(gòu)及工作原理 15
2.3大蒜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)組成 17
2.4大蒜收獲機(jī)的創(chuàng)新性 17
第3章 傳動裝置設(shè)計(jì) 19
3.1動力源 19
3.2減速裝置 20
3.3離合器 25
第4章 切莖裝置設(shè)計(jì) 28
4.1切莖裝置總述 28
4.2刀具的形狀以及參數(shù) 28
4.3限深輪 29
4.4扶禾稈 30
4.5清理裝置 30
4.6切莖裝置的傳動 30
第5章 起蒜和蒜土分離裝置設(shè)計(jì) 32
5.1起蒜裝置 32
5.2蒜土分離置 33
5.3挖掘鏟部位輔助裝置 34
第6章 行走輪及其軸的校核 35
6.1行走輪 35
6.2行走輪軸的校核 35
結(jié)論 39
致謝 40
參考文獻(xiàn) 41
第1章 緒論
1.1研究目的和意義
近年來，大蒜在人們心中的地位日益提高。大蒜是半年生草本植物，百合科蔥屬，富含營養(yǎng)，口味獨(dú)特，用途廣泛[2]。大蒜具有奇強(qiáng)的抗菌消炎作用，現(xiàn)在知道能有抗菌效果的天然植物中大蒜是最明顯的作物。既能抗疲勞、抗衰老、保護(hù)肝功能，也能抗癌、防癌、治療陽痿、保護(hù)心血管。另外大蒜在工業(yè)方面，可做一些調(diào)味品，食品添加劑原材料，也可以用來做飼料添加劑和美容化妝品的原材料[1]。
根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，最近的某一年全球大蒜收獲大約1400萬噸，收獲面積約為1706萬畝。而其中，國內(nèi)大蒜收獲面積就為956萬畝，產(chǎn)量為1060萬噸，占世界總量的3/4，為世界第一大蒜生產(chǎn)國，統(tǒng)計(jì)到參與的蒜農(nóng)多達(dá)500多萬戶[1]。國內(nèi)把大部分大蒜使用于內(nèi)銷和深加工。山東金鄉(xiāng)縣、河南沈丘縣、江蘇邳州市、廣西玉林市等地是大蒜主要出口的地方。臨近港口的華北大平原山東、河南、江蘇三省的接壤部分受地理位置和氣候條件影響，種植規(guī)模尤為突出，也就是說在山東金鄉(xiāng)縣500公里范圍內(nèi)集中種植的大蒜長勢以及質(zhì)量明顯的好于其他種植地區(qū)[1]。目前由于國內(nèi)處于社會產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型階段，大部分青壯年進(jìn)城打工，導(dǎo)致農(nóng)村勞動力相對短缺時(shí)代，留在農(nóng)村大多是老人、婦孺以及讀書的孩子。因此每到大蒜收獲季節(jié)，大蒜收獲的人工價(jià)格為每畝500元~700元，人工收獲是要從地里把大蒜挖出來并用剪刀剪斷大蒜根須和蒜莖，并且這個時(shí)候處于農(nóng)忙時(shí)，蒜農(nóng)都得集中在一星期把大蒜收獲，缺工短力。所以把人工收獲轉(zhuǎn)為機(jī)械收獲，不僅能減少勞動力、節(jié)約成本，也能很好的把利益最大化。并由于大蒜收獲季節(jié)主要集中在5月，種植面積大、產(chǎn)量多，若為人工收獲，那么人工勞動強(qiáng)度特別大，其中損傷大蒜的情況也比較多，收獲效率也會降低。大蒜收獲效率低和大蒜損傷率高的這些問題成為了大蒜收獲的關(guān)鍵，另外這些也將影響到大蒜后續(xù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。迫切解決大蒜機(jī)械化收獲，把人工收獲轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械收獲，已經(jīng)成為大蒜產(chǎn)業(yè)的重要的一步。
目前，國外已經(jīng)有了幾種大蒜收獲機(jī)，有的技術(shù)與裝備比較成熟，也有的是初代產(chǎn)品，研發(fā)階段。但是，國內(nèi)外作業(yè)環(huán)境不同，收獲方式也有區(qū)別，所以很難適應(yīng)國內(nèi)一些地區(qū)的需求。國內(nèi)也有個人及團(tuán)體研發(fā)了幾款大蒜收獲機(jī)，目前來說，跟發(fā)達(dá)國家開發(fā)的大蒜收獲機(jī)相比較，國內(nèi)的大蒜收獲近還有一些不足，生產(chǎn)力需要提高?，F(xiàn)階段，蒜農(nóng)還是依靠人工來完成大蒜的收獲，有少部分地區(qū)使用半機(jī)械大蒜挖掘犁，但是它容易傷蒜，效率也不高，難以滿足蒜農(nóng)的需求。所以如果現(xiàn)在有一款的大蒜收獲機(jī)作業(yè)效率高，適用性強(qiáng)，那么它就很容易被人采納以及廣泛的推廣。
本文根據(jù)大蒜收獲的需求，并結(jié)合農(nóng)村生產(chǎn)模式的特點(diǎn)設(shè)計(jì)一款手扶式大蒜收獲機(jī)。初步計(jì)劃設(shè)計(jì)一款中小型的大蒜收獲機(jī)，適用于農(nóng)村低成本高效率的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，并且努力提高大蒜收獲機(jī)的作業(yè)質(zhì)量，簡單設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu) ，減少功率上其他方面的浪費(fèi)。
1.2大蒜收獲的農(nóng)藝要求
大蒜果實(shí)生長在土壤中，屬于莖塊薯類農(nóng)作物，半年生草本植物，百合科蔥屬。它果實(shí)大小不一樣，是影響大蒜機(jī)械收獲的因素之一；大蒜收獲時(shí)大蒜土壤堅(jiān)實(shí)度和土質(zhì)含水量，不同地方是有差異的；大蒜收獲時(shí)蒜頭剛剛從地里翻起還比較鮮嫩，這個時(shí)候怕弄傷大蒜，然后太陽直射對大蒜也有影響；這些綜合在一起，都是設(shè)計(jì)大蒜收獲機(jī)要考慮的，大蒜收獲作業(yè)條件變化大，所以說大蒜機(jī)械化收獲不容易[2]。
大蒜成熟后，其收獲時(shí)長是有時(shí)間限制。大蒜太早收獲時(shí)大蒜不一定成熟飽滿，經(jīng)過微微陽光照射后，大蒜皮會癟下去產(chǎn)量和美觀都打不到要求；收獲太晚時(shí)大蒜會因?yàn)殚L勢過多，容易大蒜裂頭。綜上所述，大蒜的最好在七天之內(nèi)完成收獲。如果大蒜沒有在這七天之內(nèi)收獲完成，大蒜的質(zhì)量和售價(jià)都會受到一定程度的影響。
因?yàn)榇笏廪r(nóng)藝收獲的要求特別高，大蒜機(jī)械化收獲的機(jī)具同樣的得有很高的作業(yè)能力。大蒜收獲機(jī)要在不同土壤、不同土質(zhì)的環(huán)境下工作，適應(yīng)能力要很強(qiáng)，并且可靠操作性高，工作效率好等特點(diǎn)。大蒜收獲機(jī)要一次作業(yè)能完成，切莖、挖掘、去土、收集，可直接放到運(yùn)輸車上。再放置到大蒜集中地。全程應(yīng)該減少人力的參與，從而降低了人工勞動強(qiáng)度，提高了大蒜收獲的機(jī)械化。同時(shí)，要注意大蒜收獲過程中的收貨質(zhì)量，盡量減少大蒜的損傷率和太陽暴曬度[9]。
1.3國內(nèi)外大蒜收獲機(jī)械現(xiàn)狀
①國外大蒜收獲機(jī)現(xiàn)狀
現(xiàn)階段國外大蒜機(jī)械化收獲的技術(shù)比較成熟，并且推廣性強(qiáng)。美國，法國，西班牙等國家都生產(chǎn)了比較好大蒜收獲機(jī)。下面介紹幾種大蒜收獲機(jī)生產(chǎn)公司和機(jī)型：
1）美國TopAir公司。美國TopAir公司是以生產(chǎn)大蒜收獲機(jī)和洋蔥收獲機(jī)而出名。該公司生產(chǎn)的大蒜收獲機(jī)主要有大蒜挖掘鋪條機(jī)和大蒜撿拾機(jī)，都是分段式工作[5]。
大蒜挖掘鋪條機(jī)。圖1-1為GW4400型4行大蒜挖掘鋪條機(jī)結(jié)構(gòu)圖，其工作原理：先用挖掘鏟直接從土壤中挖起大蒜，然后由挖掘鏟和挖掘鏟上部的拔輪共同工作，把大蒜和泥土帶至分離輸送鏈上，分離輸送鏈將大部分泥土在運(yùn)送過程從大蒜中分離出來，去掉泥土后的大蒜頭經(jīng)過集條裝置被鋪放在地面上，對大蒜進(jìn)行少許的晾曬。該機(jī)還能夠安裝其他輔助裝置：①切頂裝置，安裝刀具切斷大蒜莖稈，實(shí)現(xiàn)大蒜機(jī)械化“聯(lián)合收獲”；②風(fēng)選裝置，利用風(fēng)選裝置去除碎葉和其他較輕的雜質(zhì)。此機(jī)具和90kw功率的拖拉機(jī)配套使用，生產(chǎn)效率為20 hm^2/h，一次兩行，壟距為100~112mm。該機(jī)由拖拉機(jī)后驅(qū)動軸提供動力，由液壓系統(tǒng)控制整個裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)。該機(jī)缺點(diǎn)是收獲的大蒜中會有少許土塊，而且該機(jī)不能單獨(dú)作業(yè)還需要和大蒜撿拾機(jī)一起配套作業(yè)[3]、[4]。
圖1-1 GW4400型4行大蒜挖掘鋪條機(jī)
1.鋪條機(jī)構(gòu) 2.液壓及動力連接機(jī)構(gòu) 3.挖掘鏟
4.分離輸送鏈 5.車輪
大蒜撿拾機(jī)。圖1-2是該公司生產(chǎn)的GL2400型大蒜撿拾機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其工作原理：首先經(jīng)過前面裝置大蒜已經(jīng)鋪放成條，用撿拾鏟和撥輪從土壤中撿拾到分離輸送鏈上，利用分離輸送鏈抖動，在大蒜運(yùn)送過程中，清理部分泥土，然后大蒜經(jīng)傳送鏈傳遞，進(jìn)入清選機(jī)內(nèi)，將混入大蒜中的雜物利用風(fēng)選系統(tǒng)清理掉，再將經(jīng)過初步清理的大蒜頭送至人工工作臺進(jìn)行進(jìn)一步清理泥土，此時(shí)有兩名人工參與到機(jī)具作業(yè)過程中，一處是在凈蒜較多的一側(cè)，工人用手撿掉運(yùn)輸線上的土塊，另外一處是土塊較多的一側(cè)，工人從土塊中挑選出大蒜，最后由輸送裝置將大蒜送進(jìn)其后跟著行走的收集車上，再送到大蒜集中地。此大蒜撿拾機(jī)配套動力是110KW功率的拖拉機(jī)，生產(chǎn)效率為0.82/h,作業(yè)行距為400~420mm。該機(jī)和GW4400型4行大蒜挖掘鋪條機(jī)一起配套使用，可以完成大蒜聯(lián)合收獲。該機(jī)是由拖拉機(jī)后驅(qū)動軸驅(qū)動，其上裝有液壓控制等操作系統(tǒng)，作業(yè)效率高。該機(jī)不足之處是在收獲過程中，機(jī)具容易纏繞雜草，并且預(yù)留蒜莖過長[4]。
圖1-2 GL2400型大蒜撿拾機(jī)
1.車輪 2.分離輸送鏈 3.清選機(jī) 4.人工撿拾平臺
5.輸送器 6.液壓及動力連接 7.撿拾鏟
2）法國ERME公司。該公司在法國是比較有名的農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)具生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)的大蒜聯(lián)合收獲機(jī)得到眾人廣泛的認(rèn)可，其中代表機(jī)具有打捆式和切秧式大蒜收獲機(jī)，這兩款收獲機(jī)的動力是由拖拉機(jī)所帶的液壓裝置提供。這兩種收獲機(jī)有一個比較明顯的優(yōu)點(diǎn)就是：經(jīng)該機(jī)收獲后的大蒜，后續(xù)生產(chǎn)非常容易。但是，該機(jī)作業(yè)效率相對與其他機(jī)具來說比較低[4]。
打捆式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)。圖1-3 RL1型單行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖， 其工作原理：分禾器5將大蒜莖導(dǎo)入夾持膠帶7中，挖掘鏟6挖斷大蒜根莖，夾持膠帶7夾持大蒜莖經(jīng)傳送到打捆機(jī)構(gòu)1，同時(shí)拍土裝置拍打大蒜根須部，清理其附著在上面的泥土。當(dāng)一定數(shù)量的蒜秧被打捆器收集時(shí)，打捆器打捆蒜秧并送至橫向輸送帶，然后人工控制橫向輸送帶開關(guān)把蒜秧送至后側(cè)。該機(jī)具配套36.75KW（50hp）功率的拖拉機(jī)，行走速度約4km/h，RL1型可以相對拖拉機(jī)橫向移動130cm，最小收獲行距為40cm。
圖1-3 RE1型單行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)
1. 打捆機(jī)構(gòu) 2.工作人員座椅 3.機(jī)架 4.液壓連接系統(tǒng)
5.分禾器 6.挖掘鏟 7.夾持膠帶 8.車輪 9.橫向輸送帶
切秧式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)。圖1-4為RE1型單行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其工作原理與打捆式收獲機(jī)類似，其結(jié)構(gòu)有蒜秧夾持輸送裝置、大蒜的挖掘裝置和大蒜清土裝置等機(jī)械裝置，大蒜蒜莖被夾持輸送膠帶8送至切秧機(jī)構(gòu)1中，刀具切斷蒜莖后，蒜頭掉進(jìn)橫向輸送鏈3上，然后由橫向輸送鏈3送到其后的收集網(wǎng)袋中，進(jìn)行自動化收集。該機(jī)具在撿拾工作臺上需要一名工人進(jìn)行人工清選大蒜。該機(jī)配套44.1kw（60hp）功率的拖拉機(jī)，行走速度約3km/h。行距要求為43~55cm[4]。
圖1-4 RE1型單行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)
1.切秧機(jī)構(gòu) 2.揀拾工作臺 3.橫向輸送鏈
4.噸袋拖桿 5.車輪 6.液壓連接系統(tǒng) 7.機(jī)架
8.夾持膠帶 9.挖掘鏟 10.分禾器
3）西班牙J.J.BROCH。
打捆式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)。圖1-5為兩行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其工作原理與RL型打捆式大蒜收獲機(jī)類似，相當(dāng)于把其兩個機(jī)具組合在一起使用。該機(jī)具配套44.1kw（60hp）功率的拖拉機(jī)，作業(yè)效率為2~3/d,該機(jī)作業(yè)是需要兩名工作人員同時(shí)工作，該機(jī)最小行距為40cm[4]。
圖1-5 兩行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)
1.分禾器 2.液壓連接系統(tǒng) 3.工作人員座椅
4.夾持膠帶 5.橫向輸送帶 6.拍土器 7.挖掘鏟
切秧式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)。圖1-6為4行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其工作原理與RE型切秧式大蒜收獲機(jī)類似，相當(dāng)于把其4個機(jī)具組合在一起。該機(jī)具配套735kw（100hp）功率的拖拉機(jī)，工作效率為45/h，行距在400mm以上[4]。
圖1-6 4行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)
1.液壓連接系統(tǒng) 2.夾持膠帶3.切秧機(jī)構(gòu)
4.拍土器 5.機(jī)架 6.挖掘鏟7.機(jī)架 8.分禾器
另外，韓國，日本等也研發(fā)出了幾種大蒜收獲機(jī)，韓國有16種以上關(guān)于大蒜的機(jī)械專利，日本有8種以上關(guān)于大蒜的機(jī)械專利，基本上是以小型收獲機(jī)。這些機(jī)具可以一次完成大蒜的挖掘、運(yùn)輸、去土和自動收集等農(nóng)藝工序，工作行距為40cm左右。它們的工作性能都不錯，但是作業(yè)效率有待提高、經(jīng)濟(jì)性低，不利于在國內(nèi)大面積推廣。
②國內(nèi)大蒜收獲機(jī)現(xiàn)狀
近幾年來，國內(nèi)漸漸重視農(nóng)業(yè)機(jī)具方面的生產(chǎn)發(fā)展能力，實(shí)行農(nóng)民購買農(nóng)業(yè)機(jī)器的會有補(bǔ)貼的利民政策，大蒜收獲機(jī)也從中慢慢發(fā)展起來，越來越多的大蒜收獲機(jī)被研發(fā)出來。國內(nèi)已有42項(xiàng)關(guān)于大蒜收獲機(jī)械的實(shí)用專利，被商家采用并投入在生產(chǎn)線的將20種。這些農(nóng)業(yè)機(jī)具，有的是只能夠收獲大蒜的收獲機(jī)具，有的是能夠收獲土豆、花生等共用的收獲地下農(nóng)作物機(jī)具，包括分段式收獲機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)。但是，由于大蒜播種因各地域的性質(zhì)不同而沒有統(tǒng)一，大蒜在地里不規(guī)則生長，所以大蒜機(jī)械化收獲沒有大面機(jī)的推廣。
下面介紹幾款國內(nèi)的大蒜收獲機(jī)：
(1)4DS-1000型大蒜挖掘機(jī)。圖1-7為4DS-1000大蒜挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖圖，其工作原理：拖拉機(jī)輸出軸提供動力經(jīng)變速箱傳遞給挖掘輪裝置，另外傳動裝置將一部分動力傳遞給后撥禾裝置的減速箱中。此機(jī)具挖掘裝置采用旋轉(zhuǎn)式挖掘刀具，并且解決了一個大蒜地膜纏繞在機(jī)具上難清理的問題。同時(shí)為了避免拖拉機(jī)輪胎行走時(shí)壓傷大蒜，該機(jī)具設(shè)計(jì)了前、后撥禾器將蒜頭撥向兩邊，減少了大蒜損傷率。該機(jī)具配套動力為泰山-12型拖拉機(jī)，行距要求為18~30cm，一次作業(yè)4行，工作幅度100cm，生產(chǎn)效率0.1/h，另外該機(jī)使用液壓系統(tǒng)控制升降[6]。
圖1-7 4DS-1000大蒜挖掘機(jī)
1.齒輪箱 2.傳動鏈條 3.旋轉(zhuǎn)刀具 4.限深輪 5.撥禾器
6.機(jī)體 7.后撥禾器
（2）4DS-2型大蒜收獲機(jī)。圖1-8為4DS-2大蒜挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，該機(jī)是由拖拉機(jī)拖動，采用3點(diǎn)懸掛方式，動力源為拖拉機(jī)驅(qū)動輪和同軸鏈輪，解決了拖拉機(jī)取力困難的問題該機(jī)可以調(diào)節(jié)挖掘深度，整機(jī)縱向長度較小，機(jī)組的縱向穩(wěn)定性高，該機(jī)具配套動力為泰山-12型拖拉機(jī)，一次收獲2行，挖掘深度在12~150mm范圍內(nèi)，生產(chǎn)率為0.067hm^2/h[6]。
圖1-8 4DS-2大蒜挖掘機(jī)
1.手扶拖拉機(jī) 2.限深輪 3.挖掘鏟 4.分離輸送鏈 5.傳動鏈
（3）4S-85收獲機(jī)。圖1-9為4S-85大蒜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，該機(jī)具配套東風(fēng)-12型手扶拖拉機(jī)，可以一次完成碎土、斷根、蒜土分離、集條鋪放等農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié)。該機(jī)適用于沙性土壤里工作，篩選裝置能夠使蒜頭和土完全分離，并集中在一起鋪放?？傮w來說，該大蒜收獲機(jī)工作是效率不錯，大幅度降低了人工收獲的勞動強(qiáng)度，并且此款大蒜收獲機(jī)得到了當(dāng)?shù)厮廪r(nóng)們的肯定[6]。
圖1-9 4S-85大蒜收獲機(jī)
1.限深輪 2.液壓千斤頂 3.機(jī)體 4.手扶拖拉機(jī)離合器
5.拖拉機(jī)底盤6.液壓泵 7.柴油機(jī) 8.防滑輪
9.左右撥禾輪 10.泥土分離器 11.碎土輥 12.挖掘鏟
③大蒜收獲機(jī)存在的問題
盡管已有了這么多的大蒜收獲機(jī)，但是或多或少還存在一些問題：
1）大蒜收獲機(jī)具因?yàn)榉N植模式的阻礙而難以推廣。各地方蒜農(nóng)的大蒜種植方式各不一樣，沒有形成規(guī)范、統(tǒng)一的大蒜種植模式，使大蒜收獲機(jī)具難以去適應(yīng)各種各樣的種植模式。舉例說明，有些地區(qū)蒜農(nóng)是采用壟作式種植，有些地區(qū)蒜農(nóng)是采用平播式種植，并且每行之間的距離不規(guī)范，沒有規(guī)范的種植模式。并且有些蒜農(nóng)在大蒜地里套種其他農(nóng)作物，不同蒜農(nóng)套種農(nóng)作物不一樣，另外就算套種同一種農(nóng)作物，它的行距又是不一樣的，單個大蒜收獲機(jī)適應(yīng)不同種植模式的要求就比較困難。綜上所述，因?yàn)榇笏馐斋@機(jī)的適用性，造成某一地區(qū)的大蒜收獲機(jī)在另外地區(qū)的復(fù)雜推廣形勢[2]。
2）大蒜收獲機(jī)設(shè)計(jì)本身存在的一些問題。①大蒜收獲機(jī)適用性不高。有些大蒜收獲機(jī)能在土質(zhì)呈粘性的環(huán)境下很好工作，但是在沙性土壤中工作情況就不行；②有些大蒜收獲機(jī)設(shè)計(jì)缺少清理輔助結(jié)構(gòu)，大蒜收獲機(jī)很容易被塑料薄膜和大蒜蒜稈纏繞，從而影響到大蒜機(jī)械收獲質(zhì)量[2]。
所以，開發(fā)一款效率高、適用性廣的大蒜收獲機(jī)勢在必行。
1.4本文研究內(nèi)容和預(yù)期成果
1）研究內(nèi)容
本設(shè)計(jì)針對大蒜收獲時(shí)的一些問題，并考慮到大蒜種植的地方大量的使用手扶拖拉機(jī)，根據(jù)農(nóng)機(jī)動力這些特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一款由9.7KW柴油機(jī)提供動力并結(jié)合二級減速箱的手扶大蒜收獲機(jī)。[5]該自走式手扶大蒜收獲機(jī)能夠完成大蒜的切徑、挖掘蒜頭、蒜土分離、輸送蒜頭和自動收集到網(wǎng)袋等作業(yè)，能夠滿足大蒜的農(nóng)藝環(huán)節(jié)收獲要求。同時(shí)該機(jī)設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)，當(dāng)把切莖裝置拆下來后，剩余作業(yè)部件能夠用于馬鈴薯，花生等農(nóng)作物的收獲。也可以拆卸柴油機(jī)，用作其他用途?？傮w來說，該機(jī)提高了農(nóng)業(yè)機(jī)具的使用率，避免了資源浪費(fèi)，減輕了農(nóng)民的一些經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
2）預(yù)期成果
經(jīng)過本章節(jié)開始所闡述的大蒜收獲機(jī)研究目的和意義、研究內(nèi)容、以及分析了國內(nèi)外目前大蒜收獲機(jī)的現(xiàn)狀后，得出了一個結(jié)論：適合國內(nèi)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)需求的大蒜收獲機(jī)還沒有被設(shè)計(jì)出來。為此，預(yù)針對大蒜收獲機(jī)收獲效率不高、推廣難等問題，設(shè)計(jì)一款手扶大蒜收獲機(jī)。本次設(shè)計(jì)的預(yù)期成果是：設(shè)計(jì)一臺能一次自動完成對大蒜切莖、起蒜、去土、收集等農(nóng)藝環(huán)節(jié)的打算收獲機(jī)，并且該機(jī)具有收獲效率高，作業(yè)性能良好，推廣容易等特點(diǎn)。
另外本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，先根據(jù)已有的資料，初步確定設(shè)計(jì)方向，并結(jié)合所學(xué)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和步驟，確定設(shè)計(jì)一款自走式并能夠?qū)嵭新?lián)合收獲的大蒜收獲機(jī)的方案，并且該機(jī)結(jié)構(gòu)有創(chuàng)新點(diǎn)，總結(jié)歸納技術(shù)路線如圖1-10所示：
文獻(xiàn)檢索、調(diào)研
綜合分析已有機(jī)具、找出存在問題
設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案
建立三維模型
行走輪軸的強(qiáng)度校核
圖1-10 設(shè)計(jì)路線
第2章 大蒜收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)要求
參考已有的地下農(nóng)作物機(jī)械收獲技術(shù)要求，特別是塊根、塊莖作物機(jī)械化收獲技術(shù)要求，然后根據(jù)蒜農(nóng)的基本需求，大蒜機(jī)械化收獲的要求如下：
1）起蒜和蒜土分離。收獲機(jī)能完整的挖起大蒜，并且對大蒜的損傷要達(dá)到很少或者沒有的情況，大蒜損傷包括蒜皮被劃傷、切傷以及大蒜被壓傷，大蒜的機(jī)械化收獲大蒜損傷率應(yīng)低于1%[8]。
2）有足夠的工作幅度以及不掉蒜、不漏蒜。大蒜的機(jī)械化收獲工作幅度是被限制的，所以工作幅度應(yīng)該盡量大，其收獲效率高。大蒜一次收獲中，不應(yīng)該有掉蒜、漏蒜的情況發(fā)生，避免人工的再次撿拾，增加勞動強(qiáng)度[9]。
3）防護(hù)裝置應(yīng)該做好。機(jī)器作業(yè)地方有很多雜草和蒜秧，防護(hù)裝置是保護(hù)工作部件不被纏繞，機(jī)具工作流暢、不被打斷。
4）有一定的適應(yīng)性。該機(jī)能夠在不同土質(zhì)、不同濕度的情況下正常工作；能夠在蒜秧倒伏、蒜秧干枯或者青綠的情況下正常工作；在大蒜生長地平坦或者低洼的情況下，也能正常工作[10]。
5)機(jī)具能一機(jī)多用，增加機(jī)器使用率。該機(jī)不僅能夠在大蒜收獲中，還能夠其他農(nóng)作收獲過程中使用，提高機(jī)器使用效率，減少蒜農(nóng)購買其他機(jī)具。
6)機(jī)器便于操作，保養(yǎng)方便。為了使機(jī)器便于操作和保養(yǎng)方便，設(shè)計(jì)該機(jī)具時(shí)，盡量使其結(jié)構(gòu)簡單，減少不必要的輔助裝置，使用低成本的材料。
2.2總體結(jié)構(gòu)及工作原理
該機(jī)由扶禾稈、切莖刀具、挖掘鏟、輸送裝置、收集網(wǎng)袋、以及減速裝置等機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。圖2-1為大蒜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)圖，
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13 14 15
圖2-1 大蒜收獲機(jī)
1.皮帶 2.柴油機(jī) 3.變速箱殼 4.換擋器 5.機(jī)架
6.手扶架 7.扶禾稈 8.錐齒輪殼 9.刀具稈 10.刀具
11.限深輪12.挖掘鏟 13.傳輸鏈 14.大行走輪 15.收集框
其工作原理為，該機(jī)作業(yè)時(shí)高速旋轉(zhuǎn)切徑刀具切斷大蒜的莖；挖掘鏟對深陷土壤中大蒜進(jìn)行松土和挖起；挖掘鏟后的一塊橫板，把大蒜收到傳輸鏈條上；在傳輸鏈條上對大蒜進(jìn)行蒜土分離；大蒜運(yùn)送到鏈條后端，落入套在收集框上的收集網(wǎng)袋，完成大蒜的收集作業(yè)。其中扶禾稈在機(jī)具行進(jìn)時(shí)，夾持蒜莖，便于刀具切斷。該機(jī)可以一次自動完成對大蒜切徑、起蒜、去土、收集等農(nóng)藝環(huán)節(jié)的大蒜收獲機(jī)。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，由手扶稈控制行走速度和行走方向。該機(jī)由手搖啟動方式，現(xiàn)在有前檔和空檔位，由離合器控制，和減速器聯(lián)合使用。該機(jī)由轉(zhuǎn)速2300r/min、最大功率9.7kw（13馬力）的ZH195A柴油機(jī)提供動力。工作幅度為650mm，一次收獲三行，挖掘深度40mm，機(jī)具行走速度約為2.52km/h，行距要求為160mm。該機(jī)不同于一些收獲機(jī)的先起蒜、再切莖過程，而是先切莖、再起蒜。并且多行作業(yè)，提高了機(jī)具工作效率。
該機(jī)啟動方式是先將離合器置于空檔，手搖啟動柴油機(jī)，然后回到手扶架位置即兩手握住手扶稈，再將離合器置于前檔，機(jī)具行走。手扶架上有操縱機(jī)構(gòu)，用來控制制動裝置，機(jī)具的行走速度和行走方向的轉(zhuǎn)變，還包括控制油門和變速等功能。
2.3大蒜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)組成
大蒜收獲機(jī)的是由很多裝置組成起來的，大蒜收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)組成如圖2-2所示：
動力源 9.7kw ZH195A柴油機(jī)
刀具
扶禾桿
切莖裝置 萬向輪
清理裝置
切莖裝置的傳動
挖掘鏟
大蒜收獲機(jī)
傳輸抖動裝置 傳輸鏈和抖動輪
傳動裝置 減速箱配套離合器
行走裝置 使用高摩擦力的橡膠輪胎
控制裝置 控制啟動、變向、停止等
其他裝置 制動裝置、收集柵條和收集框
圖2-2 大蒜收獲機(jī)
下面會根據(jù)大蒜收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)組成對其裝置結(jié)構(gòu)一一做詳細(xì)介紹
2.4大蒜收獲機(jī)的創(chuàng)新性
該機(jī)在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)歸納為：
1.改變的大蒜收獲的順序，把切莖環(huán)節(jié)提前，并能夠完成聯(lián)合收獲；
2.增加了新的結(jié)構(gòu)在大蒜收獲機(jī)中，在大蒜收獲機(jī)的切莖裝置安裝粉碎刀具，粉碎大蒜秧苗。其裝置不僅能防止雜物纏繞刀具桿上，也能清理秧苗在大機(jī)器前的堆積，粉碎后還能做肥料。
3.該機(jī)可拆卸。可以拆卸切莖裝置，其余作業(yè)部件可以收獲土豆、花生等農(nóng)作物；柴油機(jī)可以拆卸，可用于其他動力源的輸出。這種“一機(jī)多用”模式對機(jī)器的使用效率非常高，不會閑置機(jī)具，也可以少購買一些農(nóng)業(yè)機(jī)具，并且在以后的的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，“一機(jī)多用”模式肯定能得到極大的推廣。
第3章 傳動裝置設(shè)計(jì)
3.1動力源
1）動力源的放置
動力源可以和作業(yè)部件分開，也可以裝在作業(yè)部件上。
方案一：作業(yè)部件和手扶拖拉機(jī)配套使用。設(shè)計(jì)大蒜收獲機(jī)的作業(yè)部件包括切莖、起蒜、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，然后懸掛在手扶拖拉機(jī)前面。通過控制手扶拖拉機(jī)來驅(qū)動大蒜作業(yè)部件工作。
方案二：動力源單獨(dú)使用，設(shè)計(jì)傳動裝置和換擋裝置。使用一款柴油機(jī)，裝在作業(yè)部件機(jī)架上，動力經(jīng)皮帶傳遞給傳動系統(tǒng)。操縱機(jī)構(gòu)同樣安裝在手扶稈上，控制其動力輸出和轉(zhuǎn)向等操作。
方案一的大蒜收獲機(jī)的農(nóng)藝環(huán)節(jié)要有收集裝置，當(dāng)作業(yè)部件和收獲拖拉機(jī)配套使用時(shí)，其收集裝置不能合理的設(shè)計(jì)出來。方案二的農(nóng)機(jī)機(jī)具其結(jié)構(gòu)簡單，便于操作和保養(yǎng)，另外柴油機(jī)可拆卸，當(dāng)農(nóng)機(jī)閑置下來時(shí)可以把柴油機(jī)用到其他方面。經(jīng)過綜合考慮，選用方案二，柴油機(jī)安裝在作業(yè)部件上。設(shè)計(jì)其傳動系統(tǒng)，減速裝置，以及手扶桿操作系統(tǒng)等必要裝置。
2）動力源的選擇
參考已有的大蒜收獲機(jī)動力源提供的功率，選擇一款高功率、高轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的柴油機(jī)。所以該機(jī)動力源是由沂南縣瑞豐內(nèi)燃機(jī)有限公司生產(chǎn)的ZH195A柴油機(jī)提供動力，表3-1是該柴油機(jī)的明細(xì)參數(shù)，
表 3-1 柴油機(jī)技術(shù)規(guī)格
項(xiàng)目
規(guī)格
項(xiàng)目
規(guī)格
型號
ZH195A
燃油消耗率（g/kw h）
≤256.5
形式
單缸、臥式、四沖程
機(jī)油消耗率（g/kw h）
≥2.72
燃燒方式
直噴式
冷卻方式
蒸發(fā)水冷
缸徑×行程（mm）
95×100
潤滑方式
壓力與飛濺復(fù)合式
壓縮比
18±1
啟動方式
手搖啟動
1小時(shí)功率
9.7kw
凈重量（kg）
108
12小時(shí)功率
8.82kw
功率輸出方式
飛輪端輸出
額定轉(zhuǎn)速
2300r/min
外形尺寸
670×378×560
此款柴油機(jī)啟動極其簡單，輸出功率很大、損耗油量低，并且具備外形體積小、整體重量輕等特點(diǎn)，另外它的操作方便、維護(hù)簡單、可靠性好。該柴油機(jī)用途非常廣泛，可用于小型工程機(jī)械的產(chǎn)品中，如農(nóng)用手扶拖拉機(jī)、玉米粉粹機(jī)，配合使用提供動力 [7] 。
3.2減速裝置
1）變速總述
大蒜收獲機(jī)先用皮帶傳動傳遞給傳動裝置，傳動裝置輸出使用鏈條傳動。因?yàn)殒湕l傳動適合在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行。大蒜收獲機(jī)的行走速度要控制在2~3km/h，而動力源提供的轉(zhuǎn)速在2300r/min,所以使用減速器把速度控制下來。下面計(jì)算其傳動比，
行走輪的直徑D=680mm
而 V=ωR （3-1）
ω=2πN （3-2）
所以，N= （3-3）
取V=0.7m/s
所以，N=30.4r/min
而柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=2300r/min
那么λ==75.66
經(jīng)過初步計(jì)算，需要四級減速，所以采用一個二級減速箱，并在減速箱的兩端也在減速。減速箱和離合器配套使用，離合器用來控制機(jī)具的檔位。
設(shè)減速箱的兩端傳動比分別為λa、λb,二級減速箱傳動比為λ0。λa=2，λb=3.23，λ0=11.745。下面對減速箱是對減速箱的具體計(jì)算過程。
2）減速箱計(jì)算
根據(jù)文獻(xiàn)[19]，可知齒輪傳動效率， =0.96，=0.99，=0.97，
（1）分配傳動比
設(shè)減速箱兩級傳動比分別為，λ1、λ2，λ1=（1.3~1.5）λ2，兩級大齒輪直徑相近，去λ1=1.4λ2。所以，λ1=4.05，λ2 =2.9。
（2）計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速 （r/min）
柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=2300
Ⅰ軸（高速軸）
轉(zhuǎn)速：n= （3-4）
Ⅱ軸（中間軸）
轉(zhuǎn)速：n= （3-5）
Ⅲ軸（低速軸）
轉(zhuǎn)速：n= （3-6）
（3）計(jì)算各軸輸入功率
輸柴油機(jī)輸出功率：P=P=9.7KW
Ⅰ軸（高速軸）：P=P （3-7）
Ⅱ軸（中間軸）：P=P （3-8）
=8.94KW
Ⅲ軸（低速軸）：PP （3-9）
=8.59KW
（4）計(jì)算各軸輸出轉(zhuǎn)矩：
柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩：T=9.55=9.55 （3-10）
=4.03N
Ⅰ軸（高速軸）輸入轉(zhuǎn)矩：
T=9.55 （3-11）
Ⅱ軸（中間軸）輸入轉(zhuǎn)矩：
T=9.55 （3-12）
Ⅲ軸（低速軸）輸入轉(zhuǎn)矩：
TN （3-13）
將上述計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)在表3-2內(nèi)，如下：
表3-2各軸的功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速
軸 號
功率（KW）
轉(zhuǎn)矩（N）
轉(zhuǎn)速（）
柴油機(jī)
9.7
4.03
2300
Ⅰ軸
9.312
7.7
1150
Ⅱ軸
8.94
3.01
283.5
Ⅲ軸
8.59
8.38
97.91
（5）齒輪參數(shù)
表3-3為高級齒輪參數(shù)，如下：
表3-3高速級齒輪相關(guān)參數(shù)（單位mm）：
名稱
符號
計(jì)算公式及說明
模數(shù)
M
2.5
壓力角
齒頂高
2.5
齒根高
=(+)m=3.75
全齒高
=(+)m=5.62
分度圓直徑
=m Z=35
163.75
齒頂圓直徑
=m=37.5
=（）=166.25
齒根圓直徑
=31.875
=160.625
基圓直徑
=
=
中心距
表3-4為低級齒輪參數(shù)，如下：
表3-4低速級齒輪相關(guān)參數(shù)（單位mm）
名稱
符號
計(jì)算公式及說明
模數(shù)
m
4
壓力角
齒頂高
=4
齒根高
=(+)m=5
全齒高
=(2+)m=9
分度圓直徑
=m Z=54
=m176
齒頂圓直徑
=（）m=58
=（）m=180
齒根圓直徑
=()m
=49
=()m
=171
基圓直徑
（1）軸類零件設(shè)計(jì)
軸Ⅰ
分析其軸上零件裝配，其軸Ⅰ設(shè)計(jì)如圖3-1所示：
圖3-1 軸Ⅰ
其軸上受力圖以及軸的彎矩圖和扭矩圖如圖3-2所示：
圖3-2 軸Ⅰ
軸Ⅱ
分析其軸上零件裝配，其軸設(shè)計(jì)如圖3-3所示：
圖3-3軸Ⅱ
其軸上受力圖以及軸的彎矩圖和扭矩圖如圖3-4所示：
圖3-4軸Ⅱ
軸Ⅲ
分析其軸上零件裝配，其軸設(shè)計(jì)如圖3-5所示：
圖3-5 軸Ⅲ
其軸上受力圖以及軸的彎矩圖和扭矩圖如圖3-6所示：
圖3-6 軸Ⅲ
3.3離合器
離合器使用彈簧摩擦離合器，安裝在變速箱殼內(nèi)，是柴油機(jī)和減速器的過渡件[16]。其主要作用是控制傳動系統(tǒng)的結(jié)合和分離，通過操縱桿實(shí)現(xiàn)控制機(jī)具的空檔和前檔檔位。用于機(jī)具的啟動、停止和轉(zhuǎn)向，其結(jié)構(gòu)圖如圖3-7所示。
圖3-7 摩擦離合器
控制裝置在手扶桿上，用手扶桿上的扶手把控制大蒜收獲機(jī)的啟動、停止以及轉(zhuǎn)向。
1）機(jī)具的啟動和停止。
（1）換擋原理
機(jī)具啟動和停止的控制結(jié)構(gòu)圖如圖3-8所示，檔位桿控制著離合器與變速箱的輸入軸的分離和接合。離合器在正常情況下處于接合狀態(tài)，當(dāng)機(jī)具啟動時(shí)控制B方向手把，檔位桿移向B位置，將檔位桿置于空檔位置，啟動后控制B方向手把，檔位桿移向A位置，將檔位桿置于行進(jìn)檔，離合器接合機(jī)具運(yùn)行；機(jī)具停止時(shí)，控制B方向手把，檔位桿移向B位置，離合器分離，然后柴油機(jī)停止，機(jī)具停止。B方向手把使用旋鈕式的單行程，不會自動回程:當(dāng)檔位桿移向B位置后，如果不控制手把，檔位桿不會沿著A方向返回A位置。
1 2 3
A B
圖3-8 控制結(jié)構(gòu)圖
1. 彈簧 2.檔位桿 3.剎車線
（2）離合器控制結(jié)構(gòu)圖
檔位桿和離合器通過弧形連接桿相連，研究汽車離合器的控制連接方式，設(shè)計(jì)該機(jī)具離合器控制連接結(jié)構(gòu)圖如圖3-9所示。[16] A位置連接柴油機(jī)傳入到變速箱的軸，B位置連接減速箱輸入軸,檔位桿沿著C方向移動。當(dāng)機(jī)具空檔時(shí)，檔位桿移向C位置帶動其連桿向左移動，其后離合器內(nèi)壓板和摩擦盤分離，離合器處于分離狀態(tài)；當(dāng)檔位桿回位時(shí)，連接桿向右移動，其后離合器內(nèi)壓板和摩擦盤接合，離合器處于接合狀態(tài)。該離合器控制結(jié)構(gòu)參照汽車離合器連接方式，檔位桿和手扶拖拉機(jī)剎車線連接。
C
A B
圖3-9 離合器控制連接圖
2）機(jī)具的轉(zhuǎn)向
該機(jī)在車輪與行走輪軸連接位置安裝摩擦離合器，實(shí)現(xiàn)該機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，握緊要轉(zhuǎn)向的那一側(cè)的手扶桿上的轉(zhuǎn)向手把，使該側(cè)離合器分離，切斷其驅(qū)動力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。另外需要注意的是，應(yīng)該盡量避免起步時(shí)候和下坡的轉(zhuǎn)向。
第4章 切莖裝置設(shè)計(jì)
4.1切莖裝置總述
切莖裝置是一個組合結(jié)構(gòu)，如圖4-1所示，實(shí)現(xiàn)大蒜稈莖的扶起和對大蒜稈莖的切斷功能。它是由柴油機(jī)提供轉(zhuǎn)速，傳給皮帶輪3，再通過皮帶輪2傳遞給齒輪殼1，齒輪殼1內(nèi)有一對錐齒輪，實(shí)現(xiàn)變向過程，然后傳給刀具桿上的刀具，高速旋轉(zhuǎn)，切斷蒜桿。扶禾稈5是大蒜收獲機(jī)行走時(shí)，對倒地的蒜苗扶起，并對其行程一個夾持力，便于刀具的切徑。限深及導(dǎo)向輪8在機(jī)具在行走時(shí)控制其方向和入土深度。
當(dāng)卸下切莖裝置時(shí)，該機(jī)還可以收獲土豆，花生等農(nóng)作物，同樣滿足其收獲的農(nóng)藝環(huán)節(jié)。切莖裝置用螺釘和整機(jī)機(jī)架連接，便于固定和拆卸方便。
1 2 3 4
5 6 7 8
圖4-1 切莖裝置
1.齒輪殼 2.皮帶3.皮帶輪4.機(jī)架
5.扶禾稈6.刀具7.刀具桿8.限深輪
4.2刀具的形狀以及參數(shù)
在錐齒輪殼內(nèi)有一對傳動比為1的錐齒輪，把動力源提供的轉(zhuǎn)速改變方向。切莖位置有三把刀具，刀具如圖4-2所示，旋轉(zhuǎn)刀具切斷大蒜稈莖，三道刀具工作增寬作業(yè)幅度。該刀具采用W18Gr4V ，這種原材料是在鹽浴爐或箱式爐中加熱到1200～1275℃然后油冷，用540～570的溫度回火，硬度HRC不小于63。適合做高速旋轉(zhuǎn)的工具鋼 [20] 。
刀具小圓直徑 D1=100mm
刀尖直徑 D2=190mm
刀具厚度 H=6mm
所以，刀具轉(zhuǎn)速ω=2πn=14444r/min 圖4-2 刀具
而刀具功率P=9.7kw
所以，刀具轉(zhuǎn)矩為T=9.55=4.03N
該刀具片刃使用5片可以形成不對稱的一個合理的力學(xué)動力,當(dāng)單片葉片不具備動力勢能時(shí),其他的雙片片處于勢能狀態(tài),雙片勢能葉片自然可以輕松帶動一片暫時(shí)不具備勢能葉片,可以節(jié)省能量，并且提高工作效率。
4.3限深輪
安裝在切莖裝置上的行走輪有限深作用。其結(jié)構(gòu)如圖4-3所示，切莖裝置在行走時(shí)，該輪在土壤上行走，控制其后的挖掘鏟陷入土中深度。其結(jié)構(gòu)上部配合軸承安裝在機(jī)架上，其支架能夠在動載或者靜載中水平360度旋轉(zhuǎn)，在收獲機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)能自由旋轉(zhuǎn)。
圖4-3限深輪
限深輪離地面的高度可以調(diào)整，通過移動上下兩個桿孔位置對齊，來調(diào)整其高度限深輪離地面的高度，然后用螺釘緊固如圖4-4所示。
圖4-4 升降孔位
4.4扶禾稈
在機(jī)具前端部位的機(jī)構(gòu)是扶禾稈。其作用是機(jī)具行進(jìn)時(shí)扶起倒伏蒜莖，并對高于土壤的大蒜莖上部行程一個夾持力，平衡刀具切莖時(shí)大蒜的泥土阻力，有便于大蒜的切莖。其結(jié)構(gòu)為圓形柵條，向下彎折，減少泥土擁堵阻力。另外其在于大蒜上部，不會對大蒜有損傷。
4.5清理裝置
機(jī)具在行進(jìn)時(shí)，工作順序是先對大蒜秧苗的切斷，再起蒜，那么就會遇到蒜秧在機(jī)具的刀具位置堆積以及收蒜時(shí)有蒜秧混入的情況，為了解決這一問題。設(shè)計(jì)了其清理裝置：在切莖刀具桿上安裝粉碎刀具，對蒜秧進(jìn)行粉碎，即使個別蒜秧沒有被粉碎，因?yàn)榈毒咝D(zhuǎn)不會堆積在收獲機(jī)前面，粉碎后的蒜秧在經(jīng)過后面的傳輸抖動裝置時(shí)，會掉落到地上，不會收集到收集框內(nèi)。該刀具結(jié)構(gòu)如圖4-5所示
圖4-5 粉碎刀具
此結(jié)構(gòu)裝置也是本次設(shè)計(jì)的一個創(chuàng)新點(diǎn)，把蒜秧粉碎到地里，作為后續(xù)農(nóng)作物的肥料，合理性和可行性都很高。
4.6切莖裝置的傳動
把柴油機(jī)提供的動力經(jīng)皮帶輪和轉(zhuǎn)軸傳到齒輪殼，齒輪殼內(nèi)的一對錐齒輪實(shí)行傳遞的轉(zhuǎn)向但不變速，再傳給刀具桿，其上刀具高速旋轉(zhuǎn)先切斷蒜秧、后粉碎蒜秧。錐齒輪圖4-6為:
其主要參數(shù)為：M=2 D=60mm B=20mm α=20°
傳動比λ =1
刀具轉(zhuǎn)速n=2300r/min
圖4-6 錐齒輪
此錐齒輪選用標(biāo)準(zhǔn)件。
第5章 起蒜和蒜土分離裝置設(shè)計(jì)
5.1起蒜裝置
1）挖掘鏟選用
挖掘鏟的任務(wù)是以帶最少的泥土量挖掘大蒜，并使土壤松碎，把大蒜送到其后的分離裝置上，并要求其所受阻力小，減少能量損失。用于該大蒜收獲機(jī)的可以使用平面鏟和曲面鏟，下面提供兩種方案對比。
方案一：
本方案選用三角平面鏟。三角平面鏟如圖5-1所示，三角平面鏟外形是三角形，鏟面平整，作業(yè)時(shí)由鏟柄推向土壤中，破土并取蒜，所受阻力小。
圖5-1 三角平面鏟
方案二：
本方案選用曲面鏟。曲面鏟的鏟面分為凹和凸性，增加了挖掘面積，泥土也很容易掉落。一般使用在有運(yùn)動軌跡的挖掘機(jī)上。圖5-2所示的是凹面鏟。
圖5-2 凹面鏟
參考土豆、花生等作物的收獲機(jī)，三角平面鏟用的最為廣泛，曲面鏟應(yīng)用相對較少?？紤]整機(jī)的作業(yè)時(shí)，工作阻力比較大，能量損失也比較大，為了減少不必要的功率損失，減少其他阻力，故選擇方案一，使用三角平面鏟。
經(jīng)過以上的思考，并且其他結(jié)構(gòu)已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，所以本次設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)成型，下面具體介紹大蒜收獲機(jī)的各個裝置。
2）挖掘鏟的參數(shù)確定
在方案選擇時(shí)分析了挖掘鏟的選用。該三角平面鏟鏟主要的參數(shù)包括鏟的形狀斜角γ，工作角度α以及其寬度B。鏟工作角度α越小，鏟的運(yùn)行阻力也就越小，其值應(yīng)該小于22°，所以選α=18°；鏟寬B=110mm；鏟高H=80mm，為了保證鏟的清理能力，鏟的形狀斜角γ的大小應(yīng)該滿足不等式（2-1）：
90°-γ>φ （5-1）
其中，φ為土壤對鏟刃的摩擦角，大多數(shù)取27°~35°，
所以選γ=80°。
5.2蒜土分離置
蒜土分離裝置用傳輸抖動實(shí)現(xiàn)，傳輸鏈形狀如圖7-1所示。傳輸抖動裝置由桿條、鏈條和凸輪構(gòu)成。在傳輸鏈的中部位置，設(shè)計(jì)一個偏心抖動輪，緊靠輸送鏈條的上邊的底部位置。抖動輪以固定速度轉(zhuǎn)動，其最高點(diǎn)以不規(guī)則圓周運(yùn)動，鏈條隨著抖動輪發(fā)生周期性變化，從而抖動傳輸鏈抖掉泥土。
抖動輪設(shè)計(jì)為凸輪，凸輪抖動輪工作性質(zhì)比較溫和，產(chǎn)生的沖擊力小，工作穩(wěn)定。抖動輪及傳輸鏈條位置如圖5-3所示。兩邊鏈條都有凸輪，兩凸輪之間有一連接稈，使其同步運(yùn)動。傳輸鏈有規(guī)律的運(yùn)動，不會兩邊抖動不同。
1 2
圖5-3傳輸鏈
1.鏈條 2.凸輪
另外，在傳輸鏈末端有收集大蒜的裝置，大蒜在傳輸鏈上直接送至收集網(wǎng)袋中。完成其自動收集。
5.3挖掘鏟部位輔助裝置
挖掘鏟輔助裝置。其作用是便于大蒜頭全部的運(yùn)到傳輸鏈上，不掉蒜頭，避免人工的再撿拾。位于機(jī)具同挖掘鏟徑向位置，在機(jī)具旁邊，設(shè)計(jì)為柵條形狀。
第6章 行走輪及其軸的校核
6.1行走輪
行走輪使用橡膠輪胎,支撐整個機(jī)具的多數(shù)重量在土壤上運(yùn)行，所以其承受能力要求強(qiáng)。因?yàn)榇笏馐斋@機(jī)行走速度不快，并且路況不好，載荷性能要求苛刻，所以機(jī)具行駛和牽引性能要求都很高，所以采用橡膠輪胎能，具體為人字花紋農(nóng)用機(jī)械輪胎。輪胎直徑68cm，輪胎最低點(diǎn)低于地面6cm。
6.2行走輪軸的校核
軸根據(jù)承受載荷的不同，分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸 [22] 。 轉(zhuǎn)軸既傳動轉(zhuǎn)矩又承受彎矩；傳動軸只傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩或彎矩很?。恍妮S則只承受彎矩而不傳動轉(zhuǎn)矩，心軸又分為傳動心軸和固定心軸。本次設(shè)計(jì)的大蒜收獲機(jī)行走輪的軸應(yīng)屬于轉(zhuǎn)軸，給行走輪傳遞轉(zhuǎn)矩和支撐整個機(jī)具行走。多數(shù)情況下，軸的工作能力取決于軸的強(qiáng)度，做強(qiáng)度計(jì)算，以防止檢驗(yàn)斷裂和塑性變形。行走輪軸承受機(jī)具的大部分重量，并且承受行走時(shí)的阻力，軸的強(qiáng)度要求很大。需要特別對軸進(jìn)行理論計(jì)算和校核。
軸的設(shè)計(jì)是滿足軸的強(qiáng)度要求為準(zhǔn)則，考慮其合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——保證軸上零件有可靠的工作位置，裝配、拆卸方便，便于軸上零件的調(diào)整。由于軸系部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，先簡化成力學(xué)模型，再進(jìn)行計(jì)算。軸的設(shè)計(jì)計(jì)算中，當(dāng)載荷在零件上分布的長度小于軸長度時(shí)，集中載荷被替代成為分布載荷，其載荷上面作用點(diǎn)取軸輪轂寬度的中點(diǎn)，并且不考慮軸與軸上的零件自身重量，軸上支反力作用點(diǎn)的位置處理為鉸支座。但是在本次設(shè)計(jì)中，載荷在軸上的分布長度相對于軸的長度來說比較大，不能集中載荷來代替分布載荷。
裝置中軸的受力是其機(jī)具的重量整個大蒜收獲機(jī)重量以發(fā)動機(jī)和減速箱為主，并且承受轉(zhuǎn)矩。對于同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩的軸，可根據(jù)轉(zhuǎn)矩和彎矩的合成強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)機(jī)具作業(yè)是所受阻力過大，下面進(jìn)行機(jī)具作業(yè)時(shí)，軸的校核。
1）按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算
根據(jù)其工作情況，簡化軸的結(jié)構(gòu)圖。其材料采用45鋼，調(diào)質(zhì)熱處理工藝。45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼,冷熱加工性能都不錯,機(jī)械性能較好，45鋼調(diào)質(zhì)件淬火后的硬度應(yīng)該達(dá)到HRC56~59不能低于HRC48。
（1）做出軸的計(jì)算簡圖
軸上受的載荷是從軸上零件傳來的。計(jì)算時(shí)，將軸上分布載荷簡化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。其計(jì)算簡圖如圖6-1所示，F(xiàn)為機(jī)具行走時(shí)所受阻力，查閱資料其公式為：
2F=F1+F2+9.8m （6-1）
F1=9.8fm=9.8×0.3×180N=529.2N （6-2）
F2= s·L·υ·tg (α+φ) +ks
=0.048 ×0.35×1900×9.8 ×tg (20°+30°)+24×0.048
=93.28N （6-3）
2F= F1+F2+