聯合花生收獲機設計與實現,聯合花生收獲機設計與實現,聯合,花生,收獲,收成,設計,實現 摘要 小型聯合型花生收獲機將兩壟花生的藤、莢果和土壤同時犁起，在聯合收獲系統的作業(yè)下，將實現土壤的粉碎、果與藤的分離，在經過清選部件之后，實現花生的完整收獲。完整的收獲過程為：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。 根據花生生長的特點和收獲技術的要求，小型花生聯合收獲機具有系統結構精確緊密、機器重量較輕、分離性能好的特點。采用八面碎土齒，首次破碎土壤塊時便可使土壤破碎率達75%以上，再經過二次粉碎后，可實現土壤的完全細化?；ㄉv果被五個拋土輪從土壤中分離出來，摘果刀的刀刃將花生藤與莢果實分離，被傳輸輪拾取的藤條被收集，由機尾的出藤口排出?；ㄉ蛛x清選出后的果實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、轉運儲存。 由于設計的機械系統較為精簡，機器的造價成本的低廉，該花生聯合收獲機械適合小型家庭農場化的花生種植收獲的農業(yè)生產，其作業(yè)效率與以往的人工采收相比有了顯著的提升。 關鍵詞：聯合收獲；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 3 1.2花生的主要收獲方式 4 1.3國內花生收獲機械發(fā)展研究概況 6 1.4 論文主要研究內容 9 2 收獲機系統總體方案 10 2.1結構總體設計原則 10 2.2 花生收獲機總系統的確定 11 3 配套動力 13 3.1 花生收獲機主要工作參數 13 3.2配套拖拉機的選擇 13 3.2.1工作效率的簡單計算 14 4 超精型聯合花生收獲機總體結構與工作原理的設計 15 4.1國內常見的兩種花生收獲機原理的分析 15 4.2 確定聯合花生收獲機結構與原理 16 5 相關零部件的結構設計與計算 19 5.1 具體機架結構和制造要求 19 5.1.1 機架的生產要求 19 5.2 莢果采摘刀的設計 21 5.3 碎土齒輪的外形及功能要求 22 5.4 擋果蓋板結構和簡易要求 23 5.5 起耕刀的結構設計 24 5.5.1 起耕刀耕犁時的角度分析 24 5.5.2 起耕刀刀具面的寬度計算 26 6 碎土輪鏈相關參數的計算 27 6.1.計算傳動鏈輪的相關參數 27 6.2鏈輪傳動的功率Pca 27 6.3傳動鏈條的鏈接數Lp 27 6.4計算傳動鏈條的鏈條節(jié)距P 28 6.5計算傳動鏈長L及鏈條中心距a 28 6.6由相關傳動鏈條來設計傳動鏈輪： 29 6.6.1小鏈輪的計算 29 6.6.2大鏈輪的計算： 30 6.7 分土輪軸的設計與校驗 31 7 其他部分零件的簡要說明及技術要求 33 7.1、拔禾器的設計 33 7.2、拔禾輪的作用 33 7.3、上壓藤板的設計 33 7.4、輸藤帶的設計及要求 34 7.5、夾、壓藤板的設計及配置 34 7.6、果篩的設計 34 結論 35 致謝 36 參考文獻 37 38 1緒論 1.1花生種植的分布及種類 花生是一種中國重要的外匯經濟出口的油料作物，而且作為中國人最容易獲得的堅果類食物，出現在許多地方的傳統食品制作過程中，是中國人攝取非動物性油脂的來源之一。在中國的主要生產地區(qū)是遼寧，山西，山東，江蘇，河南，河北等地?；ㄉ菄H油料貿易中位列第二位的作物。據統計，二十世紀六十年代，世界花生生產面積約2.55億畝，產量約56.5公斤每畝，1970年代約2.85億公頃。20世紀60年代，世界花生總產量約為150億公斤，20世紀80年代后半期產量增加到190億公斤，創(chuàng)下了世界生產紀錄。作為傳統作物，花生是在中國最具國際競爭力的優(yōu)質油料作物，和大豆、油菜籽一起構成三大食用油原料。近年來,由于國家政策支持全國花生播種面積一直穩(wěn)定在7000萬畝左右,居全球第二位;總產量1600多萬噸,居世界第一位。近些年來,隨著國家對農業(yè)資金及先關種植技術支持的不斷加大，加上花生的價格總體小幅上漲，導致花生的種植面積及規(guī)模不斷擴大,花生收獲方式也由傳統的人畜力收獲不斷的向自農機動化不斷邁進。依靠對花生藤蔓生長狀態(tài)的分類，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，除主莖外的花生枝條匍匐在地上，兩根莖葉不易分枝，生長周期長；收獲期花生莢果易落，產量高但收獲時容易大量漏角。直生蔓型的花生副枝與主直莖之間的相對角度較小，約為30°～40°，因此花生藤蔓的生長密集緊湊，莢果不易掉落，收獲時作業(yè)相對簡單不用考慮大量漏角問題；其次由于擁有可以大密度種植、早熟、單顆植株產量高的優(yōu)勢，所以直生蔓型花生十分適合機械化收獲。半生蔓型的花生主直莖與副莖之間的相對角度大概是45°，優(yōu)點與直生蔓型花生相近。因此花生的直生蔓、半生蔓型是機器收獲的理想品種，取代匍匐蔓生型品種已成事實。 在種植花生時通常采用的直線行距是40~50cm，種植后花生莢果的分布范圍大約是一個直徑為40cm的圓形區(qū)域。 在查閱花生聯合收獲機的相關技術要求后得知，國內聯合花生收獲機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小于總重量的25%，且莢果的破損率要低于3%，還要進行及時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。 在中國國內，長期以來花生的栽植、采收和花生的深加工的過程中存在著使用大量人工完成地工序，在繁重的勞動中，僅花生的采收就占到了整個花生生產過程的13以上且所使用的費用也超過了生產成本的50%。以是，用聯合機械采收花生取代傳統的人畜結合或半機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加工的時間，間接的減少了農民因采收不及時造成的果實霉變發(fā)芽、花生價格波動造成的損失。所以說在國內發(fā)展聯合花生的收獲機械具有重大的經濟效益和遠大前景。 隨著世界花生產業(yè)的不斷發(fā)展升級，對于花生產品質量要求也越來越高，傳統的人工完成花生生產的方式己經不能達到現代化花生生產的需求。機械化生產作為現代農業(yè)發(fā)展的重要標志，已經普及到多個方面。在花生生產的各個環(huán)節(jié)運用機械化技術將會大大改善花生生產各階段的作業(yè)質量?；ㄉ斋@是花生的重要環(huán)節(jié)，用工量占總生產過程的33%以上?；ㄉ斋@過程的好壞直接影響后續(xù)作業(yè)(摘果、脫殼等)質量的優(yōu)劣。然而，我國現階段花生收獲機械化與花生生產結構不適應，花生收獲機械化水平低，以人工收獲為主，機械化分段收獲為輔，總體機械化水平不足18.02%，機械化聯合收獲幾乎還是空白，人工收獲勞動強度大、耗用農時多、收獲效率低下，導致花生生產成本高、效益低，嚴重影響了農民種植花生的積極性，己成為該行業(yè)生產發(fā)展與產業(yè)成長的主要“瓶頸”。近年來，隨著我國經濟發(fā)展速度加快，城鎮(zhèn)化進程的不斷提高，農村勞動力短缺問題愈發(fā)突出，花生生產依靠成熟的機械化技術，成為迫切需求。 1.2花生的主要收獲方式 在花生收獲的過程中，通常依據自己種植的花生品種、規(guī)模及土地情況來選擇匹配符合功能要求的農用機械產品。由于國內小型聯合花生收獲機發(fā)展的不成熟，在以家庭農場為規(guī)模的種植中往往采用不同的農用機械實現不同的采收步驟。在這個過程中一般是人力與機械相結合的方式。而大中型專植花生的農場使用的多為進口聯合收獲機械，前期投入太大，不符合我國廣大農村的實際生產情況。 當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程分為不同環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)采用不同機械進行作業(yè)，最終完成花生的收獲。主要作業(yè)機械有花生起收機、花生復收機、莢果采摘機等。典型的分段收獲模式如圖1-1： 圖1-1分段收獲模式圖 （2）聯合式收獲：聯合收獲是指由不同機械裝置組成的聯合機械系統在一次生產作業(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，最后的果實收集等全部作業(yè)。按摘果時喂入方式的不同，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，將其花生的轉向植株頂部。條鋪于田間進行晾曬，待晾曬至含水率達到撿拾摘果要求時再由帶撿拾器的花生聯合收獲裝置完成撿拾、摘果等作業(yè)。 在花生植株挖掘時大量使用花生挖掘鏟挖出花生秧蔓，由于挖掘鏟只是簡單的犁型構件，所以需要由畜力或者拖拉機械等提供翻土的動力。挖掘鏟切下主要根，該鏟進入土壤約10厘米，使花生沿挖掘鏟輔助段從地下伸出。同時，鏟斗在鏟斗的后部設有縱向布置的柵條，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去除，造成工人勞動量加大。 花生莢果采摘機是一種將花生果實從秧蔓上完整采摘的機械裝置?；ㄉv果采摘機在國內主要分為兩類，其中一類是機械系統節(jié)構由帶錐齒的滾筒和帶風扇的凹板篩結合的夠成莢果采摘機，由旋轉的錐齒摘下莢果，在經過風扇和凹形漏板篩的去出雜質之后落入集果裝置中；另一類是使用一對帶釘齒的相對旋轉的滾筒，當秧蔓通過兩個相對旋轉的滾筒時釘齒將花生脫離，脫落下來的花生果實會在振動篩上，在風扇產生的氣流作用下，吹出果實間的葉片斷蔓等雜物。 1.3國內花生收獲機械發(fā)展研究概況 表 1-3作物機械化比較表 20世紀60年代，國內才開始研制與推廣花生收獲機械化，由于起步較晚改革開放前期不受重視，所以造成花生收獲機械的發(fā)展緩慢。相對于受到重視的小麥和水稻種植的機械化發(fā)展差距較大，具體機械化占比如表1-3所示。這樣低下的機械化水平極大的影響了花生收獲的效率，制約了我國花生產業(yè)的發(fā)展。 作物名稱 機械化比例 水稻 56.69% 花生 18.2% 小麥 86.07% 當前，我國大部分地區(qū)仍以人工畜力結合的方式為主收獲花生;部分經濟發(fā)達種植規(guī)?；牡貐^(qū)多使用半機械化，花生的收獲分為多個步驟，不同收獲階段采用不同機械與人工相結合的方法采收，浪費大量人力物力并且與聯合花生收獲機械相比收獲時間較長。往往造成花生得不到及時晾曬而霉變發(fā)芽，引起不必要的損失。在我國花生聯合收獲機械正處于研制階段，技術不完善，成本較高，實際作業(yè)受到地域的限制、栽培方式以及其他因素的影響，未達到理想作業(yè)效果。而從國外引進的花生收獲機型則由于價格昂貴，不符合中國國情或經濟效益低，受到中國花生種植方式、種植面積的影響，作業(yè)效果較差原因，在中國沒有形成市場，致使中國的花生收獲機械化發(fā)展緩慢.與世界發(fā)達國家相比差距較大。 在國內市場上大量使用的花生收獲機器有：花生挖掘犁，花生莢果采收機，花生采摘清選機，花生聯合收獲機等。 （1）圖1-4花生挖掘犁：結構相對簡單，只是把根莖和果實從土壤中挖掘出來，之后由農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，所以滿足不了各個環(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。主要機型和性能參數表格所示： 表1-5 花生挖掘機參數 型號 2H-型 4H-800型 4HW-65D型 4H-2型 配套動力 東風50型拖拉 機 東方紅354 鐵牛55型拖拉 機 泰山12型拖拉 機 形式 后懸掛 后懸掛 后懸掛 后懸掛 作業(yè)行數 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 目前我國已研制出2H-1型、2H-2型等多種型號的花生挖掘機械，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：配套的花生收獲機械起步晚，結構較為復雜，技術不成熟，市面上相對機型較少，相對功能單一發(fā)展進度較慢。 （4）花生摘果機：將已經在田間晾曬過的帶蔓花生進行分離與清選。不能實現挖掘與碎土，但機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。一般根據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 圖1-8半喂式花生摘果機 （5）花生聯合收獲機：中國的聯合花生收獲機研發(fā)相對時間較晚，基于對先進國家的花生聯合收獲機基礎上消化吸收，技術還有待于完善，目前尚處于樣機研制階段，至今都沒有一個滿意的科技成果，離實際應用還有一定距離。我國研制的花生聯合收獲機主要采用挖撥組合式工作原理。主要的生產機型有:南京農機化研究所4HLJ-8型型花生聯合收獲機;青島宏盛汽車配件公司生產的2HL-A花生收獲機;青島萬農達4HBL-4A型花生聯合收獲機。 圖1-10 4HLJ-8型聯合花生收獲機 圖1-11 4HBL-4A型聯合花生收獲機 1.4 論文主要研究內容 本設計是對已經開發(fā)設計的聯合收獲系統模型的基礎上進行改進，根據花生植株的實際種植生長狀況，參考了其他花生收獲設備的作業(yè)原理，并使用皮帶作為動力源與收獲機之間的能量傳輸媒介。在收獲機內部采用多級齒輪變速箱實現相關果藤運送裝置的動力傳輸并為碎土輪提供動力，變速箱的采用大大提升了收獲機的作業(yè)效率。簡潔動力系統的設計不僅節(jié)省了機械的內部空間，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獲取穩(wěn)定充足的動力。在收獲機的作業(yè)下，花生同時實現莢果與秧蔓、莢果與土壤的分離，再通過濾果篩之后實現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程。 本設計側重于聯合花生收獲機的整體設計，針對相關的數據要求，最后選擇了兩壟起收的設計方案，并設計介紹了主要部分的組件。這里不再贅述。 ⑴、適合農村實際的生產需要 家庭聯產承包責任制是我國廣大農村的基本經濟體制，按家庭包產到戶分散經營。往往種植作物規(guī)模面積不大、不集中，所以采用的農用牽引力機械以中小型拖拉機為主。這些拖拉機具有更好的牽引力和附著力、簡易的操作性和較強的越野性能，可用于多種多樣地形的穩(wěn)定工作行駛，受到廣大農民朋友的喜愛。因此本設計的配套動力源將采用中小型拖拉機。 ⑵、適用于國內大部分地區(qū)花生種植實際情況 國內花生種植面積大、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)境復雜，采用的種植方式也不夠規(guī)范，不適用于規(guī)?；墒?。本設計充分考慮此種情況，減小收獲機械的體積重量且設計了可調的起耕刀具結構，用來用來適應不同環(huán)境下花生的收獲。 ⑶、收獲機的相關收獲標準及作業(yè)參數 表1-11花生收獲機配套動力 小型聯合花生收獲機的農業(yè)部推廣標準如表1-11所示，本設計的花生收獲機的收獲標準及作業(yè)參數應符合國家農業(yè)部的相關要求。 項目 指標 動力源（小型四輪拖拉機，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 收獲機系統總體方案 種植的花生與土豆、紅薯等果實都在土壤中的作物相比，其每株植株上的莢果多且較小。同時花生收獲機械在犁耕翻起植株的效果會受到土地情況的影響，所以在選擇方案時應考慮不同的地面土壤情況對采收效率的影響。 花生作為深根系作物之一，對土壤的通氣性等要求較高，生長環(huán)境沙壤土或沙土的最為適宜，我國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)勢是密植合理，保證田間通風采光，是花生得到高產的必要條件。為一壟一行的種植模式，行距為550mm，株距為160mm。適應大部分地區(qū)的種植實際情況。圖2-1為花生種植情況的簡圖。 圖2-1花生壟結構圖 2.1結構總體設計原則 （1）、設計清晰明了 實現收獲機相應功能的結構應該能夠清楚可靠地完成每個花生的收獲步驟，并能達到花生收獲機的預期收獲指標。應該有的功能結構不能重復或者遺漏。 花生收獲機一般用于中小型家庭農場。設計花生收獲機的相關功能部件時應充分考慮外部環(huán)境，以此來決定部件的外觀形狀和具體的工作尺寸，并在部件制造的材料上多加考量，充分保證機械的使用功能和壽命。 在機構的相關功能部件確定后，事實考慮相關構件間的動力和信息傳遞問題。在設計考慮總體環(huán)境的情況下，合理的設計機械的傳動系統和操控系統。 （2）、設計簡潔精煉 在功能不遺漏的前提下，所設計的部件結構盡可能的簡潔，在最大程度上減少復雜零件的使用數量。并且在設計部件時要考慮能否批量生產的問題，安裝測試難易程度的問題。 （3）、設計安全穩(wěn)定 在花生收獲機械的正常使用壽命內，當機械正常作業(yè)時，花生收獲機的傳動軸、鏟刀、傳送帶等主要功能部件，無損傷、使用變形造成的功能結構不穩(wěn)，出現收獲機械的結構故障。 不同結構構成的總系統穩(wěn)定性要高，在使用壽命內花生收獲機能正常工作，收獲的花生莢果滿足設計的工藝要求，不應存在總系統結構的不穩(wěn)定而造成機器的過早報廢。 2.2 花生收獲機總系統的確定 遵循相關國家農用機械標準，參考已有的花生收獲機型的工作原理且在咨詢導師的情況下，設計出了聯合花生收獲機的重要結構部件。再結合國內花生種植的實際情況下，設計出一種小型聯合花生收獲機械。它要滿足在不同土壤、不同種植方式情況下的花生高效收獲的要求，并且結構應盡量精簡、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 花生收獲機系統簡圖 方案2：如圖2-3所示。 圖2-3 花生收獲機系統簡圖 比較兩種系統設計，不同之處在于莢果采摘完成之后，藤的排出方向不同，造成這種結果的原因是兩種系統中輸送藤蔓的結構不同。方案一中的結構較為簡潔，生產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題。方案二提供的系統有以下優(yōu)點，莢果與藤蔓能完整分離，摘果刀片位置設計合理；輸藤系統設計合理，不會造成藤蔓堵塞；結構簡單、系統部件配位合理。經過充分考慮，在導師的建議下，最終選擇了方案二提供的系統。 花生在收獲過程中的存在的主要問題是漏角和碎土、摘果過程中果實的破碎。漏角就是花生的不完整收獲，許多果實依然埋藏在土中，所以在設計時應充分考慮實際情況，挖掘裝置的挖掘深度必須足夠深。在本設計中設計有挖掘鏟刀的鏟高調節(jié)裝置，用以在不同情況下對鏟刀挖掘的深度進行調節(jié)，解決花生收獲時的漏角問題。本設計也充分考慮碎土和摘果過程中存在的問題，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題。下文有詳細的介紹，這里不再贅述。 3 配套動力 3.1 花生收獲機主要工作參數 查閱相關資料得知收獲相關參數。 ⑴、起耕的深度 一般情況下花生果實在地底100~120mm深度，為保證花生的不漏耕，不落果，將起耕的深度設定在150mm。 ⑵、作業(yè)行數的選定 隨著花生種植技術的發(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，所以本設計的選擇作業(yè)行數為2行。 ⑶、作業(yè)速度 由于前進速度與挖掘鏟所受到的阻力成正比關系，速度越快，所受到的阻力越大，拖拉機提供的牽引力越小，因此綜合考慮初定速度為1.2~ 1. 5 km/h。 3.2配套拖拉機的選擇 配套拖拉機：動力為12馬力的東風-12手扶拖拉機，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-12 手扶拖拉機 表3-2 柴油機參數 東風-12 手扶拖拉機柴油機參數 型號 功率 轉速 重量 S195 8.8kw 2000r/min 145kg 東風-12手扶拖拉機的可選工作速度有：1.4km/h，2.5km/h，4.1km/h。根據實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工作效率的簡單計算 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 每畝地中機車的行駛長度為: l=65×25.82=1678m （3-3） 故，工作效率為： n=1678/1400=2.4畝/小時 （3-4） 本設計的花生收獲機的理論工作效率要達到2.4畝/小時。 4 超精型聯合花生收獲機總體結構與工作原理的設計 4.1國內常見的兩種花生收獲機原理的分析 當前國內常見的花生收獲機械種類豐富多樣。依據國家標準判定，根據花生收獲過程的完成度將花生收獲機械分為三種：第一種是單純的花生挖掘機械，如花生挖掘犁、花生挖掘機等，這類機械功能單一只能將花生植株從土壤中翻犁出來；第二種是花生收獲機，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；第三種是花生聯合收獲機，由牽引機械提供動力，能完整的完成花生的全部收獲過程。落入集果箱中的花生果清潔度高，可以直接進入晾曬過程，是功能最完備的花生收獲機械。 （1)、4H-2型花生收獲機的構造與工作原理 4H-2型花生收獲機如圖4-1所示，該機械使用擺動的挖掘機構，挖掘功能與分離功能集合在一個部件上，植株挖掘、莢果采摘、花生藤蔓的排出全部由一個工作部件完成，其優(yōu)點是功耗低、結構緊湊。如圖所示，4H-2型花生收獲機的結構如下，其工作原理和過程為:拖拉機的后部將懸掛整套花生收獲系統，拖拉機的動力輸出軸傳送出動力，由于平行四邊形反向機構和曲柄翻轉機構的存在，兩個擺動工作部件將實現在相同的頻率下以相反的方向往復擺動。工作部件的運動步調協調一致，受到的側向力可以保持平衡。實際上挖掘機構挖掘出花生植株后，植株通過扇形擺動分離網將莢果與土壤分開。與此同時，花生藤蔓通過傳輸輪向后拋送并整齊排列在土地上。 圖4-1 4H-2 型花生收獲機結構簡圖 （2）小型鏟輥式花生收起裝置 如圖4-2所示，由機架、挖掘鏟、傳動裝置、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，裝置由拖拉機牽引前進，由于地輪軸上裝有鏈輪，當地輪運動行走時地輪轉動將帶動鏈輪轉動，動力由鏈傳動傳遞給II軸，同理機器另一側通過鏈傳動把動力傳遞給II軸、III軸，去土輸送裝置在運動軸的帶動下開始運轉，為了避免花生植株輸送過程中造成花生秧的堵塞，將不同輥輪的轉速逐級遞增，挖掘鏟用特定的角度和入土深度，切斷花生的主根，隨著拖拉機的牽引前進，花生植株在傳動軸的帶動下沿導向柵條帶到機器后方，最終運送到去土輸送裝置，在去土輥的相互運動的作用下，花生植株根部的泥土被粉碎去除，花生植株向后運送最終被依次鋪放在地面上，花生起收完成。 1、挖掘鏟 2、導向柵條 3、地輪 4、Ⅰ軸鏈輪 5、Ⅰ輥輪 6、Ⅱ輥輪 7、過輪 8、機架 9、Ⅲ輥輪 10、鏈條 11、主動鏈輪 12、牽引架 圖4-2 小型鏟輥式花生收起裝置結構 4.2 確定聯合花生收獲機結構與原理 通過比較兩種收獲機，由于4H-2型的挖掘機構采用擺動形式的挖掘部件，所以花生收獲機的犁土性能良好，犁出的花生植株上沒有巨大的土塊，花生莢果的收獲率顯著提高。由于結相關結構間預留間隙大，所以不會被未及時清理的花生植株堵塞，機器的穩(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，方面后期對秧蔓的收集處理。4H-2型花生收獲機結構設計合理、工作效率高與工作穩(wěn)定等優(yōu)點。 小型鏟輥式花生收起裝置主要有如下優(yōu)點: (1)、擁有的去土輸送裝置和齒桿組合形式做到可以調節(jié)，擁有四排或六排的不同組合形式，可根據實際花生植株疏密程度自由選擇。 (2)、花生秧蔓的運送角度可調節(jié)，固定輸送輪組的角鋼斜拉在橫向機架上，可以通過調節(jié)斜拉長度對升運角度進行調節(jié)。 (3)、通過調節(jié)連接螺栓來調整挖掘鏟挖掘的角度和深度。 結合兩者優(yōu)點，設計超精型聯合花生收獲機結構圖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 聯合花生收獲機結構簡圖 聯合花生收獲機系統原理分析： 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送到碎土系統中，在碎土輪上的齒在旋轉力的作用下將土塊打小、打碎，再通過摘果刀摘下花生莢果；在輸帶輪的作用下，花生莢果通過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送下排出收獲機并整齊的排列在田壟上。經過聯合花生收獲機收獲的花生莢果清潔度大于95%，花生幾乎沒有破損的情況出現，無漏角情況且剩余的花生藤蔓上也沒有余留未采摘的果實。設計的聯合收獲機達到預期的收獲效果。 結合東風-12手扶拖拉機的實際動力輸出情況，設計出動力系統，確定其傳輸原理。動力系統原理如圖4-4所示。 1、拖拉機皮帶輪 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 動力系統原理圖 5 相關零部件的結構設計與計算 5.1 具體機架結構和制造要求 鑒于剛挖掘的花生植株帶有大塊泥土，整個植株整體質量較大，如果平行輸送會造成輸送輪受力過大。在參考其他花生收獲機械的機架和查閱相關標準資料之后，綜合考量得出有一定傾角的機架最好，傾斜角度如圖5-1所示。 圖5-1機架側邊結構 5.1.1 機架的生產要求 機架是花生收獲機主要的支撐結構，由于結構的一體性，如果機架出現主要結構的損壞，將會產生高昂的機器維修費用并且維修難度很大、耗時長，嚴重影響生產。為了保證機架的結構強度，機架的生產需要嚴格按照標準的生產流程。 生產完的機架要達到設計工藝要求的剛度標準，不能因為強度過低的原因而在工作過程中出現裂紋甚至斷裂的現象。生產的機架要達到圖紙標注的尺寸，尺寸精度也要滿足公差范圍，不能因為尺寸問題導致機械組裝的不成功或者成功組裝的機械達不到規(guī)定的使用壽命。 由于機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)點有很多，由于焊熔池可見度高，可以采用全自動或半自動機器人焊接，焊接效率可以大幅度提升。焊接完成地焊縫要無殘余焊料，能通過超聲波檢驗沒有裂紋存在。焊接時會產生一氧化碳、硫化物等有毒氣體，所以廠房要空氣流通。因為強風會影響明弧焊接的焊接質量，所以廠房中不能產生強風。 根據設計的規(guī)范要求，查詢相關的焊條參數，比較分析后選擇型號為E4323的焊條。此種焊條鈦鉀元素含量高，焊接時產生的焊弧無跳動；焊接完的焊縫質量高，無氣泡、裂紋，是焊接薄板型低碳鋼、角鋼的優(yōu)質焊條。 圖5-2機架具體正視結構 圖5-3機架俯視結構 5.2 莢果采摘刀的設計 圖5-4莢果采摘刀結構簡圖 在莢果采摘刀具設計之前，應充分考慮花生植株在土壤中的生長情況并考慮到起耕以后花生植株在機械內部的位置狀態(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。刀尖后部的流線型弧度設計，有效的減少了土壤對刀具產生的阻力，使土壤能夠順利的送入到碎土機構中。由于摘果刀具的存在，減小了土塊密度，土壤在進入碎土齒輪之后不會出現堆壓的狀況，大大提升了碎土機構的碎土效率?？紤]到碎土齒輪打碎花生莢果情況的出現，于是預留了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幅度，降低了碎果情況出現。增大摘果刀具的后側曲率是為了達到逐步依次摘果，減小刀具的應力，防止摘果刀具出現彎曲變形。 機架上為摘果刀具預留的安裝長度為380mm。摘果刀具的尖端于整個刀具的中心持平，距離起耕刀具60mm（因為起耕刀具入土深度為80mm）.整個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之后，摘果刀具的制造材料選擇了65號Mn鋼。刀具刀尖部位硬度相對較高，要使用淬火處理，洛氏硬度要達到50~60之間。 5.3 碎土齒輪的外形及功能要求 圖5-5碎土齒輪結構簡圖 碎土齒輪的結構如圖5.3-1所示。碎土齒輪的作業(yè)部位位于起耕刀后方，承擔著最主要的碎土工作，是碎土系統中極其關鍵的零部件。它采用了齒輪距10mm、長度55mm和35度傾斜的八面輪齒設計。由于多組斜齒交叉運動，夾帶莢果的大土塊會被粉碎成細小的土壤，莢果卻不會破碎。再機器的抖動下，大多數泥土會被輸果篩漏出。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，使得碎土機構適用于不同種類的土壤粉碎。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，經過考量90mm的距離為最佳距離，能夠使土塊順利進入碎土機構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力和震動，負責殘余土塊的粉碎和篩選。 5.4 擋果蓋板結構和簡易要求 圖5-6擋果蓋板的結構 為了減少莢果與土壤的任意擴散，擋果蓋板設計為波浪形的弧線。因為波浪弧形的出現不僅能夠幫助增強碎土效果，錯位安裝的部件還能使土塊在慣性力的作用下保持對碎土齒輪地連續(xù)撞擊，加大碎土的力度，使得土壤更細更容易篩除。因為機架存在12度的傾斜，所以擋果蓋板也與水平線形成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 起耕刀的結構設計 圖5-7 起耕刀的結構 起耕刀是花生挖掘功能實現的最重要部件，由于耕犁花生植株與土壤中的沙粒、石子長時間摩擦，是整個花生收獲機械中最易損壞的部件。為了更換刀具的方便，本設計采用了可換的連接結構。起耕刀的兩個端面都做了開刃和倒角處理，有效地減少了對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，極大的延長了起耕刀具的使用壽命。 起耕刀起耕花生植株時并不是將整塊土壤送入采收機，而是在拔禾器和拔禾輪的作用下將已經翻犁出的花生植株從土壤中拔起。這種設計就可以達到減輕碎土機構和清選機構的負荷，提高了莢果的清潔度。 5.5.1 起耕刀耕犁時的角度分析 起耕刀具以不同起耕角度耕犁花生植株時的效果極為不同。當以小角度耕犁時，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；反之當以大角度耕犁時，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口。本設計將對耕犁角度進行分析計算。 我們使用達朗伯公式進行計算： (5-1) 公式 P--耕犁出的花生帶土植株輸送時所受到的力 起耕刀具對上層土壤的作用力； 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起耕刀的摩擦力,是耕犁時花生植株與起耕刀表面的摩擦角度。 公式的簡化結果是： (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。在不同種類的土壤中耕犁時，耕刀以不同角度入土對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，曲線的斜率較小，曲線變化平緩。當的值很大時，曲線斜率很大，曲線變化快速。 圖5.5.1-1 起耕刀角度、阻力、長度的關系 分析圖5.5.1-1還可以得出，相對質量較重的土壤種類比相對質量較輕的種類更容易受到影響。當起耕刀入土角度的值很小時，輸送力P的相反阻力變化不夠明顯。由圖可以看出，當的數值大于26。時，輸送力P的阻力變化顯著，因此起耕刀起耕的角度應該是。 5.5.2 起耕刀刀具面的寬度計算 起耕刀刀面的寬度是由花生具體的種植情況確定，會受到花生種植的壟寬、行距等種植技術參數的影響。國內大部分的起耕刀斷面寬度為40mm~600mm。具體計算公式如下： （5-3） 式中 b——（mm） ——（mm） d——收獲機運行偏差，取d=50~80mm。 由此計算得出B1=45mm。 6 碎土輪鏈相關參數的計算 碎土輪工作時效率比取92%，其功率為： （6-1） （6-2） 通過計算得知，第一組碎土輪受到中等程度的載荷所產生的沖擊。 6.1.計算傳動鏈輪的相關參數 先關資料顯示鏈輪速度?。?~8m/s 小鏈輪取動齒數量： （6-3） 求得傳動鏈輪齒輪齒數為： 6.2鏈輪傳動的功率Pca a2+b2=c2 查詢相關資料可知： （6-4） = = 6.3傳動鏈條的鏈接數Lp 鏈條的中心距離： （6-5） 傳動鏈條鏈節(jié)數的計算： 于是傳動鏈條的節(jié)數： 節(jié) 6.4計算傳動鏈條的鏈條節(jié)距P 查詢相關資料的出： （6-6） 計算結果顯示選用單排傳動鏈。查尋有關表格取得單排鏈條的系數 所以求出傳動鏈條傳送植株需要的功率： （6-7） 傳動小鏈輪 由有關資料取得鏈號08A的單排傳動 所以傳動鏈節(jié)距 P=12.70m 6.5計算傳動鏈長L及鏈條中心距a （6-8） （6-9） 中心距減少量： （6-10） 實際中心距： （6-11） 推薦 取 驗算： （6-12） 計算結果與原假設值相等。 6.6由相關傳動鏈條來設計傳動鏈輪： 6.6.1小鏈輪的計算 （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、齒側凸緣直徑： (其中為內鏈板高度，) （6-19） 6.6.2大鏈輪的計算： 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、齒側凸緣直徑 （6-20） 小型聯合花生收獲機在正常作業(yè)時所受到的載荷為中等沖擊。查詢資料得出選用小鏈輪的齒數為Z1=21且材料為20號鋼時，齒輪最為造價低廉、精簡耐用。 熱處理：滲碳，淬火，回火 齒面硬度：HPC50—60 6.7 分土輪軸的設計與校驗 圖6-1 分土輪軸裝配結構 由于分土輪軸為傳動與承載載荷的主要部件，所以我們需要驗證軸的強度和剛度。在考慮軸的耐磨性的前提下，我們通常選用性價比較高的45鋼作為原材料生產軸。在加工調質后的軸一般應達到=，在查閱一些資料結合分土輪的設計，最終確定軸的直徑為30mm。 （1）鏈輪所受的作用力 轉矩 （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 軸受力簡圖 7 其他部分零件的簡要說明及技術要求 7.1、拔禾器的設計 拔禾器是一種為防止切割區(qū)外作物進入割臺傳動機構造成作物損失和傳動機構堵塞的聯合收割機割臺分禾器。本設計中它的作用是將左邊的藤與起耕藤分開并送到輸藤帶。 7.2、拔禾輪的作用 拔禾輪主要用于臥式收割機或聯合收割機割臺上，用以引導莖稈、扶持切割并清掃割臺，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。 本設計采用偏心拔禾輪，拔禾輪的作用是將起耕的花生藤輸送到輸藤帶，拔禾輪在工作時應垂直進入花生藤蔓中，防止直接敲打花生果實。 7.3、上壓藤板的設計 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。這樣便于這個藤苗的輸送過程中，使輸送干凈利落，不會發(fā)生藤苗的膠結現象。上壓板置于齒輪箱下面，是由彈簧壓板組成的。 7.4、輸藤帶的設計及要求 輸藤帶單長130cm（環(huán)接的長度65cm），寬7.5cm，齒長8cm，根寬6cm，尖寬3cm（如此下寬上窄有利于拖藤的進行）。齒片相距6cm，如果過密會影響排藤的過程，而希了則會導致阻力的增加，加大單齒的負擔，影響輸藤速度。 因為它起著輸藤摘果的重要作用，輸藤輪的裝位必須處在鏟刀軸的中線部位（與摘果刀片前尖相處同位）。距土面的高度是18cm。 7.5、夾、壓藤板的設計及配置 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、果篩的設計 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，后至機尾。作用是過濾掉已經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構之一。  結論 小型聯合型花生收獲機將兩壟花生的藤、莢果和土壤同時犁起，在聯合收獲系統的作業(yè)下，將實現土壤的粉碎、果與藤的分離，在經過清選部件之后，實現花生的完整收獲。它可以適合各種大小地塊，土壤結構，地表形態(tài)地區(qū)的花生收獲。能夠實現花生的藤苗、果實和土壤三者同時起耕，之后花生植株和少量泥土進入喂入裝置并依靠震動分離出泥土，并在摘果裝置的作用下實現秧果分離，藤蔓由排秧機構排出，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。經過收獲的莢果由于幾乎不含泥土、碎果，可上場直接晾曬，大大的縮短了花生的收獲周期，為農民減少了花生收獲不及時造成的發(fā)芽、霉變等損失。 由于時間不足和前期準備不夠充分，本設計有以下不完善的地方。只是實現了聯合花生收獲機功能的實現，并沒有做具體的動力系統的設計與計算。某些部件的具體的設計制造過程未詳細說明，各個裝置的安裝位置可以進一步優(yōu)化。由于設計并未進行實際的仿真，很多數據只能作為理論值，可靠性有待于進一步驗證。 花生收獲機的應用是影響花生收獲的重大問題。它對花生收割機械化、農民增收、花生出口有著重要的影響。設計能夠被大量農民使用的機器對農業(yè)機械的發(fā)展也是至關重要的。我相信，在今后的學習過程中，隨著社會科學技術的發(fā)展，通過學習各種方面的經驗，通過各種實驗，現場操作和應用一定會做出更出色的改進，使這臺機器更加完善。 致謝 這份設計說明書是在導師陳鳳騰老師的建議與輔導下完成地。陳老師以嚴格的學術態(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)論文撰寫時期，陳老師不僅為在論文的寫作意見中給出指導，同時在論文修改的后期給與了寶貴的修改意見，從論文選題和版式到論文的具體部分的設計和計算，每一個過程都在老師的精心指導下，敦敦教誨中完成。每一個文字，每一組數據都融入了指導老師辛勞的汗水。在此在此謹向我的導師表示衷心的感謝！ 同時，我要感謝我同一宿舍的同學。我們的設計題目雖然不盡相同，但在前期資料收集準備過程中，我們分享了從各種來源收集的信息，一起討論了在設計過程中可能遇到的各種問題和困難。在這個過程中提高了我思考問題和解決問題的能力，以及團隊協作能力。在設計的過程中，我的團隊精神和合作能力有了很大的提高。這將是我未來工作生活中的一筆寶貴財富。本人也將總結此次畢業(yè)設計中個人存在的不足之處，希望能在以后的工作學習中得到彌補。也祝愿同組同學在畢業(yè)后擁有有美好的未來，前程似錦！ 最后，要感謝身處遠方的父母，感謝您為供養(yǎng)我能順利完成學業(yè)的辛勞與汗水，也感謝您為我營造了和睦的家庭氛圍和寬松自主成長環(huán)境。求學之路固然也艱難困苦，但您的殷切期盼是我前進道路上永不停歇的動力。感謝父母一路上含辛茄苦的付出與支持，在此向你們表示誠摯的敬意! 由于本人的見識淺薄，學習不夠深刻，整個設計中難免存在不足與漏洞，懇請各位老師、領導給予指正、糾正錯誤，我將不勝榮幸！ 參考文獻 [1]陳樂萍，楊勝軍.新型花生聯合收獲機[J].農業(yè)裝備技術，2003-03. 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