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1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 摘 要 馬鈴薯是一種世界性經(jīng)濟(jì)作物，是繼小麥、水稻和玉米之后的第四位重要糧食作物。隨著市場(chǎng)對(duì)馬鈴薯需求的不斷增加，馬鈴薯的產(chǎn)業(yè)化，機(jī)械化種植、收獲、深加工機(jī)械已經(jīng)成為各國(guó)的重要課題。據(jù)統(tǒng)計(jì)2006年全世界馬鈴薯種植面積約為2000萬(wàn)hm2，其中我國(guó)的種植面積達(dá)501.53萬(wàn)hm2，隨著我國(guó)馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量均躍升至世界首位，我國(guó)家也成為世界上馬鈴薯消費(fèi)增長(zhǎng)最快的國(guó)家之一。但是在我國(guó)大部分地區(qū)占生產(chǎn)總用工70%以上的馬鈴薯收獲作業(yè)至今基本上還是停留在傳統(tǒng)階段（主要靠人畜力，小面積收獲常采用鐵锨或鋤頭人工挖掘，較大面積收獲采用畜力挖掘犁）許多地區(qū)的機(jī)械化收獲水

2、平較低嚴(yán)重影響了馬鈴薯的規(guī)模生產(chǎn)，使之遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)的需求。 近年來(lái)，馬鈴薯收獲機(jī)械的研制與推廣有了較大發(fā)展，但目前國(guó)內(nèi)機(jī)型以小型、配套動(dòng)力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便為主，大多屬于條鋪式，即將薯塊翻出地面后人工撿拾，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度仍較大，且總體機(jī)械化水平很低，嚴(yán)重制約著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。研制機(jī)具的技術(shù)水平也與國(guó)外相差甚大，勞動(dòng)強(qiáng)度還是較大，嚴(yán)重制約了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。因此，為了適應(yīng)發(fā)展的要求，本文通過(guò)對(duì)目前馬鈴薯收獲機(jī)械的了解，設(shè)計(jì)了一種馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，集挖掘、分離、輸送、分級(jí)、清選、為一體的單行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)。 這種新型的的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分離裝置采用了弧形撥齒式分離裝置。這

3、種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離效果好，克服了抖動(dòng)鏈?zhǔn)胶秃Y式分離裝置在小型馬鈴薯收獲機(jī)械上和中粘性土壤中使用的限制，提高了土薯分離效率。大大減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：馬鈴薯；聯(lián)合收獲機(jī)；分離裝置；分級(jí)裝置；傳動(dòng)系統(tǒng) Abstract With the market demand for potatoes continuously increased,it’s industrialization and mechanization planting,harvesting,deep processing mechanism become

4、an important subject in different countries.According to statistics,the world’s potatoes planting area is about 20 millionhm2 in 2006,in which our countries planting area reached 5.0153 million hm2,with the potatoes planting area and the total yield all jumped to the first place in the world,our co

5、untry become one of the quickest growing potato’s consumer in the world.But in the most areas of our country, there are more than 70%total work of the potatoes harvesting are basically stopped in the traditional artificial seeding cutting,digging,picking stage,the level of mechanization of harvest i

6、n some areas relatively low,it’s seriously influence the potatoes scale production and make it far not meet the demand of the market. In recent year,the research and extension of the potato harvest machinery has made a great development,but at present,our machine type mainly in small type,small mat

7、ing power,simple structure and light.There is a big gap between our country and foreign country about the technology level of the equipment research,the labor intensity is still great,they are seriously hold back the potatoes industrial development.So in order to adaptation the globe and internatio

8、nal competition,through the comprehensive research on the present potatoes harvest machinery at home and abroad,we improved the design of a new type single lined potato’s combine harvest,which integrated the digging,separation,transportation,grading,cleaning selecting,bagging(boxing)in one machine.

9、After improved the design of the potato combine harvester,which separating device used the arc round roller components.This device has simple structure and good separation,overcome the restriction of the jitter chain and screen type separation,that in small type potatoes harvest machine and the use

10、in viscous soil,improve the separation efficiency. The grading device’s improve is mainly used the first order and the second order grading mechanism which composed of cylindrical roller and semi lunar groove had different space,realized the big,medium,small potatoes grading and transportation,grea

11、tly reduced the labor intensity and improved the product efficiency.After determined the whole improving design scheme,using the CAXA software built the integral three-dimensional modeling and make the motion simulation to the grading deviceing the ADAMS software,analysis the all level potatoes simu

12、lated motion situation,verify the feasibility and reliability of the design and proposed the improving suggestion according to the simulation results. Keywords:potato;combine harvester;separating device;grading device;transmission syste 目 錄 摘 要 1 Abstract 2 第1章 緒論

13、6 第1章 緒論 6 1.1 前言 6 1.1.1馬鈴薯種植概況 6 1.1.2馬鈴薯機(jī)械化收獲技術(shù)與收獲機(jī)具 7 1.2 國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)概況及發(fā)展現(xiàn)狀 7 1.2.1 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 7 1.2.2 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 9 1.3 本課題研究的意義、內(nèi)容及方法 12 1.3.1 研究意義 12 1.3.2 研究?jī)?nèi)容 14 1.3.3 研究方法 15 第2章 馬鈴薯收獲機(jī)的總體原理及挖掘部分設(shè)計(jì) 16 2.1 馬鈴薯的生長(zhǎng)農(nóng)藝特征及收獲要求 16 2.1.1 馬鈴薯的生長(zhǎng)農(nóng)業(yè)特征 16 2.1.2 收獲要求 16 2.

14、2 馬鈴薯收獲機(jī)的整機(jī)機(jī)構(gòu)及工作原理 16 2.3 輥式摘穗器原理及參數(shù) 17 2.3.1 圓柱型摘穗輥?zhàn)ト∏o稈條件分析 17 2.3.2 圓柱型摘穗輥不抓取果穗條件分析 19 2.3.3 圓柱型摘穗輥直徑的確定 21 2.4 本章小節(jié) 22 第3章 損失實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 23 3.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 23 3.1.1 設(shè)計(jì)目的 23 3.1.2 設(shè)計(jì)要求 23 3.2 機(jī)構(gòu)總體方案 23 3.2.1 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 23 3.2.2 總體布局 24 3.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)設(shè)計(jì) 24 3.3.1 整機(jī)功率設(shè)計(jì) 24 3.3.2 電機(jī)功率選擇 25

15、3.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 26 3.4設(shè)備實(shí)物 36 3.5本章小節(jié) 37 第4章 展望 38 結(jié) 論 40 參考文獻(xiàn) 41 致 謝 43 附錄1 44 附錄2 48 第1章 緒論 1.1 前言 1.1.1馬鈴薯種植概況 馬鈴薯(Solanlum tuberosum L.)是一種一年生草本塊莖植物，被稱做土豆，洋芋，藩芋，山藥蛋，荷蘭薯等，在糧食產(chǎn)量排名中僅次于玉米、水稻和小麥而躍居第四位。我國(guó)馬鈴薯栽培始于明朝萬(wàn)歷年間(1573~1620年)，已有400多年的栽培歷史，現(xiàn)已遍及全國(guó)，北起黑龍江，南止海南島，是一種適宜性強(qiáng)，產(chǎn)量高，營(yíng)養(yǎng)豐富的宜

16、糧，宜菜，宜飼，宜加工的多用途作物。在1999～2000年期間，全球馬鈴薯的種植面積每年保持在1900萬(wàn)hm2左右。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)的統(tǒng)計(jì)，2003年全世界馬鈴薯種植面積為1890萬(wàn)hm2，總產(chǎn)為3.1億t，平均單產(chǎn)16t/hm2[1]。近年來(lái)，世界馬鈴薯的種植面積一直保持在2000萬(wàn)hm2左右，種植馬鈴薯的國(guó)家和地區(qū)有150個(gè),主要集中在歐洲和亞洲，中國(guó)、俄羅斯、烏克蘭、印度四大生產(chǎn)國(guó)占世界種植面積的一半[2]。 在過(guò)去的十幾年中，中國(guó)的馬鈴薯種植面積呈不斷上升的趨勢(shì)。2005年已達(dá)488.09萬(wàn)hm2，是全世界馬鈴薯種植面積最大的國(guó)家，占全球種植面積的25%以上，占亞洲種植面

17、積的60%左右，平均單產(chǎn)14.5t/hm2。中國(guó)即將成為世界第一馬鈴薯種植大國(guó)，我國(guó)僅內(nèi)蒙、甘肅、云南、貴州和黑龍江五省區(qū)種植面積就達(dá)全國(guó)面積的一半以上。其中內(nèi)蒙大約53.3萬(wàn)hm2、甘肅2006年已達(dá)54.88萬(wàn)hm2、云南2005年達(dá)52.84萬(wàn)hm2、貴州大約50萬(wàn)hm2、黑龍江大約46.6萬(wàn)hm2[2]。我國(guó)馬鈴薯的種植和栽培反應(yīng)了我國(guó)人民對(duì)馬鈴薯產(chǎn)品的需求和馬鈴薯生產(chǎn)的強(qiáng)大生命力。我國(guó)馬鈴薯市場(chǎng)潛力巨大，栽培發(fā)展迅猛，品種繁多，這一發(fā)展趨勢(shì)與世界馬鈴薯發(fā)展趨勢(shì)是一致的。目前，就甘肅來(lái)說(shuō)，馬鈴薯種植面積在全國(guó)各省之間排名第一，產(chǎn)量排名第二，成為全國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)大省。馬鈴薯是甘肅省三大糧食

18、作物之一，從上世紀(jì)９０年代中期開(kāi)始，甘肅省將馬鈴薯產(chǎn)業(yè)作為全省農(nóng)業(yè)發(fā)展的區(qū)域優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)來(lái)抓，在政策、資金、技術(shù)等方面重點(diǎn)支持培育，加快了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前全省常年種植面積50萬(wàn)hm2以上，年產(chǎn)鮮薯800多萬(wàn)噸，種植面積在0.67萬(wàn)hm2以上的縣有28個(gè)，主產(chǎn)區(qū)定西市種植面積達(dá)到20萬(wàn)hm2，被農(nóng)業(yè)部命名為“馬鈴薯之鄉(xiāng)”。同時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)初步形成甘肅中部、河西、隴南及全省脫毒種薯繁育供應(yīng)四大優(yōu)勢(shì)區(qū)域，優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)面積占全省種植面積的70％以上[3][4]。 1.1.2馬鈴薯機(jī)械化收獲技術(shù)與收獲機(jī)具 在馬鈴薯生產(chǎn)中,難度最大的要屬收獲作業(yè),且用工量約占生產(chǎn)總用工量的50%以上,因此要實(shí)現(xiàn)馬鈴

19、薯生產(chǎn)機(jī)械化就必須重點(diǎn)解決收獲機(jī)械化問(wèn)題。馬鈴薯的機(jī)械收獲過(guò)程主要包括：挖掘、分離、撿拾、清選、分級(jí)和裝運(yùn)等工序。根據(jù)收獲過(guò)程的機(jī)械化程度,薯類的收獲可分為人工收獲、半機(jī)械化收獲和機(jī)械化聯(lián)合收獲三種。機(jī)械收獲馬鈴薯的方法有分別收獲法、分段收獲法和聯(lián)合收獲法三種[45]。其中分別收獲法的工藝路線為挖掘—分離—撿拾—清選；分段收獲由兩個(gè)階段組成：第一階段包括挖起土垡、部分分離土塊、作物殘株和雜質(zhì)，并將若干行薯塊集鋪成一個(gè)狹窄條鋪。收獲的第除機(jī)割去莖葉，而后用聯(lián)合收獲機(jī)一次性挖掘塊莖、分離土壤、撿拾塊莖并進(jìn)行集裝。不論采用哪一種收獲方法，—般對(duì)收獲技術(shù)提出如下要求：高生產(chǎn)率，高質(zhì)量，薯挾損傷少，工作

20、時(shí)消耗及所需的勞力少，與雜質(zhì)(土塊、石塊)分離，適在不同土壤工作。馬鈴薯收獲機(jī)具經(jīng)歷了挖掘犁、挖掘機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)的發(fā)展歷程。目前,我國(guó)薯類收獲基本上是以人工輔助于挖掘犁進(jìn)行作業(yè),勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低。且我國(guó)開(kāi)發(fā)和運(yùn)用較廣的主要是分段收獲機(jī)械[53]，它的作業(yè)過(guò)程，是割除莖葉 后，用挖掘機(jī)從土壤中挖出莖塊并初步分離，鋪放成條，然后人工撿拾莖塊、集中運(yùn)送。挖掘機(jī)主要工作部件是挖掘鏟和分離機(jī)構(gòu)，分離機(jī)構(gòu)有升運(yùn)鏈?zhǔn)?抖動(dòng)鏈?zhǔn)?、拋擲輪式、擺動(dòng)篩式和滾筒篩式等。目前開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品多是擺動(dòng)篩式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)選擇合理，可以獲得較高的明薯率。按收獲行數(shù)分，現(xiàn)有的馬鈴薯收獲機(jī)有單行、雙行。按與拖拉

21、機(jī)動(dòng)力連結(jié)方式分，有牽引式、半懸掛式和懸掛式3種。 1.2 國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)概況及發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外馬鈴薯機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國(guó)家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機(jī)來(lái)代替手鋤挖掘薯塊、隨后改由拖拉機(jī)牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式馬鈴薯收獲機(jī)。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國(guó)就開(kāi)始研制、推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)械，50年代末即己實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國(guó)亦相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合收獲機(jī)，且以收獲壟作種植為主[5-7]。

22、這些機(jī)型是大功率拖拉機(jī)變型，如荷蘭在拖拉機(jī)基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合收獲機(jī)的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個(gè)液壓泵帶動(dòng)。 美國(guó)在1948年以前用收獲機(jī)來(lái)收獲馬鈴薯，然后人工撿拾，直到1967年，開(kāi)始使用聯(lián)合收獲機(jī)，20世紀(jì)80年代初期，聯(lián)合收獲機(jī)和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的85%，其中聯(lián)合收獲已達(dá)到50%以上。20世紀(jì)90年代，美國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)最早的國(guó)家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機(jī)型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，機(jī)器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，馬鈴薯收獲機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)

23、合收獲機(jī)，90年代中期，開(kāi)始生產(chǎn)自走式聯(lián)合收獲機(jī)，其勞動(dòng)生產(chǎn)率比其它2行收獲機(jī)提高1～2倍[8]。近年來(lái)，歐美的馬鈴薯收獲機(jī)型仍然是以大功率機(jī)組為主。這些機(jī)型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機(jī)械，如意大利的SP100機(jī)型為小型壟作收獲機(jī)械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械的國(guó)家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～1965年生產(chǎn)懸掛式的拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)，70年代開(kāi)始引進(jìn)英國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的聯(lián)合收獲機(jī)，并研制適合日本國(guó)情的聯(lián)合收獲機(jī)，對(duì)于根菜（蘿卜、家山藥、青芋、胡蘿卜等）機(jī)械收獲的研究從1960年開(kāi)始，近幾年韓國(guó)、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯

24、收獲機(jī)，如韓國(guó)高山機(jī)械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行土豆、地瓜挖掘機(jī)械[33][42-44]。 從農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展過(guò)程來(lái)看，馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展較遲緩，只是在近50年才發(fā)展到較高水平。在國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械中，挖掘機(jī)的生產(chǎn)和使用所占的比例趨于下降，而聯(lián)合收獲機(jī)得到迅速發(fā)展，形成了用聯(lián)合收獲機(jī)直接收獲，或用挖掘-撿拾裝載機(jī)加固定分選裝置來(lái)進(jìn)行分段收獲的兩種全面實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)械化的配套系統(tǒng)，基本上實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。而且，國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械大多采用升運(yùn)鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。像俄羅斯、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、比利時(shí)和日本等國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械化程度較高，收獲機(jī)械性能穩(wěn)定，圖1-1所示為德國(guó)

25、Jabelmann（嘉博曼）公司生產(chǎn)的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，圖1-2所示為比利時(shí)AVR公司生產(chǎn)的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)。目前，國(guó)外一些馬鈴薯收獲機(jī)械不但生產(chǎn)率高而且將高新技術(shù)已融于農(nóng)具之中，如采用振動(dòng)、液壓技術(shù)進(jìn)行挖掘，采用傳感技術(shù)控制喂入量、馬鈴薯傳運(yùn)量及分級(jí)裝載；采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進(jìn)行碎土和分離以及利用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作等。 圖1-2 Spirit8200馬鈴薯收獲機(jī) 圖1-1 EURO-V1400L馬鈴薯收獲機(jī) Fig.1-1 EURO-V1400L potato harvester Fig.1-2 Spirit8200 potat

26、o harvester 發(fā)展中國(guó)家基本上采用挖掘犁和挖掘機(jī)進(jìn)行收獲作業(yè),發(fā)達(dá)國(guó)家的馬鈴薯收獲已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化聯(lián)合作業(yè)。如德國(guó)、美國(guó)的聯(lián)合收獲機(jī)在自動(dòng)化控制、薯塊分離以及減少薯塊損傷等方面都有獨(dú)到之處。東洋農(nóng)機(jī)公司、日本三A公司、久保田公司等都生產(chǎn)適合小地塊作業(yè)的中小型自走式馬鈴薯收獲機(jī)[52]。 1.2.2 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)械的研制雖較早，但發(fā)展緩慢，目前處于中小型懸掛式集條收獲機(jī)的研制推廣階段，所研制機(jī)具的技術(shù)水平與國(guó)外相差甚遠(yuǎn)。20世紀(jì) 60年代初期，我國(guó)有關(guān)農(nóng)機(jī)部門(mén)引進(jìn)了國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)，并進(jìn)行了生產(chǎn)性能試驗(yàn)，力圖吸收消化國(guó)外技術(shù)，開(kāi)發(fā)同類產(chǎn)品，主

27、要引進(jìn)機(jī)型有西德VR-2、波蘭RCF-2、英國(guó)Johson、瑞士Samro Junior和前蘇聯(lián)KTH-2型馬鈴薯收獲機(jī)。之后，黑龍江省研制出了兩種集條收獲機(jī)，并進(jìn)行了試生產(chǎn)。20世紀(jì)60年代中期，馬鈴薯收獲機(jī)具的研制工作才逐步發(fā)展起來(lái)，研究人員在研學(xué)原西德、原蘇聯(lián)、日本、瑞士等國(guó)外機(jī)具的基礎(chǔ)上，研制成功了升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)，但由于受當(dāng)時(shí)歷史條件的限制，沒(méi)能實(shí)現(xiàn)大面積推廣和使用[8]。20世紀(jì)70年代，內(nèi)蒙古農(nóng)機(jī)所研制出了與40.4kW拖拉機(jī)配套的4U–1型馬鈴薯集條收獲機(jī)，并在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了試點(diǎn)推廣。1978年在北京舉辦的12國(guó)展覽會(huì)上，引進(jìn)了不少國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)具廠商參展。其中有西德哈格多恩

28、農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的RM–R型集條收獲機(jī)，日本東洋農(nóng)機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的TP–2型集條收獲機(jī)，法國(guó)莫羅公司生產(chǎn)的M112型集條收獲機(jī)。其中大型機(jī)具的配套動(dòng)力在30kW以上，生產(chǎn)率為0.312hm2/h。中型機(jī)具的配套動(dòng)力在22～30kW，生產(chǎn)率為0.25hm2/h。小型機(jī)具的配套動(dòng)力在15kW，生產(chǎn)率為0.06～0.16 hm2/h。1979年，12國(guó)農(nóng)機(jī)展覽會(huì)后，國(guó)家將全部馬鈴薯收獲機(jī)樣機(jī)都投放在黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，從而為馬鈴薯收獲機(jī)的研究工作創(chuàng)造了良好的條件。20世紀(jì)80年代，我國(guó)又引進(jìn)了西德RM–R型、瑞士SUPER–B型配套動(dòng)力為30kw的馬鈴薯集條收獲機(jī)[14]。 20世紀(jì)9

29、0年代，我國(guó)薯類產(chǎn)區(qū)加大了馬鈴薯收獲機(jī)械的研制力度，山西省農(nóng)機(jī)推廣站與山西省忻州地區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站、黑龍江省農(nóng)機(jī)推廣站與大興安嶺地區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站、河北省農(nóng)機(jī)推廣站與河北省圍場(chǎng)地區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站、內(nèi)蒙古農(nóng)機(jī)推廣站等地農(nóng)機(jī)部門(mén)分別引進(jìn)了國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械進(jìn)行演示、選型。其中大型機(jī)具有俄羅斯生產(chǎn)的KJIK–2–01型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，意大利生產(chǎn)的SP100型雙行集條收獲機(jī)。小型機(jī)具有意大利生產(chǎn)的SP50型、內(nèi)蒙古包頭市農(nóng)機(jī)所研制的4U–12.5型。中型機(jī)具有黑龍江生產(chǎn)的4S00–1.2型，內(nèi)蒙古農(nóng)機(jī)所研制的4U–1型集條收獲機(jī)，以及內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的4SW–40型收獲機(jī)[14]，如圖1-3所示。20世紀(jì)9

30、0年代中期，由于國(guó)產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用，研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要日程。而此后，其市場(chǎng)需求旺盛，先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場(chǎng)，并占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額。 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院在綜合國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的基礎(chǔ)上，研制成功了各種型號(hào)的馬鈴薯收獲機(jī)，如1520型馬鈴薯收獲機(jī)、4UL-1型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)、4UW-120型馬鈴薯挖掘機(jī)1700型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)等多種機(jī)型，為我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)的研制奠定了良好的基礎(chǔ)。近年來(lái)，我國(guó)研制的馬鈴薯收獲機(jī)，主要是中小型挖掘機(jī)[9-25]為主，如河北省圍場(chǎng)農(nóng)機(jī)研究所生產(chǎn)的4VM–1A型，4VW–2A型馬鈴薯挖掘機(jī)，黑龍江齊齊

31、哈爾市建新機(jī)械廠研制的4U–2型牽引馬鈴薯收獲機(jī)等，如圖1-4所示。有些企業(yè)出于商業(yè)目的，報(bào)道馬鈴薯收獲機(jī)械工業(yè)初試成功的消息。但是就目前我國(guó)普遍的動(dòng)力狀況，真正使機(jī)具在作業(yè)質(zhì)量過(guò)關(guān)、性能穩(wěn)定可靠、推廣適用的機(jī)型并沒(méi)有出現(xiàn)[10][24]。目前，國(guó)產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械較成熟的產(chǎn)品主要有兩種類型：一是升運(yùn)鏈桿條式，該類型機(jī)是目前國(guó)際通用形式，美國(guó)、芬蘭、德國(guó)、俄羅斯等國(guó)大型收獲機(jī)，日本自走式、韓國(guó)懸掛式收獲機(jī)普遍采用該型式，特點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)單雙行收獲和聯(lián)合作業(yè)。二是柵條擺動(dòng) 分離篩式收獲機(jī)，該類型機(jī)是意大利、日本的早期結(jié)構(gòu)型式，不易實(shí)現(xiàn)雙行收獲和聯(lián)合作業(yè)。以上兩類型機(jī)也有不足之處，就是只能實(shí)現(xiàn)挖

32、掘、土壤分離和集條功能，還不能完成排石、去秧、集箱或直接裝車(chē)等功能[9]。最近幾年，我國(guó)馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械的，研制也取得了一定的進(jìn)展黑龍江省伊春市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心農(nóng)機(jī)科研 所成功研制了4UL-2型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)（樣機(jī)），該機(jī)可一次完成土薯挖掘、碎土分離、清秧除雜、升運(yùn)卸薯裝車(chē)作業(yè)，于2004年9月通過(guò)鑒定，但未進(jìn)行推廣?，F(xiàn)代農(nóng)裝北方（北京）農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的1650型帶臂式聯(lián)合收獲機(jī)（圖1-5），采用機(jī)、電、液一體化技術(shù)，配置浮動(dòng)挖掘機(jī)構(gòu)，對(duì)地仿形，確保挖掘深度，一次完成切溝、挖掘、輸送分離、莖蔓清除，集中裝車(chē)作業(yè)，也可根據(jù)收獲要求側(cè)面輸出。該機(jī)在挖掘時(shí)須有一運(yùn)輸車(chē)跟隨，而且地頭、

33、地邊作業(yè)困難，只能適用于大面積收獲。 1.3 本課題研究的意義、內(nèi)容及方法 1.3.1 研究意義 馬鈴薯是全球繼小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物[1]，它作為一種糧食作物在同等條件下其單位面積蛋白質(zhì)產(chǎn)量分別是小麥的2倍，水稻的1.3倍，玉米的1.2倍；所含VC是蘋(píng)果的10倍，VB是蘋(píng)果的4倍；其它各種礦物質(zhì)含量是蘋(píng)果的10倍以[2]。因此，在日常生活中，以馬鈴薯為原料的食品已成為時(shí)尚。馬鈴薯不但營(yíng)養(yǎng)齊全而且結(jié)構(gòu)合理尤其是蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與人體的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)基本一致極易被人體吸收利用，其吸收利用率幾乎達(dá)到100%，此外馬鈴薯還含有其它糧食作物中所沒(méi)有的胡蘿卜素和抗壞血酸，因此營(yíng)養(yǎng)

34、學(xué)家說(shuō)“馬鈴薯是十全十美的全價(jià)營(yíng)養(yǎng)食物”[3]。 馬鈴薯除了上述的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值之外它在工業(yè)領(lǐng)域也已成為不可或缺的重要原料，尤其是它的精淀粉、變性淀粉等深加工產(chǎn)品在紡織、印染、造紙、醫(yī)藥、化工、建材和石油鉆探等領(lǐng)域也都顯示出極高的利用價(jià)值[4]，可以制成添加劑、增強(qiáng)劑、黏結(jié)劑、穩(wěn)定劑等，在有些時(shí)候它還可以用來(lái)生產(chǎn)酵母、多種酶、維生素、人造血液等產(chǎn)品。馬鈴薯獨(dú)特的自然屬性和優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件，使它的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也成為全球的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)[5]。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間很大，前景非常廣闊。據(jù)世界馬鈴薯中心研究表明：在世界范圍內(nèi)對(duì)馬鈴薯的需求到2020年將有望增長(zhǎng)20%，超過(guò)水稻、小麥、玉米的增長(zhǎng)，屆時(shí)發(fā)展中

35、國(guó)家對(duì)馬鈴薯的需求將是2000年的2倍，幾乎占全球總產(chǎn)量的一半[6]。隨著市場(chǎng)對(duì)馬鈴薯需求的不斷增加，馬鈴薯的產(chǎn)業(yè)化，機(jī)械化種植、收獲、深加工機(jī)械已經(jīng)成為各國(guó)的重要課題。 目前我國(guó)馬鈴薯種植面積正在接近蔬菜種植面積，達(dá)500萬(wàn)hm2，年總產(chǎn)量近8000萬(wàn)噸，已成為世界馬鈴薯生產(chǎn)大國(guó)，機(jī)械化作業(yè)是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 1)馬鈴薯收獲是時(shí)間緊，耗工多的一項(xiàng)作業(yè)。由于馬鈴薯生長(zhǎng)期僅80～90天，集中種植區(qū)多在我國(guó)北部，氣候寒冷，無(wú)霜期短，如收獲過(guò)早，生長(zhǎng)期不夠，干物質(zhì)積累少，影響產(chǎn)量和質(zhì)量，如收獲過(guò)晚，易遇霜凍，造成更大損失。而目前馬鈴薯收獲主要靠人畜力，效率低，使收獲期拖長(zhǎng)，造成減產(chǎn)，嚴(yán)重制約

36、馬鈴薯生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展和效益的發(fā)揮。因此，穩(wěn)定、擴(kuò)大馬鈴薯種植而積，提高單位面積產(chǎn)量，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，必須采用機(jī)械化收獲[24]。 2)馬鈴薯機(jī)械化收獲是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。要發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)，首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)馬鈴薯種植及收獲機(jī)械化，馬鈴薯種植及收獲機(jī)械化離不開(kāi)性能優(yōu)良的收獲機(jī)械，因此研發(fā)適合我國(guó)農(nóng)藝種植要求的新機(jī)具，尤其是馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械，顯得尤為重要[6]。2005年8月省人民政府和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院簽訂了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)科技合作協(xié)議，這標(biāo)志著甘肅省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁上新臺(tái)階。但甘肅馬鈴薯種植、中耕作業(yè)以及收獲機(jī)械化落后，機(jī)械化水平達(dá)不到1%的水平，嚴(yán)重制約著甘肅馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。解決這些問(wèn)題，把這一特色

37、產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，就必須依靠科技，把先進(jìn)的科學(xué)實(shí)用技術(shù)運(yùn)用到馬鈴薯的育種、種植、加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈、提高產(chǎn)品附加值，真正使科學(xué)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，促進(jìn)農(nóng)民增收得實(shí)惠、農(nóng)業(yè)發(fā)展有后勁。 3)隨著人力成本的提高、大量農(nóng)村勞動(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移、我國(guó)城市化進(jìn)程的加快、勞動(dòng)力的的減少經(jīng)以及成本的提高等，因此馬鈴薯種植區(qū)急需機(jī)械化作業(yè)代替人工作業(yè)。甘肅是全國(guó)馬鈴薯的主要產(chǎn)區(qū)，但98%以上的馬鈴薯種植和收獲仍然采用人工挖掘或牧畜犁翻開(kāi)溝點(diǎn)種和收獲等原始的生產(chǎn)方式進(jìn)行作業(yè)，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，損失率高，不便貯藏等缺點(diǎn)[5]，甘肅定西為國(guó)家級(jí)馬鈴薯之鄉(xiāng)，但其機(jī)械化水平僅為1%，大部分收獲完全靠人

38、工作業(yè)方式，作業(yè)手段落后，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，有時(shí)在冬季封凍之前不能完成收獲作業(yè)，給馬鈴薯種植戶造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，馬鈴薯種植區(qū)急切需求能夠適應(yīng)種植區(qū)氣候、土壤、環(huán)境、作物等特點(diǎn)的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械。 4)當(dāng)前，馬鈴薯收獲多采用犁翻人撿，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，漏薯和傷薯現(xiàn)象嚴(yán)重，制約了農(nóng)民種植的積極性。馬鈴薯收獲的難題是馬鈴薯的掘出、集中、分撿(需回收2遍)，為了擴(kuò)大馬鈴薯生產(chǎn)的規(guī)模，需走機(jī)械化發(fā)展的道路。我國(guó)雖然有十幾家馬鈴薯收獲機(jī)的科研、生產(chǎn)單位，研制生產(chǎn)出了不同類型的馬鈴薯收獲機(jī)械，但其明薯率低、傷薯率較高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，輸送系統(tǒng)的工作性能直接影響著這些重要指標(biāo)，因此，對(duì)輸送系

39、統(tǒng)等部件進(jìn)行機(jī)理研究具有現(xiàn)實(shí)意義。 5)提高分離率，降低傷薯率以及勞動(dòng)強(qiáng)度的重點(diǎn)是輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和輸送工作諸機(jī)理的研究，包括輸送性能與運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，在現(xiàn)有機(jī)型基礎(chǔ)上不斷攻關(guān)完善，對(duì)輸送系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行分析研究，對(duì)影響工作性能的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高分離率，減少傷薯率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義。 6）我國(guó)馬鈴薯種植面積大幅攀升，這對(duì)我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械生產(chǎn)無(wú)疑是一個(gè)非常好的機(jī)遇，近幾年各個(gè)行業(yè)對(duì)馬鈴薯的需求不斷增加，隨著全國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化步伐的加快，馬鈴薯機(jī)械化生產(chǎn)的程度要求進(jìn)一步提高，由此可以看出，馬鈴薯收獲機(jī)械還存在巨大的發(fā)展空間。 1.3.2 研究?jī)?nèi)

40、容 針對(duì)國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的主要問(wèn)題，研制出一種挖掘、分離、輸送等為一體的馬鈴薯收獲機(jī)械。對(duì)整個(gè)機(jī)械的機(jī)架、行走、傳動(dòng)、分離各部分進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，并使之能達(dá)到既定目的。 本論文主要對(duì)機(jī)架、行走部分進(jìn)行相應(yīng)的理論分析與計(jì)算，以確定尺寸，完成初步設(shè)計(jì)。我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)已有幾十年的歷史，但水平相對(duì)較低，制約我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展的因素主要有以下幾方面[22]: （1）塊莖收獲所要求的機(jī)具技術(shù)難度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滿足生產(chǎn)需求困難大。 （2）配套動(dòng)力不能滿足機(jī)具應(yīng)用要求。 （3）馬鈴薯種植方式多樣化。在種植方式上有壟作、平作；在作物定植上，行距、株距不一；在使用中機(jī)組進(jìn)地行走難和

41、對(duì)行作業(yè)難等問(wèn)題，影響作業(yè)質(zhì)量和效果。 （4）我國(guó)日前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的馬鈴薯收獲機(jī)械試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)。 （5）馬鈴薯收獲機(jī)的機(jī)理研究和系統(tǒng)的理論欠缺，研究手段相對(duì)落后。 針對(duì)以上問(wèn)題，必須在薯塊輸送工作性能方面有所突破，使其達(dá)到功耗小，適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、耐用性強(qiáng)，在滿足損傷率和丟失率等農(nóng)業(yè)要求的前提下，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到機(jī)械化收獲的目的。 1）馬鈴薯機(jī)械化收獲理論研究。 2）減少機(jī)具阻力。 3)馬鈴薯柔性輸送系統(tǒng)的研究。薯塊在輸送過(guò)程中極易傷害表皮，對(duì)儲(chǔ)存極為不利，因此需在輸送過(guò)程中研究應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新材料，避免在薯塊輸送過(guò)程中損傷馬鈴薯。 1.3.3 研究方法 1

42、)通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，吸收并借鑒部分馬鈴薯收獲機(jī)械及其它收獲機(jī)械輸送系統(tǒng)的成功之處，研究并確定馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分離輸送系統(tǒng)的主要參數(shù)。 2)對(duì)輸送系統(tǒng)各主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并分析確定主要參數(shù)。 3）主要技術(shù)路線如下： 文獻(xiàn)檢索 調(diào)研綜合分析 提出預(yù)設(shè)計(jì)方案 確定主要參數(shù) 繪制圖樣結(jié)構(gòu) 完善設(shè)計(jì) 第2章 馬鈴薯收獲機(jī)的總體原理及挖掘部分設(shè)計(jì) 2.1 馬鈴薯的生長(zhǎng)農(nóng)藝特征及收獲要求 2.1.1 馬鈴薯的生長(zhǎng)農(nóng)業(yè)特征 馬鈴薯成熟塊莖一般生長(zhǎng)在5～20cm的土層。塊莖的生長(zhǎng)寬度一般為400cm左右。馬鈴薯塊莖地

43、下分布情況如圖2-1。 2.1.2 收獲要求 （1）挖掘深度 應(yīng)該滿足農(nóng)藝要求,即機(jī)具的挖掘深度應(yīng)該大于馬鈴薯的種植深度,如果機(jī)具的挖掘深度小于種植深度,必定造成馬鈴薯的漏挖與損傷。一般挖掘深度為：15～25cm。 （2）明薯率、挖凈率與傷薯率 明薯率：是說(shuō)明馬鈴薯的收獲率。這里值得說(shuō)明的是有些馬鈴薯一部分露在外面，另一部分則埋在土里，屬于明薯還是暗薯不好判定。所以在測(cè)試時(shí)我們規(guī)定露在外觀的馬鈴薯≥1/4時(shí)為明薯，否則為暗薯。 漏挖薯：是機(jī)具未挖出的馬鈴薯：它也是機(jī)具造成的損失，明薯、埋薯揀拾干凈后用人工找出機(jī)器沒(méi)有挖掘出來(lái)的殘留薯塊。 損傷薯：從明薯、埋薯、漏挖薯中所有傷薯。

44、根據(jù)GB5262農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件，馬鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為：明薯率≥96%、傷薯率≤6%、挖凈率≥97%較為合適。 2.2 馬鈴薯收獲機(jī)的整機(jī)機(jī)構(gòu)及工作原理 該機(jī)有拖拉機(jī)牽引，通過(guò)拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸、伸縮萬(wàn)向節(jié)和減速器箱輸出軸的兩端分別將動(dòng)力傳給撥土輪和分離器的中間旋齒，中間旋齒在通過(guò)鏈輪再傳動(dòng)到其它各旋齒，再由前后旋齒軸分別帶動(dòng)喂入輪和升運(yùn)鏈。分離器的四組旋齒交錯(cuò)排列，各組旋齒的相位差為90度，齒距為18mm。 機(jī)器的起落有拖拉機(jī)的液壓懸掛裝置控制。工作時(shí)液壓懸掛處于浮動(dòng)位置，通過(guò)調(diào)節(jié)限深輪的高低位置控制挖掘鏟的入土深度。 工作時(shí)，薯塊和土壤沿挖掘鏟上升并向后移動(dòng)，借助撥土輪、喂

45、入輪的作用，送入旋齒分離機(jī)構(gòu)，再旋齒的作用下，被破碎的土壤從旋齒間漏下，薯塊及部分硬土塊順次經(jīng)各旋齒送至升運(yùn)鏈，由升運(yùn)鏈送入薯箱，然后靠其重量自動(dòng)放堆。 2.3 挖掘部件的設(shè)計(jì) 挖掘部件主要由挖掘鏟、鏟架、仿形鎮(zhèn)壓輪、深度調(diào)節(jié)桿和挖掘頭架等組成，如圖2-3所示。其中h表示挖掘的深度，可通過(guò)調(diào)整深度調(diào)整組件對(duì)挖掘的深度進(jìn)行控制，l為仿形鎮(zhèn)壓輪對(duì)挖掘鏟的提前量（一般為馬鈴薯株距的0.5～1.5倍），它的作用是為了消除馬鈴薯塊莖上面土壤的膨脹對(duì)挖掘鏟入土的影響[28]。 2.3.1 挖掘鏟的設(shè)計(jì) 挖掘鏟的任務(wù)是以帶最少的泥土挖掘薯塊、撿拾塊莖，并盡可能使土壤松碎，把掘起物送到它后

46、面的分離裝置上，并要求在克服各種阻力時(shí)消耗的能量最少。要在不同的土壤條件和濕度下圓滿地完成這一任務(wù)或與它有關(guān)的各項(xiàng)任務(wù)是非常困難的[30～35]。 為了滿足各項(xiàng)技術(shù)要求，該聯(lián)合收獲機(jī)采用了組合式挖掘部件，由三角挖掘鏟、鏟架、分石柵、切土盤(pán)組成。挖掘鏟剛性的固定在挖掘頭上，切土盤(pán)通過(guò)調(diào)整固定桿與挖掘頭架的相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)切土深度調(diào)整。 三角挖掘鏟結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝少。被廣泛的應(yīng)用于馬鈴薯挖掘中。鏟面由三片挖掘鏟組成，剛性的固定在鏟架上，各鏟之間留有滑草間隙。 挖掘鏟的主要參數(shù)有：刃切口夾角θ、挖掘鏟與地面的夾角α、鏟的長(zhǎng)度L、鏟的寬度B[28][36～39]，如圖2-4所示。 選擇挖掘鏟

47、刃口夾角的值必須使雜草和莖稈都能滑離鏟刃。使莖稈滑離刃口的力如 圖2-4（c）所示，它必須滿足下列不等式： 式中 R1——作用于鏟刃的阻力（N）； μ1——莖稈對(duì)鋼的摩擦系數(shù)；0.850.9 11 μ=tgφ≈?。 2.3.2 圓柱型摘穗輥不抓取果穗條件分析 果穗與摘輥初始接觸時(shí)受力情況與莖稈和摘輥初始接觸時(shí)受力情況相似。 圖2-7果穗不被抓取條件 同樣將果穗端部所受摘輥支反力和抓取力進(jìn)行水平、豎直分解得到兩個(gè)力的水平分力和，見(jiàn)圖2-7。如要滿足摘輥不抓取果穗則應(yīng)有：。 即：， ——摘輥對(duì)果穗的起始抓取角。 因?yàn)椋? ——摘輥對(duì)果穗的抓取系數(shù)。 將以上兩

48、式進(jìn)行整理有：， 即： （2－3） 與（2－2）式相同得： （2－4） ——果穗大端直徑。 因此摘輥不抓取果穗的條件是：摘輥對(duì)果穗的起始抓起角的正切值應(yīng)大于摘輥對(duì)果穗的抓取系數(shù)。 2.3.3 圓柱型摘穗輥直徑的確定 由（2－2）式和（2－4）式，得出圓柱型摘穗輥?zhàn)ト∏o稈而不抓取果穗的條件是： 即： （2－5） 摘輥對(duì)果穗與莖稈的抓取系數(shù)及因摘輥的材料、表

49、面形狀、莖稈材料、果穗苞葉等材料不同而不同，但一般情況下可以認(rèn)為：。所以摘穗輥直徑應(yīng)滿足的條件為： （2－6） 由上式不難看出，隨著摘穗輥?zhàn)ト∠禂?shù)的增大，摘輥直徑逐漸減小，一般 。為了減輕收獲機(jī)割臺(tái)重量、減小結(jié)構(gòu)尺寸，在獲得理想的摘穗效果的前提下，希望摘穗輥直徑越小越好。但是圓柱型光摘穗輥?zhàn)ト∠禂?shù)較小，一般 。所以計(jì)算圓柱型摘穗輥直徑時(shí)抓取系數(shù)取0.5。為使摘穗輥具有較強(qiáng)的抓取系數(shù)，可在摘穗輥表面上附螺旋凸棱（有的還配有摘穗鉤）或者將摘穗輥表面做成各種形狀，此時(shí)摘穗輥?zhàn)ト∠禂?shù)可以達(dá)到1.0。因而在設(shè)計(jì)表面具有凸棱或其他形狀的摘穗輥時(shí)，可以取抓取系數(shù)為1.0。本研究所用摘穗輥為表

50、面附有凸棱（配有摘穗鉤）的摘穗輥，因此計(jì)算摘穗輥直徑時(shí)取.0。 由摘穗輥直徑所滿足的條件還可以看出：當(dāng)摘穗輥?zhàn)ト∠禂?shù)一定的條件下，摘穗輥直徑隨摘穗輥間隙的增加而減小。一般玉米收獲機(jī)要求摘穗輥間隙可調(diào)。所以計(jì)算摘穗輥直徑上限時(shí)按摘穗輥間隙最大時(shí)處理，計(jì)算摘穗輥下限時(shí)按摘穗輥?zhàn)钚￠g隙處理。同時(shí)摘穗輥直徑還應(yīng)滿足摘穗輥能夠抓取最小莖稈而不抓取最小果穗。由此確定的摘穗輥直徑為：。 計(jì)算得：。 由此計(jì)算確定出摘穗輥的直徑。 2.4 本章小節(jié) 本章對(duì)現(xiàn)有摘穗器進(jìn)行了分類，并對(duì)各摘穗器工作性能做了簡(jiǎn)要介紹。運(yùn)用圓柱型輥軋理論推導(dǎo)了輥式摘穗器工作原理及摘穗輥直徑。

51、 第3章 損失實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 3.1.1 設(shè)計(jì)目的 縱臥輥式玉米收獲機(jī)普遍存在摘穗啃傷問(wèn)題，雖然諸多收獲機(jī)廠家、科研單位都在進(jìn)行這方面的研究，但到目前為止還沒(méi)有任何一家單位針對(duì)摘穗啃傷問(wèn)題進(jìn)行定量考察，確定螺旋凸棱式摘穗輥對(duì)果穗的啃傷程度。為解決上述問(wèn)題，本研究擬設(shè)計(jì)縱臥輥式玉米摘穗實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 3.1.2 設(shè)計(jì)要求 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)是為考察縱臥式摘穗輥在摘穗過(guò)程中對(duì)果穗啃傷的影響。因此要求實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠試驗(yàn)各種縱臥式摘穗輥。實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)試驗(yàn)摘穗輥長(zhǎng)度變化范圍為500mm～1200mm；直徑變化范圍為70mm～105mm；輥?zhàn)铀俣茸兓秶鸀?00r/m

52、in～1200r/min；摘穗輥水平面傾角變化范圍為25～40；摘穗輥螺旋凸棱高度不大于12mm；摘穗輥兩軸水平間距調(diào)節(jié)范圍為75mm～145mm；摘穗輥兩軸豎直間距調(diào)節(jié)范圍為0～40mm。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求能裝配扭拒傳感器、速度傳感器，隨時(shí)輸出摘穗輥扭拒和轉(zhuǎn)速，且工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、便于調(diào)整和維修。 3.2 機(jī)構(gòu)總體方案 3.2.1 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 圖3-1傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 本機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)摘穗輥采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，且在一個(gè)電機(jī)與一個(gè)摘穗輥之間聯(lián)結(jié)扭拒傳感器和速度傳感器。具體傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3-1。 3.2.2 總體布局 實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由底座、機(jī)架、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

53、、摘穗輥等組成。具體結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖3-2。實(shí)驗(yàn)臺(tái)電器控制系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)臺(tái)分離。 圖3-2縱臥輥式玉米摘穗實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖 1底座 2機(jī)架 3電機(jī)一總成 4摘穗輥 5電機(jī)二總成 6傳感器 7傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 3.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)設(shè)計(jì) 3.3.1 整機(jī)功率設(shè)計(jì) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，正常工作時(shí)一對(duì)摘穗輥平均消耗功率N為1.1—1.25kW。但實(shí)際工作中收獲機(jī)的喂入量是不斷變化的，所以正常工作時(shí)摘穗輥的最大扭拒M1約為平均扭矩的2到2.12倍，當(dāng)摘穗輥堵塞時(shí)扭拒M2約為平均扭矩的3.5倍。所以當(dāng)設(shè)計(jì)摘穗輥轉(zhuǎn)速在500r/min~1200r/min時(shí)，摘穗輥正常工作扭拒范圍應(yīng)為： Nm Nm ——摘穗輥正常

54、工作時(shí)最小扭拒，單位Nm； ——摘穗輥正常工作時(shí)最大扭拒，單位Nm； 由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)是為考察玉米摘穗啃傷情況的室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備，不存在摘輥堵塞問(wèn)題，所以設(shè)計(jì)摘穗輥扭拒為摘穗輥正常工作扭拒的2.12倍即可。 ——實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)摘穗輥扭拒范圍，單位Nm； 所以實(shí)驗(yàn)臺(tái)每根摘穗輥扭拒變化范圍為： ——實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)每根摘穗輥扭拒范圍，單位Nm。 3.3.2 電機(jī)功率選擇 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)臺(tái)采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)兩個(gè)摘穗輥，所以每臺(tái)電機(jī)最低輸出功率達(dá)到0.625kW即可。普通電機(jī)在基頻以下變頻時(shí)是保持轉(zhuǎn)矩不變，功率下降；功率下降基本與改變頻率成正比（即與轉(zhuǎn)速成正比）。所以電機(jī)額定功率應(yīng)遠(yuǎn)大于0.625kW。

55、根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)提供的資料，擬選6級(jí)三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)數(shù)為960r/min 。所以當(dāng)摘穗輥轉(zhuǎn)速變?yōu)?00r/min時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)為500r/min，為保持電機(jī)輸出扭拒不變，此時(shí)電機(jī)輸出功率應(yīng)達(dá)到0.625kW；當(dāng)摘穗輥轉(zhuǎn)速達(dá)到1200 r/min時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速（960r/min）。此時(shí)電機(jī)額定功率應(yīng)為1.5 kW。因?qū)嶒?yàn)室現(xiàn)有兩臺(tái)6級(jí)三相異步電動(dòng)機(jī)Y2－112M－6（功率為2.2kW）和Y2－132S－6（功率為3.0kW），考慮充分利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、節(jié)約成本，實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用現(xiàn)有Y2－112M－6和Y2－132S－6兩臺(tái)電機(jī)。電機(jī)實(shí)際功率分別為： kW ； kW； 如表3-1

56、電機(jī)參數(shù) 型 號(hào) 額定功率 kW 滿 載 時(shí) 同步轉(zhuǎn)速 r.min-1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg.m2 重量 kg 額定電流 A 轉(zhuǎn)速 r.min-1 效率 % 功率因數(shù) cosφ Y112M-6 2.2 5.6 960 80.5 0.74 1000 0.0138 45 3.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 1、帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 普通V型帶具有兩側(cè)與輪槽附著較好，當(dāng)量摩擦因數(shù)較大，允許包角小，傳動(dòng)比較大，中心距較小，預(yù)緊力較小，傳動(dòng)功率大的特點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)采用普通V型帶傳動(dòng)。具體計(jì)算內(nèi)容如下： 傳動(dòng)比i= ①計(jì)算設(shè)計(jì)功率：，由，故。

57、 ②帶型選擇：根據(jù)，，初步選用A型。 ③選取帶輪基準(zhǔn)直徑dd1和dd2，取dd1＝90mm 由 查表有，取。 ④驗(yàn)算帶速v：，在5m/s－25m/s范圍內(nèi)，合適。 ⑤確定中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度： 初選中心距，符合。 即：； 帶長(zhǎng)： 對(duì)A型帶選用基準(zhǔn)長(zhǎng)度，然后計(jì)算實(shí)際中心距： 這里取。 ⑥小帶輪包角： 。 ⑦確定帶的根數(shù)Z： 由i=1.25，，得，， 因，查得； 因，查得； 帶的根數(shù)：； 考慮到試驗(yàn)摘輥輸入功率是正常工作的2倍，所以取。 ⑧確定初拉力： 單根普通V型帶的初拉力為： 。 ⑨計(jì)算壓軸力： 壓軸力：。 2、帶輪設(shè)計(jì) 在無(wú)特殊要求

58、情況下帶輪材料通常選用灰鑄鐵（HT150，HT200），因帶輪承載能力小，故采用普通A型實(shí)心輪設(shè)計(jì)。 3、輪與軸采用普通平鍵連接 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)普通平鍵連接得擠壓強(qiáng)度條件： (MPa) 式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nmm； D——軸的直徑，mm； K——鍵與輪槽的接觸高度，mm； H——鍵的高度，mm, h=2k； ——鍵的工作長(zhǎng)度，mm,(A型,C型)； B——鍵的寬度，mm； []——許用擠壓應(yīng)力，MPa， 查表有鑄鐵鍵在輕微沖擊下[]=40 MPa。 由鍵的剪切強(qiáng)度理論有：（MPa）,查表有MPa。（1）電動(dòng)機(jī)Y2－132S－6與帶輪采用C型普通平鍵聯(lián)接 按一般鍵

59、連接查手冊(cè)有，L=50； 由擠壓強(qiáng)度條件：， 即。 由剪切強(qiáng)度條件：， 即。 （2）電動(dòng)機(jī)Y2－112M－6與帶輪采用C型普通平鍵聯(lián)接 按一般鍵連接查手冊(cè)有,L=40； 由擠壓強(qiáng)度條件：， 即。 由剪切強(qiáng)度條件：， 即。 （3）帶輪與傳動(dòng)軸采用C型普通平鍵聯(lián)接 按一般鍵連接查手冊(cè)有,L=40； 由擠壓強(qiáng)度條件， 即。 由剪切強(qiáng)度條件：， 即。 （4）聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸之間采用C型普通平鍵聯(lián)接 按一般鍵連接查手冊(cè)有,L=25；由擠壓強(qiáng)度條件， 即。 由剪切強(qiáng)度條件：， 即。 4、軸設(shè)計(jì) 按經(jīng)驗(yàn)公式初步估算軸徑：； 選擇45鋼，則有；每加一個(gè)鍵槽d值應(yīng)曾

60、大5％，設(shè)計(jì)最小軸徑25mm。 選擇軸的材料為45鋼，根據(jù)初步確定的軸上各部分尺寸和結(jié)構(gòu)繪制空間受力簡(jiǎn)圖，將簡(jiǎn)化到軸上的力分解成水平力和垂直力，求出軸承處的支持反力；繪出彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖，計(jì)算當(dāng)量彎矩；判斷危險(xiǎn)剖面，按彎扭組合理論對(duì)軸的危險(xiǎn)剖面進(jìn)行校核。 （1）對(duì)傳動(dòng)軸1進(jìn)行強(qiáng)度校核。 ①由帶輪的設(shè)計(jì)求得，帶輪的壓軸力： ， 這里取。收摘玉米時(shí)摘輥軸所受的鉛直拉力按計(jì)算， 此時(shí)轉(zhuǎn)矩：。 ②求支座反力 在鉛直面內(nèi)有：,, 則； ,；。 ③做彎矩圖 在鉛直面內(nèi)B點(diǎn)有：； 在C點(diǎn)有：。 ④畫(huà)扭矩圖。 (a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (b)受力分析 (c)水平面受力

61、 (d)水平面垮距圖 (e)轉(zhuǎn)距圖 圖3-3傳動(dòng)軸1載荷分析 ⑤按軸的彎扭組合強(qiáng)度校核 因軸單向工作，考慮到該軸無(wú)規(guī)律加載且有沖擊，取。 查表得：[]=[]=55Mpa,根據(jù)公式， 安全。 （2）對(duì)傳動(dòng)軸2進(jìn)行強(qiáng)度校核 ①由帶輪的設(shè)計(jì)求得，帶輪的壓軸力： ， 這里取，計(jì)算轉(zhuǎn)矩。 ②求支座反力 在鉛直面內(nèi)有：,, 則； ,， 。 ③做彎矩圖 鉛直面內(nèi)B點(diǎn)有： (a)結(jié)構(gòu)草圖 (b)受力簡(jiǎn)圖 (c)水平面受力 (d)水平面彎距圖

62、(e) 轉(zhuǎn)距圖 圖3-4傳動(dòng)軸二載荷分析圖 ④畫(huà)扭矩圖 ⑤按軸的彎扭組合強(qiáng)度校核 該軸單向工作，考慮到該軸無(wú)規(guī)律加載且有沖擊，取。 查表得：[]=[]=55Mpa,根據(jù)公式， 即：安全。 （3）對(duì)傳動(dòng)軸3進(jìn)行強(qiáng)度校核 ①此軸只受摘穗輥的鉛直拉力， 計(jì)算轉(zhuǎn)矩：。 ②求支座反力 在鉛直面內(nèi)有：,, 則； ,，， ③做彎矩圖 鉛直面內(nèi)B點(diǎn)有：。 ④畫(huà)扭矩圖 ⑤按軸的彎扭組合強(qiáng)度校核 因軸單向工作，考慮到該軸無(wú)規(guī)律加載且有沖擊，取。 查表得[]=[]=55Mpa,根據(jù)公式， 即：安全。 (a)結(jié)構(gòu)草圖

63、 (b)受力簡(jiǎn)圖 (c)水平受力 (d)水平面彎距圖 (e)轉(zhuǎn)距圖 圖3－5傳動(dòng)軸3載荷分析圖 圖3-5傳動(dòng)軸三載荷分析圖 5、軸承選擇及校核 考慮到總體結(jié)構(gòu)及布局的影響選擇帶菱形座外球面球軸承（帶頂絲），帶座軸承代號(hào)UCFLU205。 由軸的設(shè)計(jì)計(jì)算知實(shí)驗(yàn)臺(tái)軸承僅承受徑向力，所以軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷,在這里取R的最大值，即。 用公式h進(jìn)行計(jì)算。 由于此試驗(yàn)設(shè)備工作溫度不高于，所以這里。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)有； 則h， ，故205軸承適用。

64、6、聯(lián)軸器的選擇 實(shí)驗(yàn)臺(tái)需要裝配扭拒傳感器。為降低干擾彎拒對(duì)傳感器的影響，需要采用撓性、彈性或萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器，保證同心度∠0.1mm。而LT型聯(lián)軸器具有定量補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移，一般減振、緩沖、電絕緣，外形尺寸較小，重量較輕，承載能力較大，安裝精度高等優(yōu)點(diǎn)，所以本實(shí)驗(yàn)臺(tái)選用LT3型聯(lián)軸器。 7、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 兩臺(tái)電機(jī)購(gòu)買(mǎi)相同型號(hào)的電纜，規(guī)格為42.5mm2，考慮安裝位置L=20m。變頻器選用臺(tái)達(dá)電器生產(chǎn)的產(chǎn)品。由于該系列變頻器沒(méi)有3.0kW的型號(hào)，故選擇使用3.7kW的變頻器，具體型號(hào)為VFD037M43A和VFD022M21A兩臺(tái)。主回路上還安裝了空氣開(kāi)關(guān)和交流接觸器等；變頻接線、定時(shí)器配線

65、及手動(dòng)正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等見(jiàn)二次接線圖。配電控制箱采用與主機(jī)分離設(shè)置。 8、機(jī)架采用焊接工藝 由于機(jī)架材料為低碳綱，具有良好的可焊性，且單件生產(chǎn)，所以選用E4303(J422)焊條，進(jìn)行手弧焊。焊縫應(yīng)平整，不允許有裂紋、夾渣、燒穿、脫焊及影響機(jī)械強(qiáng)度的焊接缺陷。 3.4設(shè)備實(shí)物 圖3-6 縱臥輥式玉米摘穗實(shí)驗(yàn)臺(tái) 設(shè)計(jì)的縱臥輥式玉米摘穗試驗(yàn)臺(tái)外觀見(jiàn)圖3-6。 3.5本章小節(jié) 本章根據(jù)棕臥輥式玉米收獲機(jī)摘穗啃傷等問(wèn)題，進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。并且提出了相應(yīng)的方案來(lái)解決以上問(wèn)題。 第4章 展望 玉米

66、機(jī)收是一個(gè)系統(tǒng)的工程，不但與玉米收獲機(jī)的工作性能有關(guān)，而且與玉米種植情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家政策等也有直接的關(guān)系。僅玉米收獲機(jī)本身也存在許多影響玉米收獲質(zhì)量的因素，如收獲機(jī)類型、摘穗器種類、機(jī)具功率等。本論文工作只對(duì)臥輥式玉米收獲機(jī)的工作性能進(jìn)行了田間試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)方面也只考察了摘穗輥形式、轉(zhuǎn)速、摘輥傾角、摘輥軸豎直間隙對(duì)果穗啃傷的影響。然而實(shí)際中為了改進(jìn)玉米收獲機(jī)工作性能，還需要做許多工作。例如： （1）對(duì)不同摘穗器的玉米收獲機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)，考察各種摘穗器對(duì)玉米摘穗啃傷的影響，同時(shí)考察各種摘穗器的綜合性能。 （2）對(duì)不同玉米產(chǎn)區(qū)收獲期籽粒含水率、植株特征進(jìn)行深入探討，并針對(duì)不同玉米產(chǎn)區(qū)具體情況進(jìn)行收獲機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。 （3）嘗試用其他摘穗方式避免輥式摘穗機(jī)構(gòu)的摘穗啃傷問(wèn)題。 （4）將改進(jìn)后的摘穗輥進(jìn)行田間試驗(yàn)，考察其田間應(yīng)用效果。 （5）對(duì)螺旋凸棱式摘穗輥的具體參數(shù)（摘穗輥根圓直徑、凸棱高、螺距等）進(jìn)行進(jìn)一步探討，降低摘穗啃傷程度。 （6）對(duì)縱臥輥式玉米收獲機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減小割臺(tái)尺寸，使其更具靈活性。 （7）采用仿生技術(shù)對(duì)摘穗輥凸棱形狀、尺寸及分布形式進(jìn)行減小