4UT2型馬鈴薯收獲機(jī)起獲與分離部分設(shè)計

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1、 題 目： 4UT_2型馬鈴薯收獲機(jī)起獲與分離部分設(shè)計 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）用 紙 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：

2、　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明

3、本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用

4、影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項(xiàng) 1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） 2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括

5、圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。 3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 5.裝訂順序 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、

6、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 摘 要 近年來，馬鈴薯收獲機(jī)械的研制與推廣有了較大發(fā)展，但目前國內(nèi)機(jī)型以小型、配套動力小，結(jié)構(gòu)簡單、輕便為主。研制機(jī)具的技術(shù)水平也與國外相差甚大，勞動強(qiáng)度還是較大，嚴(yán)重制約了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。馬鈴薯收獲是一項(xiàng)非常繁重的工作，尤其是馬鈴薯的分離更是一項(xiàng)繁瑣的工作。為了減輕農(nóng)民的勞動強(qiáng)度，節(jié)約時間，通過對國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的研究和討論，對比他們的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上確定了一種新型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械的起獲與分離設(shè)計方案。 目前，國內(nèi)馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械研究還比較少，與國外先進(jìn)的聯(lián)合收獲機(jī)械還有很大的差距。改進(jìn)后的馬鈴薯聯(lián)合收

7、獲機(jī)分離裝置采用了弧形撥齒式分離裝置。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，分離效果好，克服了抖動鏈?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。新型的馬鈴薯收獲機(jī)的挖掘部件采用鴨掌鏟，其挖凈寬達(dá)99.8%上。 關(guān)鍵詞 馬鈴薯；聯(lián)合收獲機(jī)；挖掘；分離裝置。 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 V 頁 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）用 紙 Abstract In recent year,the research and extension of the pota

8、to harvest machinery has made a great development,but at present,our machine type mainly in small type,small mating 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

9、 are seriously hold back the potatoes industrial development. Potato harvest is a very heavy work, especially the potato separation is a tedious work. In order to reduce the labor intensity and save time, designer determined a new dig and separate part of potatoes united harvest machine, through re

10、search and discussion on the potatoes harvest machinery in abroad and home , contrast of their structure and characteristics . Recently,the study of potato harvester is little in domestic,there is large gap between home and the international. After improved the design of the potato combine harveste

11、r,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 in viscous soil,improve the separation efficiency. The d

12、igging part of new potato harvester is a shovel like the duck palm ,which can dig 99.8 percen of the potatoes. Keywords potato;combine harvester; dig; separating device. 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）用 紙 目 錄 摘 要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1.1 馬鈴薯種植概況 1 1.2 馬鈴薯的價值 2 1.2.1 馬鈴薯的營養(yǎng)價值 2 1.2.2 馬鈴薯的工業(yè)

13、價值 2 1.2.3 課題研究背景 2 1.3 馬鈴薯收獲機(jī)概述 3 1.3.1 國外馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史 3 1.3.2 國內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史 5 1.4 本課題研究的意義、 內(nèi)容及方法 7 1.4.1 研究意義 7 1.4.2 研究內(nèi)容 8 1.4.3 研究方法 9 第 2 章 挖掘部件的設(shè)計 10 2.1 挖掘鏟的設(shè)計要求 10 2.2 挖掘鏟的設(shè)計 10 2.2.1 鏟體總寬度 11 2.2.2 鏟刃夾角 11 2.2.3 鏟面傾角 12 2.2.4 鏟體總長度 14 第 3 章 喂入輪與撥土輪的設(shè)計 17 3.1 喂入輪的設(shè)計 17 3.2 撥

14、土輪的設(shè)計 18 第 4 章 分離裝置的設(shè)計 21 4.1 分離裝置的選型 21 4.2 分離裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 24 第 5 章 旋齒分離器運(yùn)動分析 28 5.1 問題的提出 28 5.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作過程 28 5.3 旋齒分離器的運(yùn)動分析 29 5.4 公式的驗(yàn)證和問題的討論 33 第 6 章 結(jié)論與建議 35 6.1 結(jié)論 35 6.2 建議 36 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 39 附錄1 40 附錄2 44 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 49 頁 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）用 紙

15、 第 1 章 緒論 1.1 馬鈴薯種植概況 馬鈴薯原產(chǎn)于南美洲的安第斯山，17 世紀(jì)由荷蘭人帶到我國臺灣。它是重要的糧菜兼用和工業(yè)原料作物。 目前， 全世界主要種植馬鈴薯的國家有 148 個，總面積達(dá) 1838 萬 hm2，總產(chǎn)量 3 億 t。近年來，種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、馬鈴薯加工業(yè)的蓬勃發(fā)展、西式快餐大量興起、方便食品的不斷涌現(xiàn)、加工產(chǎn)品的大量開發(fā)以及經(jīng)濟(jì)效益的提高，極大地調(diào)動了農(nóng)民種植積極性。我國馬鈴薯種植面積以 10 萬 hmm2/年的增長速度逐年增加，2001 年達(dá)到 472 萬 hm2，產(chǎn)量居世界第 1 位；2003 年，黑龍江省種植面積 60萬 hm2， 產(chǎn)量達(dá)到 9

16、60 萬 t。 所以從機(jī)械化角度來看，馬鈴薯種植和收獲機(jī)械蘊(yùn)涵著巨大的商機(jī)。 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。我國馬鈴薯栽培始于明朝萬歷年間(1573~1620年)，已有400多年的栽培歷史，現(xiàn)已遍及全國，北起黑龍江，南止海南島，是一種適宜性強(qiáng)，產(chǎn)量高，營養(yǎng)豐富的宜糧，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hm左右。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)的統(tǒng)計，2003年全世界馬鈴薯種植面積為189

17、0萬hm，總產(chǎn)為3.1億t，平均單產(chǎn)16t/hm。近年來，世界馬鈴薯的種植面積一直保持在2000萬hm左右，種植馬鈴薯的國家和地區(qū)有150個,主要集中在歐洲和亞洲，中國、俄羅斯、烏克蘭、印度四大生產(chǎn)國占世界種植面積的一半。 在過去的十幾年中，中國的馬鈴薯種植面積呈不斷上升的趨勢。2005年已達(dá)488.09萬hm2，是全世界馬鈴薯種植面積最大的國家，占全球種植面積的25%以上，占亞洲種植面積的60%左右，平均單產(chǎn)14.5t/hm2。中國即將成為世界第一馬鈴薯種植大國，我國僅內(nèi)蒙、甘肅、云南、貴州和黑龍江五省區(qū)種植面積就達(dá)全國面積的一半以上。其中內(nèi)蒙大約53.3萬hm2、甘肅2006年已達(dá)54.

18、88萬hm2、云南2005年達(dá)52.84萬hm2、貴州大約50萬hm2、黑龍江大約46.6萬hm2。我國馬鈴薯的種植和栽培反應(yīng)了我國人民對馬鈴薯產(chǎn)品的需求和馬鈴薯生產(chǎn)的強(qiáng)大生命力。我國馬鈴薯市場潛力巨大，栽培發(fā)展迅猛，品種繁多，這一發(fā)展趨勢與世界馬鈴薯發(fā)展趨勢是一致的。 1.2 馬鈴薯的價值 馬鈴薯不僅具有很高的營養(yǎng)價值，而且還在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。 1.2.1 馬鈴薯的營養(yǎng)價值 馬鈴薯是全球繼小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物，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是蘋果的10倍，VB是蘋果的4倍

19、；其他礦物質(zhì)含量是蘋果的10倍以上。因此，在日常生活中，以馬鈴薯為原料的食品已經(jīng)成為時尚。馬鈴薯不但營養(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有的胡蘿卜素和抗壞血酸，因此營養(yǎng)學(xué)家說“馬鈴薯是十全十美的全價營養(yǎng)食物”。 1.2.2 馬鈴薯的工業(yè)價值 馬鈴薯除了上述的營養(yǎng)價值之外它在工業(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值，可以制成添加劑、增強(qiáng)劑、黏結(jié)劑、穩(wěn)定劑等，在

20、有些時候它還可以用來生產(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)社會條件，使它的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也成為全球的朝陽產(chǎn)業(yè)。從長遠(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)對馬鈴薯的需求到2020年將有望增長20%，超過水稻、小麥、玉米的增長，屆時發(fā)展中國家對馬鈴薯的需求將是2000年的2倍，幾乎占全球總產(chǎn)量的一半。 1.2.3 課題研究背景 隨著市場對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)成為各國的重要課題，尤其是馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的挖掘與分離部分的設(shè)計，一直是這一課題中的關(guān)鍵部分，也是整個課題的當(dāng)頭難

21、題。本文也就這一難題，設(shè)計出了一種新型馬鈴薯收獲機(jī)的挖掘與分離系統(tǒng)。 1.3 馬鈴薯收獲機(jī)概述 馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化難點(diǎn)在于收獲，特別面對農(nóng)村以小型拖拉機(jī)為主的動力現(xiàn)狀，使收獲機(jī)械的發(fā)展難度增加，有不少尚待解決的問題。 馬鈴薯的收獲工作主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：1挖掘泥土；2將疏松的泥土 小土塊 石塊等從薯塊中分離出去；3除掉地面上的莖與雜草；4將薯塊進(jìn)行分級及裝載等。除了帶有剔選工作臺的聯(lián)合收割機(jī)外，分級工作一般不在田間進(jìn)行。按工藝過程完成的程度，馬鈴薯收獲機(jī)械可分為：簡單挖掘機(jī)、馬鈴薯挖掘機(jī)和馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)。隨著馬鈴薯栽培技術(shù)的推廣和種植規(guī)模的擴(kuò)大，促進(jìn)了相關(guān)機(jī)械的發(fā)展

22、，包括馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展。 1.3.1 國外馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史 馬鈴薯收獲機(jī)作業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了手工收獲，半機(jī)械化收獲和聯(lián)合收獲三個階段。在機(jī)械化收獲機(jī)具中，又經(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，發(fā)達(dá)國家馬鈴薯的收獲已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合作業(yè)，而發(fā)展中國家基本上還是采用挖掘犁和挖掘機(jī)進(jìn)行收獲作業(yè)。20世紀(jì)初，歐美國家首先出現(xiàn)了畜力牽引式挖掘機(jī)代替了傳統(tǒng)的手工挖掘薯塊的馬鈴薯收獲形式，隨后又改為拖拉機(jī)牽引或懸掛式。20年代末又相繼出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式的馬鈴薯挖掘機(jī)。國外馬鈴薯機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。在40年代初，前蘇聯(lián)、美國就開始研制、推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)械

23、，50年代末即己實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。從50~60年代馬鈴薯收獲機(jī)械在俄國（前蘇聯(lián)）、歐美等國開始大量的生產(chǎn)使用，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)械。在這些機(jī)型中，有很多是由大功率的拖拉機(jī)變型而成，如荷蘭在拖拉機(jī)的基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合收獲機(jī)的原理制成的四行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個液壓泵帶動。70~80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化。觀察國外馬鈴薯收獲機(jī)械，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)得到了迅速的發(fā)展。 目前，發(fā)達(dá)國家馬鈴薯的收獲已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合作業(yè)。根據(jù)國家、收獲地塊類型不同可分為

24、兩種類型：第一類是以俄羅斯、美國等國生產(chǎn)的機(jī)型為代表，普遍采用大功率自走式聯(lián)合收獲機(jī)。如俄羅斯國家農(nóng)機(jī)研究所生產(chǎn)聯(lián)合體研制的KCK-4-1型KCK-4A-1型等機(jī)型；美國Loganfarm Equipment CO.LTD生產(chǎn)的W9032、W9034、W9038等四行收獲機(jī)。它們的共同特點(diǎn)是一次完成切蔓、挖掘、分離、篩選、分級、提升、卸料等作業(yè)，但是體積較為龐大、顯得有點(diǎn)笨重，而且消耗功率也大，僅適合在大面積的土地上使用，不適合中小地塊。不過近年來歐美的馬鈴薯收獲機(jī)仍然是以大功率寬幅機(jī)組為主，這些大型自走式收獲機(jī)配套動力大，價格昂貴。第二類是以德國、意大利、挪威等國生產(chǎn)的機(jī)型為代表與中型拖拉機(jī)

25、配套的牽引式馬鈴薯收獲機(jī)。如挪威Kverneland NarboAS公司生產(chǎn)的UN2600型系列牽引式兩行馬鈴薯收獲機(jī)，技術(shù)先進(jìn)，集機(jī)械、液壓、電控為一體。德國“嘉博曼”公司生產(chǎn)的Pyra-2型2行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)裝有裝卸輸送帶、莖葉拔除輥、萬向軸、照明設(shè)備，挖掘器還裝有轉(zhuǎn)向軸和壓縮空氣裝置，其配套動力為60KW，如圖1-1所示。意大利思培多公司生產(chǎn)的Cpp-BD-150/S型系列懸掛式收獲機(jī)，可一次完成馬鈴薯挖掘、分離和鋪放作業(yè)。德國格瑞莫（GRIMME）公司生產(chǎn)的GT170馬鈴薯挖掘機(jī)采用液壓仿行輪，實(shí)現(xiàn)挖掘深度可隨地面仿行性。意大利生產(chǎn)的SP100機(jī)型為小型壟作收獲機(jī)械。如圖1-2

26、所示比利時“迪沃夫”公司生產(chǎn)的馬鈴薯收獲機(jī)，它具有速度快，效果好，能將挖、篩、選同時操作等優(yōu)點(diǎn)。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械的國家很少，并且相對起步也比較晚，但是發(fā)展速度還比較快，尤其是近幾年韓國和日本生產(chǎn)了部分小型馬鈴薯挖掘機(jī)。如韓國高山機(jī)械公司生產(chǎn)的小型的單行和雙行馬鈴薯、地瓜挖掘機(jī)，相對比較適合中小地塊。 由此可見，國外一些馬鈴薯收獲機(jī)械不但生產(chǎn)率高而且還將高新技術(shù)融于農(nóng)具之中，如采用振動、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。 1.3.2 國內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史 我國在馬鈴薯收獲機(jī)械研

27、制方面處在一個相對落后薄弱的狀況，用于機(jī)械化收獲的面積不足1%，繁重落后的體力勞動仍然是馬鈴薯收獲和的主要方式。解放初期，我國收獲馬鈴薯主要采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。在20世紀(jì)60年代初期，有關(guān)農(nóng)機(jī)部門開始了研制工作，引進(jìn)了西德VR-2、波蘭RCE-2、英國Johson、瑞士Samro Junior和前蘇聯(lián)的KTH-2型馬鈴薯收獲機(jī)并進(jìn)行了生產(chǎn)性能試驗(yàn)，力圖吸收消化國外技術(shù)、開發(fā)同類產(chǎn)品。直到20世紀(jì)70年代中期，由于手扶拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用，國內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機(jī)配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制高潮，成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī)，但受當(dāng)時的配套動力限制，未能生產(chǎn)和推廣。后來，最有代表性的是內(nèi)

28、蒙古農(nóng)機(jī)所研制的與40.4KW拖拉機(jī)配套的4U-1型馬鈴薯集條收獲機(jī)，進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代在北京舉辦的12國農(nóng)機(jī)展覽會上，我們國家還引進(jìn)了不少國外馬鈴薯機(jī)具廠商參展。其中有西德哈格多思農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的集條收獲機(jī)。瑞士生產(chǎn)的裝袋收獲機(jī)，集堆收獲機(jī)，日本東洋農(nóng)機(jī)株式會社生產(chǎn)的TPO-2型集條收獲機(jī)，法國英羅公司生產(chǎn)的M112型集條收獲機(jī)。其中大型機(jī)具的配套動力在30KW以上，中型機(jī)具的配套動力在22-30KW，小型機(jī)具的配套動力在15KW。1985年，中國農(nóng)機(jī)院為了提高馬鈴薯收獲機(jī)械的設(shè)計水平，掌握國外先進(jìn)技術(shù)，特派遣本院工程技術(shù)人員赴西德馬鈴薯機(jī)具研制生產(chǎn)公司實(shí)習(xí)馬鈴薯收獲機(jī)械，

29、了解了西德馬鈴薯機(jī)械化種植和收獲技術(shù)，掌握了一些技術(shù)要點(diǎn)并達(dá)成了合作意向。到20世紀(jì)90年代中期，由于國產(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，市場需求旺盛，先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場，以及新型農(nóng)用液壓式挖掘機(jī)，操作簡單、性能可靠、實(shí)用性強(qiáng)。 由此看來，我國對馬鈴薯收獲機(jī)械的研制起步較晚，發(fā)展也相對緩慢，目前國內(nèi)機(jī)型以小型、配套動力小，結(jié)構(gòu)簡單、輕便為主，處于中小型懸掛收獲機(jī)的研制推廣階段，所研制機(jī)具的技術(shù)水平與國外相差甚遠(yuǎn)。且馬鈴薯收獲機(jī)械的研制大都根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計，沒有精確的理論和先進(jìn)的研究手段為基礎(chǔ)，因而在實(shí)地作業(yè)中也存在著

30、一定的問題，如對我國不同地區(qū)的耕地條件、農(nóng)藝要求適應(yīng)性差；壅土阻塞；分離效果不好，明薯率較低；馬鈴薯損傷較重，尤其是薯皮損傷較重；在雜草或秧葉還未枯萎的田地進(jìn)行作業(yè)時，部分機(jī)型堵塞現(xiàn)象比較嚴(yán)重，直接影響機(jī)器的正常工作；個別機(jī)型設(shè)計原理不夠合理，結(jié)構(gòu)松散，使用壽命短等。 圖1-3 4U-2馬鈴薯收獲機(jī) 圖1-4 1700型馬鈴薯收獲機(jī) Fig.1-3 4U-2 potato harvester Fig.1-4 1700 potato harvester 近年來針對以上不足，和馬鈴薯生產(chǎn)現(xiàn)狀的

31、迫切需要，國內(nèi)先后有多家科研單位和企業(yè)研制馬鈴薯收獲機(jī)。如現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司研制的4SW—2型馬鈴薯挖掘機(jī)，又如河北圍場農(nóng)機(jī)研究所研制的4VM-1A型、4VM-2A型的馬鈴薯挖掘機(jī)，黑龍江齊齊哈爾建新廠研制的4U-2牽引式馬鈴薯收獲機(jī)，如圖1-3所示，西安圣農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限責(zé)任公司研制的4U-1型馬鈴薯收獲機(jī)，內(nèi)蒙古包頭市農(nóng)機(jī)所研制的4U-12.5型大型馬鈴薯收獲機(jī)，黑龍江生產(chǎn)的4S00-1.2型中型馬鈴薯收獲機(jī)等。這其中最有代表性的是內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的4SW-40型、4SW-60型馬鈴薯挖掘機(jī)和內(nèi)蒙古呼和浩特市得力新技術(shù)設(shè)備廠生產(chǎn)的4ULDX-1500型馬鈴薯收獲機(jī)。4SW-40型、4

32、SW-60型馬鈴薯挖掘機(jī)，它們分別與25~30馬力和30~40馬力拖拉機(jī)配套，主要適合于平作或垅作種植的馬鈴薯挖掘，可一次完成挖掘、薯塊分離與鋪條等聯(lián)合作業(yè)，具有結(jié)構(gòu)輕巧、工作穩(wěn)定、挖掘薯塊完好、擺放整齊、使用可靠、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別是收獲壟上的種植馬鈴薯更能顯示其優(yōu)越性。4ULDX-1500型馬鈴薯收獲機(jī)配有兩種傳動鏈輪，使柵條輸送帶實(shí)現(xiàn)高低兩種運(yùn)行速度，適宜不同土質(zhì)地塊上作業(yè)；兩側(cè)不設(shè)切土圓盤，避免機(jī)具進(jìn)行不對壟作業(yè)時嚴(yán)重破碎土豆現(xiàn)象；兩側(cè)設(shè)有分薯板，可將土豆推向側(cè)邊，避免壓損。該機(jī)具有在濕潤、干旱和多石地塊實(shí)現(xiàn)平作、壟作作業(yè)功能。此外，中國農(nóng)機(jī)化科學(xué)研究院在吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上還

33、優(yōu)化設(shè)計了兩種新型馬鈴薯聯(lián)合收割機(jī)，一種是背負(fù)式聯(lián)合收割4UL-1型、一種是拖拉機(jī)后懸掛式4UW-120型。代表機(jī)型還有“十五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目科研成果，中農(nóng)機(jī)美諾系列1700型馬鈴薯收獲機(jī)，它結(jié)束了國內(nèi)沒有大型馬鈴薯挖掘機(jī)的時代，該機(jī)可以一次性完成鎮(zhèn)壓、挖掘、輸送分離、除秧、側(cè)輸出等作業(yè)，如圖1-4所示。 1.4 本課題研究的意義、 內(nèi)容及方法 1.4.1 研究意義 目前我國馬鈴薯種植面積正在接近蔬菜種植面積，達(dá)500萬hm2，年總產(chǎn)量近8000萬噸，已成為世界馬鈴薯生產(chǎn)大國，機(jī)械化作業(yè)是社會發(fā)展的必然趨勢。本課題的研究意義具體體現(xiàn)在以下幾個方面： 1)馬鈴薯收獲是

34、時間緊，耗工多的一項(xiàng)作業(yè)。由于馬鈴薯生長期僅80～90天，集中種植區(qū)多在我國北部，氣候寒冷，無霜期短，如收獲過早，生長期不夠，干物質(zhì)積累少，影響產(chǎn)量和質(zhì)量，如收獲過晚，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，造成減產(chǎn)，嚴(yán)重制約馬鈴薯生產(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。 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)械化離不開性能優(yōu)良的收獲機(jī)械，因此研發(fā)適合我國農(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

35、[6]。2005年8月省人民政府和中國農(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。解決這些問題，把這一特色產(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)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移、我國城市化進(jìn)程的8加快、勞動力的的減少經(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)

36、。甘肅是全國馬鈴薯的主要產(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)，存在著勞動強(qiáng)度大，費(fèi)時費(fèi)工，損失率高，不便貯藏等缺點(diǎn)[5]，甘肅定西為國家級馬鈴薯之鄉(xiāng)，但其機(jī)械化水平僅為1%，大部分收獲完全靠人工作業(yè)方式，作業(yè)手段落后，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，有時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，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、

37、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，勞動強(qiáng)度大，費(fèi)時費(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，對輸送系統(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)動參數(shù)分析，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。因此，在現(xiàn)有機(jī)型基礎(chǔ)上不斷攻關(guān)完善，對輸送系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行分析研究，對影響工作性能的運(yùn)動和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高分離率，減少傷薯率，降低勞動強(qiáng)度，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義。 6）我

38、國馬鈴薯種植面積大幅攀升，這對我國馬鈴薯收獲機(jī)械生產(chǎn)無疑是一個非常好的機(jī)遇，近幾年各個行業(yè)對馬鈴薯的需求不斷增加，隨著全國農(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。 1.4.2 研究內(nèi)容 針對國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的主要問題，研制出一種挖掘、分離、輸送、集裝等為一體的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械，該機(jī)采用了新型的分離裝置進(jìn)行土薯分離，完成分離后可將薯塊通過輸送裝置輸送到機(jī)械尾部，然后是薯塊覆蓋在土壤的表面。本文主要對4TU-2型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的起獲與分離系統(tǒng)進(jìn)行研究，并對該機(jī)挖掘與旋齒的主要部件和機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地設(shè)計計算和理論探討。國內(nèi)外

39、關(guān)于谷物聯(lián)合收獲機(jī)械輸送系統(tǒng)的研究比較成熟，但是關(guān)于馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械中的分離系統(tǒng)的精確理論分析和計算還比較欠缺。因此，針對以上問題，必須在薯塊挖掘與分離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，降低勞動強(qiáng)度，達(dá)到機(jī)械化收獲的目的。其主要內(nèi)容概括如下： 1)在滿足馬鈴薯收獲農(nóng)藝條件的前提下，研究并確定該機(jī)挖掘與分離系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)。 2)研究并確定挖掘與分離各組成部分的結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行理論分析，使其結(jié)構(gòu)、性能達(dá)到最佳。 3)馬鈴薯柔性輸送系統(tǒng)的研究。薯塊在輸送過程中極易傷害表皮，對儲存極為不利，因此需在輸送過程中研究應(yīng)用

40、新結(jié)構(gòu)、新材料，避免在薯塊輸送過程中損傷馬鈴薯。 4) 用AUTO-CAD畫出各個組成部分的零件圖紙。 1.4.3 研究方法 1)通過到我省馬鈴薯種植地進(jìn)行實(shí)地考察，查閱大量的文獻(xiàn)資料，吸收并借鑒國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(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)起獲與分離輸送系統(tǒng)的主要參數(shù)。 2) 對起獲與分離主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并分析確定主要參數(shù)。 3）運(yùn)用CAD軟件對主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行二維繪圖 4）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)計方案 確定主要參數(shù) 繪制圖樣

41、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 改進(jìn) 完善設(shè)計 第 2 章 挖掘部件的設(shè)計 2.1 挖掘鏟的設(shè)計要求 馬鈴薯挖掘鏟的主要功用在于掘出薯塊并將薯塊輸送給抖動分離裝置，且盡量減少進(jìn)入機(jī)具的泥土量和能量消耗，同時還要防止挖掘鏟纏草和奎土，要在不同的上壤條件和濕度下，圓滿的完成這一任務(wù)或與挖掘鏟有關(guān)的各項(xiàng)任務(wù)是非常困難的，因此對挖掘鏟的要求是: (1)將所有薯塊挖出，保證挖凈; (2)進(jìn)入機(jī)器的土壤量應(yīng)盡可能少; (3)盡可能使土壤松碎并順利地將掘起物輸送到抖動分離裝置; (4)在克服各種阻力時使消耗能量最少，防止纏草和雍上。 為了滿足以上要求，該機(jī)選用了組合式挖掘鏟

42、，主要由二階平面鏟、鏟架組成。 2.2 挖掘鏟的設(shè)計 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，把掘起物送到它后面的分離裝置上，并要求在克服各種阻力時消耗的能量最少。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。 圖2-1挖掘鏟受力特性 組合式挖掘鏟的鏟面由二階平面鏟組成，挖掘鏟剛性地固定在鏟架上，各鏟之間留有滑草間隙。挖掘鏟的主要參數(shù)有:鏟體寬度B，鏟刃夾角e、鏟面傾角Q、鏟體長度L，挖掘鏟受力特性如圖2-1所示。 2.2.1 鏟

43、體總寬度 挖掘鏟的寬度首先要適應(yīng)薯塊分布寬度，保證挖凈，同時盡可能少的從行間挖掘起過多土壤，因此在設(shè)計中要考慮馬鈴薯在田間生長的分布寬度及其行距，同時還要考慮收獲機(jī)前進(jìn)時，挖掘鏟偏離薯塊的集結(jié)幅度，根據(jù)馬鈴薯栽培學(xué)和實(shí)際調(diào)查提供的數(shù)據(jù)表明，我國大部分馬鈴薯品種結(jié)薯集中，行距50一70cm，壟寬40一50cm，薯塊分布的平均寬度為30~40cm，因該機(jī)挖掘行數(shù)為2行，綜合考慮以上因素，確定鏟體總寬度為B=120cm(單鏟寬度為60cm)。 2.2.2 鏟刃夾角 選擇挖掘鏟刃夾角的值時，必須考慮雜草和莖稈都能滑離鏟刃，使莖稈滑離刃口的受力如圖2-1所示，它必須滿足下列不等式:

44、 (2一1) 式中 —莖稈作用于鏟刃的摩擦力(N) —作用于鏟刃的法向壓力(N) —莖稈對鋼的摩擦系數(shù)，=tg 從圖中得到下列不等式: (2一2) —作用于鏟刃的阻力(N) 鏟刃張角的大小必須使莖稈和雜草能夠沿刃口滑移，角過大，莖稈和雜草不能被切斷，會引起鏟前堵塞;但角減小時，要達(dá)到同樣的挖掘?qū)挾?，則必須增加鏟的長度，這樣就會增大工作阻力。因此，在土壤濕度大或雜草多的條件下作業(yè)，其角應(yīng)取小些，據(jù)試驗(yàn)表明，挖掘鏟的鏟刃張角在80--120范圍內(nèi)較適宜，當(dāng)角大于120后，莖稈和

45、雜草不易與鏟刃形成滑移現(xiàn)象，因而容易引起堵塞，摩擦角=40--42 (摩擦系數(shù)為0.85一0.9)，如果莖稈和雜草能夠滑移鏟刃，土壤一定能夠滑移鏟刃，因?yàn)橥寥琅c鋼的摩擦角小于莖稈與鋼的摩擦角，因此該挖掘鏟鏟刃夾角=96。 2.2.3 鏟面傾角 鏟面傾角Q和挖掘鏟的長度L可由圖3.1求出，根據(jù)受力圖分析可得方程 式: （2--3） (2--4) (2--5) P—挖掘鏟移動時掘起物所需的力(N); G—鏟

46、面上掘起物的重力(N); F—土壤對鏟的摩擦力(N); N—挖掘鏟對土壤的反作用力(N); p—土壤對挖掘鏟的摩擦系數(shù)，土壤對鋼的摩擦系數(shù)為:0.577一0.721， p=tan，摩擦角=30--36 將(2一3)(2一4)(2一5)三式聯(lián)立可求得: (2一6) (2一7) 挖掘鏟的工作阻力不僅是由掘起的土壤沿著挖掘鏟面移動而產(chǎn)生的，而且也是由切割土壤而造成的。鏟刃切割土壤所需要的力: ( 2一8

47、) 鏟體受到總阻力可以用下面的關(guān)系式來表達(dá): (2一9) 其中: K—挖掘壟溝的比阻系數(shù)()，見表2-1 A—鏟起來壟臺的橫截面積() 表2-1馬鈴薯挖掘鏟挖掘薯壟時的比阻系數(shù) 挖掘比阻系數(shù)數(shù) 土壤性質(zhì)質(zhì) 比阻最小值(N/時) 比阻最大值(N/擴(kuò)) 輕質(zhì)土壤 1600000 2000000 中等輕質(zhì)土壤 2000000 2400000 中等堅實(shí)土壤 2400000 3000000 據(jù)資料介紹，當(dāng)鏟面上掘起物橫斷面積A為0.041一0.052，在輕質(zhì)土壤里

48、=150，摩擦角=36。時，沿挖掘鏟鏟面移動土壤層重量G為314--405N，移動阻力P為394~500N，挖掘切割力為650一930N，則挖掘總阻力R的大小為:1044--1430N，在較困難的情況下，R值可以等于甚至超過3150N。取挖掘深度h為15~18cm，鏟面傾角a=15。，摩擦角=36。時，計算鏟的總阻力為1930--2218N，根據(jù)以上分析，4UT一2型馬鈴薯挖掘機(jī)挖掘鏟工作總阻力不會超過6500N。 如果大于式(2一6)中的值，掘起物就會擁在挖掘鏟上并會帶著馬鈴薯從旁邊散落，在此種情況下應(yīng)在挖掘鏟兩側(cè)裝上適當(dāng)?shù)膿醢寤蚋男蜑椴坌午P。實(shí)際上，角隨挖掘鏟需要提升物的高度h和對松碎土

49、壤的要求而定，h的大小因鏟后適用的分離裝置種類而異。一般角增大，利于碎土，但阻力增加，當(dāng)=25時，中等堅實(shí)土壤就會出現(xiàn)相當(dāng)大的奎土。因而當(dāng)h保持不變而角減小的情況下，挖掘鏟的長度勢必會加長，這樣同樣也會引起阻力的增加，由此可見，角值越大，挖掘鏟的總長度就越短。 該馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)配套牽引力選40.5一50KW拖拉機(jī)，因工作速度越大，生產(chǎn)率理論上應(yīng)該是越高，但是由于挖掘阻力隨工作速度的增加而增大，造成上壤的破碎不徹底，影響土薯分離;工作速度太低，生產(chǎn)率太低，影響馬鈴薯的適時收獲，從而工作速度應(yīng)當(dāng)有一個合適的范圍。根據(jù)圖2-1，因C點(diǎn)的位置距離溝底稍大于挖掘深度(14一20cm)，綜合以上因素取

50、該馬鈴薯收獲機(jī)鏟面傾角=170, =20。，在二階平面鏟的折彎點(diǎn)B處，掘起物下層土壤被折彎，有利于碎土作用。 2.2.4 鏟體總長度 挖掘鏟鏟體長度與鏟面傾角a的關(guān)系如圖2-1，因C點(diǎn)的位置距離溝底稍大于挖掘深度h(14~20cm)，一階平面段長度、二階平面段長度，其總長度L與傾角的關(guān)系式如下: (2一10) 根據(jù)公式(2一10)及參考同類挖掘鏟的長度，取L=40cm。 保證挖進(jìn)的土壤和馬鈴薯不會從兩邊滑落，需在挖掘鏟的兩側(cè)加設(shè)擋板，擋板為平行四邊形，焊接在機(jī)架上。 圖2-2挖掘鏟結(jié)構(gòu)圖 經(jīng)過以上參數(shù)的分析確定，運(yùn)用AU

51、TOCAD軟件將中間鏟和左右鏟的二維視圖繪制出來了（如下圖所示）。 圖2-3 中間鏟展開圖 圖2-4 右側(cè)鏟 圖2-5 左側(cè)鏟 第 3 章 喂入輪與撥土輪的設(shè)計 撥土輪、喂入輪在整機(jī)結(jié)構(gòu)中屬于輔助裝置，他們的主要作用是把挖掘鏟挖出的薯塊與土壤送入旋齒分離機(jī)構(gòu)，進(jìn)而把薯塊與土壤分離開來。 3.1 喂入輪的設(shè)計 喂入輪主要由喂入輪撥土板、喂入輪幅板、喂入輪軸組成。經(jīng)過分析該機(jī)構(gòu)與整機(jī)的協(xié)調(diào)性，確定了每個零件的參數(shù)與尺寸，并運(yùn)用CAD軟件繪

52、制出來了他們的二維圖形（如下圖所示）。 圖3-1 喂入輪撥土板 圖3-2 喂入輪幅板 圖3-3 喂入輪軸焊合 喂入輪的組裝圖3-4所示。 圖3-4 喂入輪組裝焊合 3.2 撥土輪的設(shè)計 撥土輪主要由撥土輪撥土板、撥土輪輔板、撥土輪軸組成。經(jīng)過分析該機(jī)構(gòu)與整機(jī)的協(xié)調(diào)性，

53、確定了每個零件的參數(shù)與尺寸，并運(yùn)用CAD軟件繪制出來了他們的二維圖形（如下圖所示）。 圖3-5 撥土輪撥土板 圖3-6 撥土輪輔板 撥土輪的焊合圖如圖3-7所示： 圖3-7 撥土輪焊合 撥土輪的整個裝配圖如圖3-8你所示： 圖3-8 撥土輪的裝配圖 第 4 章 分離裝置的設(shè)計 4.1 分離裝置的選型

54、馬鈴薯分離裝置主要是將挖掘鏟送來的薯土混合物進(jìn)行分離。據(jù)統(tǒng)計單行馬鈴薯聯(lián)收獲機(jī)械進(jìn)行收獲作業(yè)時，每米的長度內(nèi)進(jìn)入到挖掘鏟上的土壤和薯塊的重力約為100其中76%～80%的土壤要求在分離器上分離，因此分離器的工作負(fù)荷大，工作條件也相比較復(fù)雜。目前馬鈴薯收獲機(jī)械上用的分離裝置種類比較多，主要有抖動鏈?zhǔn)?、篩式弧形撥齒式幾種，它們除了分離作用外還起著輸送作用。 圖4-1抖動鏈?zhǔn)椒蛛x裝置結(jié)構(gòu)簡圖 1.從動輪2.抖動輪3.鏈條4.主動輪 抖動鏈?zhǔn)绞悄壳榜R鈴薯收獲機(jī)械普遍采用的一種分離裝置，它由桿條，連接桿條鏈子、主動輪、抖動輪、從動輪組成，其結(jié)構(gòu)簡

55、圖如圖4-1所示。這種分離裝置主要是過鏈條抖動和薯塊及其夾雜物的幾何尺寸不同而行分離，在分離的過程中小夾雜物、動后的碎土塊將從抖動鏈的桿條空隙中漏下，薯塊將被輸送至后續(xù)的裝置。國內(nèi)外的中型收獲機(jī)械一般采用多級升運(yùn)鏈分離機(jī)構(gòu)，國內(nèi)的小型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)也有使用升鏈作為分離輸送部件的，但一般為單級升運(yùn)鏈。薯塊和土壤混合物被挖掘鏟挖出后進(jìn)入升運(yùn)鏈的前端，隨著升運(yùn)鏈的運(yùn)動被輸送到升運(yùn)鏈的后端，在整個輸送過程中鏈條的振和抖動作用，使薯塊和土壤混合物碎裂，碎裂后的小土塊和土壤顆粒通過升運(yùn)鏈的空隙到地面，從而完成薯塊和土壤的分離。為了加強(qiáng)升運(yùn)鏈條的薯土分離效果，在鏈條上加抖動輪來加強(qiáng)升運(yùn)鏈的振動，從而加強(qiáng)升

56、運(yùn)鏈對薯土混合物的破碎作用，提高篩分效果。 升運(yùn)鏈?zhǔn)绞硗练蛛x機(jī)構(gòu)在砂性土壤中工作良好，但是在相對有點(diǎn)粘性的土壤中工作狀況是很理想。同時馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械由于其縱向尺寸的限制，使升運(yùn)鏈的設(shè)計長度也受制，這樣升運(yùn)鏈長度就直接影響了薯土分離效果。再說，如果使用抖動作用過強(qiáng)的抖動會影響到薯土混合物的輸送，同時薯塊也容易受到損傷。 篩式分離裝置主要應(yīng)用在小型馬鈴薯收獲機(jī)械上，其主要形式為擺動篩式和滾筒篩分離機(jī)構(gòu)。擺動篩式分離機(jī)構(gòu)主要通過擺動篩的擺動、拋擲作用實(shí)現(xiàn)分離目的，它的分能力比抖動鏈?zhǔn)綇?qiáng)，它不僅能夠篩分土壤，而且還能把篩面上的混合物向上輸送。但是于自身的結(jié)構(gòu)，它的缺點(diǎn)是：篩子做往復(fù)擺動時產(chǎn)生的

57、慣性力得不到平衡，對機(jī)架產(chǎn)生擊力，因此要求機(jī)架的強(qiáng)度相對比較高；在分離的過程中容易堵塞篩孔；為了追求更好分離效果，需要加大擺動篩的擺動幅度，可是擺動過程中的振動和拋擲容易造成薯塊的傷，所以擺動幅度和頻率不能過大，因而限制了作業(yè)效率。 滾筒篩式分離機(jī)構(gòu)一般作為后續(xù)分離輸送部件應(yīng)用在單行馬鈴薯收獲機(jī)械上，它在離的過程中通過篩內(nèi)表面上裝有的葉片，在分離的同時提升薯塊。它具有堅固耐用、使可靠性好、能量消耗小、沒有不平衡慣性力的優(yōu)點(diǎn)；但分離性能差，金屬用量大，在重土壤或土壤含水量較大時容易粘土、堵塞。抖動鏈?zhǔn)胶蛿[動篩式分離機(jī)構(gòu)相比，滾筒篩分離能力較差，對于帶內(nèi)螺旋的滾筒篩可以過提高滾筒的轉(zhuǎn)速來提高分離

58、能力，但由于速越高，薯塊離開分離篩時的速度也越大，拋起的高度也更高,就會造成落地時薯塊損率提高。 弧形撥齒式分離裝置是針對抖動桿條升鏈?zhǔn)胶秃Y式薯土混合物分離機(jī)構(gòu)在小型馬鈴聯(lián)合收獲機(jī)械中和粘性土壤中工作的缺陷，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究生趙碩最新設(shè)計出來的它也可以單獨(dú)應(yīng)用在馬鈴薯挖掘機(jī)中。這種分離裝置主要由弧齒、連接桿、和轉(zhuǎn)動軸組其單個機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-2所示。隨著挖掘鏟的前進(jìn)，撥齒處于不斷的撥動狀態(tài)，它撥動加快了土壤的破碎，并使土壤通過撥齒的縫隙掉落到地面，同時薯塊被撥動到后面撥齒上，最后通過撥齒拋出，掉落地面或被后續(xù)裝置進(jìn)行輸送。采用弧形撥齒式分離裝在撥齒的破碎、撥動、拋擲作用下，能夠使土塊更好

59、的破碎，薯土分離的效率和效果也到提高。與此同時，在撥齒撥動、拋擲的過程中還會使薯塊與土壤產(chǎn)生摩擦，使附著在面的土壤得到清理。 圖4-2弧形撥齒分離機(jī)構(gòu)簡圖 1. 弧形撥齒2.連接桿3.空軸 綜上所述，進(jìn)行綜合對比分析可以得出，弧形撥齒式分離裝置結(jié)構(gòu)簡單，分離效果克服了抖動鏈?zhǔn)胶秃Y式分離裝置在小型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械和中粘性土壤中使用的限制。所以，最后設(shè)計的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的分離裝置是比這種新型分離裝置分離效果更好的旋齒分離機(jī)構(gòu)，如圖4-3所示。 圖4-3 旋齒分離示意圖 4.2 分離裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 旋齒設(shè)計參數(shù)主要為旋齒的半徑、旋齒展開的總長度，旋齒半徑為

60、83mm,旋齒展開總長度為383mm。其設(shè)計意圖如圖3-4所示。 圖4-4 旋齒結(jié)構(gòu)示意圖 旋齒分離裝置主要有旋齒、旋齒軸、耳座組成。耳座的作用是連接旋齒與旋齒軸，是二者能夠很好的結(jié)合在一起。耳座有兩種類型，它們的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-5和4-6所示： 圖4-5 耳座1 圖4-6 耳座2 旋齒分離裝置共有3組。旋齒軸焊合3組，旋齒裝配3組。他們的二維視圖我已經(jīng)用CAD軟件繪制出來

61、了。如下圖所示： 首先是旋齒軸焊合3組： 圖4-7 第一組旋齒軸焊合 圖4-8 第二組旋齒軸焊合 圖4-9 第三組旋齒軸焊合 然后是旋齒總體裝配三組：二維視圖如下圖所示： 圖4-10 第一組旋齒裝配 圖4-11 第二組旋齒裝配 圖4-12 第三組旋齒裝配 第 5 章

62、 旋齒分離器運(yùn)動分析 5.1 問題的提出 馬鈴薯在我國北方種植面積較大，收獲占用勞力較多，而且與大田收獲爭勞力，人工收獲損失大.我國尚無理想的馬鈴薯收獲機(jī)械，目前應(yīng)用的大都是三十年代的機(jī)型.其挖掘部件采用三角鏟，分離部分采用抖動鏈?zhǔn)?，整機(jī)笨重，工作效果不佳.為進(jìn)一步解決這一問題，經(jīng)過兩年的馬鈴薯收獲機(jī)試驗(yàn)研究，研制成丁4UT一2型馬鈴薯收獲機(jī)。 新型的4UT一2型馬鈴薯收獲機(jī)的挖掘部件采用鴨掌鏟，其挖凈寬達(dá)99.8%上.以分離機(jī)構(gòu)采用旋齒分離器，旋齒分離機(jī)構(gòu)與抖動鏈?zhǔn)奖容^有突出的優(yōu)點(diǎn)，為了給結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)，本章對分離器各參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行理論探討。 5.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作過程

63、該機(jī)由拖拉機(jī)牽引，通過拖拉機(jī)功力輪出軸、伸縮萬向節(jié)和減速箱輸出軸的兩端分別將動力傳給撥土輪和分離器的中間旋位，中間旋齒通過齒輪再傳動其它各旋齒，再由前后旋齒軸分別帶動喂入輪和升運(yùn)鏈。分離器的四組旋齒交錯排列，各組旋齒相位差為，齒距為18mm。 圖5-1 4UT-2結(jié)構(gòu)示意圖 4UT-2型馬鈴薯收獲機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5-1所示： 1、仿形輪 2、鴨掌鏟 3、撥土輪 4、變速箱 5、喂入輪 6、旋齒分離器 7、升運(yùn)鏈 8、行走輪 9、署箱 機(jī)器的起落由拖拉機(jī)的液壓懸掛裝置控制，開始時液壓懸掛架處于浮動位置，通過調(diào)節(jié)仿形輪的高低位置控制挖掘鏟的入土深度. 工作

64、時，薯塊與土壤沿挖掘鏟上升并向后移動，借助于撥土輪、喂入輪的作用，送入旋齒分離機(jī)構(gòu)，在旋齒的作用下，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)鏈送進(jìn)薯箱，然后靠其重量自動放堆.。 5.3 旋齒分離器的運(yùn)動分析 旋齒式分離器工作時.由于旋齒的回轉(zhuǎn)運(yùn)動使薯塊產(chǎn)生離心力而被拋離旋齒，土壤受到旋齒的打擊和剪切作用破碎后落至地面，從而達(dá)到薯塊與土壤分離的目的. 薯塊在旋齒分離器匕的受力情況如圖5-2(a)所示。分離器與水平面的傾斜角為，和:分別為旋齒l和旋齒2的軸心，旋齒的最大半徑為r，旋齒上任點(diǎn)一點(diǎn)的運(yùn)勸軌跡是圓。 假設(shè)薯塊在旋齒最人半徑處被拋起，薯塊所受到

65、的作用力有:重力mg、法向反力Fn、離心力和摩揀力。 若以旋齒最大半徑平行于旋齒軸心聯(lián)線為轉(zhuǎn)角的起始位置，則反力F可表示為： 當(dāng)Fn<0時薯塊被拋離旋齒，即: 薯塊拋離旋齒的條件為: 圖5-2 旋齒上薯塊的運(yùn)動 為了使薯塊能沿旋齒向后運(yùn)動，當(dāng)薯塊被旋齒1拋起后，應(yīng)使其速度方向向后落至咬齒2上，即薯塊拋離旋齒1時的速度方向與水平面的夾角應(yīng)小于，見圖5-2（b）。 由于，薯塊向后運(yùn)動的極限條件為=，即 由于 所以 　　　　 為深證薯

66、塊向后運(yùn)動，旋齒的運(yùn)動參數(shù)必須大于，或者是分離器和水平面的傾斜角。 　為了分析薯塊在旋齒分離器上的運(yùn)動情況，作如下假設(shè): 　1、薯塊在旋齒最大半徑處完全拋離旋齒， 　2、薯塊與旋齒之間無相對滑動， 　3、薯塊落到旋齒上即獲得與旋齒相同的速度. 圖 5-3 薯塊拋扔情況 如圖5-3所示，取坐標(biāo)xoy，以旋齒最大半徑平行于旋齒軸心聯(lián)線為起始位置.　則旋齒任意一點(diǎn)的運(yùn)動方程式為： 　 （1） 　式中 一旋齒角速度 一旋齒最大半徑 一機(jī)器前進(jìn)速度 一旋齒分離器傾角 　其速度方程式為: 　 （2） 　為了減少薯塊運(yùn)動過程中的碰撞而產(chǎn)生碰傷和破碎，要求薯塊在旋齒上做平拋運(yùn)動，這樣也可以使土壤在旋齒上的分離時間增長，提高土壤的分離能力.為了達(dá)到上述要求，應(yīng)使薯塊在旋齒轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)1處