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200 年 月 第 期 0 山藥挖掘收獲機(jī)的設(shè)計 楊佳佳 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 阿拉爾 843300 摘 要 長期以來 山藥都是靠傳統(tǒng)的人力收獲 山藥的根莖較長 深入地下 難以采收 如果收獲技術(shù)不夠成熟 根莖破 損率就會很高 隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展 虛擬制造和運動仿真在農(nóng)機(jī)設(shè)計中得以實現(xiàn) 從而大大縮短了設(shè)計周期 降低生產(chǎn) 成本 提高了設(shè)計的準(zhǔn)確性和可靠性 本設(shè)計利用三維設(shè)計軟件 對農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計 本文設(shè)計了一種山藥收獲裝置 結(jié)構(gòu)簡單合理 能夠完成山藥的機(jī)械化收獲作業(yè) 不僅極大地提高山藥收獲效率 而且對深 土農(nóng)作物的規(guī)?；N植起到了推廣作用 本次的設(shè)計對傳統(tǒng)山藥收獲機(jī)進(jìn)行了改進(jìn) 著重設(shè)計了山藥收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu) 傳動方式 工作方式 論述了裝置在收獲過 程中的的工作原理 在完成設(shè)計構(gòu)想之后 基于 SolidWorks 進(jìn)行了三維模型建立 整個過程包括各零件圖三維設(shè)計 裝配體三維 圖 關(guān)鍵詞 三維設(shè)計 傳動方式 動態(tài)仿真 中圖分類號 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0 引言 山藥對當(dāng)?shù)貧夂蛞蟛粐?yán) 但喜溫暖濕潤 忌積水 怕干旱 宜種植于肥沃疏松 土層深厚 排水良好的砂 質(zhì)壤土上種植 原產(chǎn)地位于河南焦作 現(xiàn)在分布于中國 西北 華北 和長江流域的湖南江西等地 由于其營養(yǎng) 比較豐富 一直以來都被視為比較理想的補(bǔ)虛佳品 不 僅可作為主糧 又可作為蔬菜食用 有很高的藥用價值 和食用價值 隨著現(xiàn)代社會人們更加注重養(yǎng)生和健康 而山藥的藥用價值和使用價值使得其成為很多人的選擇 特別是近幾年 山藥的種植面積和種植規(guī)模不斷上升 因此 山藥生產(chǎn)和收獲的機(jī)械化越來越得到行業(yè)的重視 1 長期以來 山藥的收獲都是靠傳統(tǒng)的人力收獲方式 山藥的根莖較長 難以采收 如果收獲技術(shù)不夠成熟 根莖破損率就會很高 我國大部分地區(qū)收獲山藥的方法 是 從山藥種植壟的一端開始 先挖出 60 70cm 左右的 土坑來 人坐在坑的邊上 然后用特制的山藥鏟 沿著 地面上山藥生長的 20cm 處的兩邊開始挖 將根兩邊泥 土鏟出 一直挖到山藥溝下見到根莖的尖端為止 最后 輕輕鏟斷剩下的細(xì)根 手握著根莖的中上部分 小心拔 出山藥的根莖 一定要小心精細(xì)鏟土 避免山藥根莖的 損傷和折斷 采收山藥時 一定要按著山藥種植的順序 一株一株地挨著挖 這樣才能有效減少破損率 又能避 免漏收 由于山藥一般在下層土壤延伸 最深可延伸到 地下 70 100cm 處 靠人力收獲相當(dāng)費力 最重要的是 人力收獲的過程中容易挖到山藥塊莖 影響山藥的品質(zhì) 和市場 而且勞動強(qiáng)度大 生產(chǎn)效率低 為此 山藥收 獲的機(jī)械化問題就亟待解決 山藥收獲技術(shù)如果能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化 將有力地推動 山藥生產(chǎn)的規(guī)模化 顯著降低山藥生產(chǎn)成本 節(jié)省勞動 力和農(nóng)活作業(yè)量 使山藥種植戶增加更多的收入 提高 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益 本課題研究了我國山藥收獲機(jī)械化的發(fā)展現(xiàn)狀 山 藥收獲機(jī)的未來研究方向 為山藥收獲方式以及推廣山 藥收獲機(jī)械化 促進(jìn)山藥生產(chǎn)效率提供了理論依據(jù) 1 設(shè)計方案及結(jié)構(gòu) 1 1 設(shè)計方案的優(yōu)化分析及確定 通過對山藥收獲機(jī)的現(xiàn)狀研究 對市場上已經(jīng)開 發(fā)成功的山藥收獲機(jī)的分析 總結(jié)山藥收獲機(jī)需要滿足 的條件 分析現(xiàn)有山藥收獲機(jī)的優(yōu)缺點 最終確定山藥 收獲機(jī)的最佳優(yōu)化方案 首先總結(jié)設(shè)計山藥收獲機(jī)要完成的任務(wù) 1 通過 山藥收獲機(jī)能實現(xiàn)山藥收獲的簡易化 提高山藥收獲的 效率 2 此裝置在收獲山藥的時候不能損壞山藥的塊 莖 3 山藥收獲機(jī)的設(shè)計要盡量簡易 方案要符合實 際情況 設(shè)計方案可以投入生產(chǎn) 并且可以推廣 其次通過對上述現(xiàn)有山藥收獲機(jī)的研究與考察 發(fā) 現(xiàn)現(xiàn)階段山藥收獲機(jī)有兩個無法實現(xiàn)的難題 1 裝置 在開溝后仍然需要大量的人力勞動來完成后續(xù)的采收 2 在后續(xù)人力采收的工程中 比較容易損壞山藥的塊 莖 想要克服這些問題 必須盡量使山藥收獲機(jī)開溝后 山藥所在土塊要有所松動 使山藥與土壤的結(jié)合不在緊 密 在裝置作業(yè)之后 人工收山藥的過程中 能夠更直 接 這樣就能提高山藥的完整性 盡量少的破壞山藥的 塊莖 1 2 整體結(jié)構(gòu) 200 年 月 第 期 1 山藥收獲機(jī)的組成部分大致可由支撐部分 動力部 分 工作部分和傳動部分 支撐部分 主要就是山藥收獲機(jī)的機(jī)架和山藥收獲 機(jī)與拖拉機(jī)連接部分 用于支撐整個山藥收獲機(jī)能夠順 利切協(xié)調(diào)的完成收獲工作 動力部分 用于連接拖拉機(jī)傳輸?shù)膭恿?把動力提 供給山藥收獲機(jī)的傳動部分 傳動部分 傳輸動力 并起到減速作用 工作部分 這部分入土 用螺旋鉆桿開溝 達(dá)到收 獲山藥的目的 裝置選擇在山藥的兩側(cè)同時開溝 并且在開溝后利 用一個簡易的裝置 來松動山藥種植行的土塊 這樣山 藥采收的后續(xù)過程就能很大程度上減少人力 而且如果 山藥所在土塊松動之后 人們后續(xù)收山藥的方式就不僅 僅是從溝下一點一點挖掘 而是可以更直觀的 更簡易 的收獲山藥 這樣一來 就減少了山藥塊莖的破壞 這 個簡易的裝置不能給收獲機(jī)帶來太大的阻力 在此裝置 之前的開溝裝置 能夠很好地提供前進(jìn)的空間 利用送 土器 在開溝后之后 將提升到地面的泥土放置到溝的 兩側(cè) 機(jī)器走過的地方就開出了一道深溝 這樣 人就 可以下去把山藥撿拾出來 設(shè)計構(gòu)想簡圖如下圖 1 圖 1 山藥收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu) 1 2 總體設(shè)計 山藥挖掘收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意 如圖 2 所示 圖 2 山藥收獲機(jī)結(jié)構(gòu) 1 花鍵軸 2 差速箱 3 絲杠 4 傳動軸 5 滑套 6 齒輪 7 齒輪 8 軸承座 9 齒輪 10 螺栓 11 架子 12 機(jī)架 13 送土器 14 螺旋鉆桿 15 帶輪 16 軸承座 17 螺帽 2 1 2 山藥收獲機(jī)的工作原理 以拖拉機(jī)為動力源 在拖拉機(jī)的尾部安裝一個螺旋 鉆桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行鉆土 前面的兩個螺旋鉆桿開溝 起到收 獲機(jī)的開溝作用 在開溝之后利用安裝在機(jī)架后面的送 土器將土放置到溝的兩側(cè) 起到提升山藥種植行土塊的 作用 機(jī)器走過的地方就開出了一道深溝 2 關(guān)鍵部件設(shè)計 2 1 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計主要就是 根據(jù)拖拉機(jī)的輸出功率 和輸出軸所需輸出功率 經(jīng)過傳動機(jī)構(gòu)的傳輸達(dá)到一個 整機(jī)和諧工作的設(shè)計過程 即傳動齒輪和傳動軸的合理 選擇 200 年 月 第 期 2 2 2 送土器的設(shè)計 送土器的設(shè)計 可以更好的將螺旋鉆桿松動的土塊 提升到溝的兩側(cè) 大大提升了山藥收獲裝置的優(yōu)越性 送土器要橫跨山藥種植行 與機(jī)架連接 起到固定的作 用 送土器通過皮帶輪與拖拉機(jī)的皮帶輪相連 這樣拖 拉機(jī)就能帶動送土器工作了 如下圖 3 2 所示 圖 3 送土器 2 3 軸的初步設(shè)計 根據(jù)山藥收獲過程中 開溝軸的實際工作情況 工作過 程中 軸的轉(zhuǎn)速為 200 300r h 左右 3 山藥收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 本次設(shè)計的主要內(nèi)容有 1 山藥收獲裝置的整體 結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 開溝螺旋鉆桿工作部分的設(shè)計 使收獲 裝置更有效采收山藥 3 齒輪機(jī)構(gòu)的傳動設(shè)計 符合 拖拉機(jī)功率傳輸 使開溝軸得到適合的輸出功率 3 1 箱體機(jī)架的設(shè)計 根據(jù)山藥收獲作業(yè)的要求 需要確定符合采收山藥 裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計出特殊而且簡單的機(jī)架 機(jī) 架不僅要起到對螺旋鉆桿和送土器的支撐作用 而且還 對螺旋鉆桿起到提升和下降作用 如下圖 4 3 2 傳動方案的確定 傳動方案確定不僅要考慮輸入功率和輸出功率的轉(zhuǎn) 換 還要考慮山藥收獲時的具體情況 比如山藥種植行 之間的距離基本能確定工作周之間的距離 然結(jié)合減速 器的校核 一起確定工作軸傳動齒輪的分度圓直徑 裝置選擇配備 24 匹 17 7 千瓦的拖拉機(jī) 裝置作 業(yè)時 拖拉機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到 2000r min 拖拉機(jī)與收獲裝置 采用錐齒輪傳動 拖拉機(jī)傳動軸通過兩個錐齒輪將動力 傳送到山藥收獲裝置的傳動軸上 傳動軸通過齒輪將動 力傳送到螺旋鉆桿上 兩個螺旋鉆桿同速轉(zhuǎn)動 通過考 察 確定山藥收獲裝置的開溝深度為 1000mm 開溝寬度 為 400mm 開溝速度為 400 500m h 6 4 結(jié)論 1 此次此次設(shè)計的任務(wù)是山藥挖掘收獲機(jī)的設(shè)計 長期以來 山藥都是靠傳統(tǒng)的人力收獲 山藥的根莖較 長 深入地下 難以采收 如果收獲技術(shù)不夠成熟 根 莖破損率就會很高 通過這次設(shè)計發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段山藥收獲 機(jī)有兩個無法實現(xiàn)的難題 1 裝置在開溝后仍然需要 大量的人力勞動來完成后續(xù)的采收 2 在后續(xù)人力采 收的工程中 比較容易損壞山藥的塊莖 根據(jù)設(shè)計要求 設(shè)計出簡單而且特殊的機(jī)架 在機(jī)架上安裝螺旋鉆桿進(jìn) 行開溝 畢業(yè)設(shè)計是作為我在大學(xué)學(xué)習(xí)階段的最后一個環(huán)節(jié) 是對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的一種綜合應(yīng)用 是一種 綜合的再學(xué)習(xí) 再提高的過程 這一過程對我的學(xué)習(xí)能 力和獨立工作能力也是一個培養(yǎng) 這次的畢業(yè)設(shè)計工作 總體來說 時間較長 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容也較充實 每個同 學(xué)都有各自重點深入的部分 通過本次畢業(yè)設(shè)計我對山藥收獲機(jī)有了進(jìn)一步的了 解 也對三維設(shè)計軟件 SolidWorks 可以熟練地進(jìn)行軟 件的操作 更重要的是學(xué)會了利用所學(xué)知識進(jìn)行機(jī)械設(shè) 計的方法和過程 在設(shè)計過程中也曾遇到很多的問題 但通過查閱相 關(guān)的書籍 手冊以及老師的精心指導(dǎo) 都得到了解決 設(shè)計過程基本順利完成 圖 4 收獲裝置機(jī)架 參考文獻(xiàn) 1 繆明 山藥機(jī)械化種植技術(shù)的研究與開發(fā) J 江蘇 農(nóng)機(jī)化 2002 2 40 42 2 李壘 李善文 多功能山藥收獲機(jī) P 中國專利 201310650116 5 2013 12 06 3 倪凡喜 山藥收獲機(jī) P 中國專利 201220165331 7 2012 04 18 4 王茂成 山藥收獲種植兩用機(jī) P 中國專利 201110034816 2 2011 01 25 5 李善文 山藥收獲機(jī) P 中國專利 200510038969 9 2005 04 18 200 年 月 第 期 3 6 劉百合 劉保義 超低速拖拉機(jī)與開溝機(jī) J 農(nóng)業(yè) 機(jī)械 2010 12 59 60