馬鈴薯收獲機的結構設計（含全套CAD圖紙） .pdf

畢業(yè)設計畢業(yè)設計(論文)開題報告 (論文)開題報告 學生姓名： 學生姓名： 學 號 學 號 專 專 業(yè)： 業(yè)： 設計(論文)題目：設計(論文)題目： 馬鈴薯收獲機的設計 指導教師：指導教師： 20*年 月 日 2 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 文 獻 綜 述 文 獻 綜 述 11課題研究的目的和意義課題研究的目的和意義 馬鈴薯是我國主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產，對調整優(yōu)化農業(yè)產業(yè)結構、加快 脫貧致富及地區(qū)經濟發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機為主。 馬鈴薯收獲機可以大大提高收獲效率, 降低勞動強度, 減 少損失, 為馬鈴薯生產奠定良好的基礎。 但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生 產發(fā)展。為促進馬鈴薯生產地發(fā)展，解決機械化收獲問題勢在必行。馬鈴薯收獲機械 化的關鍵矛盾是配套動力與機具性能要求之間的矛盾。鑒于動力的限制，與 14kw 一 下拖拉機配套機具的性能不宜要求功能全， 只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面 即可， 其他工序由人工撿拾完成。 從發(fā)展看這類機械作為與目前農村具有的小型拖拉 機相配套哦阿德過渡性機型予以開發(fā)、 推廣。 隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加， 對馬鈴薯收獲的機械化水平的需求越來越大。 22國內外研究現(xiàn)狀，水平和發(fā)展趨勢 國內外研究現(xiàn)狀，水平和發(fā)展趨勢 2.1 2.1 國外現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀 從農業(yè)機械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機發(fā)展較遲緩，只是近 50 年才發(fā)展到 較高水平。美國在 1948 年以前用收獲機來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾。直到 1967 年，開始使用聯(lián)合收獲機，勞動生產率達到 100kg/（h人）。20 世紀 80 年代初期， 聯(lián)合收獲機和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的 85%，其中聯(lián)合收獲已經達到 50% 以上、20 世紀到 90 年代，美國已經基本實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機械化。原蘇聯(lián)是生產收 獲機最早的國家。1960 年，馬鈴薯聯(lián)合收獲機保有量是 3 萬臺，1976 年，保有量是 6 萬臺，1979 年，馬鈴薯收獲機械工業(yè)化程度達到 77%，到 20 世紀 90 年代除，馬鈴 薯收獲機共有 16 種機型， 其中 10 種是聯(lián)合收獲機，其中勞動生產率比其他 2 行收獲 機提高 1-2 倍。德國 20 世紀在 40 年代主要生產和使用拋擲式收獲機。50 年代主要 生產和使用升運鏈式收獲機和撿拾裝載機， 進行分段收獲， 到 1970年保有量達到6205 臺，90 年代開始生產收獲-撿拾裝載機和具有自動分選裝置的聯(lián)合收獲機。日本在 1955 年以前使用畜力挖掘機， 1955 年到 1965 年生產懸掛式的拋擲式和升運鏈式收獲 3 機。70 年代開始引進英國、美國等發(fā)達國家的聯(lián)合收獲機，并研制適合日本國情的 聯(lián)合收獲機。 總之， 在國外幾個主要生產馬鈴薯的發(fā)達國家， 都形成了用聯(lián)合收獲機直接收獲， 或用挖掘-撿拾裝載機加固定分選裝置來進行分段收獲的兩種全面實現(xiàn)收獲機械化的 配套系統(tǒng)，基本上實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機械化。 2.1 2.1 國內發(fā)展趨勢國內發(fā)展趨勢 解放初期, 我國收獲馬鈴薯采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。直到 20 世紀 70 年代中期, 由于手扶拖拉機的大量推廣應用, 國內又掀起了為手扶拖拉機配套的 馬鈴薯收獲機的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機, 但受當時的配套動力 限制, 未能生產和推廣。 到 20 世紀 90 年代中期, 由于國產小四輪拖拉機的大量推 廣和應用, 研制馬鈴薯收獲機已被列入重要日程。 而此后, 市場需求旺盛, 先后有小 型升運鏈式馬鈴薯收獲機和振動式馬鈴薯收獲機投放市場, 以及新型農用液壓挖掘 機, 操作簡單、性能可靠、實用性強。以新型馬鈴薯收獲機, 配有兩種傳動鏈輪, 使 柵條輸送帶實現(xiàn)高低兩種運行速度, 適宜不同土質的作業(yè); 兩側不設切土圓盤, 避 免一般機具進行不對壟作業(yè)時, 嚴重破碎土豆現(xiàn)象; 兩側設有分薯板, 可將土豆推 向側邊, 避免壓損。該機具有在濕潤、干旱和多石地塊實現(xiàn)平作、壟作作業(yè)功能, 很 大程度上占據(jù)了市場份額。為農田基本建設和低產田改造提供了高效快捷的新機具, 減輕農民的勞動強度, 促進農村經濟的發(fā)展, 增加農民收入。 我國馬鈴薯種植面積大幅攀升，對我國馬鈴薯收獲機械生產是一個非常好的機 遇，但是同時也是一種挑戰(zhàn)。 2.1.12.1.1 在我國，馬鈴薯收獲機向集機電和液壓技術為一體的大型化方向發(fā)展，從而提 高自動化程度和生產效率，獲得最佳的經濟效益。 2.1.22.1.2 向聯(lián)合作業(yè)方向發(fā)展，實現(xiàn)多功能作業(yè)，降低作業(yè)成本和設備投入費用。 2.1.32.1.3 向自走式發(fā)展，裝有分級裝置，實現(xiàn)互換性。 2.1.42.1.4 提高生產企業(yè)的加工工藝水平，保證設備制造質量。 參考文獻：參考文獻： 1 張偉 徐樹來 秦春蘭.農業(yè)機械學上冊 東北林業(yè)大學出版社 2000 2 張偉 徐樹來 秦春蘭.農業(yè)機械學下冊 東北林業(yè)大學出版社 2000 3 曹崇文翻譯.收獲機械中國農業(yè)機械出版社 1984 4 王啟平.機械制造工藝學 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1995 4 5 田嘉海,趙清華. 機械原理 哈爾濱工程大學出版社. 1995.12 6 呂金慶主編.馬鈴薯挖掘機、挖掘鏟的設計 農業(yè)機械出版社 7 上海市大專院校機械制造工藝學協(xié)作組.機械制造工藝學 8 農業(yè)部農機化技術開發(fā)推廣總站編. 農機化適用新技術讀本 兵器工業(yè)出版 社 2000 9 沈再春.農產品機械與設備 農業(yè)出版社 1993 10 李自華.農業(yè)機械學 農業(yè)出版社 11 張耀宸主編.機械加工工藝設計手冊 航空業(yè)出版社 1987 12 戴曙.金屬切削機床 機械工業(yè)出版社 2001 13 濮良貴，紀名剛.機械設計 （第七版） 高等教育出版社 14 劉鴻文.材料力學 高等教育出版社 15 中國機械工程學會.中國機械設計大典 江西科學技術出版社 2002 5 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑） ： 1 畢業(yè)設計的內容摘要1 畢業(yè)設計的內容摘要 1、馬鈴薯收獲機械的設計； 2、作業(yè)行數(shù)為 2 行，配套動力為 80-100 馬力； 3、作業(yè)深度為 200mm，作業(yè)寬度為 1800mm； 4、根據(jù)上述要求，確定收獲機的工作原理、結構形式，研究和設計該機械 的主要結構參數(shù)和性能參數(shù)。 2 課題研究方案與可行性分析 2 課題研究方案與可行性分析 21 21 設計方案設計方案 根據(jù)論文設計說明書的要求首先分析馬鈴薯成熟特點，確定具體要求，了 解收獲過程的特點各種挖掘過程對收獲有什么要求，對現(xiàn)有收獲機的類型、結 結特點進行比較分析，研究收獲機的工作原理及工作過程，確定機器總體參數(shù) 及性能參數(shù)，然后進行具體設計任務。 222 2 待解決的問題及解決方法 待解決的問題及解決方法 2.2.12.2.1 挖掘部件的設計：對挖掘鏟的設計要求是:將所有薯塊掘起,保證挖 凈且不鏟薯。能流暢地將掘起物送往分離裝置。盡早漏土,減小挖掘阻力, 避免機前壅土,且減小篩分部件負荷,提高整機收獲的明薯率。馬鈴薯挖掘鏟的 主要功用在于掘出薯塊并將薯塊輸送給分離裝置，且盡量減少進入機具的泥土 量和能量消耗，同時還要防止挖掘鏟纏草和壅土。對鏟刃張角和鏟的寬度、鏟 面的水平傾角及鏟的末端離地高度鏟的長度及選用的材料等參數(shù)進行設計。 2.2.22.2.2 分離部件的設計：收獲機的分離部件在工作時承受的負荷很大，一般 要求分離掉的土壤達 60%以上，并要求其工作可靠，對署塊的損傷小，分離的 同時把剩余部分向后、側輸送，以便進一步清選和分離。設計時還應保證機器 機構緊湊、重量輕、分離能力強的特點。 2.2.32.2.3 減震軸承的設計：減震軸承是擺動篩式挖掘機的關鍵部位，由于挖掘 機振動較為劇烈，為提高工作可靠性應采用減震軸承，它可以減小機器的振動， 提高機器的壽命。 設計時應保證使用壽命長、性能可靠、穩(wěn)定的特點。 3 可能存在的問題：3 可能存在的問題： 由于加工工藝和所用材料的影響，以及材料熱處理的方式的選用，減震 軸承的使用壽命可能偏短。 6 4 研究進度 4 研究進度 第一階段第一階段（2007.3. 6-2007.3.31）材料的搜集整理查閱相關資料 本階段需要完成與課題相關的調研工作，并對相關的文章進行搜集、整理 ，選出與設計有關的資料備用，并且找出自己設計的產品與國內外的不同之處， 說明其優(yōu)點所在，擬定設計步驟，采用多方案設計，通過比較，選出最佳方案。 第二階段第二階段（2007.4.1-2007.5.10）理論與計算設計，全部參數(shù)的設計 本階段主要清楚的表達出挖掘機的結構，及相關設計參數(shù)，總體布置設計. 如果有不合適的地方應進行修改，計算，使之滿足生產要求。 第三階段第三階段 (2007.5.11-2007.6.10) 完成總裝圖，主要部裝圖，撰寫設計說明書 本階段主要完成與方案相符合的文章的撰寫，包括摘要、前言、設計步驟、 內容、參考文獻等。圖紙的繪制、總裝圖、部裝圖。本階段由于涉及知識點多， 覆蓋面廣，故所需要的時間較長。 7 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見指導教師意見： 1對“文獻綜述”的評語： 2對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果 的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 8 本科生畢業(yè)本科生畢業(yè)論文論文（設計設計）任務書任務書 論文題目論文題目 馬鈴薯收獲機的設計 學院名稱 學院名稱 姓名 姓名 專業(yè)班級 專業(yè)班級 指導教師 指導教師 課題類型課題類型 研究設計 畢業(yè)畢業(yè)論文（設計）論文（設計）的內容摘要的內容摘要 1、馬鈴薯收獲機械的設計； 2、作業(yè)行數(shù)為 2 行，配套動力為 80-100 馬力； 3、作業(yè)深度為 200mm，作業(yè)寬度為 1800mm； 4、根據(jù)上述要求，確定收獲機的工作原理、結構形式，研究和設計該機械的主要結構 參數(shù)和性能參數(shù)。 畢業(yè)畢業(yè)論文（設計）論文（設計）基本要求及工作量要求基本要求及工作量要求 根據(jù)畢業(yè)設計的內容要求，查找資料，確定該設計的研究步驟，主要性能參數(shù)、結構 參數(shù)，完成設計總裝圖 1 份，主要部裝圖 2 份，設計說明書 1 份。 畢業(yè)畢業(yè)論文（設計）論文（設計）的主要階段計劃（分前期、中期的主要階段計劃（分前期、中期、后期）、后期） 1、前期階段：查閱資料，編寫開題報告，時間：2 周； 2、中期階段：理論設計與計算，完成全部參數(shù)的設計，完成總裝圖 1 份，主要部裝圖 2 份，設計說明書 1 份，時間為 9 周； 3、后期階段：整理畢業(yè)設計內容，畢業(yè)答辯，時間 2 周。 任務下發(fā)日期 任務下發(fā)日期 完成日期 完成日期 系主任 系主任 主管教學院長審批（簽字）主管教學院長審批（簽字） ： i 馬鈴薯收獲機的設計 摘要摘要： 馬鈴薯為地下產物，且是塊莖繁殖， 其收獲受季節(jié)和天氣限制。由于 馬鈴薯的收獲費時費力、勞動強度大且季節(jié)性強，因此給農民造成極大的困難。 為了解決上述問題，本文就國內外馬鈴薯收獲機現(xiàn)狀、馬鈴薯收獲機的研究和應 用進行介紹和分析，設計了組合分離式馬鈴薯收獲機。對該機的主要參數(shù)進行了 選擇，對主要零部件的設計進行了理論計算。 關鍵詞關鍵詞：馬鈴薯，設計，挖掘鏟 ii t the design he design of potato harvester of potato harvester abstract：abstract： potato is an under ground plant. its harvest is limited by the crown of the year and weather. since the potato harvesting process has some difficult problems for farmers such as being strenuous and time consuming, great in labor intensity and urgent in seasonal demand, the paper analyses the present situation of potato harvest, and a combined separation potato digger has been developed through selection of principal parameters and theoretical calculation for the design of essential parts. kewordskewords: potato, design, digging shovel iii 目 目 錄錄 摘 要.i abstract. ii 目錄.iii 1.緒論.1 1.1 馬鈴薯收獲機發(fā)展概況.2 1.2 我國馬鈴薯收獲機發(fā)展趨勢.3 1.3 馬鈴薯收獲機械的類型及技術要求.4 1.4 馬鈴薯收獲機發(fā)展的主要制約因素.5 1.5 馬鈴薯收獲機械的發(fā)展建議.5 2. 機具結構特點、工作原理及性能參數(shù) .6 2.1 總體結構.6 2.2 主要工作原理.6 2.3 主要性能參數(shù).6 3. 主要部件的設計.7 3.1 挖掘部件的設計.7 3.2 分離部件的設計.13 4 結論.21 參考文獻 .22 致 謝 .23 iv 前言 馬鈴薯的營養(yǎng)價值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占 40%的馬鈴薯加 工成食品后進入消費市場。在國內，一向被國人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產 品也突然間在市場上風靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國大中城市，以 馬鈴薯條、馬鈴薯泥為基本原料的麥當勞、肯德基食品已占據(jù)我國快餐市場的半 壁江山，而從各種渠道進口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而來。中國農科 院副院長屈東玉博士在日前召開的中國馬鈴薯學術年會上指出： “馬鈴薯是一種 產量高、適應性強、經濟價值大的作物，應把馬鈴薯主產區(qū)列入國家糧食商品糧 基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財稅待遇，這將是保證我國糧食安 全的有效手段。 ” 馬鈴薯作為經濟作物，種植面積越來越大，而傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲手段費時費 事，勞動強度大且季節(jié)性強，因此給農民造成極大的困難。馬鈴薯種植區(qū)大部分 在潛山和腰山地區(qū)，落后的人工收獲方式造成馬鈴薯凍害和減產等不必要的損 失，農民對馬鈴薯收獲機械的要求十分迫切。為了解決上述問題，推廣應用小型 馬鈴薯收獲機勢在必行。應用馬鈴薯收獲機可以大大提高收獲效率，降低勞動者 的勞動強度，增產增收，減少收獲損失，為我國馬鈴薯生產奠定良好的基礎。根 據(jù)我國馬鈴薯收獲機械多年研制生產經驗可以看出， 日本、意大利、美國等國 外機具適應壟作，很難適應我國平作種植形式。各類型機械需要進行多地域、多 收獲季節(jié)的田間試驗和多輪改進，才能提高適應性 1 。 - 1 - 1 緒論緒論 馬鈴薯是我國主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產，對調整優(yōu)化農業(yè)產業(yè)結構、 加快脫貧致富及地區(qū)經濟發(fā)展具有非常重要的作用。 馬鈴薯為地下產物, 且是塊 莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機為主。 馬鈴薯收獲機可以大大提高收獲效率, 降低 勞動強度, 減少損失, 為馬鈴薯生產奠定良好的基礎。 但是收獲方式的落后極大 的制約了馬鈴薯生產發(fā)展。為促進馬鈴薯生產地發(fā)展，解決機械化收獲問題勢在 必行。馬鈴薯收獲機械化的關鍵矛盾是配套動力與機具性能要求之間的矛盾。鑒 于動力的限制，與 14kw 一下拖拉機配套機具的性能不宜要求功能全，只要完成 起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。從發(fā)展看這類 機械作為與目前農村具有的小型拖拉機相配套的過渡性機型予以開發(fā)、推廣。隨 著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加， 對馬鈴薯收獲的機械化水平的需求越來越 大. 1.1 馬鈴薯收獲機發(fā)展概況 馬鈴薯是我國北方主要糧食作物之一， 在內蒙、甘肅、寧夏、河北、山西、 黑龍江、河南等省大面積種植，特別是內蒙、甘肅、河北北部等地因常年干旱少 雨，氣候寒冷，沙質土壤多，不利于其它作物的生長，馬鈴薯使成為這些地區(qū)的 主產糧食作物。近幾年來，馬鈴薯迅速以經濟作物走向市場，大量銷售到北京、 天津、上海、廣州等各大城市，美國百事食品有限公司等國外企業(yè)也紛紛在我國 以承包大面積種薯地形式而參與到馬鈴薯種植和深加工行業(yè)。 隨著馬鈴薯向規(guī)模 化種植的發(fā)展，農民要求機械化收獲的愿望日趨強烈。由于各地土壤、氣候、地 形及種植習慣的差異，種植機械發(fā)展相對滯后，多采用犁翻人工點播種植，行距 不統(tǒng)一。小行距平作與大行距壟作形式共存，平作行距在400-550mm 之間，壟作 在600900mm之間。近幾年，隨著早上市鮮薯需求量的增加，收獲季節(jié)提前，馬 鈴薯莖葉生長旺盛，薯皮鮮嫩，機械收獲更易破皮和纏繞擁土，使農藝要求與機 械收獲適應性的矛盾更加突出。機械化收獲馬鈴薯技術，關鍵問題是收獲機械適 應性差，傷薯率高。因此，研制開發(fā)性能優(yōu)良，適應性強，傷薯率低，多型號， 價格適中，并能同大中馬力拖拉機配套的收獲機械是非常必要的 2 。 1.1.1 國內馬鈴薯收獲機發(fā)展概況 新中國成立初期, 我國收獲馬鈴薯采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。直 到 20 世紀 60 年代中期,馬鈴薯收獲機具的研制工作才逐步發(fā)展起來。研究人員 在研究原西德、原蘇聯(lián)、日本、瑞士等國外機具的基礎上，研制成功了升運鏈式 馬鈴薯收獲機，但是由于受當時歷史條件的限制，沒能實現(xiàn)大面積推廣和使用。 - 2 - 20 世紀 70 年代中期， 由于手扶拖拉機的大量推廣應用, 國內又掀起了為手 扶拖拉機配套的馬鈴薯收獲機的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機, 但受當時的配套動力限制, 未能生產和推廣。1979 年，12 國農機展覽會后，國 家將全部馬鈴薯收獲機樣機都投放在黑龍江省農業(yè)機械工程科學研究院， 從而為 馬鈴薯收獲機的研究工作創(chuàng)造了良好的條件。 到 20 世紀 90 年代中期, 由于國產小四輪拖拉機的大量推廣和應用, 研 制馬鈴薯收獲機已被列入重要日程。 而此后, 其市場需求旺盛, 先后有小型升運 鏈式馬鈴薯收獲機和振動式馬鈴薯收獲機投放市場,并占據(jù)了很大的市場份額。 1.1.21.1.2 國外馬鈴薯收獲機發(fā)展概況 從農業(yè)機械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機發(fā)展較遲緩，只是近50年才發(fā)展 到較高水平。國外馬鈴薯機械化收獲起步早、發(fā)展快、技術水平高。在2o世紀4o 年代初前蘇聯(lián)、美國就開始研制推廣應用馬鈴薯收獲機了，5o年代末期全面實現(xiàn) 了生產機械化。7o8o年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本 和韓國亦相繼實現(xiàn)了馬鈴薯生產機械化。國外馬鈴薯收獲機械的技術水平相當 高，不但生產率高而且高新技術已融于機具之中。如采用振動、液壓技術進行挖 掘；采用傳感技術控制土壤喂人量、馬鈴薯傳運量以及分級裝載；采用氣壓、氣 流、光電技術進行碎土和分離及利用微機進行監(jiān)控操作等。 原蘇聯(lián)是生產收獲機最早的國家。1960 年，馬鈴薯聯(lián)合收獲機保有量是 3 萬臺，1976 年，保有量是 6 萬臺，1979 年，馬鈴薯收獲機械工業(yè)化程度達到 77% （其中國營農場為 84%，集體農莊為 73%） ；到 20 世紀 90 年代除，馬鈴薯收獲機 共有 16 種機型，其中 10 種是聯(lián)合收獲機，其中勞動生產率比其他 2 行收獲機提 高 1-2 倍。 美國在 1948 年以前用收獲機來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾。直到 1967 年， 開始使用聯(lián)合收獲機，勞動生產率達到 100kg/（h人） 。20 世紀 80 年代初期， 聯(lián)合收獲機和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的 85%，其中聯(lián)合收獲已經達到 50%以上、20 世紀到 90 年代，美國已經基本實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機械化。 德國 20 世紀在 40 年代主要生產和使用拋擲式收獲機；50 年代主要生產和 使用升運鏈式收獲機和撿拾裝載機，進行分段收獲；到 1970 年保有量達到 6205 臺；70 年代開始生產聯(lián)合收獲機，機型有 20 多種，均是原聯(lián)合收獲機的變型， 其保有量達到 6 萬臺；90 年代開始生產收獲-撿拾裝載機和具有自動分選裝置的 聯(lián)合收獲機。 日本在 1955 年以前使用畜力挖掘機，1955 年到 1965 年生產懸掛式的拋擲 式和升運鏈式收獲機。70 年代開始引進英國、美國等發(fā)達國家的聯(lián)合收獲機， 并研制適合日本國情的聯(lián)合收獲機。 目前，國外馬鈴薯收獲機械大多采用升運鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術上已達到相 當高的水平。由于國外馬鈴薯采用機械化壟作種植形式，適應這種特點而設計的 - 3 - 收獲機械在中國難以適應平作收獲。 以內蒙百事食品(中國)有限公司種薯基地進 口機為例，其全部實現(xiàn)機械化作業(yè)，種植方式采用壟作，行距為 900mm，收獲機 械為牽引式雙行聯(lián)合作業(yè)，多級鏈輸送，配套動力在 597kw 以上，一次完成挖 掘，土、石、薯、秧分離，并可實現(xiàn)薯塊大小自動分撿、自行裝車等功能該機為 全液壓操縱，各機構可實現(xiàn)自動折疊運輸，傷薯率極低。機體與薯塊可能接觸部 位均用橡膠件保護。又如，芬蘭康克公司生產的雙行馬鈴薯收獲機為牽引式，配 套動力為 336kw 以上，在拖拉機右側實現(xiàn)挖掘，土、薯、莖葉分離，薯塊直接 裝袋裝箱。同時，該機可作為撿拾機使用，后部工作臺為液壓升降式，薯塊或石 頭可直接運至田地頭。日本生產的主要為單行履帶自走式聯(lián)合作業(yè)機，行走與輸 送鏈 hst 無級變速，發(fā)動機為水冷 4 沖程 3 缸柴油機。 1.2 我國馬鈴薯收獲機發(fā)展趨勢 1.2.11.2.1 馬鈴薯生產現(xiàn)狀 馬鈴薯原產于南美洲的安第斯山，17 世紀由荷蘭人帶到我國臺灣。它是重 要的糧食兼用和工業(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 1838 萬 hm 2 ，總產量 3 億噸。近年來，種植業(yè)結構調整、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)、加工產品的大量開發(fā) 以及經濟效益的提高，極大地調動了農民的種植積極性。我國馬鈴薯種植面積以 10 萬 hmm 2 /年的增長速度逐年增加，2001 年達到 472 萬 hm 2 ，產量居世界第一 位；2003 年，黑龍江省種植面積 60 萬 hm 2 產量達到 960 萬噸。所以從機械化角 度來看，馬鈴薯種植和收獲機械蘊涵著巨大的商機。 3 1.2.21.2.2 馬鈴薯收獲機發(fā)展趨勢 （1）在我國， 馬鈴薯收獲機向集機電和液壓技術為一體的大型化方向發(fā)展， 從而提高自動化程度和生產效率，獲得最佳的經濟效益。 （2） 向聯(lián)合作業(yè)方向發(fā)展，實現(xiàn)多功能作業(yè)，降低作業(yè)成本和設備投入費 用。 （3） 向自走式發(fā)展，裝有分級裝置，降低勞動強度。 （4） 注重產品質量，提高可靠性，實現(xiàn)互換性。 1.2.31.2.3 我國馬鈴薯生產全程機械化的發(fā)展趨勢 （1） 要加大公關力度，提高機具性能指標，使其盡快達到國際先進水平。 實現(xiàn)定型生產，占領國內市場，替代進口產品。 （2） 提高“三化”水平，增加作業(yè)功能，以滿足農業(yè)生產需求。 - 4 - （3） 提高機電、液壓一體化和檢測水平，開展聯(lián)合作業(yè)機具的研制。 （4） 提高生產企業(yè)的加工工藝水平，保證設備制造質量。 我國馬鈴薯種植面積大幅攀升， 這對我國馬鈴薯收獲機機械生產無疑是一個 非常好的機遇，但同時也是一種挑戰(zhàn)?？偟膩碚f，馬鈴薯收獲市場潛力巨大，如 果能充分抓住這個大好時機，認清國內馬鈴薯收獲機械的應用現(xiàn)狀，有選擇地引 進和吸收國內外先進技術，并及時開發(fā)出適合我國國情的馬鈴薯聯(lián)合收獲機，將 為我國馬鈴薯生產奠定良好的基礎。 1.3 馬鈴薯收獲機械的類型及技術要求 1.3.11.3.1 馬鈴薯收獲機械的類型 目前，國產馬鈴薯收獲機械較成熟的產品主要有兩種類型：一是升運鏈桿條 式，該類型機是目前國際通用型式，美國、芬蘭、德國、俄羅斯等國大型收獲機， 日本自走式、韓國懸掛式收獲機普遍采用該型式，特點是容易實現(xiàn)單雙行收獲和 聯(lián)合作業(yè)；二是柵條擺動分離篩式收獲機該類型機是意大利、日本的早期結構 型式，不易實現(xiàn)雙行收獲和聯(lián)合作業(yè)。目前，國產機還不能實現(xiàn)聯(lián)合作業(yè)。以上 兩種類型機也有不足之處，就是只能實現(xiàn)挖掘、土薯分離和集條功能，還不能完 成排石、去秧、集箱或直接裝車等功能。 1.3.21.3.2 馬鈴薯收獲機的技術要求 國內馬镥薯收獲機械技術發(fā)展還處于起步階段， 但各類型機均應具備以下技 術要求： (1)挖凈率 要求挖深在150200ram之間，每行挖掘寬度在350500ram之間，挖凈率應 不低于98。 (2)明薯率 收獲機必須具有良好的分離機構，能將薯塊與土壤分離，使分離后的薯塊集 堆或集條以便于人工撿拾明薯率應達95。 (3)破損率 收獲時應盡量減少馬鈴薯破皮、切傷等損失，破損率應小于5 。 (4)生產率 機械收獲的目的在于減輕勞動強度，提高生產率，適時收獲。因此，收獲機 作業(yè)時應具有一定的作業(yè)速度。 (5)其它要求 馬鈴薯收獲機在盡可能減少自身動力消耗的情況下， 其配套動力應具有一定 的儲備。分離機構應具有排石、去秧功能，以適應土壤、地形等方面的變化，以 - 5 - 及收獲后田地應平整，不能影響以后農田作業(yè)要求。 4 1.4 馬鈴薯收獲機發(fā)展的主要制約因素 1.4.11.4.1 動力配套問題 1114kw拖拉機雖是目前農村擁有量最多的動力機械， 但問題的核心是小型 拖拉機不適宜于配套單行收獲機，動力不能滿足一次完成挖掘、分離、薯塊集堆 或集條作業(yè)，更談不上完成去秧、排石、裝箱等功能。實踐表明，不管收獲機械 如何改進，馬鈴薯收獲仍然需要較高動力消耗，現(xiàn)在與小型拖拉機配套的收獲機 普遍存在動力不足的問題。 雖然與1822kw以上拖拉機配套的單行收獲機和38kw 以上拖拉機配套的雙行收獲機克服了動力不足、適應性差的問題，作業(yè)質量也較 好，但農戶擁有該類型拖拉機數(shù)量有限，在一定程度上制約了馬鈴薯收獲機械的 發(fā)展。 1.4.21.4.2 生產規(guī)模與種植形式 目前，農村小規(guī)模生產方式制約了大中型馬鈴薯收獲機的發(fā)展，收獲機市場 出現(xiàn)了先小型，后小中型并舉的現(xiàn)象。馬鈴薯種植形式不統(tǒng)一也直接影響收獲機 作業(yè)性能。 1.4.31.4.3 機具性能問題 目前我國各地研制的收獲機普遍存在可靠性差，作業(yè)質量不穩(wěn)定，適應性不 強，功能不全等問題。 1.5 馬鈴薯收獲機械的發(fā)展建議 (1) 機具類型多樣化、系列化、標準化。 我國馬鈴薯收獲機械的設計開發(fā)要適合國情， 不但要適應我國廣大農村現(xiàn)有 的配套動力條件，還要適應各地不同的農藝要求。 (2) 提高機具可靠性。 馬鈴薯收獲機械在惡劣的條件下工作，零部件易腐蝕、磨損或斷裂，因此在 設計時應從結構特性、制造工藝和材料處理等幾方面綜合分析，改善零件的可靠 性，進而提高整機的可靠性。 (3) 多功能聯(lián)合收獲。 目前許多機型只有挖掘功能，沒有分離清選和輸送功能，生產率相對較低， 實際收獲時的成本較高。 因此， 要通過消化吸收國外先進技術， 進一步優(yōu)化挖掘、 - 6 - 分離、清選和輸送功能，提高生產率。同時要提高機具的適應能力，完善根茬、 殘膜的收集功能，使其真正實現(xiàn)多功能聯(lián)合作業(yè)。 (4) 加強基礎性能的研究。研究土壤性質，可準確確定機具的受力特性，理 地選擇結構參數(shù)；研究馬鈴薯性狀，可減少其破損量，提高分選效率。深入研究 土壤和馬鈴薯特性有助于優(yōu)化機器結構，提高其使用性能。 2 機具結構特點、工作原理及性能參數(shù) 2.12.1 總體結構 本任務設計的馬鈴薯挖掘機與80-100馬力的拖拉機配套作業(yè)， 掛接方式為后 懸掛，作業(yè)時需對行。該機主要由懸掛機架、轉動輸送篩、挖掘鏟及鏟架、切土 圓盤刀、 傳動機構、 擺動篩等機構組成。 鏟架通過螺栓安裝在懸掛機架的側板上， 在鏟架上安裝有挖掘鏟。在機架上焊有2點懸掛的地方，與拖拉機的懸掛機構相 連。在機架中部安裝有傳動機構，它由傳動箱、一對錐齒輪和傳動軸組成。傳動 機構通過傳動軸與拖拉機的動力輸出軸連接， 拖拉機的動力傳動到轉動輸送篩和 擺動分離篩上，使轉動輸送篩轉動，將挖掘出的馬鈴薯輸送到擺動篩上達到分離 效果。轉動輸送篩的主動軸的轉動作用由鏈條帶動，從而使轉動篩達到轉動的效 果。傳動機構末端上有一偏心輪，偏心輪使與其相連的連桿一端作回轉運動，在 連桿另一端帶動擺動篩使其擺動，使馬鈴薯和土壤達到分離的效果 5 。 2.22.2 主要工作原理 拖拉機通過懸掛機構牽引馬鈴薯收獲機前進， 拖拉機的動力輸出軸與收獲機 的機傳動機構通過傳動軸相連接，在拖拉機啟動后，結合動力輸出軸使其轉動， 并通過傳動機構傳送動力，使轉動輸送篩轉動、擺動篩轉動擺動；在拖拉機前進 過程中，挖掘鏟挖出土垡，土垡沿挖掘鏟傳到轉動輸送篩上進行初次分離，然后 由傳動篩輸送到擺動分離篩上再次分離，在擺動篩的擺動作用下薯塊和泥土分 離，并將薯塊成條狀鋪放在挖掘機的后面，以便撿拾 6 。 2.32.3 主要性能參數(shù) 馬鈴薯主要性能參數(shù)見表1所示： 表1 馬鈴薯主要性能參數(shù) 工作寬度 1800 mm 作業(yè)行數(shù) 2 行 - 7 - 作業(yè)深度 200 mm 主軸轉速 540 r/min 1 配套動力（拖拉機） 80-100 馬力 作業(yè)速度 0.6 1 m/s 純小時生產率 0.25 0.60 hm 2 h 1 集薯類型 鋪條 理論明薯率 95% 理論挖凈率 98% 理論破損率 3% 行距 700 900 mm 3 主要部件的設計 3.13.1 挖掘部件的設計 挖掘部分的作用是把薯塊和土壤一起挖起，并把薯塊和土壤輸送到分離篩 上。對挖掘部件的要求如下： a 在盡量少挖取土壤的情況下挖凈薯塊； b 挖掘深度穩(wěn)定不損傷薯塊，并可根據(jù)需要進行調整； c 挖掘鏟應有較強的碎土能力，對粘重土壤保證土垡能順利通過，以便為分 離薯塊中的土壤提供有利條件； d 要求挖掘部件的牽引阻力小，刃口的耐磨性好。 為滿足上述要求，采用了組合式挖掘部件。這種挖掘部件由三角平面多鏟、 鏟架和切土圓盤刀組成。挖掘鏟與鏟架通過螺釘連接，鏟架固定在機架上。切土 圓盤刀安裝高度可調節(jié)。 3.1.13.1.1 挖掘鏟的設計 挖掘鏟是挖掘機的主要部件， 而挖掘鏟的參數(shù)的選擇是馬鈴薯挖掘機的設計 基礎。 3.1.1.1 設計依據(jù) 主要依據(jù)是薯塊的分布寬度、 結薯深度和薯塊成簇性等生長狀況 （圖1） , 以 - 8 - 及土壤土質和根系的抓土程度。 按收獲農藝相關指標挖凈率、傷薯率、明薯率等, 對挖掘鏟的設計要求 是: a 將所有薯塊掘起, 保證挖凈且不鏟薯。 b 能流暢地將掘起物送往分離裝置。 c 盡早漏土, 減小挖掘阻力, 避免機前壅土,且減小篩分部件負荷, 提高整 機收獲的明薯率。 圖1 馬鈴薯根系和薯塊一般分布狀況 固定式三角平面多鏟是挖掘機的主要工作部件之一，結構比振動式挖掘鏟 和主動圓盤挖掘部件結構簡單，制造方便，不需要動力傳動。其缺點是容易產生 壅土現(xiàn)象。 壅土現(xiàn)象產生的原因： a 土壤板結，有大土塊、大石塊和雜草纏繞； b 懸掛連接尺寸不正確，挖掘鏟工作傾角過大或過小； c 挖掘深度和前進速度超過設計值。 但在土壤條件好的情況下， 正確使用挖掘機是可以避免和減少壅土現(xiàn)象發(fā)生 的。因此，固定式三角平面多鏟在國內外仍得到廣泛應用。 7 3.1.1.2 平面鏟主要參數(shù)的確定 三角平面多鏟的鏟面為平面，且常用在鏈桿式挖掘機上。因此，該機采用三 角平面多鏟，由11個三角平面鏟組成，材料為65mn。固定方式是通過鏟柄固定在 鏟架上，并在各鏟之間留有滑草間隙。 - 9 - 挖掘鏟主要參數(shù)：圖2、圖3 -鏟刃斜角 -鏟的傾角 l-鏟的長度 b-鏟的寬度 h鏟后端高度 圖2 挖掘鏟參數(shù)1 圖3 挖掘鏟參數(shù)2 受力分析： 鏟刃斜角為了保證鏟刃的自動清理，可由圖4的受力分析確定。 圖四 受力分析 2 - 10 - 圖5 鏟尖受力分析 由公式 p 0 sin(90 ) f （1） 使土壤在鏟刃上的滑切能力克服摩擦力，土壤與鏟刃做相對運動。 公式中 p 0 作用在鏟刃的阻力(n) f 土壤對鏟刃的摩擦力(n) f = ntg 土壤對鏟刃的摩擦角 由摩擦定律知 f = ntg n = p 0 cos(90- )， 2 - 11 - 將其代入(1)式得 90- (2) 一般土壤對鏟刃的摩擦角為 =26.535， 故取 =55為易。 過大， 莖桿和雜草不能被切斷，而且會引起鏟前堵塞；但是減小時，要達到同樣的挖 掘寬度，則必須增加鏟的長度，這會增加工作阻力，并且需加強鏟的強度。 挖掘鏟的傾角和鏟的長度l可由圖(4)的受力分析求得。 根據(jù)土壤在挖掘鏟上的受力分析可建立如下平衡方程式： pcos fg sin =0 (3) n gcos psin = 0 (4) f = f tg (5) 式中 p 沿著挖掘鏟移動掘起物所需的力(n) n 鏟對土壤的反作用力(n) g 鏟面上土壤的重力(n) f 土壤對鏟的摩擦力(n) f 土壤對鏟的摩擦系數(shù) 將式(3)、(4) 、(5)聯(lián)立解得 pfg arctg fpg = + (6) p=gtg( + ) (7) 挖掘鏟在工作過程中必然受到阻力的影響， 工作阻力不僅只是由于鏟起的土 壤沿鏟移動而產生的，同時，由于切割土壤的作用也會產生阻力，因此這部分力 為 p 1 =ka (8) 如果不考慮土壤沿著鏟面移動速度的影響，則鏟的總阻力為 r=p+ p 1 =gtg(+)+ka (9) 式中 土壤對鋼的摩擦角 f = tg k 犁溝土壤比阻（n/m 2 ） - 12 - 輕質土k =1600020000n/m 2 中等輕質土k =20000 24000n/m 2 中等堅實土k =24000 30000n/m 2 a 鏟面上土壤的橫斷面積（m 2 ） 鏟面的水平傾角的理論值可由圖6中對鏟面移動的掘起物作用力的平衡方 程確定。 圖6 鏟面水平傾角及鏟的末端離地高度示意圖 p cos-t -g sin =0 r -gcos-p sin =0 式中 p 沿鏟面移動掘起物所需的力 r 鏟面對土壤的反作用力 g 掘起物的重力 t 鏟面對掘起物的摩擦力 t = r f ( f 為土壤對鋼的摩擦系數(shù)) 由此可得 =arctg（ p g f ）/（ p + g f ） 如果超過上述值，則掘起物就會壅在鏟面上，使薯塊從鏟側滾落，同時也加 大了工作阻力。實際中，角根據(jù)挖掘鏟需要提升掘起物的高度和對松碎土壤的 要求來確定，角增大，有利于破碎土塊，但鏟的工作阻力增加；角過小，影 響入土深度。根據(jù)試驗，取=18 25。 鏟的長度l可由挖掘深度h與傾角計算， 即： l = h / sin （10） - 13 - 鏟的寬度b為130mm，邊鏟取寬度b 1 =165mm，總鏟寬度b z =1800mm。由條件可 知，所要求的挖掘深度h =200mm，在此深度條件下馬鈴薯才能完全從土壤里挖掘 出來，且不致鏟壞馬鈴薯。 取鏟的傾角= = 2 23 3， = 30（中等輕質土） ，則鏟的長度l =355 650mm，取l =340mm；鏟的總阻力r =3542kn。 挖掘鏟主要參數(shù)見表2： 表2 挖掘鏟主要參數(shù) 鏟的傾角 23 鏟的寬度b 130 mm 邊鏟寬度b 1 165 mm 總鏟寬度b z 1800 mm 三角平面鏟個數(shù) 11個（包括邊鏟2個） 鏟間隙 27 mm 鏟的長度l 340 mm 鏟刃斜角 55 挖掘阻力受土壤類型、挖掘深度、鏟的形狀和鏟的傾角等影響很大，因此該 機采用三角平面多鏟，由11個三角平面鏟組成，各單鏟之間留有27mm的間隙，間 隙過大，易漏掉馬鈴薯，間隙過小會增大挖掘阻力。 3.1.23.1.2 切土圓盤的設計 在工作時，平面鏟挖起的土垡容易散落在機器兩側，造成薯塊丟失。為了客 服這一缺點，本設計的挖掘鏟兩側裝有切土圓盤。圓盤不僅能阻擋薯塊丟失，而 且還切斷莖葉和雜草，防止在鏟側堵塞。該機切土圓盤設計直徑為d =530mm，厚 度t=6mm，用65mn鋼制成。切土圓盤可以將壟兩側切割為土垡，切斷互相纏繞的 草蔓，避免在工作時平面鏟挖起的土垡散落在機器兩側，造成薯塊丟失，同時還 可通過調整切土圓盤的安裝高度來調節(jié)挖掘深度。如果調高切土圓盤的高度，挖 掘深度增加；反之，則挖掘深度隨之減少 8 9 。 3.23.2 分離部件的設計 配置在挖掘鏟后面的分離部件在工作時承受的負荷大， 其單位寬度的喂入量 達100150kg/s.m，且要求分離掉的土壤達70%80%。該部件工作可靠，對薯塊 的損傷小， 并在分離的同時把剩余部分向后輸送， 以便進行下一步的清選和分離。 作業(yè)時為了防止石塊卡在挖掘鏟和轉動輸送篩之間， 避免轉動輸送篩喂入口 - 14 - 堵塞，在挖掘鏟和轉動輸送篩之間設計了防石裝置。被分離物料的成份主要有土 壤、薯塊、莖秧、雜草等。根系土壤交織粘合在一起，要想在較小的結構尺寸下 提高分離明薯率，亦是設計難題之一。 本設計采用轉動輸送篩和擺動篩組合式分離裝置，