4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機(jī)的研制.pdf

第24卷第3期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)Vol.24No.31482008年3月TransactionsoftheCSAEMar.20084LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機(jī)的研制胡志超1,2，彭寶良2，尹文慶1，王海鷗2，田立佳2，胡良龍2（1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，南京210031；2農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京210014）摘要：介紹了作者研制的4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機(jī)的整機(jī)和主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)性能及技術(shù)特點(diǎn)。設(shè)備主要包括底盤、傳動(dòng)系統(tǒng)和作業(yè)組件，整體采用側(cè)向配置式，底盤采用450型半喂入稻麥聯(lián)合收割機(jī)底盤；傳動(dòng)系統(tǒng)采用分路傳動(dòng)，并配有液壓無級(jí)變速系統(tǒng)；作業(yè)組件包括扶禾裝置、挖掘裝置、夾持輸送裝置、清土裝置、摘果裝置、清選系統(tǒng)和集果系統(tǒng)等。試驗(yàn)考核和示范應(yīng)用表明，該機(jī)性能穩(wěn)定，作業(yè)順暢，主要指標(biāo)為：果實(shí)損失率2.3%，摘果破損率0.45%，果實(shí)清潔度99%，設(shè)備可靠性系數(shù)96.2%，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均達(dá)到或超過該機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵詞：花生；聯(lián)合收獲機(jī)；機(jī)械化中圖分類號(hào)：S225.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-6819(2008)-3-0148-06胡志超，彭寶良，尹文慶，等4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機(jī)的研制J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(3)：148153HuZhichao,PengBaoliang,YinWenqing,etal.Designof4LH2typehalf-feedandself-propelledpeanutcombineJ.TransactionsoftheCSAE,2008,24(3)：148153.(inChinesewithEnglishabstract)0引言中國花生種植面積約為433萬hm2，是世界第二種植大國1?；ㄉ斋@季節(jié)性強(qiáng)，人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度高，效率低，收獲損失大，占用農(nóng)時(shí)多。當(dāng)前，花生收獲已成為中國花生主產(chǎn)區(qū)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化乃至農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的一大瓶頸，引起廣泛關(guān)注，花生收獲機(jī)械化已成為花生生產(chǎn)機(jī)械化的主要研究?jī)?nèi)容2,3。中國大部分地區(qū)的花生收獲方式仍以人工收獲為主，花生收獲機(jī)械正處于發(fā)展期，部分地區(qū)采用花生挖掘犁，少部分地區(qū)采用花生收獲（挖掘）機(jī)，聯(lián)合收獲技術(shù)裝備正處于研制階段，離真正商品化仍有較大的距離。大陸花生主產(chǎn)區(qū)對(duì)小型花生聯(lián)合收獲機(jī)技術(shù)裝備的需求日趨迫切，但大陸地區(qū)花生聯(lián)合收獲機(jī)的研發(fā)起步較晚，需要研究與攻克的問題還很多2-9。鑒此，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所在充分消化吸收日、韓及中國臺(tái)灣省花生機(jī)械化聯(lián)合收獲先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，從國情出發(fā)，成功研發(fā)了4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機(jī)，并在主產(chǎn)區(qū)得到示范應(yīng)用。1總體方案確定與作業(yè)工藝發(fā)達(dá)國家（地區(qū)）的機(jī)械化花生收獲主要有兩種技術(shù)模式，一種是以美國、加拿大、歐洲等國為代表的大收稿日期：2007-07-03修訂日期：2007-09-10基金項(xiàng)目：國家“十一五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2006BAD28B06）作者簡(jiǎn)介：胡志超（1963），男，陜西藍(lán)田人，研究員，博士生，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程及農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)裝備的研究。南京南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，210031。Email:通訊作者：尹文慶，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事智能檢測(cè)與控制技術(shù)的研究。南京南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，210031。型全程機(jī)械化分段收獲技術(shù)集成模式，由挖掘機(jī)、撿拾機(jī)、摘果機(jī)和秧蔓處理等設(shè)備分別完成挖掘、清土、摘果和秧蔓處理等作業(yè)；另一種是以日本、韓國和中國臺(tái)灣省為代表的小型自走式聯(lián)合收獲技術(shù)模式，由一臺(tái)設(shè)備一次性完成花生收獲中的挖掘、清土、摘果、集果和秧蔓處理等作業(yè)。中國花生種植雖相對(duì)集中1-3，主要在魯、豫、冀、蘇、皖等省，連片種植也比較普遍，但仍多以各家各戶分散種植為主，而且多為多熟制，收獲時(shí)間很短?；ㄉN植多采用寬行窄株或?qū)捳忻苤驳姆N植方式，有壟作和平作之分，行距范圍在300400mm，株距約為180mm，壟寬約600mm，結(jié)果深度范圍為50120mm10-13。因此與稻麥聯(lián)合收獲一樣，小型自走式花生聯(lián)合收獲技術(shù)設(shè)備是中國花生機(jī)械化收獲技術(shù)的主要發(fā)展方向；日本、韓國及中國臺(tái)灣省的種植制度、生產(chǎn)規(guī)模和氣候條件等與中國大陸較為接近，其花生聯(lián)合收獲技術(shù)裝備對(duì)我們具有較大的借鑒意義?；ㄉ?lián)合收獲和稻麥聯(lián)合收獲一樣，同樣有半喂入和全喂入之分，全喂入花生聯(lián)合收獲存在功耗大、傷果率高、夾帶損失大等問題。從國情出發(fā)，本花生聯(lián)合收獲設(shè)備總體采用半喂入自走式，其作業(yè)過程包括挖掘松土、拔秧、去土、摘果、清選、集果、拋秧等工序，且需對(duì)行作業(yè)14,15。為實(shí)現(xiàn)以上收獲工序，本設(shè)備總體設(shè)計(jì)如圖1、2所示，主要由底盤、傳動(dòng)系統(tǒng)和分禾裝置、扶禾裝置、挖掘裝置、夾持輸送裝置、清土裝置、摘果系統(tǒng)、清選系統(tǒng)、集果系統(tǒng)等作業(yè)組件組成，作業(yè)組件和底盤總體為側(cè)向配置。該設(shè)備集扶禾、松土、拔秧、夾持輸送、清土、摘果、清選、集果等功能于一體，具體作業(yè)工藝為：收獲機(jī)前進(jìn)時(shí)，分禾、扶禾裝置將作業(yè)幅寬內(nèi)的花生植株與第3期胡志超等：4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機(jī)的研制149兩側(cè)分開并扶起，同時(shí)挖掘鏟將花生主根鏟斷并松土，隨后植株進(jìn)入輸送鏈，被拔起并夾持向上（后）輸送，在夾持輸送前段底部設(shè)有清土裝置，以去除植株根部的1.分禾器2.扶禾器3.挖掘鏟4.拔禾輸送鏈5.清土器6.液壓升降缸7.橡膠履帶底盤8.摘果輥9.彈性擋簾10.刮板輸送帶11.清選篩12.風(fēng)機(jī)13.橫向輸送帶14.藤蔓輸送帶15.主機(jī)架16.藤蔓拋送鏈17.垂直提升機(jī)圖14LH2型花生聯(lián)合收獲機(jī)側(cè)視圖Fig.1Side-viewof4LH2typepeanutcombine1.分禾器2.扶禾器3.挖掘鏟4.拔禾輸送鏈5.清土器7.橡膠履帶底盤15.主機(jī)架16.藤蔓拋送鏈17.垂直提升機(jī)18.集果箱19.限深裝置圖24LH2型花生聯(lián)合收獲機(jī)俯視圖Fig.2Top-viewof4LH2typepeanutcombine沙土。植株輸送到摘果段時(shí)，夾持輸送鏈下部安裝的對(duì)輥摘果裝置將果莢從植株上刷落摘下，花生隨后落入刮板輸送帶升運(yùn)至振動(dòng)清選篩上，在振動(dòng)篩和下吹風(fēng)機(jī)的雙重作用下將莖葉和沙土等雜物分離并排出機(jī)外。分選出的花生果通過橫向輸送帶送入垂直提升機(jī)，送至集果箱，隨后進(jìn)行裝袋作業(yè)。脫莢后的花生藤蔓繼續(xù)被夾持向后輸送，而后轉(zhuǎn)接到藤蔓拋送鏈，拋送鏈將藤蔓向后拋下落至藤蔓輸送帶而被排出機(jī)后。2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該設(shè)備主要由底盤、傳動(dòng)系統(tǒng)和作業(yè)組件3大部分組成。2.1底盤底盤主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和主控操作臺(tái)組成。本機(jī)采用450型半喂入稻麥聯(lián)合收割機(jī)底盤，發(fā)動(dòng)機(jī)采用490柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率30.9kW，額定輸出速度2700r/min。變速系統(tǒng)由變速箱和液壓無級(jí)變速器組成，變速箱有3個(gè)檔位，一檔為低速作業(yè)檔，二檔為標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)檔，三檔為道路行駛檔，每檔均可由無級(jí)變速器調(diào)節(jié)速度或?qū)崿F(xiàn)倒車。行走系統(tǒng)采用橡膠履帶式，履帶中心距950mm，履帶接地長度1230mm，寬400mm，齒距90mm，節(jié)數(shù)45。主控操作臺(tái)包括腳踩主變速離合器兼剎車器、主變速桿、副變速桿、作業(yè)機(jī)離合器、左右轉(zhuǎn)向操縱桿、油門桿等，儀表包括油箱油量表、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表、啟動(dòng)開關(guān)及警示喇叭。2.2傳動(dòng)系統(tǒng)該機(jī)采用分路傳動(dòng)系統(tǒng)，兩路傳動(dòng)均采用皮帶壓輪離合器；其中清土裝置、摘果裝置、刮板輸送、清選風(fēng)機(jī)、清選振動(dòng)篩、提升機(jī)喂料輸送帶、提升機(jī)和拋秧輸送帶為一路傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)直接輸出，其速度隨發(fā)動(dòng)機(jī)速度增減而增減，與機(jī)器行走速度無關(guān)；夾持輸送系統(tǒng)和扶禾裝置為一路傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力從變速箱輸出，其速度與機(jī)器行走速度關(guān)聯(lián)，和變速箱的檔位和無級(jí)變速有關(guān)。具體傳動(dòng)系統(tǒng)配置見圖3。注：V1V21為帶輪序號(hào)；L1L16為鏈輪序號(hào)；C1C6為齒輪序號(hào)；0127為傳動(dòng)軸序號(hào)；F1為飛輪圖3傳動(dòng)系統(tǒng)配置圖Fig.3Schematicofthelayoutoftransmissionsystem150農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2008年2.3作業(yè)組件該機(jī)作業(yè)組件主要有：分禾與扶禾裝置、挖掘裝置、拔禾輸送鏈、清土裝置、摘果裝置、清選系統(tǒng)、集果系統(tǒng)等組成。2.3.1分禾與扶禾裝置分禾裝置和扶禾裝置的作用是對(duì)花生拔起前進(jìn)行處理工作，適當(dāng)分開各行或畦間的植株并扶起匍伏的藤蔓。該機(jī)分禾裝置為固定導(dǎo)引式，前端配置鶴咀尖型分禾器(見圖1、2)，分禾裝置裝在拔取夾送裝置的前方作引導(dǎo)用，作業(yè)時(shí)分禾器前端應(yīng)插入土中20mm用以挑起匍伏的植株，分禾寬度為700mm。實(shí)際作業(yè)時(shí)要注意扶起點(diǎn)及扶起角度，依畦型、土壤質(zhì)地、植株等條件上下調(diào)整分禾器。扶禾裝置如圖4所示，由左、右撥指鏈箱對(duì)稱配置，每組撥指箱內(nèi)裝有傳動(dòng)鏈輪、張緊輪、滑輪、傳動(dòng)鏈和撥指等?；ㄉN植的行距范圍一般在300400mm，株叢范圍在200250mm，設(shè)計(jì)扶禾裝置時(shí)，兩側(cè)對(duì)稱滑輪的軸中心距為492mm，對(duì)稱傳動(dòng)鏈輪的軸中心距382mm。傳動(dòng)鏈上裝有9個(gè)撥指，且可拆卸更換，根據(jù)實(shí)際需要選用適宜尺寸的撥指，收獲小行距、小株叢范圍的花生時(shí)選用較長尺寸的撥指，大行距、大株叢范圍的花生收獲選用較小尺寸的撥指，以便于將花生秧攏合并向上導(dǎo)扶。撥指轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖中箭頭所示，其運(yùn)動(dòng)速度有兩個(gè)檔位，可根據(jù)收獲機(jī)前進(jìn)快慢作相應(yīng)選擇?；ㄉ俾?jīng)分禾器挑起后，由扶禾器的撥指扶起向上引導(dǎo)進(jìn)入拔禾輸送鏈入口。圖4扶禾裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.4Structuralschematicofstalkguidingequipment2.3.2挖掘裝置挖掘鏟的作用是預(yù)先將花生主根鏟斷及松土，減少拔株阻力和拔株掉莢損失，以提高拔株效果，松土雖可降低花生的拔取損失率，減少拔株力，但松土鏟大小及入土深度直接影響前進(jìn)阻力，為達(dá)到松土效果及降低前進(jìn)阻力，該機(jī)松土裝置采用長方形傾斜平面鏟的設(shè)計(jì)，如圖5所示，左右配置固定在拔取機(jī)構(gòu)機(jī)架兩側(cè)的固定座上，配合一畦兩行。固定座可在收獲臺(tái)機(jī)架上前后60mm的范圍內(nèi)移動(dòng)，鏟柄在管座內(nèi)可上下移動(dòng)、左右轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過螺釘與管座固定。該結(jié)構(gòu)能確保兩松土鏟前后、上下、左右調(diào)整挖掘點(diǎn)、入土深度及鏟間距，安裝時(shí)應(yīng)確認(rèn)松土鏟尖在夾持拔取口稍前方，確保在拔取前可有效松土，減少拔取損失。主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：平面鏟刃面寬度為250mm，入土角為30，鏟間距調(diào)節(jié)范圍為0450mm，挖掘?qū)挾日{(diào)節(jié)范圍為400950mm，挖掘深度范圍0120mm。1.固定管座2.右平面鏟3.緊固螺釘4.左平面鏟5.鏟柄6.加強(qiáng)筋圖5挖掘裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.5Structuralschematicofdiggingshovel2.3.3拔禾輸送鏈拔禾輸送鏈的作用是將梳株松土后的花生植株夾持拔起，并直接輸送經(jīng)過清土裝置和脫莢裝置。夾持裝置采用鏈條式，兩條鏈條靠張力夾壓，互相嵌合夾緊，將花生植株夾牢，避免因拍土和脫莢作用拉下藤蔓，鏈條前端具有V形開口，拔取點(diǎn)在收獲機(jī)的左前方，拔取后以20左右斜向上平行夾持輸送，為能調(diào)整植株拔取高度，設(shè)計(jì)有液壓升降機(jī)構(gòu)及限深機(jī)構(gòu)。2.3.4清土裝置該清土裝置為同向擺拍式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，偏心套安裝在鏈輪軸的一端，長搖桿一端與偏心套上的偏心軸連接，另一端與焊接在鏈輪A輪轂上的擺桿連接，鏈輪A與拍土板A固定連接，鏈輪B與拍土板B固定連接，鏈輪A與鏈輪B通過鏈條連接。清土裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)使安裝在鏈輪軸一端上的偏心套和偏心軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過長搖桿的連接使擺桿左右方向擺動(dòng)，擺桿的連續(xù)左右擺動(dòng)帶動(dòng)鏈輪A和拍土板A來回?cái)[動(dòng)，在鏈輪B和鏈條的帶動(dòng)下拍土板B也來回?cái)[動(dòng)。拍土板A、B的擺動(dòng)方向相同，拍土板A、B對(duì)夾持輸送通過的花生秧根部進(jìn)行拍打，拍落已松動(dòng)的沙土。擺桿上設(shè)有兩個(gè)定位孔，通過調(diào)整長搖桿在擺桿上的安裝位置來調(diào)節(jié)拍土板的擺動(dòng)幅度，拍力輕重視土壤性質(zhì)和落果損失來調(diào)整，使采收質(zhì)量更好。該結(jié)構(gòu)中拍土板的拍土段長度為585mm，角振幅為24.5，振動(dòng)頻率331Hz，最大拍土線第3期胡志超等：4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機(jī)的研制151速度為2.15m/s。1.飛輪2.鏈輪3.鏈輪軸4.偏心套5.軸套6.長搖桿7.鏈條8.鏈輪A9.擺桿10.張緊輪11.鏈輪B12.拍土板B13.拍土板A圖6清土裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.6Structuralschematicofclodremovingdevice2.3.5摘果裝置摘果裝置采用差相對(duì)輥組配式刷脫機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)脫莢作業(yè)，如圖7所示，滾筒全長為1000mm，脫莢滾筒由鋼管上面連接鋼板組成，左右兩脫莢鋼板互為反向，裝配時(shí)需定位，彼此互相錯(cuò)開30，以增加脫莢效果及避免損傷果實(shí)。花生植株夾持輸送經(jīng)過摘果滾筒時(shí)，摘果滾筒上的鋼板對(duì)花生莢果進(jìn)行拍擊、刷拉，將其從植株上摘下，完成脫莢作業(yè)。軟膠片的一側(cè)固定在鋼板上，并沿鋼管表面鋪于兩鋼板槽底部，摘果滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軟膠片由于慣性和重力作用會(huì)向外側(cè)翻倒，將摘落在鋼板槽底部的花生果或濕土塊拋下進(jìn)入底端的刮板輸送。本結(jié)構(gòu)中滾筒軸距為220mm，滾筒直徑為230mm，轉(zhuǎn)速290r/min，每組滾筒上裝有6片鋼板，鋼板尺寸為986mm2mm（長厚）。圖7脫莢滾筒結(jié)構(gòu)圖Fig.7Structuralschematicofpeanutpickingroller2.3.6清選系統(tǒng)花生脫莢后，其脫下物組成包括果莢、斷莖、殘莖葉、未成熟莢、土塊等，需要進(jìn)行清選處理。本機(jī)清選系統(tǒng)如圖8所示，主要由風(fēng)機(jī)和振動(dòng)篩組成，振動(dòng)篩框上裝有篩體和導(dǎo)禾板組，篩體水平向下傾斜，導(dǎo)禾板組配置在篩體下端的上方，水平向上傾斜，導(dǎo)禾板組與篩體之間形成固定的間隙，使篩面上花生果莢通過，導(dǎo)禾板組由14片導(dǎo)禾板等間距排列組成，導(dǎo)禾板外端面做成鋸齒狀。振動(dòng)篩框端頭的兩側(cè)邊分別與主動(dòng)擺桿、從動(dòng)擺桿的一端連接，主動(dòng)擺桿中間部位通過偏心套安裝在傳動(dòng)軸上。主動(dòng)擺桿另一端與機(jī)架上的支撐桿連接，從動(dòng)擺桿另一端通過軸承與機(jī)架連接。風(fēng)機(jī)配置在振動(dòng)篩下方，吹風(fēng)口對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)禾板組與篩體交界處的前方。工作時(shí)，帶輪帶動(dòng)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)，在偏心套作用下主動(dòng)擺桿的帶動(dòng)篩體和導(dǎo)禾板組以特定的頻率振動(dòng)。脫莢混合物經(jīng)刮板輸送帶輸送到篩體上，土