馬鈴薯薯類收獲機研究

第一章緒論1.1馬鈴薯薯類收獲機研究的目的和意義世界馬鈴薯研究中心的數(shù)據(jù)表明：目前在世界范圍內(nèi)所有國家和地區(qū)對于馬鈴薯的需求量到2020年前后將預計增長27.4%，將超越水稻玉米等其他農(nóng)作物的增長。中國對于馬鈴薯的需求更是達到了2010年的一倍。隨著國際市場對馬鈴薯需求的不斷擴大，有一些國外的大公司紛紛在中國市場從事馬鈴薯的生產(chǎn)與加工業(yè)務，國內(nèi)只有屈指可數(shù)的生產(chǎn)商戶加入這一個全新的領域，這就導致了馬鈴薯收獲機的生產(chǎn)開始向生產(chǎn)工程國際化統(tǒng)一化，大規(guī)?；拇蠓较蚯斑M。馬鈴薯已經(jīng)是我國后繼小麥、水稻、玉米以后種植規(guī)模第四大產(chǎn)量的農(nóng)作物，主要分布在我國的東北黑吉林地區(qū)，以及遼內(nèi)蒙古自治區(qū)、寧夏自治區(qū)、山西省、云南省、新疆省、青海省甘肅省、貴州省區(qū)，每年的年產(chǎn)鮮薯近6500萬噸左右。我國得馬鈴薯培育面積以15萬hm2/年的增加速度逐年增長，2000年更是達到400萬hm2，產(chǎn)量位居世界第一名。雖然產(chǎn)量位居世界第一，但是一個可怕的現(xiàn)實卻是，我國國內(nèi)占生產(chǎn)總量65%以上的馬鈴薯收獲工作一直到現(xiàn)在基本上還依然停留在傳統(tǒng)的人工收獲的初級階段，這就嚴重影響了我國馬鈴薯的大規(guī)模生產(chǎn)，使得國內(nèi)馬鈴薯的年產(chǎn)量遠遠滿足不了現(xiàn)有的國內(nèi)外市場大量需求，尤其是對于歐美國家的國外市場高品質馬鈴薯的需求。加上近年來馬鈴薯種植面積增長和產(chǎn)量的增長，馬鈴薯收獲機怎樣才能實現(xiàn)機械化自動收獲成為了一個有意義的重要研究課題。1.2馬鈴薯收獲機的國內(nèi)外發(fā)展概狀國際上馬鈴薯的種植人工費用高，勞動強度大效率低下，尤其是針對馬鈴薯的人工收獲更加如此，收獲既能關系到馬鈴薯的品質好壞，又能成為限制該行業(yè)未來發(fā)展的重要因素。所以目前如何才能有效的提高馬鈴薯機械化的收獲，已經(jīng)成為了在未來我國馬鈴薯行業(yè)能否順利健康發(fā)展的關鍵性重要問題。隨著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)的馬鈴薯種植規(guī)模不斷擴大以及收獲速度的緩慢程度，馬鈴薯收獲自動化機械化的需求與日俱增，從而迅速推動了有關自動化收獲機的研究與發(fā)展。1.2.1國內(nèi)發(fā)展概狀“十五”期間時，我們國家就已經(jīng)開始研發(fā)自走式馬鈴薯收獲機。中華人民共和國國家農(nóng)業(yè)部機械化科學研究院旗下直屬企業(yè)現(xiàn)代化農(nóng)裝北京農(nóng)業(yè)有限公司，不但成功容納效仿了國內(nèi)外先進技術的基礎之上，而且還努力開發(fā)了我國國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權的中華人民共和國第一臺專業(yè)的自走式馬鈴薯收獲機,也就是我國科技項目計劃成果當中農(nóng)的美諾機系列1800自走式型馬鈴薯收獲機。在1800型的功能上安裝了輸送機械手，研制成19000自走式型馬鈴薯收獲機，可以完全實現(xiàn)升降馬鈴薯至運裝車，配合專門為其打造的1910自走式馬鈴薯運輸車，能夠大大節(jié)省收獲馬鈴薯人工勞動力和勞動強度。此次馬鈴薯收獲機可一次完成三個步驟，實行一步到位的自動化機械化收獲，其分為挖掘地下馬鈴薯、輸送馬鈴薯至分離裝置，以及完全分離馬鈴薯和土塊、于此同時除秧，側輸出作業(yè)等一并完成；裝有與其匹配的自走式馬鈴薯收獲機的仿形鎮(zhèn)壓輪，可以達到不同要求的挖掘深度；傷薯率大幅下降，已經(jīng)降低至國際標準，此次采用兩級輸送分離裝置進行熟土分離，加上配以高強度振動等機構，使分離效果更加完美，不損傷馬鈴薯與薯秧。然而在我國建國初期，馬鈴薯采用低端人工用手刨或挖掘，從而實現(xiàn)收獲成熟的馬鈴薯。早在我國上個世紀70年代，不斷學習了歐美國家收獲機技術的基礎上，還研發(fā)了自主創(chuàng)新的升降鏈式馬鈴薯收獲機。上世紀70年代，在黑龍江農(nóng)機所研發(fā)出了與45kW拖拉機配套的P1500型馬鈴薯收獲機，并在東北地區(qū)進行了推廣。1980年，20國農(nóng)業(yè)機器展會后，我國將全部的P1500型馬鈴薯收獲機的樣機都安放在東北地區(qū)研究所，為制作新型的馬鈴薯收獲機的創(chuàng)新工作創(chuàng)造條件。上個世紀90年代，由于國內(nèi)拖拉機的大量應用，先后有很多的自走式馬鈴薯收獲機和振動式馬鈴薯收獲機投放到國內(nèi)市場。伴隨著馬鈴薯收獲的未來發(fā)展，中國大陸境內(nèi)先后有多家科研公司研發(fā)馬鈴薯收獲機，如安徽省阜陽市的農(nóng)機所研制的U–95型收獲機，吉林省長春市農(nóng)機研究所生產(chǎn)的VMSA型，VW2SA型自走式馬鈴薯收獲機，黑龍江省哈爾濱市機械廠研制的U02型馬鈴薯收獲機，中國農(nóng)科院研制成功了各式各樣的馬鈴薯收獲機，如BO1060型馬鈴薯收獲機、RUL10型馬鈴薯收獲機、RUW20型馬鈴薯挖掘機、RTSW-2型馬鈴薯收獲機機等多種機型。1.2.2國外發(fā)展概狀第一類意大利、挪威、德國等北歐國加生產(chǎn)的收獲機為代表的與各國家小中型拖拉機設施配套的牽引方式收獲機。意大利一家上市公司生產(chǎn)的CBpp-BU-180/S型號系列的馬鈴薯收獲機，動力為37kW。這款收獲機結構簡單，可以一次性同時完成馬鈴薯的挖掘、分離和裝載工作。挪威KuermelandNabebAB公司所生產(chǎn)的PU2600型號系列馬鈴薯收獲機，技術尤為先進，其中包括了液壓、電控、機械為一體。德國在上世紀90年代開始生產(chǎn)馬鈴薯收獲機，自動撿拾機和具有自動分離裝置的馬鈴薯收獲機。德國的格力莫（Grinmer）公司是現(xiàn)在世界上生產(chǎn)馬鈴薯收獲機最大的生產(chǎn)商，生產(chǎn)有RU700型號馬鈴薯收獲機和BP180型號馬鈴薯收獲機。第二類是以美國、俄羅斯等國家的大規(guī)模農(nóng)場，運用超大功率自走式馬鈴薯收獲機。上世紀80年代，俄羅斯莫斯科研究院就已經(jīng)開始生產(chǎn)本國的自走式馬鈴薯收獲機。俄羅斯的很畢業(yè)設計中文題目多公司，比如農(nóng)機科學研究所生產(chǎn)的馬鈴薯PCL收獲機型、PCL-1型等新的機型，搭配了動力為100kW，機器質量10t，收獲行數(shù)1~5行，收獲效率1.6hm2/h，挖掘深度30~50cm，破損率<6.5%，損失率為1%～6%。1.3本次課題研究的方法及內(nèi)容1.3.2研究方法（1）首先通過大量的查閱資料，以及和課題有關的論文，了解課題的技術水平，在國內(nèi)外的發(fā)展情況和未來的前景。（2）通過對其他相關材料的分析得出結論，主要獲取我國現(xiàn)存小型馬鈴薯收獲機和德日收獲機各自存在的問題以及優(yōu)缺點，再繼續(xù)對我國馬鈴薯種植情況和種植特點的基礎上，結合在我們國家地區(qū)馬鈴薯的種植農(nóng)藝特點，得出本次研究課題的綜合規(guī)劃方向以及總體方案。（3）對總體方案進行初步的可行性分析，一直到得出一個最適合的制造方案。然后陸續(xù)進行馬鈴薯整體結構設計，在這個基礎之上，再進行各傳動裝置的分配還有剩余主要部件設計。（4）最后進行調(diào)試，進一步得出各部分的尺寸與參數(shù)。1.3.1研究內(nèi)容馬鈴薯收獲機課題的研究內(nèi)容難點和重點在于如何進行馬鈴薯收獲機結構設計，還有馬鈴薯分離裝置，收獲裝置和收集裝置的設計。根據(jù)我國現(xiàn)在的馬鈴薯種植情況，品種的多樣化，作業(yè)情況，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟現(xiàn)狀，農(nóng)村現(xiàn)存狀況、主要研究一種目前適合于我國農(nóng)村馬鈴薯小型作業(yè)的新型馬鈴薯收獲機，也就是包括土壤分離、馬鈴薯挖掘、馬鈴薯收集裝箱等。最大限度地提高分離率并且減人力物力財力，工作阻力，減少傷薯率，提高收獲質量。

第二章自走式馬鈴薯聯(lián)合收獲機整體機械結構設計2.1方案參考馬鈴薯收獲機是于開始挖掘，其次清理，最后裝載及三合一為一體的農(nóng)業(yè)收割機。普通的馬鈴薯收獲機一般分為牽引式以及自走式兩種。由于我國農(nóng)村馬鈴薯的種植情況為分散型種植，所以不適宜牽引式馬鈴薯收獲機。因為牽引式馬鈴薯收獲機體積龐大。所以本次課題我采用馬鈴薯收獲機為自走式的馬鈴薯收獲機方案一：該方案采用一級橫向輸送裝置和一級分離輸送裝置合成。工作原理：收獲機通過第一次挖掘，挖出的土塊兒與馬鈴薯的初步混合物。經(jīng)過馬鈴薯收獲機的第一級分離裝置，后續(xù)被分離出來的馬鈴薯在由橫向輸送裝置收集到集薯箱當中。集薯箱的位置分布在輸送鏈的側面。特點：本類行馬鈴薯收獲機克服原有二級薯土分離裝置尺寸過大的問題。由于增加了側向輸送裝置。所以傷薯率也由此降低達到了要求。但缺點是進一步增大了薯土轉動的復雜性，所以功率消耗大不可避免。方案二：第二種方案則是采用國內(nèi)外現(xiàn)有的薯土二級分離裝置。工作原理：本款馬鈴薯收獲機首先挖掘出薯土混合物，進行第一次薯土分離。第一級薯土分離裝置主要作用是使土塊兒被破壞擊碎。達到與馬鈴薯分離的效果。然后緊接著進入二級薯土分離輸送裝置。二級薯土分離裝置主要是用于將分離好的馬鈴薯輸送到集薯箱里。特點：本款馬鈴薯收獲機傳動裝置復雜，整體結構較大，尺寸較大，但分離效果好，傷薯率較高。由于二級傳送功率消耗大，適用于大型馬鈴薯收獲。方案三：該款馬鈴薯收獲機采用單級薯土分離輸送裝置。工作原理：本款馬鈴薯收獲機將挖掘出來的馬鈴薯與土塊兒用單及分離裝置直接分離成功后送入集薯箱。不再經(jīng)過第二次薯土分離以及側向分離輸送裝置。特點：功率消耗小，分離效果好，傷薯率符合要求。收獲機整體結構尺寸小，適合小型馬鈴薯收獲機作業(yè)。2.2方案確定通過對以上三個方案的特點進行具體的比較。很容易得出方案三為可行性最高最佳方案。由于方案三只有一次一級薯土分離輸送裝置，所以輸送路程長度可以比方案一方案二的更長一些。由此一來薯土分離效果會比前兩者更優(yōu)越。馬鈴薯收獲機的整體結構尺寸也較小，適用于小型作業(yè)。而且由于沒有二級薯土分離裝置的過渡，消除了在此過程當中的對馬鈴薯的損傷，所以由此降低了傷薯率。其次，由于方案三的傳動裝置布局簡單，傳動效率會有所提高并減少動蕩的損耗所以功率由此降低。由于以上的原因采用方案三。畢業(yè)設計中文題目長春工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）2.3自走式馬鈴薯收獲機總體布局結構圖2-3自走式馬鈴薯收獲機結構圖鎮(zhèn)壓限深仿形輪7.偏心鏈輪13.機架19.前地輪切土盤8.張緊輪14.駕駛室20.V帶挖掘鏟子9.主動鏈輪15.挖掘裝置液壓缸21.從動帶輪柵欄條10.傾斜斗16.反向螺絲桿22.后地輪從動鏈輪11.集薯箱17.動力輸出帶輪抖動鏈12.翻斗液壓缸18.減速帶輪自走式馬鈴薯收獲機主要由挖掘鏟，截圖盤，集薯箱，行走裝置以及機架，動力裝置等組成。物流方向為從挖掘鏟開始到抖動鏈，其次為傾斜斗最后到集薯箱。自走式馬鈴薯收獲機挖掘部件在整個機組前進的右前方向。收獲機的左前端視為駕駛室，在駕駛室的正下方有變速箱。其后面放置推進發(fā)動機。挖掘鏟后面緊接著是薯土分離裝置。在最后面掛有集薯箱。該款馬鈴薯收獲機的變速箱發(fā)動機以及行走控制裝置，駕駛室液壓裝置都是選用目前國內(nèi)現(xiàn)有的產(chǎn)品直接安裝運在本次設計當中將不做細致的具體介紹。畢業(yè)設計中文題目2.4自走式馬鈴薯收獲機具體工作原理本次自走式馬鈴薯收獲機為單壟單行或單壟雙行小型作業(yè)。有二十千瓦左右的發(fā)動機提供牽引動力。在進行馬鈴薯收獲前需要人工將馬鈴薯地面上的雜草除掉。收獲機進行作業(yè)時需要對壟，作業(yè)時將挖掘機構放下，通過螺栓挖掘頭上固定挖掘鏟。傳動裝置在機架上安，通過V帶傳遞，將發(fā)動機的動力由變速箱過渡到抖動鏈主動軸，軸端上的從動帶輪上，主動軸上不但含有兩個主動鏈輪，而且均與抖動鏈嚙合傳動，主動輪的轉動通過，抖動鏈鏈輪帶動自下向上運行。收獲機的抖動鏈中前方安插兩個偏心鏈輪以及抖動鏈兒相互嚙合。由于偏心鏈輪是沒有動力輸入的。所以他依靠抖動鏈兒的運動傳遞，隨之作業(yè)。偏心輪的作用是抖動而產(chǎn)生上下幅度的震動。目的是把土塊兒破壞從而有效的進行馬鈴薯和土塊兒的分離。由挖掘裝置挖出的薯土混合物。慢慢通過篩條的篩選達到抖動鏈兒之后進行抖動分離。抖動鏈不但可以使馬鈴薯與土塊兒進行分離。而且具有上升運輸?shù)闹饕康摹７蛛x完成的馬鈴薯可以經(jīng)過抖動鏈兒的上升運行。從而達到抖動鏈后端的傾斜斗。傾斜斗具有導向作用，使得馬鈴薯落入到后方的集薯箱當中，每當后方集薯箱作業(yè)完成，裝滿收獲完成的馬鈴薯之后。就可以將收獲機駕駛到指定地點。進一步開啟后方的擋板。由集薯箱下的液壓缸伸長。以至于達到集薯箱翻轉。掉落進行卸載。這種馬鈴薯收獲機的動力傳遞路線為，從發(fā)動機開始到變速箱，再由側向輸出到減速帶輪。最后到抖動鏈主動軸再到抖動鏈。該馬鈴薯收獲機的行走裝置為前輪驅動后輪轉向。

第三章馬鈴薯收獲機主要部件設計3.1前端挖掘部件的設計自走式馬鈴薯收獲機挖掘主要構件有一起匹配的仿形鎮(zhèn)壓輪，挖掘深度調(diào)節(jié)桿，匹配的挖掘產(chǎn)架以及匹配的挖掘頭架等組成。其中H表示挖掘的深度，它可由深度調(diào)節(jié)桿件對挖掘深度進行控制調(diào)節(jié)。L仿形鎮(zhèn)壓輪對挖掘鏟工作時候的相對提前量，它的作用是為了大幅度的消除挖掘產(chǎn)入土的影響。一般為馬鈴薯株距0.8到1.6倍。圖3-1挖掘部件結構圖深度調(diào)整桿組件5.鏟架仿形鎮(zhèn)壓輪組件6.延長柵條切土盤組件7.挖掘頭架挖掘鏟有上圖一和圖二，可以看出來該自走式馬鈴薯收獲機的升降轉點放到輸送鏈的最上方。輸送鏈以及從動輪安裝到了可以自由升降的挖掘部件上。簡單的說。當液壓缸促使挖掘頭做上下運動時。從動鏈輪及輸送鏈兒可以隨著挖掘頭一起做上下運動。當自走式馬鈴薯收獲機工作時候可以保證挖掘鏟在地面以下，可以順利的使土塊兒輸送到輸送鏈上。從動輪也會緊貼地面，再自走式收獲機工作時這個位置是完全理想的。但是當馬鈴薯收獲機在行走作業(yè)的時候，由于前輪兒有可能與地面發(fā)生摩擦碰撞。所以必須與從動輪及輸出鏈輪的前段一起升起。在圖示中，我們依然可以看出。輸送鏈的機架與挖掘部件的機架是分開的。如果一但設計成整體的。那么整體的大機架在做升降的運動時，可能接觸到前地輪軸。而且如果一旦作為整體。整個部件的質量會很大。對液壓缸的需求會比現(xiàn)在更高。增加很多不必要的成本，如果設計成分開式可以解決以上兩點的問題。既能減少整個部件的質量，也能降低了機器的成本。3.1.1挖掘鏟的設計優(yōu)秀的挖掘鏟的設計思想。主要是帶出少量的泥土，盡快盡可能使得土壤稀松。在克服挖掘阻力時所消耗的能量最低。要是想讓馬鈴薯收獲機在不同的土壤情況下滿足這一任務。是很困難的，因為不同的土壤溫度和濕度，粘度是不相同的。所以以至于挖掘鏟的設計是非常關鍵非常困難的。在挖掘鏟的設計當中，為了盡可能滿足上述的所有技術條件。此次馬鈴薯收獲機采用了便于拆裝的組合式的挖掘部件。分別有裝有匹配的切圖盤，挖掘鏟架和尖銳的挖掘鏟子等組成。挖掘頭上固定剛性的挖掘鏟子（強度較高不宜被破壞）。通過調(diào)整固定桿與頭架的相對位置從而實現(xiàn)切土深度是切土盤兒工作原理。主要用于切土的深度。挖掘鏟采用三角式相對于結構簡單，制造工藝精簡。所以目前被廣泛的應用于自走式馬鈴薯收獲機的挖掘部件當中。挖掘產(chǎn)理論上由三片挖掘鏟面組成，雖然理論上兩者是剛性固定，但是實際情況下固定在鏟架上，各個鏟片之間存在留有間隙用于滑草。圖3-1重要參數(shù)如上圖所示，本款馬鈴薯收獲機挖掘鏟的重要參數(shù)有：挖掘鏟的長度L,以及場地的寬度B,刀切口夾角度θ，挖掘鏟與地面夾角α。此次馬鈴薯收獲機的挖掘鏟刀口夾角值的選擇必須使莖稈干草等都能順利滑離鏟口。使莖稈滑離刃口的力如上圖所示，所以應該滿足不等式：其中R是作用于鏟架上鏟刃的相對阻力（牛頓）；是作用于雜草等對鋼刃的摩擦系數(shù)；取=0.9左右；從上圖示中可列平衡方程得到下列不等式：由此可得：，一般取40—50，所以該挖掘鏟取用θ=90°挖掘部件得到挖掘鏟傾角α和挖掘鏟的長度L可由上圖對挖掘鏟子的客觀受力分析列出平衡方程可以求得。根據(jù)土壤的溫度濕度不同情況做出一個平均取值，在挖掘鏟上的受力分析可建立平衡方程式可以見下面的平衡方程：在公式中P作為沿著挖掘鏟移動是順方向所掘起的薯土物混合物需的力(牛頓)；N作為挖掘鏟對平均情況土壤的反作用力(牛頓)；G作為挖掘鏟面上平均情況土壤的重力(牛頓)；F作為平均情況土壤對鏟面的正向摩擦力(牛頓)；作為平均情況土壤對挖掘鏟面的正摩擦系數(shù)。我們將上述三組平衡方程聯(lián)立，可以推得下方恒等式：挖掘機構中挖掘鏟的作業(yè)時所受到的平均阻力。不但有挖掘鏟鏟起的薯土混合物。因為滑移而產(chǎn)生的。絕大部分也是由切土片兒進行切割土壤所造成的。若不考慮挖掘鏟子移動速度變化的影響。挖掘鏟的阻力運用到下列關系式來明確表達。算式中是土壤對港人的摩擦角；K是挖掘時壟溝的阻力系數(shù)()，輕質土壤平均K值=15000～20000（），中等輕質土壤平均K值=20000～25000（），中等堅實土壤平均K值=25000～30000（）；A作為挖掘時壟溝的平均橫截面積（）。挖掘鏟的作業(yè)長度可由挖掘深度h與其相對應的傾角α計算，即翻閱我國作物工藝要求。可查到挖掘的深度15至30厘米時才能將成熟的馬鈴薯完全挖掘出來。從而并不損壞馬鈴薯的表面。根據(jù)上述個個平衡方程可得出。挖掘鏟的最大傾角為25度左右。Φ=30度左右。（平均中等輕質土壤）。挖掘鏟的最大長度為50厘米。取合適點的長度為40厘米。相應的即可計算出，挖掘構架挖掘鏟在中等輕質土壤當中。挖掘最大傾角為25度時挖掘的阻力為大概為3050牛頓。運用上述平衡方程確定挖掘構件挖掘鏟當中的重要參數(shù)后。其次設計計算挖掘鏟的挖掘寬度。挖掘鏟的挖掘寬度必須保證每次挖掘時土地里的每一個馬鈴薯都被挖掘出來。根據(jù)科學家的觀察。馬鈴薯的分布最大寬度可達到50厘米左右，因此挖掘寬度必須大于這個50厘米。在進行挖掘寬度的設計時需要進行考慮以下幾點重要因素。馬鈴薯的平均寬度分度值。寬度偏差范圍。在常態(tài)分布時。馬鈴薯中心線的平均偏距記為，再加入駕駛員的機器誤差參數(shù)，取最常使用的。綜上所述，在單行收獲機的挖掘鏟子寬度確定為s1用下方平衡方程來進一步確定。帶入推得：由上述公式可推得挖掘鏟的挖掘寬度最小為57.66厘米。進一步考慮到我國部分地區(qū)采用雙行是自走式馬鈴薯收獲機。這樣計算寬度會大于這個值。所以取總寬度為60厘米。挖掘構挖掘鏟子的厚度為1厘米。下圖是挖掘鏟的結構圖圖3-1-1挖掘鏟3.1.2挖掘鏟架的設計挖掘鏟被固定在馬鈴薯收獲機的鏟子架上。是連接挖掘頭與挖掘鏟的零件，需要優(yōu)越的強度保證挖掘鏟傾角的變化幅度。挖掘鏟架的結構，如下圖所示。挖掘鏟架被剛性地固定在挖掘頭架上。并用螺栓穿過孔剛性連接。以便于固定在挖掘產(chǎn)后部扎條上。 鏟架結構圖3.1.3仿形鎮(zhèn)壓輪的設計仿形鎮(zhèn)壓輪的工作原理是幫助挖掘鏟在確定的路徑軌跡上，進行相同深度的挖掘。等挖掘鏟確定挖掘深度之后，不管土壤的參數(shù)是如何變化的都會保持一致挖掘深度。附帶有將表面硬土撞碎的作用。在自走式馬鈴薯收獲機當中。仿形挖掘鏟基準有兩大類，一種是以壟頂為基準，第二種則是以溝底為基準。該款馬鈴薯收獲機采取第一種方案。進行仿形基準。目前來說，各個國家馬鈴薯收獲機最長用的仿形基準也是這種。原因有兩點;第一是挖掘鏟掘出最少量的土，防止過量挖取帶來的不方便，第二就是防止造成挖掘較淺,造成較大的功率損失和馬鈴薯的遺漏。仿形鎮(zhèn)壓輪兒的結構是鋼板卷制焊接而成。其工作寬度大概為500毫米。工作時直徑為300毫米。他被固定在仿形軸上。下圖為馬鈴薯收獲機的房型鎮(zhèn)壓輪結構.仿形鎮(zhèn)壓輪3.1.4切土盤部件的設計圖3-1-4切土盤1切土盤4固定螺母2軸承座5固定桿3軸6固定螺釘切土盤主要由以上六個構件組成。他被固定在挖角頭的兩端。其作用是將沒有用的雜草和薯經(jīng)切斷。避免挖掘出的塵土散落至機器的兩端。兩端的切土盤有相當可觀的距離。有利于崛起土塊兒及馬鈴薯。但不可以把馬鈴薯直接切開，所以二者之間要有一定的寬度。保證正常作業(yè)。而且切土盤的深度可以通過調(diào)整挖掘頭架的相對位置來實現(xiàn)。截圖盤直徑為300毫米，厚度為二毫米至三毫米。3.2輸送分離部件的設計如何能將馬鈴薯完好無損的從挖掘混合物當中成功分離出來。從古至今都是馬鈴薯收獲機設計的難題。普遍的馬鈴薯收獲機分離裝置一般分為兩個階段，分別是一級分離裝置和二級分離裝置。也就是輸送分離裝置以及專用分離裝置。前者的主要作用是作業(yè)時能夠將馬鈴薯成功地從土壤當中分離出來。并且成功將馬鈴薯運輸?shù)蕉壏蛛x裝置當中。后者則是進行進一步的細致分離，通常的類型有振動篩選，滾筒篩選，抖動篩選等等其他合理的方式。本次設計的自走式馬鈴薯收獲機的分離裝置完全采用抖動式輸送裝置如下圖所示。EMBEDPBrush圖3-2輸送分離裝置結構簡圖3.2.1抖動鏈類型的選擇馬鈴薯收獲機當中的抖動鏈兒是經(jīng)常容易見到的薯土分離裝置之一。主動鏈兒分為兩種組合方式，第一種是組合帶式抖動鏈，第二種是組合鏈條式抖動鏈。由于前者皮帶非常容易斷裂，導致失效。工作周期短，壽命低。作業(yè)過程中土塊兒大量散落，容易進入皮帶與帶輪之間，這樣會對皮帶造成非常嚴重的破壞，影響作業(yè)效果。所以本款馬鈴薯收獲機選用的是組合鏈條式抖動鏈。對上述所有情況有所改善。避免以上的缺點為馬鈴薯收獲機工作室?guī)聿槐恪?.2.2鏈條式抖動鏈的基本結構這款自走式馬鈴薯收獲機的鏈條抖動鏈兒基本結構主要是由外聯(lián)板，內(nèi)聯(lián)板彈簧銷，調(diào)平墊圈等組成。內(nèi)聯(lián)板與外聯(lián)板上安裝有兩個直徑相同的通孔。有這兩個通孔進行螺栓連接。固定到剛性閘條上。外連接板外側裝有平墊圈兒，內(nèi)聯(lián)結板內(nèi)側由軸肩定位。閘條兩端由兩毫米的孔用于彈簧銷的順利安裝。在平墊圈與彈簧銷的相互作用下。內(nèi)鏈板以及外聯(lián)版和篩條就緊緊地連接到了一起。篩條與篩條之間相互平行。而且每個篩條之間的距離也相等。篩條與鏈條的滾子以及偏心輪和主動鏈輪嚙合。隨著主動輪的轉動。從而跟隨運動。挖掘出來的薯土混合物在同步向后方進行移動。并在偏心鏈輪兒的引導下。上下幅度進行抖動分離，當破碎的土塊兒到達一定尺寸就會在篩條的間細落下。每當有新的薯土混合物進入時，就有被分離完成的馬鈴薯向后運動到集裝箱。由于偏心輪的上下抖動土塊兒會源源不斷落下。從而達到薯土分離的最佳效果。用這種方式進行薯土分離，結構簡單方便制造，分離效果優(yōu)良。也能大幅度降低傷薯率，是一種國內(nèi)外新型的分離機構，所以目前選用此方案是正確的。圖3-2-2抖動鏈結構圖1.篩條束2.內(nèi)鏈板3.外鏈板4.平墊圈5.彈簧銷3.2.3抖動鏈基本參數(shù)的確定在德國以及歐洲的眾多國家當中。連接桿兒的間隙一般選為25到30毫米。在亞洲的眾多國家當中，其中日本，韓國，朝鮮等國家選為30到40毫米。而在北美，如美國，加拿大等國家為40到50毫米，由于我國馬鈴薯的種植特點，以及對馬鈴薯收獲機的制造一般采用的間隙為30到35毫米左右，本次我們選用30毫米。這個取值主要跟馬鈴薯的品種和種植特點有關。馬鈴薯的體積基本可分為橢園兒，園兒。扁圓或長筒形狀。在馬鈴薯的長寬高尺寸，假設一個最小的長度為A。升降桿之間的間距如下圖所示，從而可以列出關系方程。圖3-2-3桿間隙示意圖L為桿間距；L為桿間隙；D為桿直徑。滿足關系式：L=l+D為了保障馬鈴薯的莖塊最小尺寸是大于連桿的間隙。能順利使馬鈴薯莖塊不會從桿的間隙當中落下，造成遺漏。所以要使得升降器的間隙高度應該滿足l<A的條件。就可以保證不遺漏。我國馬鈴薯的基本尺寸大概在40毫米到80毫米之間。一般把小于30毫米的馬鈴薯不計算在損失當中。綜合以上材料。連桿兒的間距應該為40毫米左右。桿兒的直徑為10毫米左右。根據(jù)上述公式，桿兒間隙為40毫米。得到升降器的基本結構，如下圖所示。 圖3-2抖動鏈結構參數(shù)3.2.4偏心輪參數(shù)設計及輸送鏈速度的確定【1】偏心鏈輪的設計在這次馬鈴薯收獲機的設計當中。抖動器采用的是偏心齒輪。按照常規(guī)設計的要求。輸送器作業(yè)時分離的線速度為1.6米每秒左右。也就是說，偏心齒輪的線速度也是1.6米每秒左右。半徑為85毫米左右。偏距為35毫米左右。若最高和最低速度分別用，表示。我們可以推出下列的關系方程：至此我們可以用偏心齒輪的頻率以及轉數(shù)便可以用平均角速度來進行計算：可以將上述方程代入后推得。平均角速度為：如果理想情況下，就可以得到：這個等式當中的含義是理論上偏心輪的半徑，我們用來表示，也就是說是一個推導公式，這樣一來可以繼續(xù)變化為這個樣子，更為簡便直觀。這就轉換為半徑與平均角速度用來求解橢圓齒輪的重要參數(shù)了，在進行下一步的精算可以得到：0.070m，代入上述公式就可推得（rad/s）反解出n=220.78r/min，約等于3.65r/s，如此一來抖動齒輪的周期大概為0.25秒左右，其頻率為Hz，換句話說，此橢圓齒輪每秒鐘要震動3.65次。為了使分離效果能進一步提高。在本次設計當中，當偏心鏈輪的半徑為最小值時，整個鏈輪平面為一整個平面。因此可以推斷偏心齒輪的偏心距離以及偏心齒輪的半徑。就可以計算出偏心齒輪工作時的抖動幅度。大概為零到75毫米。抖動器作業(yè)時的運動狀態(tài)分析為了使得更方便的探究馬鈴薯收獲機的運動分析，我們將輸送分離器與水平面夾角大約為20度左右，上角起的物體作用力進行了受力分析以及簡化。把熟土混合物看作為質量，為小M的質點。并且。在偏心論語。趕條的連接。也就是弧長ab部分。他做的是圓周運動。質量為M的物體位于轉角為β，使其作用力一般有離心力。重力。摩擦力和法向反作用力的合力。把這些力投影到二維坐標系當中，X和Y可列的平方方程如下：圖3-2-4振動器上方物料受力分析Psin(β-α)+Rsin(β-α)+Tcos(β-α)=0Tsin(β-α)-Pcos(β-α)-Rcos(β-α)=0在這組公式中：T作為物體所受摩擦力；P作為薯土混合物物體所受離心力，P=m·2·；R作為薯土混合物物體所受法向作用力；G作為薯土混合物物體所受重力，G=mg。在理想狀態(tài)下，當土塊和馬鈴薯離開分離輸送器的同時，表面的瞬時時刻，只存在重力和離心力，不發(fā)生反作用力以及摩擦力，也就是R=0，T=0，則方程式可以推得如下公式：Pcos(β-α)=0Psin(β-α)=G由上述公式中的Pcos(β-α)=0可得出兩種情況：cos(β—α)=0或β—α=90°推得β=90°+α其中上述式中的Psin(β-α)=G可以推得：上述算式當中的K的意義。作為鏈上薯土混合物運動的特征值。代入方程可以解出來。K等于一。在此瞬時當中薯土混合物在最高點與輸送分離裝置相對位置其實仍然沒有改變，要使薯土混合物在輸送分離裝置上完全擺脫。他的運動特征值應該滿足k>1。由于要使得k＞1這一條件，物體向上過度時的轉角應滿足下列條件：β＜90+α 圖3-2-5偏心鏈輪的結構圖1安裝孔2.調(diào)整孔3.輪齒本次馬鈴薯收獲機的偏心鏈輪兒的結構如上圖所示。在這個結構圖當中我們不難看出。在鏈輪兒中間放置一個安裝孔以及兩個調(diào)整孔。前者的作用主要用于與軸承和軸配合。而后者的作用不但是為了減輕材料的重量。還有一個主要的作用是用來調(diào)整鏈輪兒的質心。把鏈輪的質心調(diào)整至與軸的回轉中心完全重合。這樣設計的主要原因在于可以減小轉動慣量，從而減少作業(yè)時的機架振動。 圖3-2-6偏心鏈輪裝配圖偏心鏈輪滾動軸承當土盤a彈簧卡圈擋土盤b固定軸上圖是馬鈴薯收獲機偏心鏈輪的結構安裝簡圖。這種安裝結構跟以往的安裝結構相比，有所不同不同之處在于額外的增加了兩個擋土盤。因為抖動分離裝置，作業(yè)時，伴隨大量的混合物從鏈輪的兩側源源不斷的掉落。因此會有土塊兒，顆粒粉塵等等進入滾動軸承的內(nèi)部。這就影響了軸承的壽命和工作效果以及潤滑效果。降低了軸承的使用效率。在短時間內(nèi)雖然不會破壞軸承，但是不能使作業(yè)時間達到要求。設置兩個擋土盤的作用就是如此。大大防止土塊和顆粒進入軸承內(nèi)部。引起軸承的失效和破壞。鏈輪安裝孔的內(nèi)徑是大于擋土盤的外圈直徑的。這樣。不會使得他與鏈輪摩擦，又可以起到擋土的作用。進一步使得土塊和顆粒進入軸承的可能性降低。由于上述的結構非常簡單，容易制造，安裝便捷。所以本次設計在抖動器和張緊輪主動輪從動輪。通通都采用了這種結構。圖1.從動輪 圖2.張緊輪【2】分離輸送器的速度輸送分離器在完全投入到作業(yè)當中時。其本身的速度應該稍微大于機器前進的速度。這樣才能保證挖掘的熟土混合物輸送通暢。在許多實驗當中，都證實了每當速度高于兩米每秒時。土壤當中的含水量約等于在20%左右。分離能力有所下降。如果繼續(xù)前進的速度為。分離輸送器的線速度為。可以得到以下的關系算式：λ的取值一般為1.0～2.0當機械作業(yè)時。平均速度大概為1.4米每秒左右。如果λ取值為1.1則可以。算出輸送分離器的線速度。大致為1.6米每秒。分離輸送器的最優(yōu)先速度大致為1.5米每秒鐘左右。正因如此所選的參數(shù)符合要求。從上一章的簡圖不難看出，馬鈴薯收獲機的前輪軸安裝到了抖動鏈兒的上篩選面與下篩選面中間。這樣設計的結構原因是由于輸送鏈兒的傾角有所限制。如果輸送帶放置在行走輪兒的上側。這就導致輸送鏈傾角必然很大。會超過平均參數(shù)的范圍。如果放置行走輪的下側則會導致挖掘部分提升空間不足，并且輸送鏈的輸送高度也達不到要求，比平均標準低，沒有辦法輸送到集薯箱當中去。所以才用在上下篩面之間這種結構布置方法。3.3集薯箱的設計在馬鈴薯收獲機的最后方有一個集裝箱叫做集薯箱。它的作用主要是暫時收獲被收獲機分離好的馬鈴薯進行保存。節(jié)省了人工拾取這一步驟。節(jié)省更多的勞動力提高收獲的平均效率。也同時降低了許多收獲成本。馬鈴薯收獲機區(qū)別于其他收獲機的主要特點就在于是否具備集薯箱。集薯箱的結構設計需要考慮它的容積。容積越大收貨效率越高。本次設計的集薯箱是在整個收獲機的尺寸允許范圍內(nèi)盡量使得集薯箱的容積達到最大。集薯箱的。外一個設計要點就是要盡量降低它的傷薯率。以保證馬鈴薯收獲的效率，因為馬鈴薯通過分離裝置完全進行薯土分離之后。會落入下方的集薯箱里。這樣就有一個落差的過程，如果使馬鈴薯直接落入集薯箱的底面必然會造成馬鈴薯的磕碰以及損壞，所以要想盡辦法使馬鈴薯進行一個軟著陸。本次馬鈴薯收獲機就上問題所提出的解決方法是。用一塊兒高強度的抹布。邊緣帶孔用彈性好皮條將抹布完整的連接到集薯箱的四壁，抹布處于懸空的狀態(tài)。位置大約處于整個集薯箱空間當中的中間部分。這款實現(xiàn)軟著陸的抹布工作原理很簡單。在集薯箱沒有進行作業(yè)時，由于受到彈性皮條的拉動，抹布屬于懸空的狀態(tài)，一旦有馬鈴薯落入，集薯箱進入作業(yè)狀態(tài)。馬鈴薯不是與集薯箱底面直接進行磕碰。而是先與抹布碰撞。實現(xiàn)了上述所說的軟著陸。隨著作業(yè)的不斷增加，馬鈴薯的數(shù)量會已逐漸增多。他們總共的質量會進一步增加。正因為他們所受到的重力作用。四周的皮條不會被拉斷，反而會被拉長，所以抹布的位置會隨著馬鈴薯的增多而繼續(xù)下降。直到與集薯箱底部造成接觸。在這個時候由于馬鈴薯大量的堆積。馬鈴薯的體積也會逐漸增加。這導致薯堆面與輸送抖動鏈之間的距離已經(jīng)減少很多，所以新的馬鈴薯落入薯堆上的速度也會減小。馬鈴薯與馬鈴薯之間的碰撞，也不會使馬鈴薯損傷。由此降低了傷薯率，集薯箱完成一次完整的作業(yè)時，可以將四周的皮帶從集薯箱上拿下，進行傾倒回收，完成一次作業(yè)非常方便。保證上述率大大降低。圖3-3集薯箱結構圖1.集薯箱壁2.彈性皮條 3.麻布

第四章傳動系統(tǒng)設計4.1傳動系統(tǒng)的確定本次設計的這款馬鈴薯收獲機需要完成收集，升運，分離以及挖掘等許多復雜性的作業(yè)。所以就要采取合理的結構布局來進行簡化，使傳動系統(tǒng)更加穩(wěn)定連貫高效率和簡單。主要設計要求為結構緊湊能量損失少，功率消耗低，穩(wěn)定性高，運行作業(yè)時平穩(wěn)。正因如此，根據(jù)前面的挖掘裝置和輸送分離裝置的作業(yè)方式。特點以及原理設計了如下的傳動方案。 圖4-1系統(tǒng)傳動簡圖1.變速箱動力輸出帶輪6.輸送鏈主動軸2.減速大帶輪 7.主動鏈輪3.減速小帶輪 8.輸送鏈4.V帶 9.偏心鏈輪5.動力輸入帶輪 10.輸送鏈從動輪在上述系統(tǒng)傳動簡圖當中，我們可以明確地觀察到動力輸出由馬鈴薯收獲機自走式裝置的變速箱輸出。一直到帶輪兒V帶傳遞到大帶輪2，然后穿過帶輪2和帶輪兒3的減速作用達到作業(yè)要求的相對速度之后，再到下一級的V帶進行傳遞。這些動力輸入帶輪兒5。帶輪5的作用可以降低轉速。因為帶輪3已經(jīng)進行了一次降低了轉速，帶輪5會進一步降低旋轉速度輸送功率。主動軸之間進行傳動，這樣動力便被傳遞到下一級，軸6上主動鏈輪與軸6之間通過完整的鍵連接。軸的轉動一定會帶動鏈輪兒的旋轉。由于主動鏈輪和輸送鏈7相互嚙合，動力一定被傳送至輸送鏈，這會使得輸送鏈進行前后運動。最后偏心鏈輪9與輸送鏈進行嚙合，受到輸送鏈的影響帶動后續(xù)偏心鏈輪的轉動，輸送鏈會由此上下抖動。最后一級從動輪10起到了支撐與導向的作用。4.2各級軸的轉速4.2.1輸送鏈主動軸轉速上面提到的第二章確定了輸送鏈的運動速度大概為為1.6m/s左右，主動鏈輪所在的分度圓直徑大致算出是，由此就可以算出主動鏈輪的角速度如下：其中轉速為：4.2.2變速箱當中動力輸出軸轉速目前我國的各個地區(qū)拖拉機的總動力輸出軸的理想轉速為大致為550~700r/min，所以本款馬鈴薯收獲機的行走結構，其變速箱理想的動力輸出軸轉速暫定選為540r/min。4.3計算功率需求自走式馬鈴薯小型收獲機的功率消耗大致可以分為幾個部分，分別是挖掘部分功率消耗P1、升降運輸功率消耗P2、自行行走結構功率消耗P3。4.3.1收獲機挖掘部分功率消耗上述第二章中，理想挖掘鏟作業(yè)在中等輕質土壤，挖掘最大傾角25°時，他的最大阻力估計計算為R=3000N左右。其機器客服這個阻力的最大前進速為Vm=0.54m/s左右。由上述兩個數(shù)據(jù)我們可以計算出，收獲機在挖掘時所消耗的功率可以算得：P1=RVm=3086×0.54=1.67kw初步設計功率為Pd=P1KAKA作為工作況系數(shù)KA=1.4，推得Pd=2.34kw4.3.2升降運輸鏈功率消耗升降運輸鏈工作時作用于，后方驅動鏈輪上最大圓周力F，由于薯土混合物的重力引起的摩擦力F1，以及升降運輸鏈、馬鈴薯塊和土塊的作用在其上的阻力F2，由于土運鏈上的重力是不斷變化的，根據(jù)升降運輸鏈傾角與目標土壤篩分掉的緣故，平均單位面積土塊的重量按80%計算得到,用來估算最大圓周力F：F=F1+F2=GM（L1B）cosf+[GDLp+GM(L1B)]sin式中:GD作為桿條式升運鏈的重量，3.4N/節(jié)f作為桿條式升降運輸鏈工作時的摩擦阻力系數(shù)，取f=0.72L1作為升降運輸鏈工作長度，2200mmGM作為單位面積馬鈴薯塊和土塊的重量，0.92KN/m2Lp作為鏈節(jié)數(shù)，大概為124節(jié)左右B作為升降運輸鏈工作寬度，0.6m左右作為升降運輸鏈傾角30°左右，可以推得結果：F=969N左右運鏈所消耗的功率為:P2=FV=1.55kw分離輸送器傳動是靠第一股動力，通過兩對帶輪傳給升運鏈驅動軸來實現(xiàn)的，帶輪傳遞效率，則升運系統(tǒng)的總傳動效率為：因此升降運輸鏈工作時所需的功率為:設計功率與計算功率為:作為工況系數(shù)=1.4可以退出得:4.3.3自行行走裝置的功率消耗馬鈴薯收獲機機組運行必須克服由于來自地面土壤的滾動阻力，馬鈴薯收獲機在作業(yè)時車輪的滾動，輪子與土壤的滾動接觸區(qū)域產(chǎn)生正方向法向、切向的相互作用力，與此同時相應的輪子和克服制土壤所帶來的變形。根據(jù)理論滾動阻力系數(shù)f的數(shù)值，選擇在平均溫度粘度濕度土壤的條件下，滾動阻力系數(shù)為0.20～0.25,取f=0.20。根據(jù)CAD的計算得到整個馬鈴薯收獲機的質量大概在m=1600kg左右。集薯箱作業(yè)完成滿載時馬鈴薯的重為m=100kg左右。根據(jù)理論上滾動阻力牛頓第二定律計算公式：F=mg，就可以求出滾動阻力大概在F=333N左右。馬鈴薯收獲機機組前進速度算出來為Vmax=0.54m/s，所以，我們可以推出牽引功率為P3max=FVmax=180W。4.3.4機體總功率消耗自走式馬鈴薯小型收獲機的幾個主要部分的功率消耗在上述已經(jīng)計算出，總消耗功率P可計加和算出：功率儲備大致增幅為:。4.4機體主要傳動部件設計4.4.1主動軸傳動設計輸送分離器在收獲機主動軸上傳遞總功率大約為，下列公式推算得到:上述公式可以初步估計出主動軸軸的最小直徑。我們選取主動軸軸的材料為45號鋼，進行調(diào)質處理。查表可以得到，取即可，代入公式得到左右，由于主動軸軸上有三個大小相等的鍵槽，所以最小直徑尺寸理論上應擴大10%，最后算得左右，為使主動軸壽命達到要求，我們?nèi)?。主動軸的其它部位的結構，一定要根據(jù)所要安裝的零件類型來決定，我將在附屬的零件圖當中進行表達。4.4.2設計主動鏈輪輸送鏈兒的功率由主動軸的旋轉來傳遞。輸送分離裝置的后部安裝主動鏈，通過他傳遞功率輸送鏈才能進行前后運動。因為輸送鏈與鏈輪的嚙合。必須要保證輸送鏈與鏈輪的某些參數(shù)達到一致，兩者才能完全配合。由于趕條間距為40毫米，所以該款鏈輪的節(jié)距應該與之相同，也取p=40毫米。在設計過程當中，鏈輪的齒數(shù)一般通常都取奇數(shù)個。這樣可以使壽命延長。所以以我們?nèi)℃溳嘄X數(shù)為15個。具體尺寸計算如下列各公式所示。主動鏈輪分度圓直徑：主動鏈輪齒頂圓直徑：我們?nèi)a=220主動鏈輪分度圓齒高：我們?nèi)?；主動鏈輪齒根圓直徑：主動鏈輪齒寬：主動鏈輪齒寬選為15。上述算式中的主要參數(shù)為：Z作為主動鏈輪的齒數(shù)。P作為主動鏈輪的節(jié)距，與桿條之間的距離相同。作為滾子的直徑，即桿條的直徑。主動鏈輪的材料我們選用了優(yōu)質碳素結構鋼20，熱處理方法為先滲碳后淬火，回火之后硬度可達到完全符合要求。4