4LH2型半喂入自走式花生联合收获机的研制.pdf

第24卷第3期农业工程学报Vol.24No.31482008年3月TransactionsoftheCSAEMar.20084LH2型半喂入自走式花生联合收获机的研制胡志超1,2，彭宝良2，尹文庆1，王海鸥2，田立佳2，胡良龙2（1南京农业大学工学院，南京210031；2农业部南京农业机械化研究所，南京210014）摘要：介绍了作者研制的4LH2型半喂入自走式花生联合收获机的整机和主要工作部件的结构设计、技术性能及技术特点。设备主要包括底盘、传动系统和作业组件，整体采用侧向配置式，底盘采用450型半喂入稻麦联合收割机底盘；传动系统采用分路传动，并配有液压无级变速系统；作业组件包括扶禾装置、挖掘装置、夹持输送装置、清土装置、摘果装置、清选系统和集果系统等。试验考核和示范应用表明，该机性能稳定，作业顺畅，主要指标为：果实损失率2.3%，摘果破损率0.45%，果实清洁度99%，设备可靠性系数96.2%，各项检测指标均达到或超过该机的设计技术指标。关键词：花生；联合收获机；机械化中图分类号：S225.7文献标识码：A文章编号：1002-6819(2008)-3-0148-06胡志超，彭宝良，尹文庆，等4LH2型半喂入自走式花生联合收获机的研制J.农业工程学报，2008，24(3)：148153HuZhichao,PengBaoliang,YinWenqing,etal.Designof4LH2typehalf-feedandself-propelledpeanutcombineJ.TransactionsoftheCSAE,2008,24(3)：148153.(inChinesewithEnglishabstract)0引言中国花生种植面积约为433万hm2，是世界第二种植大国1。花生收获季节性强，人工作业劳动强度高，效率低，收获损失大，占用农时多。当前，花生收获已成为中国花生主产区实现农业机械化乃至农业现代化进程的一大瓶颈，引起广泛关注，花生收获机械化已成为花生生产机械化的主要研究内容2,3。中国大部分地区的花生收获方式仍以人工收获为主，花生收获机械正处于发展期，部分地区采用花生挖掘犁，少部分地区采用花生收获（挖掘）机，联合收获技术装备正处于研制阶段，离真正商品化仍有较大的距离。大陆花生主产区对小型花生联合收获机技术装备的需求日趋迫切，但大陆地区花生联合收获机的研发起步较晚，需要研究与攻克的问题还很多2-9。鉴此，农业部南京农业机械化研究所在充分消化吸收日、韩及中国台湾省花生机械化联合收获先进技术的基础上，从国情出发，成功研发了4LH2型半喂入自走式花生联合收获机，并在主产区得到示范应用。1总体方案确定与作业工艺发达国家（地区）的机械化花生收获主要有两种技术模式，一种是以美国、加拿大、欧洲等国为代表的大收稿日期：2007-07-03修订日期：2007-09-10基金项目：国家“十一五”科技支撑计划重点项目（2006BAD28B06）作者简介：胡志超（1963），男，陕西蓝田人，研究员，博士生，主要从事农业机械化工程及农产品加工技术装备的研究。南京南京农业大学工学院，210031。Email:nfzhongzi163.com通讯作者：尹文庆，教授，博士生导师，主要从事智能检测与控制技术的研究。南京南京农业大学工学院，210031。型全程机械化分段收获技术集成模式，由挖掘机、捡拾机、摘果机和秧蔓处理等设备分别完成挖掘、清土、摘果和秧蔓处理等作业；另一种是以日本、韩国和中国台湾省为代表的小型自走式联合收获技术模式，由一台设备一次性完成花生收获中的挖掘、清土、摘果、集果和秧蔓处理等作业。中国花生种植虽相对集中1-3，主要在鲁、豫、冀、苏、皖等省，连片种植也比较普遍，但仍多以各家各户分散种植为主，而且多为多熟制，收获时间很短。花生种植多采用宽行窄株或宽窄行密植的种植方式，有垄作和平作之分，行距范围在300400mm，株距约为180mm，垄宽约600mm，结果深度范围为50120mm10-13。因此与稻麦联合收获一样，小型自走式花生联合收获技术设备是中国花生机械化收获技术的主要发展方向；日本、韩国及中国台湾省的种植制度、生产规模和气候条件等与中国大陆较为接近，其花生联合收获技术装备对我们具有较大的借鉴意义。花生联合收获和稻麦联合收获一样，同样有半喂入和全喂入之分，全喂入花生联合收获存在功耗大、伤果率高、夹带损失大等问题。从国情出发，本花生联合收获设备总体采用半喂入自走式，其作业过程包括挖掘松土、拔秧、去土、摘果、清选、集果、抛秧等工序，且需对行作业14,15。为实现以上收获工序，本设备总体设计如图1、2所示，主要由底盘、传动系统和分禾装置、扶禾装置、挖掘装置、夹持输送装置、清土装置、摘果系统、清选系统、集果系统等作业组件组成，作业组件和底盘总体为侧向配置。该设备集扶禾、松土、拔秧、夹持输送、清土、摘果、清选、集果等功能于一体，具体作业工艺为：收获机前进时，分禾、扶禾装置将作业幅宽内的花生植株与第3期胡志超等：4LH2型半喂入自走式花生联合收获机的研制149两侧分开并扶起，同时挖掘铲将花生主根铲断并松土，随后植株进入输送链，被拔起并夹持向上（后）输送，在夹持输送前段底部设有清土装置，以去除植株根部的1.分禾器2.扶禾器3.挖掘铲4.拔禾输送链5.清土器6.液压升降缸7.橡胶履带底盘8.摘果辊9.弹性挡帘10.刮板输送带11.清选筛12.风机13.横向输送带14.藤蔓输送带15.主机架16.藤蔓抛送链17.垂直提升机图14LH2型花生联合收获机侧视图Fig.1Side-viewof4LH2typepeanutcombine1.分禾器2.扶禾器3.挖掘铲4.拔禾输送链5.清土器7.橡胶履带底盘15.主机架16.藤蔓抛送链17.垂直提升机18.集果箱19.限深装置图24LH2型花生联合收获机俯视图Fig.2Top-viewof4LH2typepeanutcombine沙土。植株输送到摘果段时，夹持输送链下部安装的对辊摘果装置将果荚从植株上刷落摘下，花生随后落入刮板输送带升运至振动清选筛上，在振动筛和下吹风机的双重作用下将茎叶和沙土等杂物分离并排出机外。分选出的花生果通过横向输送带送入垂直提升机，送至集果箱，随后进行装袋作业。脱荚后的花生藤蔓继续被夹持向后输送，而后转接到藤蔓抛送链，抛送链将藤蔓向后抛下落至藤蔓输送带而被排出机后。2结构设计该设备主要由底盘、传动系统和作业组件3大部分组成。2.1底盘底盘主要由发动机、变速系统、行走系统和主控操作台组成。本机采用450型半喂入稻麦联合收割机底盘，发动机采用490柴油发动机，最大功率30.9kW，额定输出速度2700r/min。变速系统由变速箱和液压无级变速器组成，变速箱有3个档位，一档为低速作业档，二档为标准作业档，三档为道路行驶档，每档均可由无级变速器调节速度或实现倒车。行走系统采用橡胶履带式，履带中心距950mm，履带接地长度1230mm，宽400mm，齿距90mm，节数45。主控操作台包括脚踩主变速离合器兼刹车器、主变速杆、副变速杆、作业机离合器、左右转向操纵杆、油门杆等，仪表包括油箱油量表、发动机水温表、启动开关及警示喇叭。2.2传动系统该机采用分路传动系统，两路传动均采用皮带压轮离合器；其中清土装置、摘果装置、刮板输送、清选风机、清选振动筛、提升机喂料输送带、提升机和抛秧输送带为一路传动系统，动力从发动机直接输出，其速度随发动机速度增减而增减，与机器行走速度无关；夹持输送系统和扶禾装置为一路传动系统，动力从变速箱输出，其速度与机器行走速度关联，和变速箱的档位和无级变速有关。具体传动系统配置见图3。注：V1V21为带轮序号；L1L16为链轮序号；C1C6为齿轮序号；0127为传动轴序号；F1为飞轮图3传动系统配置图Fig.3Schematicofthelayoutoftransmissionsystem150农业工程学报2008年2.3作业组件该机作业组件主要有：分禾与扶禾装置、挖掘装置、拔禾输送链、清土装置、摘果装置、清选系统、集果系统等组成。2.3.1分禾与扶禾装置分禾装置和扶禾装置的作用是对花生拔起前进行处理工作，适当分开各行或畦间的植株并扶起匍伏的藤蔓。该机分禾装置为固定导引式，前端配置鹤咀尖型分禾器(见图1、2)，分禾装置装在拔取夹送装置的前方作引导用，作业时分禾器前端应插入土中20mm用以挑起匍伏的植株，分禾宽度为700mm。实际作业时要注意扶起点及扶起角度，依畦型、土壤质地、植株等条件上下调整分禾器。扶禾装置如图4所示，由左、右拨指链箱对称配置，每组拨指箱内装有传动链轮、张紧轮、滑轮、传动链和拨指等。花生种植的行距范围一般在300400mm，株丛范围在200250mm，设计扶禾装置时，两侧对称滑轮的轴中心距为492mm，对称传动链轮的轴中心距382mm。传动链上装有9个拨指，且可拆卸更换，根据实际需要选用适宜尺寸的拨指，收获小行距、小株丛范围的花生时选用较长尺寸的拨指，大行距、大株丛范围的花生收获选用较小尺寸的拨指，以便于将花生秧拢合并向上导扶。拨指转动方向如图中箭头所示，其运动速度有两个档位，可根据收获机前进快慢作相应选择。花生藤蔓经分禾器挑起后，由扶禾器的拨指扶起向上引导进入拔禾输送链入口。图4扶禾装置结构图Fig.4Structuralschematicofstalkguidingequipment2.3.2挖掘装置挖掘铲的作用是预先将花生主根铲断及松土，减少拔株阻力和拔株掉荚损失，以提高拔株效果，松土虽可降低花生的拔取损失率，减少拔株力，但松土铲大小及入土深度直接影响前进阻力，为达到松土效果及降低前进阻力，该机松土装置采用长方形倾斜平面铲的设计，如图5所示，左右配置固定在拔取机构机架两侧的固定座上，配合一畦两行。固定座可在收获台机架上前后60mm的范围内移动，铲柄在管座内可上下移动、左右转动，并通过螺钉与管座固定。该结构能确保两松土铲前后、上下、左右调整挖掘点、入土深度及铲间距，安装时应确认松土铲尖在夹持拔取口稍前方，确保在拔取前可有效松土，减少拔取损失。主要设计参数为：平面铲刃面宽度为250mm，入土角为30°，铲间距调节范围为0450mm，挖掘宽度调节范围为400950mm，挖掘深度范围0120mm。1.固定管座2.右平面铲3.紧固螺钉4.左平面铲5.铲柄6.加强筋图5挖掘装置结构图Fig.5Structuralschematicofdiggingshovel2.3.3拔禾输送链拔禾输送链的作用是将梳株松土后的花生植株夹持拔起，并直接输送经过清土装置和脱荚装置。夹持装置采用链条式，两条链条靠张力夹压，互相嵌合夹紧，将花生植株夹牢，避免因拍土和脱荚作用拉下藤蔓，链条前端具有V形开口，拔取点在收获机的左前方，拔取后以20°左右斜向上平行夹持输送，为能调整植株拔取高度，设计有液压升降机构及限深机构。2.3.4清土装置该清土装置为同向摆拍式结构，其结构如图6所示，偏心套安装在链轮轴的一端，长摇杆一端与偏心套上的偏心轴连接，另一端与焊接在链轮A轮毂上的摆杆连接，链轮A与拍土板A固定连接，链轮B与拍土板B固定连接，链轮A与链轮B通过链条连接。清土装置运转时，链轮转动使安装在链轮轴一端上的偏心套和偏心轴旋转运动，并通过长摇杆的连接使摆杆左右方向摆动，摆杆的连续左右摆动带动链轮A和拍土板A来回摆动，在链轮B和链条的带动下拍土板B也来回摆动。拍土板A、B的摆动方向相同，拍土板A、B对夹持输送通过的花生秧根部进行拍打，拍落已松动的沙土。摆杆上设有两个定位孔，通过调整长摇杆在摆杆上的安装位置来调节拍土板的摆动幅度，拍力轻重视土壤性质和落果损失来调整，使采收质量更好。该结构中拍土板的拍土段长度为585mm，角振幅为24.5º，振动频率331Hz，最大拍土线第3期胡志超等：4LH2型半喂入自走式花生联合收获机的研制151速度为2.15m/s。1.飞轮2.链轮3.链轮轴4.偏心套5.轴套6.长摇杆7.链条8.链轮A9.摆杆10.张紧轮11.链轮B12.拍土板B13.拍土板A图6清土装置结构图Fig.6Structuralschematicofclodremovingdevice2.3.5摘果装置摘果装置采用差相对辊组配式刷脱机构实现脱荚作业，如图7所示，滚筒全长为1000mm，脱荚滚筒由钢管上面连接钢板组成，左右两脱荚钢板互为反向，装配时需定位，彼此互相错开30º，以增加脱荚效果及避免损伤果实。花生植株夹持输送经过摘果滚筒时，摘果滚筒上的钢板对花生荚果进行拍击、刷拉，将其从植株上摘下，完成脱荚作业。软胶片的一侧固定在钢板上，并沿钢管表面铺于两钢板槽底部，摘果滚筒运转时软胶片由于惯性和重力作用会向外侧翻倒，将摘落在钢板槽底部的花生果或湿土块抛下进入底端的刮板输送。本结构中滚筒轴距为220mm，滚筒直径为230mm，转速290r/min，每组滚筒上装有6片钢板，钢板尺寸为986mm×2mm（长×厚）。图7脱荚滚筒结构图Fig.7Structuralschematicofpeanutpickingroller2.3.6清选系统花生脱荚后，其脱下物组成包括果荚、断茎、残茎叶、未成熟荚、土块等，需要进行清选处理。本机清选系统如图8所示，主要由风机和振动筛组成，振动筛框上装有筛体和导禾板组，筛体水平向下倾斜，导禾板组配置在筛体下端的上方，水平向上倾斜，导禾板组与筛体之间形成固定的间隙，使筛面上花生果荚通过，导禾板组由14片导禾板等间距排列组成，导禾板外端面做成锯齿状。振动筛框端头的两侧边分别与主动摆杆、从动摆杆的一端连接，主动摆杆中间部位通过偏心套安装在传动轴上。主动摆杆另一端与机架上的支撑杆连接，从动摆杆另一端通过轴承与机架连接。风机配置在振动筛下方，吹风口对准导禾板组与筛体交界处的前方。工作时，带轮带动传动轴运转，在偏心套作用下主动摆杆的带动筛体和导禾板组以特定的频率振动。脱荚混合物经刮板输送带输送到筛体上，土块作为筛下物排出机外，断茎、残叶则由于振动和风力作用浮至果荚上面，并在交界处送至导禾板组，由于导禾板锯齿面的作用及振动作用使断茎、残叶逐渐向上抛送，直至抛出机后。分选出的果荚则通过交界缝隙进入下料斗，由横向输送带进入集果系统。具体设计参数为：风机转速1534r/min、吹风与振动筛体夹角为45°、振动筛频率480次/min、振动筛振幅25mm、筛体向下倾斜角度11°、导禾板向上倾斜角度17°、筛体尺寸630mm×580mm（长×宽）、导禾板长418mm。1.振动筛框2.从动摆杆3.筛体4.吹风口5.下料斗6.导禾板组7.主动摆杆8.偏心轴套9转动轴10.支撑杆11.横向输送带12.风机图8清选系统结构图Fig.8Structuralschematicofcleaningsystem2.3.7集果系统为减少输送过程再次造成果荚破损，输送装置采用水平输送胶带直接喂入斗式提升机的料斗中，而后垂直输送喂入集果箱内。集果箱底部设有卸料口，直接接袋，袋满时关闭卸料门进行换袋，不影响机械正常作业。3作业性能与主要技术参数1）本机采用对辊差相组配式滚筒摘果机构，具有脱荚率高、破损率低等优点，适合国内花生鲜株脱荚作业。2）本机采用履带式行走装置，操纵简单、灵活、性能佳，即使在雨后砂质土壤的田区，仍可顺利进行收获作业。3）采用左侧前置式进行收获作业，视野宽广，一次同时收获两行，适合于畦作和平作种植花生；播种行距在300400mm左右，株距不限，最低株高180mm以上的花生植株皆可顺利收获。