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升运链式花生收获机的设计与试验.pdf

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升运链式花生收获机的设计与试验.pdf

2008年11月农业机械学报第39卷第11期升运链式花生收获机的设计与试验3胡志超彭宝良谢焕雄田立佳王海鸥吴峰【摘要】阐述了4H21500型升运链式花生收获机的整机结构、工作过程和技术特点,并详细说明了传动系统的配置和击振清土装置的具体结构设计。试验考核和示范应用表明,该机作业顺畅、运行可靠,纯生产率达0129HM2/H,总损失率019,破损率0101,各项检测指标均达到该机的技术指标。关键词花生联合收获机设计试验中图分类号S22517文献标识码A收稿日期20082012093国家科技支撑计划重点项目项目编号2006BAD28B06胡志超农业部南京农业机械化研究所研究员博士生南京农业大学,210014南京市彭宝良农业部南京农业机械化研究所工程师谢焕雄农业部南京农业机械化研究所副研究员田立佳农业部南京农业机械化研究所副研究员王海鸥农业部南京农业机械化研究所助理研究员吴峰农业部南京农业机械化研究所助理研究员引言收获作业是花生生产过程中的重要环节,存在着收获季节性强,人工作业劳动强度高、效率低、收获损失大、占用农时多等问题。我国花生收获的机械化水平还很低,大多数花生种植地区仍以人工收获为主,给花生规模化生产的发展造成障碍1~4。目前,具有挖掘、清土、铺放功能的花生收获机在我国具有广泛的市场需求。该类型收获机自身不带动力,与拖拉机配套使用,以其结构简单、价格低、使用成本小,却能省去人工收获花生的大部分劳作而适于现阶段的农村经济条件。我国现有的花生收获机还处于试验推广阶段,很少有真正能够用于商业化生产的成熟机型。本文针对花生机械化收获过程中的适应性差、壅土阻塞、秧蔓缠绕、损失率高等技术难题,研制一种与中等功率拖拉机配套的4H21500型升运链式花生收获机,并在花生主产区进行性能试验研究。1整机结构与工作过程升运链式花生收获机主要包括悬挂架、机架、挖掘铲、升运链装置、击振清土装置、拢禾栅、地轮和动力传动装置,具体结构见图1所示。该花生收获机悬挂架固连在机架上,悬挂架设有1个上悬挂销和2个下悬挂销,采用三点悬挂的方式配挂在中型拖拉机上。挖掘铲、升运链装置、击振清土装置、拢禾栅、地轮和动力传动装置均安装在图14H21500型升运链式花生收获机结构图A主视图B俯视图1挖掘铲2升运链装置3地轮4击振清土装置5机架6拢禾栅7动力传动装置8悬挂架9动力输入轴10齿轮箱11击振动力输出轴12击振带传动机构13升运链动力输出轴14升运带传动机构机架上。挖掘铲位于机架的前部下端,升运链装置设置在挖掘铲之后,击振清土装置与升运链装置衔接,拢禾栅安装在升运链装置的后方,地轮安装在机架的中部。挖掘铲为平铲,机具前进时挖掘铲以一定角度铲入花生根底部将花生连土铲起,作业幅宽为1500MM。机架两侧装有两条回转运动的升运链,在两升运链之间等间隔固连有若干组升运杆,升运杆在两侧升运链的带动作用下作回转运动,从而将挖掘铲铲起的花生和沙土向后上方输送。机架两侧的回转升运链上弦,分别被其底部的双击振轮托着,在作业过程中,击振轮沿升运链上弦的垂直方向以一定振幅作往复振动,使得承载着花生及沙土的升运链杆组件在升运过程中不断振动,将花生根部的沙土抖落。去除沙土的花生升送至升运链的最高端后,被抛向尾部的拢禾栅,两组拢禾栅均向作业幅宽内侧倾斜,将花生拢聚成条铺放在机后,待田间晾晒后再进行拣拾作业。本设备适应我国花生种植农艺和生长特性要求,可实现挖掘、清土、铺放等功能。本机具有以下特点①采用对称两路传动系统,确保机具动力配置平衡,运行平稳。②采用双滚动击振清土装置,具有清土效果好、可靠度高等特点。③采用挖掘装置入土角与输送分离装置升运角相一致的设计,有效解决铲后积土问题。④采用随行限深机构,有效减少阻力,提高作业顺畅性。2关键部件211传动系统该收获机与拖拉机配套使用,拖拉机动力输出轴万向节与本机动力输入轴相连接,为该机提供源动力。图2为本机传动系统配置图,图中V1~V4为带轮序号;L1~L4为链轮序号;C1~C3为齿轮序号;Z1、Z2为张紧轮序号;J1、J2为双击振轮序号;1~5为传动轴序号。本机传动系统分为两路,一路经过轴1、V1、V2、轴4、J1、J2,将动力输送至双击振轮上,起击振清土的作用;另一路经轴2、V3、V4、轴5、轴3及L1~L4,为升运链杆组件提供动力,将挖起的花生向后运送。两路传动系统相互独立,且对称配置在机具两侧,使得机具具有较好的平衡性,确保作业时机具运行平稳。图2传动系统配置图212击振清土装置击振清土装置如图3所示,由支臂、摆杆、偏心套、驱动轴、击振轴、人字形安装板和击振轮等组成。驱动轴和击振轴分别安装在收获机机架上,驱动轴由传动带轮驱动。在升运链下端两侧分别设有支臂、摆杆、偏心套、人字形安装板和击振轮,偏心套与驱动轴固连,摆杆设有3个铰接点,中间与偏心套铰接,两端分别与支臂的一端和击振轴铰接,支臂的另一端与机架铰接。人字形安装板顶端与击振轴固连,两个脚端分别与击振轮铰接,升运链被击振轮支撑。驱振轴转动时,摆杆在驱动轴上作偏心往复运动,使得击振轮在升运链垂直方向上往复振动,升运过程的链杆组件会不停地将花生根部的沙土抖落。图3击振清土装置结构图1支臂2驱动轴套3摆杆4传动带轮5偏心套6驱动轴7击振轴8人字形安装板9击振轮101升运链该机构的原理图可以简化如图4所示,支臂简化为OA,摆杆简化为AD,偏心套简化为BC,升运链简化为YAXB,对升运链的击振效果为D,振幅为DMAXDMIN。由该简化图可以得出DL1SINΑL5L4SINΒL1SINΑL3L5L5L1COSΑAL4COSΒL1COSΑL3L5AL5BALXL4SINΒL24SIN2ΒL24L22COSΑL21L25L2X2L5L1在设计过程中L1、L2、L3、L5根据实际要求选取,方程YAXB可根据升运链的位置来确定,振幅可根据手册选取,从而解出L4的长度,即击振清土装置的关键零件偏心套的偏心距。可以根据文献5选取振动频率,由振动频率确定击振轴的转速。实际设计时,振幅选用30MM,122第11期胡志超等升运链式花生收获机的设计与试验图4击振清土装置原理简图偏心套偏心距L4为5MM,振动频率为6HZ。213其他设计要点收获机地轮采用直径300MM、宽度150MM的空心铁轮,地轮安装高度设计为上下可调,收获作业开始之前,可根据挖掘深度的需要,对地轮安装高度进行调节。此地轮既可作为该收获机的行走装置,亦可作为仿形限深装置,地轮行走在花生垄上,根据垄形随行限深,减少阻力,提高作业顺畅性。3考核试验与示范应用情况4H21500型升运链式花生收获机由开封市茂盛机械有限公司制造生产,并在我国花生主产区河南省杞县进行考核试验和示范应用。考核性试验花生作物品种为鲁花7号,机播种植,种植形式如图5所示,采用宽窄行垄作,宽行距H为450~500MM,窄行距G为250~300MM,沟宽F为200~250MM,图5花生种植形式示意图垄顶宽E为550~600MM,垄底宽I为650~700MM,平均株距为200MM。植株特征平均株丛高度为450MM,株丛范围150~200MM,结果深度60~100MM,平均结果范围200MM。本机采用40KW的拖拉机作为动力,其作业幅宽为1500MM,对于收获上述的宽窄行垄作的种植花生,可一次成功收获2垄4行花生。试验考核表明,该机作业顺畅、性能稳定、可靠性好,性能检测结果如表1所示,各项指标均达到设计任务书的要求。与人工收获相比,该机用于花生收获可节省60以上工时,大大降低生产成本,并可缓解农村劳动力不足的问题。该机2007年在河南省开封市等地花生主产区进行了示范,累计示范面积达10HM2,取得了较好的社会效益和经济效益。表1性能考核技术参数检测项目本机结果设计任务书指标配套动力/KW4020~40总损失率/019≤2破损率/0101≤015纯生产率/HM2H101290115~0130收获幅宽/MM150015004结束语4H21500型升运链式花生收获机适用于花生分段收获作业模式,可完成花生挖掘、清土、铺放功能,可降低人力需求,减缓农村劳力不足,降低收获作业成本。考核试验和示范应用结果表明该机具有作业顺畅、运行可靠、损失率低、效率高等特点,纯生产率达0129HM2/H,总损失率019,破损率0101,各项检测指标均达到该机的技术指标。参考文献1尚书旗,王方艳,刘曙光,等花生收获机械的研究现状与发展趋势J农业工程学报,2004,20120~252胡志超,王海鸥,彭宝良,等国内外花生收获机械化现状与发展J中国农机化,2006540~433余泳昌,刘文艺,冯春丽花生收获机械发展与应用现状J山东农机,2005610~114王方艳,梁洁,尚书旗,等花生收获机传动系统的运动机理分析与参数优化J农业机械学报,2006,37649~535中国农业机械化科学研究院农业机械设计手册M北京中国农业科学技术出版社,2007222农业机械学报2008年

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