毕业论文-分段式花生联合收获机摘果和清选部分设计07665.doc

青岛农业大学 毕 业 论 文（设计） 题 目： 分段式花生联合收获机摘果和清选 部分的设计 姓 名： 888888 学 院： 机电工程学院 专 业： 888888888888888888888 班 级： 2008.08 学 号： 88888888 指导教师： 888888 年 ！ 月 ！日 目 录 摘 要 i abstractii 1 绪 论 .1 1.1 设计的目的和意义 .1 1.2 花生收获机的国内外发展现状 .2 1.3 国内外摘果及清选装置的研究现状 .4 1.4 摘果及清选部件的主要研究内容及设计要求 .6 2 方案选择 .9 2.1 摘果装置方案设计 .9 2.2 清选装置设计方案设计 .14 3 摘果装置的设计 17 3.1 摘果装置的性能分析 .17 3.2 摘果滚筒长度的确定 .19 3.3 摘果滚筒转速的确定 .19 3.4 摘果滚筒直径计算 .21 3.5 摘果滚筒搅龙及其上爪齿的设计 .22 3.6 凹板筛尺寸的确定 .23 3.7 摘果滚筒的功率计算 .24 4 清选装置的设计 .27 4.1 清选装置性能和工作原理分析 .27 4.2 逐稿器的设计计算 .28 4.3 清选风机的设计及选用 .30 4.4 振动筛的设计计算 .35 4.5 螺旋输送器设计 .36 5 总 结 .40 参考文献 .41 致 谢 .42 i 分段式花生联合收获机摘果与清选部分的设计 摘 要 本文设计了分段式花生联合收获机的摘果及清选部分。该部分主要由螺旋输送器、逐稿器、凹板 筛、摘果滚筒、振动筛、清选风机等零部件组成。它主要的工作过程是：花生通过输送装置喂入到高 速转动的摘果滚筒进行摘果作业，经摘果后花生荚果经凹板筛落入到逐稿器，在清选风机、振动筛和 逐稿器的联合作用下对花生进行清选，经过清选的花生荚果落入到螺旋输送器被输送到机体的一侧， 最后进入集果箱。文中主要分析了摘果及清选装置的工作原理，计算了部分零部件的结构尺寸，并且 确定了他们的转速和功率，论述了其工作过程。 关键词：摘果装置；清选装置；联合收获机 ii design of the segmented peanuts united harvest machine stripping and cleaning parts abstract this paper has designed and researched the stripping and cleaning parts of the segmented peanuts united harvest machine. the stripping and cleaning equipment are consist of picking roll,escapegrid,rack,air blower, vibratory screen, crew conveyor and so on. its mainly working process is that: the unpicked peanuts are conveyed to the picking roller which is highly running up through transport equipment, and then are delivered to the rock through the holes of the escape grid, the picked peanuts are classified by the united work of rack，vibratory screen and air blower. the peanuts which are classified are conveyed to the gather equipment by the running of crew conveyor. the working principle and structure of the stripping and cleaning parts have been analyzed in this paper, and it also calculates the structure size, speed and needed power of some important parts, and the stripping and cleaning parts mainly working process and the corresponding theoretical analyses also can be read in this paper. key words: stripping equipment; cleaning equipment; united harvest machine. 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 1 1 绪 论 1.1 设计的目的和意义 花生主要生长在北纬三十五度到北纬四十度的范围内，在世界范围内广泛种植，是 我国与国际的农产品交易中的重要创汇作物，在我国的种植区主要集中在华南沿海、华 北平原以及渤海地区 1。统计显示，我国花生种植面积连续12年超过四百万公顷，并且呈 逐年增长的趋势，2008 年我国花生种植面积居世界第二，总产量居世界第一。据专家推 测到二十一世纪中页我国花生种植面积将达到六百万公顷以上 2。随着我国农业结构的调 整，以及在市场经济的调节作用下，我国的花生种植面积还将进一步增加，尤其是在西 部半干旱地区。 随着中国加入wto，我国的农业生产开始与世界接轨，花生收获机械的研发与推广 也逐渐受到人们的注意。由于我国长期以来科学技术落后尤其在农业方面，没有自主研 发的核心技术体系，国内部分地区的花生收获机械的通用比较性差，无法满足我国幅员 辽阔区域复杂环境的收获作业要求，以及一些品种的机械化收获需求，由于种种原因， 使得我国的花生机械化作业出现了一些突出的问题：第一，农民的收获劳动强度大，收 获效率比较低，但是生产成本却比较高。目前，国内大部分花生种植区的花生的收获作 业基本是全部或大部分依靠人力、畜力。只有少部分地区采用机械或是半机械化作业， 而且整个收获过程都要经过多道工序：第一道工序为花生的挖掘（部分地区采用人工刨 掘或犁耕的作业方法），然后由人工进行除土和晾晒作业，晾干后由人工捡拾然后进行 运输，最后才能进行人工或机械化摘果 3。据考察，在一般的沙壤地内收获花生，一个劳 力每天工作时间按8h计，每人每天可以收获花生0.06公顷；借助畜力或者是简单的机力作 业，单个劳动力每天可以收获花生面积也仅为0.130.2 公顷，这种生产方式造成的较大 的荚果损失，有时农民为了减少收获损失，而进行复收，这样会大大加强劳动强度和劳 动的时间消耗，进而导致生产成本的增高。但是如果采用机械化进行收获，它的生产效 率是人工的25倍左右，并且它可以每公顷减少九十公斤的收获损失，所以每公顷可节约 费用二百元左右，增加了农民的收入。第二，耽误农时。花生的收获季节，正值农历8月 下旬到9月中旬，大豆，玉米都需要收获，另外还要种植小麦，所以这个阶段的劳动力紧 张。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 2 进入21世纪，我国的农业结构发生了新的变革，逐步生态农业方向发展，自然花生 收获机械的发展也深受影响，随着花生种植面积的不断扩大，实现花生的全程机械化作 业成时代的必然选择。作为花生联合收获机核心的摘果与清选部件在提高收获的生产率， 减轻了农民的劳动强度，减少收获损失方面显得尤为重要 4。摘果及清选装置在很大程度 上决定花生联合收获机的生产率等多种重要指标。本文通过对我国花生机械化收获的现 状，设计了与上海纽荷兰snh500型拖拉机配套的分段式花生联合收获机的摘果及清选部 分，重点为摘果与清选部分参数的确定以及部分机构的优化创新。 摘果和清选装置直接影响花生的收获质量以及收获后花生的质量和生理活性，所以 这部分的性能的好坏将直接影响整台花生联合收获机的性能。本设计希望能够在导师的 帮助下，在利用自己的专业知识。在了解国内外花生摘果及清选装置的现状与发展动态 的基础上，完成一种新型分段式花生联合收获机摘果及清选部分的设计，以期满足国内 关于花生收获机械的设计要求和现实需要。并且希望能够在此过程中培养自己各方面的 能力，促进自己的全面发展，为以后的工作、学习打下坚实的基础。 1.2 花生收获机的国内外发展现状 考阅国内花生种植的发展史，我国传统收获作业过程为： 1，人力或畜力挖掘； 2，人工除土； 3，铺条晾晒，中途人工翻晒； 4，人工捡拾和运输； 5，摘果和清选。 但是，由于各个国家和地区的经济水平和生产力水平的发展极为不平衡，发达国家 花生收获已全部或大部分已实现机械化，而第三世界国家基本还是以人工和畜力或者是 半机械化收获为主 5。 1.2.1 花生收获机的国外发展现状 发达国家在上个世纪四五十年代已经开始对花生收获机械进行研究和分析，他们在 这方面相对比较成熟，他们的机械化收获方式主要有两种模式：第一种模式是以美国为 代表的大型分段式机械化收获集成模式，他们的花生收获采用分段式，首先采用机械挖 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 3 掘并且实现有序的铺条晾晒，然后用花生捡拾机进行捡拾摘果和清选作业，由于在这方 面应用的比较多，因此他们的花生捡拾摘果装置相对比较先进。如美国利斯顿1580 型花 生捡拾摘果机，现有最先进的两段式花生联合收获机械2002新型花生联合收获机 3。 另外一种模式是以日本为代表的小型自走式联合收获模式，他们的收获机械一次性 完成挖掘、除土、摘果、清选、收集和秧蔓处理等复杂作业，他们的收获大都采用半喂 入方式。由于在功能和原理上多采用集成化、协调化构成，因此这些机型相对比较复杂， 另外由于这些国家的自然条件以及种植模式的需要，这些国家的花生收获机型多为小型 机械，相对比较接近于我国的种植情况。 1.2.2 花生收获机的国内外发展现状 我国是一个传统农业大国，由于历史的原因，对农业机械的研究起步较晚，花生收 获机械也是近几年才发展起来的。目前国内的花生的收获作业基本还是以人工、畜力为 主，只有很少一部分地区实现半机械化作业。但是在国家宏观调控的指引下，以及市场 经济的引导下，国内的花生收获机械正处于快速发展阶段，部分地区的中小型花生收获 机技术已经有了一定的突破，例如：4h2 花生收获机、 4hql-2 型联合收获机，半喂入 式花生联合收获机等。这些机型已经得到农民的认可，在农村受到欢迎。但是由于小型 花生收获机的作业效率，收获损失率等方面还不能很好的适应我们理想的状况，所以我 们可以在这些机型的基础上，在适合我国现实情况的条件下，开发研制新的机型，以适 应我国农业现代化发展的要求。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 4 1.3 摘果及清选装置国内外的研究现状 1.3.1 国外花生摘果装置及清选装置的研究现状 第一世界国家在上世纪四五十年代已经开始对花生收获机械进行研究，以美国为代 表的大农场种植模式，其摘果机械大都为大型高效的摘果机械，且一般采用全喂入式摘 果方式， 其花生收获多采用分段收获法，因而他们的花生捡拾摘果清选装置较为先进， 如美国利斯顿1580型花生捡拾摘果机，此机采用篦梳式摘果系统，利用弹齿的篦梳与打 击作用，花生荚果基本上能够被摘干净，该机型是目前的花生分段收获方式下的较为先 进的联合收获机械 5。 由于，我国与西方发达国家和地区的经济条件以及种植模式的明显不同，我国大部 分地区以一家一户分散种植为主，面积一般是几分地到十几亩，经营规模小，而国外机 花生收获机械的摘果与清选部件的结构复杂，机型比较大，所以造价成本比较高，与我 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 5 国当前的种植模式和种植范围不相适应。但是国外的这些机器的摘果与清选部件在我国 进行田间试验，基本能达到花生机械化联合收获的质量要求，因此在很多方面有许多值 得借鉴的地方。我们可以在这些现有机型的基础上，加以吸收和消化，设计并制造出适 合我国条件的机器。 而以日本为代表的种植制度，他们气候条件和种植的规模与我国的情况较为接近， 他们的花生联合收获机械对我国具有重要的借鉴和效仿意义，它们的收获方式多为小型 自走式联合收获技术，他们的花生联合收获机大都采用半喂入的收获方式。但他们的结 构设计比较复杂，尤其是他们的核心部件摘果与清选部件的造价高 6，不适应我国的 现有国情。不过，我们可以在他们的基础上加以创新，尤其是一些构件的相对运动原理， 运动关系，以促进我国花生收获机械的发展。 1.3.2 国内花生摘果及清选装置的研究现状 我国是一个传统农业国家，由于近代科技的落后，是我国经济远远地落在其他国家 后面，进而导致我国农业机械的研究起步较晚，花生摘果与清选装置也是近几年才发展 起来的，而且只是在个别地区使用，国内大部分地区依然靠人力进行摘果和清选作业。 分段式收获条件下的花生摘果方式目前都采用全喂入方式。目前国内比较成熟的花生联 合收获机机型：tbh-3252、4hbl-2花生联合收获机，都采用半喂入摘果装置，其清选机 构多为风扇和筛子组合式的清选机构。国内对全喂入式花生联合收获机的研究还处于起 步状态，目前全喂入是摘果机型还没有成型，国内主要机型有：4hql-120型；4hql-2 型花生联合收获机等机型 4。 全喂入式花生联合收获机的清选部分，一般采用逐稿器、振动筛和风机相结合的方 式，逐稿器在上，振动筛在下，风机处于中间，逐稿器向上倾斜一个角度（一般为 8o10o），振动筛向下偏移一个角度（一般为 8 ），这样可以使从摘果装置内凹板筛06 孔中掉落下来的经过摘果装置摘果的花生荚果顺利的落到逐稿器上运动，花生荚果经逐 稿器上的孔掉落到振动筛上，而一些体积比较大的的杂余在逐稿器上做抛扬运动，最终 被逐稿器排出机体的外部，而一些细小的花生秧蔓则随花生荚果进入逐稿器下方的清流 区，由于花生荚果与细小秧蔓的空气动力学特性不同，在气流的作用下，花生最终随筛 面进入螺旋输送器，进入集果装置，而细小的杂余则被风机吹出机体的外部，这样可以 很好的达到清选的效果。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 6 1.4 摘果及清选部件的主要研究内容及设计要求 1.4.1 研究内容 本设计的任务是设计一种新型分段式花生联合收获机。该机与上海纽荷兰 snh500 型拖拉机配套，有捡拾装置、输送装置、摘果装置、分离装置和收集装置组成，一次性 完成对花生的捡拾、输送、摘果、分离和收集等作业。要求工作幅宽 1.8m，机组前进速 度采用拖拉机 ii 档作业。我主要负责完成分段式花生联合收获的摘果部分的设计和清选 部分的设计，重点为摘果与清选部分主要参数的确定及一些运动原理的分析。 根据国内外花生收获机的发展现状，并调研我国对花生联合收获的需求方向，本设 计主要研究一种新型分段式花生联合收获机的摘果及清选装置，使其在分段式花生联合 收获机上配置紧凑协调，作业顺畅可靠，同时保证花生摘果和清选等性能指标达到收获 标准的要求。本设计主要针对全喂入式花生收获机摘果及清选部件的研究，以实现花生 分段式联合收获过程中的摘果及清选的目标，通过对课题任务书进行分析和国内外机型 分析研究，设计初步方案，进行理论分析，确定方案，并对主要的技术参数进行初步的 分析和计算。对花生摘果及清选的过程进行合理的建模，根据计算设计主要的零部件 4。 针对摘果过程中破碎率高、摘果易堵塞，收获损失大等现实问题进行研究分析，进一步 改善摘果机构和清选机构的设计，以期达到收获效率高，经济实用的目的。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 7 1.4.2 技术路线 （1）以实现以分段式花生联合收获为目标，通过对课题任务书进行分析和国内外机型调 查研究，明确花生联合收获机摘果及清选部件设计的目的和意义。 （2）通过理论分析和研究对比，确定摘果及清选部件的总体设计方案以及创新思想。对 摘果滚筒和清选风机、逐稿器和振动筛的机构，以及他们之间的动力组合和相互运动进 行重点设计研究。另外应用solidworks三维绘图软件对摘果及清选过程进行建模处理，并 进行相关参数的分析，确定最佳设计方案。 （3）对全喂入式花生摘果机构进行尺寸的设计和计算，使其满足摘果破碎率等指标的要 求，并应用solidworks软件绘制三维零件图。 （4）对全喂入式花生清选装置进行优化设计，确定逐稿器、筛子的整体尺寸及筛孔的大 小等主要参数，根据花生的物理特性、空气动力学特性，计算清选所需的风量并设计合 适的风机，并应用solidworks软件绘制该部分的零件图 。 （5）根据分段式花生联合收获机的作业效率的要求设计合理的集果和输送装置，主要是 横向和纵向输送搅龙的设计。 （6）对所有的机构进行结构上的改进，能够与输送装置配合良好，尽量使各部的运动协 调一致，结构合理，以期能满足最高的使用要求。 （7）绘制各个机构的零件图、装配图，并完成设计论文的撰写。 1.4.3 设计要求 1. 能够与本设计任务书所要求的新型分段式花生联合收获机的捡拾与输送装置很好 的配合作业，保证输送装置输送来的花生能够顺利的落入到摘果滚筒内部； 2. 摘果过程中能够保证顺利摘果、不产生堵塞等问题，同时保证摘果效率、破碎率、 生产率指标等达到农业机械设计规范的要求； 3. 清选装置应该保证花生荚果和混入其中的花生秧蔓、茎叶等能顺利分离，并把它 们逐出机体，另外还要满足在清选的过程中，不出现或者少出现清选损失； 4. 经过摘果和清选的清洁的花生荚果能够顺利的进入到集果箱，以便于能够顺利的 收集起来，进行后续的加工处理工作； 5. 花生收获机的摘果与清选部件整体要求尽量结构简单、功率损耗小，够满足我国 现有经济条件和种植规模与模式的要求。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 8 1.4.4 研究方法 根据花生的生长机理、生长特性、以及花生本身的生长状况，通过综合当前花生联合 收获机摘果与清选零部件的调查研究，重点为分段式花生收获机的摘果与清选部分的设 计，分析摘果与清选部分的主要零部件的工作过程、工作原理，运用我们原理学过的机 械原理、机械设计、农业机械设计规范，机械设计手册等专业书籍中的知识，综合比较 各种设计方案并选择最优的方案，设计合理的机构。其中需要应用 cad 二维绘图软件及 solidworks 三维绘图软件。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 9 2 方案选择 本论文所设计的新型分段式花生联合收获机一次性完成对花生的捡拾、输送、摘果、 分离和收集等作业。半喂入式花生摘果方式，要求花生秧蔓整齐的排放在一起，最后由 夹持装置荚持住，喂入到摘果滚筒，在分段式花生联合收获方面很难实现这方面的要求。 以为在目前国内的收获条件下，大都采用人工挖掘和铺条晾晒，只有少部分机器能够实 现有序铺放，但在 34 天的晾晒过程中，为了晾晒彻底，需要人为的翻晒，这样会大大 打乱原有的有序铺放。所以，本设计采用全喂入式的摘果方式。目前花生收获机械上常 用的清选装置主要有风扇式、气流清选筒式和风扇、筛子组合式等三种清选形式。本设 计通过对比各种形式的摘果与淸选装置，并结合国内外比较成熟机型，选用摘果效率高、 摘果损失小的比较优秀的设计方案 5。 2.1 摘果装置方案设计 全喂入的摘果方式的摘果装置主要的零部件为摘果滚筒、凹板筛、摘果滚筒的上壳、 下壳，以及相应的传动装置等零部件。其中摘果滚筒为其核心零部件，他的类型、转速、 摘果间隙等因素对摘果率、破碎率有较大的影响。 2.1.1 方案拟定 1.工作原理： 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 10 该类型的摘果滚筒的主要结构是数个（主要根据摘果滚筒的尺寸进行选择支撑轮和 钉齿板的数目和配置方式）不同直径的支撑轮上固定着若干条钉齿板，上面依次排列着 数个摘果齿，这些齿按照一定的角度配置，构成多条螺旋曲线的形状（一般为 4 条）。 作业时，花生秧蔓被高速旋转的摘果滚筒上的钉齿抓取后，随摘果钉齿在滚筒内做圆周 离心运动，同时还沿着轴向运动（主要是由于钉齿的螺旋配置以及该类型滚筒的外形所 确定），在钉齿的带动下，花生秧蔓作圆周运动时产生离心力，使质量相对比较大的花 生荚果摔在滚筒的外部并击打在凹板筛上，在击打的过程中，花生荚果的果柄与花生荚 果分离，最终完成摘果作业 5。 2.方案分析： 这种摘果方式是通过高速旋转所产生的离心力的作用和钉齿及凹板筛的打击与梳理 作用，外部力促使花生茎蔓上的果柄与花生荚果强制分离，从而把花生荚果从茎蔓上摘 下来。这种机构在摘果的过程中会对花生荚果产生很大的损伤，造成花生荚果的损伤率 较高，甚至把花生击碎破坏她的生理特性，不再适用于作为种子。 （1）锥形滚筒尾缎粗大，前段较小，从而造成前后的线速度形成较大差别，使花生秧蔓 在滚筒内部前后速度不一致，易产生堵塞现象，。 （2）该机够的钉齿焊接在钉齿板上，加工制造比较麻烦，而且还有不耐磨、易脱焊等缺 点，如果遇到堵塞的情况，由于压力作用可能导致钉齿塑性变形。 （3）滚筒虽然是能够基本满足花生沿轴向喂入的要求，但是很难满足作业的径向喂入的 要求。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 11 1.工作原理： 这种摘果滚筒作业时，花生茎蔓进入摘果滚筒时，在动齿的作用下把花生挑拨起来， 使花生茎蔓随滚筒轴作径向作离心运动，由于物料导板的导向作用，花生茎蔓又可以作 径向运动。通过定齿杆上的固定齿和动齿杆上的动齿的相互作用，将花生茎蔓上的花生 荚果梳摘下来 5。 2.方案分析： （1）该种滚筒具有合理的结构、相对来说比较小的体积、花生茎蔓进出摘果滚筒的 速度比较快，荚果在摘果的过程中的破碎率比较低，整个机构的使用寿命相对比较长。 （2）但是有时实验数据显示，该类摘果形式应用在分段式花生联合收获机上，采用 全喂入蓖梳式的摘果原理进行花生摘果，由于采用动齿与定齿相互作用，使花生的茎蔓 粉碎率比较大，有的还会出现花生秧蔓插在尺上的现象，很容易造成堵塞，进而会出现 漏摘，茎蔓和荚果分离不清，机器的功率消耗加大等缺点。 因此这个方案也不太适合我 们所研究的新型分段式花生联合收获机，我们不采用这种方案。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 12 1.工作原理： 花生茎蔓经输送装置被输送到摘果滚筒的喂入口（有的装置设有喂入轮，为了保证喂 入的可靠性，往往把喂入轮设在摘果滚筒的偏下方，而一般的高处喂入的装置，部设有 为喂入轮），进而被喂入到高速旋转的摘果滚筒内部，在摘果搅龙上摘果齿的挑拨作用 下，花生茎蔓随摘果搅龙做高速旋转，由于离心作用，并且花生荚果的质量和密度相对 比较大，所以花生荚果大部分都集中在摘果搅龙的外部，高速旋转的花生荚果在螺旋搅 龙上摘果齿和凹板筛的相互运动下（他们之间设有70mm的摘果间隙），花生荚果在甩捋 作用下与花生荚果的果柄分离，完成摘果作业，被摘下的花生果经凹板筛和逐稿器落入 到振动筛上，另外，为了是花生在摘果的过程中有一个轴向的运动不至于全都堵塞在摘 果滚筒内部，摘果齿的外形是向前有一个倾角，并且与摘果搅龙轴也有一定的夹角，这 样可以使花生在机构内部运动时受到一个轴向的推力，从而保证了花生茎蔓在摘果过程 中的轴向运动，避免了花生秧蔓堵塞摘果滚筒而造成机构的损坏，从而使整个机构有效 地工作。 2.方案分析： 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 13 （1）与其他形式的摘果装置相比，采用甩捋式的摘果滚筒进行花生摘果作业，具有摘净 率高、破碎率小等特点，特别适合摘鲜和干的花生茎蔓上的荚果，所以适合应用于我们 设计的新型分段式收获和联合收获机。 （2）此类型的摘果滚筒相对于钉齿式摘果滚筒和篦梳式摘果滚筒，消耗的动力小，摘果 后的花生茎蔓被打碎排除机外，可以进行秸秆还田等现代农业耕作； （3）此摘果机构在摘干花生蔓荚果时的效果好，能够很好的把花生茎蔓在机体内破碎， 而且不会影响荚果的生物学特性。 （4）但是这种摘果滚筒对一些摘果参数要求比较高，例如摘果间隙、滚筒转速等，如果 调整不合理的话，还会影响到摘果效率、荚果破碎率等技术要求。另外该类型的摘果滚 筒，加工比较麻烦，在堵塞的情况下很容易造成摘果搅龙的弯曲变形。 2.1.2 摘果装置最终方案的确定 综上所述，方案一和方案二的轴流滚筒虽然能够基本满足作业效率和损失率等要求， 但无论哪一种都不能很好的满足分段式花生联合收获机的作业要求，方案三的甩捋式摘 果滚筒虽然结构和所要求的技术参数会较为的复杂和严格，但其他各方面都能很好的符 合课题的设计要求，并且这种摘果方式在国内的一些机型上已有相当好的应用历程，经 过试验对比证明，这种摘果滚筒的摘果效果较好，故本设计方案的摘果装置采用甩捋式 摘果滚筒。 本设计将在现有机型的基础上，增加机器的部分结构的改进，通过对摘果装置内部 一些结构参数的优化，完善现有机型的摘果不净，分离不清的缺点。设计出适合我国农 村需求的经济实用的分段式花生联合收获机的摘果装置，为我国农业、农村、农民的发 展做出自己应有的贡献。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 14 2.2 清选装置设计方案设计 2.2.1 方案拟定 1.工 作原理： 风扇式清选装置工作原理如下：利用花生荚果和混合物空气动力特性、漂浮特性的 差异进行清选的。当花生荚果和茎蔓的混合物落进清选装置的气流场中时，由于受到相 同的气流作用力而被分开，花生茎蔓由于其漂浮速度小而被吹出机体的外部，花生落入 到输送装置 9。 2.方案分析： 花生茎蔓经过摘果滚筒的作用以后，花生荚果和部分花生秧蔓形成的混合物，由于 分段式花生联合收获机的工作对象主要是半干或者干的花生，考虑到摘果后的杂余的成 分较为的复杂，难于确定合理的漂浮速度，因此，很难做出符合尺寸的接料斗，另外这 种开放式的清选系统，很容易受到外界系统的干扰，造成分理不清或者是分离损失过大 的现象，故这种单纯的风扇式气流清选机构很难满足我们设计的要求，所以不会采用这 种设计方案。 方案二.气流清选筒式清选装置 1.功作原理： 气流清选筒式清选装置是利用风机的吸气气流的作用，使经过摘果装置作用后的花 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 15 生茎蔓与花生荚果混合物通过清选筒时产生相对速度变化，由于花生茎蔓的空气动力学 特性较小，漂浮速度小，所以很容易被从混合物中分离出来，从而将花生荚果从混合物 分开，经分离的花生荚果落入到荚果输送装置，继而达到分离的效果 9。 2.方案分析： 气流清选筒式清选装置清选效果好，工作时尘土少，振动小，机器重量轻，但是整 个装置的空间占有量比较大，生产效率较低，适用于固定作业的清选，而我们所设计的 新型分段式花生联合收获，要求结果比较紧凑，各部件的结构尽量合理而且配合密切， 因此这种淸选装置不能被选为本设计要求的新型分段式花生联合收获机的清选机构。 方案三.风扇筛子式清选装置 1.工作原理： 风扇筛子式清选装置主要是利用逐稿器运动而带动其上的混合物作抛扬的原理来进 行工作的，并且以风机气流的吹浮作用和筛子的抖动作用作为辅助，将混合物中的杂质 清除排走。他的整个工作过程为：花生茎蔓经摘果装置摘果后，花生茎蔓与花生荚果分 离后，从凹板孔中落入到逐稿器，在逐稿器的抖动下，混合物在逐稿器上作抛扬运动， 因为他们的空气动力学特性不同，花生荚果从逐稿器上落下，而大部分花生蔓被排除机 体外部，少部分细碎的花生茎蔓和全部的花生荚果向下落，在振动筛和逐稿器之间，由 于他们之间的空气动力学特性不同，风机产生的气流把混合物吹散，花生荚果落入到振 动筛，并随振动筛进入到输送搅龙，在移动的过程中沙土从筛孔落下地面，花生荚果最 后到达集果装置，而花生蔓随气流吹到机体外部。 2.方案分析： 风扇筛子式清选装置主要是由逐稿器、振动筛、风机以及他们之间的反响传动装置 组成。此种清选装置是目前大型联合收获机上最常用的一种清选方式，清选效果比较的 好，而且机构的设计思路较为的成熟。 2.2.2 清选装置最终方案的确定 综上所述，淸选装置的选择最终确定为风扇筛子式淸选装置，清选筛的往复振动通 过偏心机构带动，偏心距的实际大小根据清选的效率要求来确定。具体的筛孔尺寸等亦 通过联合收获机的作业效率要求来设计确定。而其他两种方案，很难在工作过程当中很 好的达到我们所设计的分段式花生联合收获机地作业要求。风扇是清选装置，首先是它 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 16 的作业的稳定新，在复杂的作业环境下，很难保证花生的清选效率、清选的清洁度、还 有请选的损失率，另外在零件的结构设计方面，需要很大程度上的反复试验，来最终确 保花生的请选效果。而对于气流清选筒式的清选装置，在很大方面需要大的工作空间， 这样使整个机器的所占空间大大加大，增加花生收获机的功率消耗，这种清选装置适合 于清选粮食和杂余的空气动力学特性相差比较大的粮食的清选，以为相差较大的的空气 动力学特性，可以在很大程度促使在大的风机气流作用下完成作物的清选。而花生荚果， 尤其是我们所设计的新型分段式花生联合收获机，一般用于收获那些已干或者半干的花 生，这时花生荚果与茎蔓的空气动力学特性相差更小，这样跟容易造成收获损失，所以 我们最终放弃这种方案，而选择第三种方案风扇筛子式清选装置。这种方案应用广泛， 结构已经相对比较成熟，我又在原有的基础上进行了改造，是整个结构更趋于合理 11。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 17 3 摘果装置的设计 3.1 摘果装置的性能分析 摘果装置是花生联合收获机尤其是分段式花生联合收获机的核心部分，其性能的好 坏直接影响到我所设计的新型分段式花生联合收获机的摘果率、破碎率等重要指标。根 据花生机械化作业技术规范规定的联合收获作业质量标准摘果率99%、破碎率3% 的规定。并参阅一些现有的机型、参考文献、以及他们的一些田间试验数据和从用户那 里获得的一写具体信息，我们可以很有把握的说，甩捋式摘果滚筒可以很好的达到应用 的要求，并且受到用户的一直好评。甩捋式摘果滚筒主要工作零部件为：摘果滚筒、摘 果滚筒下壳，滚筒带轮、花生秧喂入口、摘果搅龙、摘果滚筒顶盖，凹板筛、排秧板、 排秧口、支架和固定螺栓，摘果装置的核心部件为摘果螺旋搅龙、凹板筛 10。因此在设 计摘果装置的过程时，我们把工作的核心放在摘果螺旋搅龙（以下简称摘果蛟龙）和凹 板筛的具体结构和尺寸的设计上。 影响甩捋式摘果滚筒摘果效率的主要因素有摘果间隙（摘果钉齿与凹板筛的间隙）、 摘果滚筒的转速、花生的喂入速度 12 。本设计把以上三个方面为主要考虑因素，主要把 摘果搅龙和凹板筛的设计作为摘果装置设计的核心，在原有机型的基础上进行参数改良， 结构优化，以期达到最好的摘果水平，最低的破碎率。 (1) 摘果滚筒的转速 摘果滚筒转速（即摘果搅龙的转速）由摘果滚筒皮带轮半径的大小和与它的配合的 带轮的大小及转速决定，摘果滚筒转速的高低直接影响摘果的质量，摘果搅龙的转速越 高，摘果的效率也会越高，在相反的一方面，它的破碎率也会越高；相反，摘果搅龙的 转速越低，摘果效率也会越低，破损率也会越低，所以要我们要找摘果率和破损率都合 适的最佳转速。而我们现在没有条件进行试验，所以只能参考现有机型和发表的一些论 文及其它文献资料，在他们实验数据的基础上进行结构设计。 (2) 喂入速度 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 18 喂入速度反映了分段式花生联合收获机的行进速度或者说是我们所采用的上海纽荷 兰 snh500 型拖拉机的 ii 档行进速度（因为我们设计的新型分段式花生联合收获机要与 上海纽荷兰 snh500 型拖拉机配套使用）影响花生摘果的摘净率和生产率。其速度可以 通过拖拉机驾驶室的动力控制装置来改变和驾驶员的操作来控制。我们的动力装备已经 确定，所以我们要在结构上调整，以满足上海纽荷兰 snh500 型拖拉机的 ii 档行进速度， 并且达到好的摘果效率和水平。 (3) 摘果间隙 摘果间隙即：摘果搅龙上焊接的摘果齿与凹板筛的间隙。摘果钉齿与凹板筛的间隙 也是影响摘果质量的主要因素之一，所以在设计的时候，要参阅以往花生收获机设计前 辈的工作经验和他们的足够多的实验数据，我们要在采用足够的参考依据的基础上进行 设计，以保证该摘果间隙能够很好的满足我们设计的分段式花生联合收获机摘果装置的 摘果要求，并且，能够很好的应用到我们设计的新型分段式花生联合收获机上，以期达 到最好的设计要求 12 。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 19 3.2 摘果滚筒长度的确定 通过查阅相关的农业机械设计书籍，可知滚筒的长度满足以下公式 11： l=vt 公式（31） 式中 v花生收获机的作业速度（m/s）； t花生摘果时间（s） 可见，摘果滚筒的长度与作业的速度和摘果的时间有关，摘果时间越长，滚筒长度 越长，花生果的漏摘率就会越少，但是摘果时间也不可以过长，因为这样会造成整个装 置的功率的浪费，影响整个机器的工作效率。根据我们设计的新型分段式花生联合收获 机前半部分的输送装置的设计计算，花生收获机（上海纽荷兰 snh500 型拖拉机的 ii 档 行进速度 2-2.8km/h）的作业速度为 0.72/s，在参阅相关资料的基础上，我们在充分考虑 工作效率和摘净率两者矛盾的基础上，确定摘果时间为： t=2s 所以，摘果滚筒的长度为： l=vt=20.72=1.44m=1440mm 3.3 摘果滚筒转速的确定 摘果装置摘净率和破碎率是一对相互矛盾的统一体：转速越高，摘果率越高，但破 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 20 碎率也会上升；相反，转速较低时，摘果不净，而它的破碎率会大大下降。而这种矛盾 似很难完全去除不理的一方面，所以我们现有的花生摘果装置大都存在摘净率与破碎率 的矛盾问题，为此我们在充分研究了我们母校研制的 4hql2 花生联合收获机，最终采 用了最新研制的甩捋式摘果方式，通过查阅相关论文（孙同珍. 花生联合收获机摘果及清 选部件的设计与试验研究：硕士学位论文 .青岛：青岛农业大学，2009）其滚筒的转速 确定如下。摘取花生果所需的力为： f= 公式（32）amvw2 公式（33）nr30 所以有： 公式（34）m f230 式中w 摘果齿所做的功，也就是摘取花生果所需的功(kw)； v摘果齿甩捋时的线速度（m/s）； m摘果齿的质量（kg）； f摘取花生所需的力（n）； a花生果针的截面积（m 2）； n摘果滚筒转速（r/min）。 由于我们设计的分段式花生联合收获机，采用分段式收获，花生经机械或者人工挖 掘后经铺条晾晒后，花生果柄不会发生腐烂，并且此时的花生茎蔓上大部分叶子已经落 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 21 掉，花生荚果与果柄以及果柄与花生秧的根部拉伸的力几乎一致，而且所需的拉断力或 者是极限应力较为稳定，参照表31，花生茎蔓、根蔓抗拉与果结合处抗剪一般在10- 15n 左右。此时摘果所需要的力较为稳定，可以减少全喂 入花生摘果机的功率损耗，同 时有利于逐稿器和振动筛的清选工作，经查阅相关文献资料和理论计算，最终确定摘果 滚筒的转速为450550r/min ，最后参阅( 孙同珍. 花生联合收获机摘果及清选部件的设计与 试验研究：硕士学位论文 .青岛：青岛农业大学，2009，) 4。他经过田间正交试验，和 最后采用较为合理科学的实验数据分析方法对实验数据进行了细致分析，最终把转速定 为500r/min。所以，虽然我们现在没有条件进行细致深刻的现场试验，不能亲自动手获得 第一手实验数据，但我们可以借鉴孙同珍学长的实验数据，我们最终也把我们设计的新 型分段式花生联合收获机的摘果装置的摘果滚筒多大的转速定为： v=500r/min 公式（35） 3.4 摘果滚筒直径的确定 摘果滚筒直径的大小关系到摘果搅龙上摘果齿与凹板筛之间的间隙即摘果间隙或重 叠程度的大小，进而影响到摘果装置的摘净率和破碎率。根据中国花生生长状况的调查 数据可知，一般花生的植株生长情况调查结果如下 4：以花生品种为花育22为例。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 22 单株花生茎蔓的重量为一百一十七克，荚果的重量为一百三十六克，平均高度四百八十 六毫米。为了保证花生荚果能够被顺利摘下，在摘果的过程不出现漏摘等问题，另外还 要求花生的茎蔓不至于缠绕在摘果滚筒上面而造成堵塞。最终确定摘果滚筒直径为七百 毫米。花生摘果滚筒的周长为： 公式（36）ds 式中d摘果滚筒的直径（mm）； s为摘果滚筒的周长（ mm）。 代入数据，所以摘果滚筒的周长为： （mm）2198704.3s 所以，摘果滚筒的周长大于四倍的平均花生植株的长度，这样可以在很大程度上避 免花生植株尤其是鲜的花生植株缠绕在摘果搅龙上，而造成摘果滚筒的堵塞，进一步避 免了花生联合收获机内部零件因阻塞而造成的损坏。 参阅以往的实验数据，本设计所采用的内部数据参数，可以很好的满足摘果质量的 要求，达到好的摘果质量，高的摘净率、高的摘果效率、低的破损率 15。 3.5 摘果搅龙及摘果齿的设计 由上面的计算可得摘果滚筒长度为 1480mm，为了使摘果滚筒有好的摘果效率，参阅 现有的机型，并考察他们的摘果效率，并根据我们设计的分段式花生联合收获机的喂入 量等多方面的要求，我们最终确定我们所设计的摘果滚筒的排秧口长度为 250mm。花生 的摘果时间大约（即在摘果滚筒内部的运动时间）为 2s 左右。摘果搅龙的直径、凹板筛 面积和滚筒的长度共同影响摘果滚筒的生产率。摘果滚筒的直径和长度越大，生产率也 就越大。由于，我们设计任务书的要求为的，我们的工作幅宽为 1.8m，按照我国现有的 花生种植制度：以山东郓城李集乡的代表性地块为例：花生的生长情况为：植株平均高 度为 484 mm，行距为 300mm，株距为 150 mm，土壤类型为壤土。所以在 1.8m 的工作幅 宽内，共有 6 行，4 列花生被收集起来，以每棵花生（干燥的花生）的重量按 200g 计算。 所以其工作幅宽内单位时间内花生喂入量（理想条件下）： (kg/s) 公式（37）mnmq 公式（38）rlo 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 23 式中m工作幅宽内的行数； n工作幅宽内的列数； m单株干花生的质量(g)，注：这里取得为上限； q单位时间内的喂入量（kg/s）； l摘果滚筒长度（m）； r摘果滚筒半径（m）； 单位凹板筛面积能承担的喂入量（kg / ）；qo 2m 所以，单位时间的喂入量为： )(8.4)(064kgq 结合上文对摘果滚筒的直径的尺寸的确定以及花生植株生长情况和喂入量的影响，最终 确定搅龙直径为450mm。同时本设计所采用的甩捋式全喂入摘果装置，摘果搅龙上焊接 带有爪齿的摘果齿：4根旋转搅龙均匀的分布在搅龙板上，搅龙的螺距为1655mm，长度 1440mm，为了保证整个摘果搅龙在摘果过程中的刚度，在搅龙轴上，每隔140mm在圆周 方向均匀焊接有4根支撑圆钢，圆钢的一侧焊接在摘果搅龙轴上，另一侧焊接在所选的螺 旋搅龙上，这样可以能够使摘果搅龙在工作过程中，不至于因为工作原因，例如意外情 况造成摘果滚筒堵塞等情况，而使搅龙变形。为了保证从输送装置喂入的花生秧能顺利 的在由4根螺旋搅龙组成的空间内做旋转运动，在搅龙上每隔80.75mm焊有摘果齿，其爪 齿高度为60mm，中部弯角为110 o，并且与摘果搅龙轴的轴向有45 o的夹角，因为这些摘果 齿可以在摘果滚筒内转动过程当中，一方面抓取或者是勾取花生秧蔓，有利于喂入，并 使花生在摘果滚筒内作高速的离心运动，使花生荚果在离心力的作用下甩向摘果搅龙的 外侧，这样可以在凹板筛的配合下把花生荚果从花生秧蔓上甩捋下来，完成摘果。另一 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 24 方面，摘果齿可以在转动的过程当中，给花生秧蔓一个轴向的反推力，促使花生秧蔓有 一定的轴向运动，这样确保了花生秧的轴向运动，可以保证花生秧蔓能够在整个摘果滚 筒内作合成运动，避免产生堵塞。搅龙的出口端焊有排秧板，以便及时的把大的、没有 及时打碎的花生秧排出摘果机构。为了配合摘果滚筒的排出口的长度，另外考虑到整台 机器的喂入量等多方面的因素，以及参阅一些相关的参考文献资料，我们确定排秧板的 长度为250mm。 3.6 凹板筛尺寸的确定 为保证摘果质量，除了有较好的摘果滚筒和摘果搅龙外，还要有与其配合较好的凹 板筛。凹板筛的尺寸以及与摘果搅龙的配合关系，还有凹板筛距离摘果滚筒下壳的距离， 关系到摘果间隙以及摘净率和荚果与破碎的花生秧蔓的下落情况，另外还有影响到已摘 落的花生的下落情况，关系到整个摘果机构的摘果效率与水平。为了确保花生收获机的 摘果效率，尽量减小摘果破碎率和损失率，通过参阅资料、文献，查阅相关机型，最后 获得摘果钉齿与凹板筛的间隙即摘果间隙为70mm，凹板筛与摘果滚筒下壳的间隙为 55mm。因为这样保证在满足设计要求的基础上，充分考虑到喂入量对排秧口的技术要求。 为了保证摘果过程的正确进行，并保证正常的摘果时间，采用凹板筛的包角为 200o（在正常情况下力求包角比较大，这样可以充分保证摘果的效率），直径为602mm， 凹板筛采用焊接结构，使用直径为12mm的圆钢，轴向间隔为100mm，圆周向间隔为13 o。 因为花生荚果的尺寸一般小于30mm，可以使荚果顺利落下进入到逐稿器，另外可以在很 大程度上使被击打的花生茎蔓及时经过凹板筛孔落到逐稿器上然后被逐出机外。 此外还 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 25 可以确保与摘果搅龙的配合，很好的完成摘果工作。凹板筛具体尺寸见零件图。 3.7 摘果滚筒的功率计算 摘果滚筒在进行摘果作业时，需要对花生进行甩捋和击打，因而需要克服花生茎蔓、 根蔓的拉力才能将花生果从花生茎蔓上摘下。查阅花生茎蔓、根蔓的抗拉力以及与花生 荚果结合处抗剪试验数据可知：在刚开始成熟阶段，花生果与花生果柄之间断裂较容易， 但随着花生的逐渐成熟，花生果柄与花生根之间的拉伸力较小，在花生成熟后期，花生 果与果柄以及果柄与根部拉伸的力几乎一致，而且所用的力较稳定，一般在 1015n 左右。 而我们所设计的新型分段式花生联合收获机的作业对象经过铺条晾晒的花生，其进 行摘果所用的力更加趋于稳定，所以我们取中间值为 12n。 因此，摘果搅龙在工作的过程中对单株花生在摘果时消耗的功率为 16： w 公式（39）301rnfvp 式中 单株花生在摘果时消耗的功率(w)；1p n摘果滚筒（主要是指摘果搅龙）在工作过程中的转速（r/min）； r摘果蛟龙的半径（m）