【JX18-18】小型牵引式花生收获机（二维+论文）
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JX18-18
【JX18-18】小型牵引式花生收获机二维+论文
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4H - 2型花生收获机的设计原理和运动特征分析尚书旗, 王建刚, 王方艳, 刘曙光, 姜元志徐磊译摘要： 4H - 2型花生收获机结构,动作原理和主要部分设计的描述和分析,和主要工作部分运动学模型的创建。根据优化结构的原理，利用Visual Basic，SPSS软件和机构功能的特征描绘了主要工作零件轨迹。同时为今后这种机器更进一步研究提供理论基础。关键词：花生收获机；设计原理；运动特征1 引言花生是世界上主要的油料植物之一，采油量和国际贸易中仅次于大豆1, 2 。很久以来，花生的栽种、收获和加工主要地是由人工完全。它是一种低效率的劳动，严重地影响花生生产。特别是最近几年,当剩余的农村劳动力到市区,花生生产的各环节间的矛盾更加强,花生生产的机械化变的特别重要。在发达国家花生收获机的研究和发展已经进行很长时间， LP-2型花生收获机和Courtesy lf Lilliston Mfg. Co.的花生联合收获机和在密执安国际土壤博物馆的PH-2 type花生收获机都是典型的例子3 。花生收获机在中国的发展比那些发达国家是慢的,大概是在60年代开始的。既七十年代以来,许多典型的花生收获机仿制品被引入中国，例如东风69型, 4HW-800型和4H-150型4 。这些产品带来收获花生的便利,但是当前全部的收割机结构采用二梯级的铲和分离链结合在一起的原理结构。这些机器不得不配在中-大功率拖拉机。这些机器结构复杂，生产成本高，动力消耗较大，可靠性也差，而且收货损失率也很高，散步的花生藤很乱，人工收集非常麻烦。它不适于现行花生收获的要求导致花生的收获几乎完全的由人工完成。花生收获的机械化水平严重地影响花生生产的发展。随着环境恶化，春秋季的播种期间干旱和较少降雨量的现象经常发生。花生生产受天气的影响较大。现在采用塑料薄膜覆盖种植的方法（图1中展示了基本构造）。这个新技术将保持土壤的湿度,增加地面温度、减少在秧苗时期的管理，于是增加花生的产量。有许多功能的花生播种机已经应用在大规模的区域,但是那薄膜的质量有待提高，因为影响种植工作5-9。图1：花生播种和塑料薄膜覆盖轮廓为了解决上述的问题,发明了一有新动作原理和结构的新型的花生收获机，而且已经出现在市场上。现在该收割机已经获得专利（专利号：ZL01221476.0），发明专利（专利号：99124518.0），该机器已经基本研究出来。2 花生收获机的结构设计2.1 机器结构的整体分析4H - 2型花生收获机结合高级植树法和农业需求，可以一次行程收货2排。配在8. 8 13. 0 kW的小四轮拖拉机上。4H - 2型花生收获机由导向轮、传动轴、偏心轮、连杆、长摇臂、竖轴、收获部分、长连杆、摇臂、装配装置和机架等等组成。图2展示了这个机构。1.导向轮 2.联结器 3.传动轴 4.竖轴 5.长摇臂 6.长连杆 7.装配装置8.摇臂 9.竖轴 10.收获部分 11.偏心轮 12.连杆 13.收获部分 14.机架图2：花生收获机简图4H - 2型花生收获机工作部分的驱动力由拖拉机的飞轮提供。当拖拉机前进时,动力输出由动力输出轴驱动的驱动偏心轮11经联接器2和传动轴输出。然后偏心轮11驱动长摇臂经连杆12传送。竖轴和收获部分13是做一起的, 摇杆跟长连杆和长摇臂组成一平行四边形机构, 所以收获部分10 and 13来回摆动直立的轴和有一样频率和角度但是方向相反。工作过程是:铲10和挖掘外面的花生和反向花生,当纵向的格子连续地做扇形摇摆，于是打断混合的土壤和花生。通过这个运动粘土通过格子沉落,轻些花生往上移,因此花生和土壤分离。花生连续地向后面移动,终于均匀的敷设在地面上、便于人工收集。2.2 主要技术参数 表格1展示4H-2 型花生收获机主要技术参数。表1 主要技术参数动力要求 8.8-13.0KW 小型四轮拖拉机生产力hm2h- 1 0.10-0.13收获损失率 2%花生土壤含有率 5%花生破坏率 1%机构花生掘取率 3. 5%尺寸(L W H mm)/mm3 1280l180780净重/kg 1583 主工作部件的设计3.1 传输部分的设计为了克服传统的花生收获机之前提到的缺点，4H - 2型花生收获机发明一新结构和运动原理。铲和分离部分已经结合在一起所以降低耗费功率,以及机器的尺寸和收获损失。传输和控制设备设计成高效传动和随手的调整。为了配这8. 8 kW的拖拉机, 4H - 2型花生收获机的动力输入轴坐落于左侧面。倒平行四边形机构是这机器的显著特征。两个铲摇摆是同一个角度但是反方向的。二铲架受到横向力作用相互抵消的。机器的稳定性是得到保证的，制造的成本是大大的减少，有益于这个收割机的大规模生产和普及。3.2 铲架的设计收割机在田地处理稠密的花生茎时、花生地的水渠很容易挡住铲子，导致工作阻力增加,花生分离不灵,甚至收割机不能持续工作。为了解决这个问题,铲架（在图3中显示）使用了半开臂 结构，底部也用了铲。图3： 铲架简图3.3 三角皮带传输的设计按照不同的田地状态，收获部分的摇摆频率将应调整和变化。为此采用一级三角皮带传动通过替换三角皮带轮来改变摇摆频率。四连杆机构和皮带轮尺寸最佳化后，摇摆的频率和范围是更合理的。3.4 格栅形状的设计如果格栅截面的是圆,格栅跟铲接点很容易弹性失效而断裂。为了增加他的抗弯强度，特意选择平矩形截面的格栅，后面提供了他的理论设计和实验分析（图4展示了它的结构）。图4： 栅格形状简图4.运动学公式4.1 主体部件的理论分析图5展示4H - 2型花生收获机的传输部分。图5：传输机构简图在图中，3是传动轴、11是偏心轮，AE和BD是摇臂5和8，CD和EF分别是连杆6和12，A、B是竖轴4和9（参考图2）。图6：运动简图9, 10 当4H-2型花生收获机工作时，传动轴3驱动偏心轮11转动。E点的运动轨迹是一段弧，但在XOY纵坐标平面内它的长度比AE摇杆短点。因此E点在XOY纵坐标平面内轨迹可看作直线运动。图六展示偏心轮OF和连杆12 EF的运动简图。当OF = R , EF = L ,E点的轨迹可以近似看作直线OE。所以在用直角坐标系建立该运动方程。设O为坐标原点，OO 方向为正X轴。根据已知条件，在t=0时，F点在F 的位置，E点在O点位置。O F + O F = L + R.E点的坐标是：x = O E = OO - (EG + GO ) = (R + L ) -（+Rsin）=R（1-cos）+L（1-）因为 R/L=t，所以x=R(1-cost)+L(1-根据曲柄摇杆机构，通常在1/61/4之间。通过2次方程=1-第三个数字开始非常小，足以忽略不计即：，E点的运动方程大致是：x = R (1 - cost +t)v = R( sint +t)倒平行四边形ABCD依据E的轨迹的运动特征。图7显示了该机构。A和B代表竖轴4和9，AE和BD分别代表摇杆5和8，CD是连杆6。A是零点，AX方向是该极坐标的正向，AE=L1、则A角速度近似是：= (1 - cost +t) = ( sint +t)图7：倒平行四边形机构简图4.2 收获部分的运动学方程如图8所示，当4H - 2型花生收获机相对静止时，摇摆格栅AH上任一点的运动是围绕竖轴做横向扇形往复运动。当工作时，摇摆格栅AH上任一点的运动是该装置和拖拉机移动的合成。引文直轴的摇摆速度是不通的，所以运动轨迹也不一样，但还是有规律的。取摇摆格栅最远点H，它的静态时等式是：它的运动学方程是：根据优化原理，摇摆格栅最远H点运用的轨迹运用可视图象BASIC和SPSS软件描绘出来了（在图9上显示）。图8：速度合成图图9：H点运动轨迹图5 收割机的功能特征这摇摆挖掘原理和倒平行四边形机构已经成功地创造和应用于4H - 2型花生收获机。它打破了收货机构上铲和分离机构链接在一起的传统结构。 (1)4H - 2型花生收获机和通用的小型四轮拖拉机相配。它设计合理,工作性能可靠、功能稳定,调节便利、适应性较高,本机器在不同的田地上可以收货大量花生。 (2)为了合并铲和分离器制作了摇摆挖掘原理。成功地实现了一套、简单化的工序来处理挖掘和分离花生。这两个收获部分运用倒置平行四边形机构传送动力,它们同前角度摇摆但是反向方向,铲架双方受到力作用两抵,这样它的操作稳定性得到保证，阻力和动力消耗得到减少。 (3)在收获过程中，不打断塑料薄膜花生藤也容易收集。地表没任何残留物。 (4)通过这个摇摆挖掘原理时，该收获机整体的阻力和动力消耗都降到最小。利用该摇摆机能,土壤跟重的东西通过格栅的孔往下掉，花生和一些轻的东西往上移，因此花生收货损失率显著的减少。(5)该机器各种工作和性能指标优越于同类花生收获机,它拥有较高的生产力同时损失率也较低，经济效益显著。4H - 2型花生收获机是适于中国等小规模农场的花生生产的新典型的农具。本收割机结构简单，价格便宜。它的各个性能指标优越于花生收获的标准技术指数，它可以给顾客带来更好的经济效益。在后来的花生生产中的应用和推广、4H - 2型花生收获机得到社会广泛的称赞。本专利成就表明该4H - 2型花生收获机的设计原理到达到一新的高度水平。参考文献1 Duan Shufen, Hou Wenguang. The world peanut product ion and the trade outlook J . Chinese agriculture bullet in, 1990, 6 (2) : 21- 25.2 Tao Shouxiang. The p resent condition and out look of peanut high yield in Shandong province J . Peanut science and techno logy, 1993, 2: 26- 29.3 Chen Chuanqiang. The broadcast lecture of the mechanization of peanut technique production R . The agriculture machinery extension center of Shandong province, 2000.4 Chinese agriculture movie & television center. How many peanut harvestersN . 2002-10-15.5 The comprehensive mechanization technique of peanut production. The agricultural technique extension center of Shandong province, 1999.6 Hao Ming, et al. Peanut product ion machinery M . The publishing house of Hebei province, 1981, 81- 90.7 Hua Fagai. Cover-film -planting is the new path to boost peanut production N . Fujian agricultural technology, 2000, 4: 12- 14.8 Sun Yanhao. The peanut production & cultivation. The gold shield publishing house, 1991, 61- 80.9 Peanut Institute of Shandong province.
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