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联合花生收获机设计与实现含9张CAD图,联合,花生,收获,设计,实现,CAD
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合花生收获机的设计与实现Design and implementation of a combined peanut harvester摘要小型联合型花生收获机将两垄花生的藤、荚果和土壤同时犁起，在联合收获系统的作业下，将实现土壤的粉碎、果与藤的分离，在经过清选部件之后，实现花生的完整收获。完整的收获过程为：花生藤的分离扶起，犁耕，取果，土壤粉碎，果藤输送，荚果清选，集果。根据花生生长的特点和收获技术的要求，小型花生联合收获机具有系统结构精确紧密、机器重量较轻、分离性能好的特点。采用八面碎土齿，首次破碎土壤块时便可使土壤破碎率达75%以上，再经过二次粉碎后，可实现土壤的完全细化。花生荚果被五个抛土轮从土壤中分离出来，摘果刀的刀刃将花生藤与荚果实分离，被传输轮拾取的藤条被收集，由机尾的出藤口排出。花生分离清选出后的果实直接落入荚果收集箱。收获后的花生由于清洁度高可以直接晾晒干燥、转运储存。由于设计的机械系统较为精简，机器的造价成本的低廉，该花生联合收获机械适合小型家庭农场化的花生种植收获的农业生产，其作业效率与以往的人工采收相比有了显著的提升。关键词：联合收获；低耗高效；分离彻底；低成本ABSTRACT The small combined peanut harvester simultaneously ploughs the vines, pods and soil of two ridge peanuts. Under the operation of the combined harvesting system, the communication of the soil and the separation of the fruit and the vine will be achieved. After the components have been selected, the peanuts will be obtained. Complete harvest. The complete harvesting process is as follows: separation and promotion of peanut vines, plowing, fruit harvesting, soil smashing, fruit vine transport, pod selection, fruit collection.According to the characteristics of peanut growth and the requirements of harvesting technology, the small peanut combine harvester has the characteristics of precise and compact system structure, lighter machine weight and good separation performance. The use of eight-faced soil scrapers can result in a soil crushing rate of more than 70% when the soil blocks are broken for the first time. After the secondary crushing, complete soil refinement can be achieved. Peanut pods were separated from the soil by five throwing wheels. The blades of the picking knife separated the peanut vines from the pods. The rattan picked up by the transmission wheel was collected and discharged from the tail of the tail. The fruit that is separated from the peanuts is directly dropped into the pod collection box. The peanuts harvested can be directly dried, transported, and stored for cleanliness. Since the designed mechanical system is relatively simple and the cost of the machine is low, the peanut combined harvesting machine is suitable for small-scale family-farm farmed peanut harvesting and agricultural production, and its operating efficiency has been significantly improved compared to previous manual operations.Key words: joint harvesting low consumption high efficiency efficient complete separation low cost目 录1绪论31.1花生种植的分布及种类31.2花生的主要收获方式41.3国内花生收获机械发展研究概况61.4 论文主要研究内容92 收获机系统总体方案102.1结构总体设计原则102.2 花生收获机总系统的确定113 配套动力133.1 花生收获机主要工作参数133.2配套拖拉机的选择133.2.1工作效率的简单计算144 超精型联合花生收获机总体结构与工作原理的设计154.1国内常见的两种花生收获机原理的分析154.2 确定联合花生收获机结构与原理165 相关零部件的结构设计与计算195.1 具体机架结构和制造要求195.1.1 机架的生产要求195.2 荚果采摘刀的设计215.3 碎土齿轮的外形及功能要求225.4 挡果盖板结构和简易要求235.5 起耕刀的结构设计245.5.1 起耕刀耕犁时的角度分析245.5.2 起耕刀刀具面的宽度计算266 碎土轮链相关参数的计算276.1.计算传动链轮的相关参数276.2链轮传动的功率Pca276.3传动链条的链接数Lp276.4计算传动链条的链条节距P286.5计算传动链长L及链条中心距a286.6由相关传动链条来设计传动链轮：296.6.1小链轮的计算296.6.2大链轮的计算：306.7 分土轮轴的设计与校验317 其他部分零件的简要说明及技术要求337.1、拔禾器的设计337.2、拔禾轮的作用337.3、上压藤板的设计337.4、输藤带的设计及要求347.5、夹、压藤板的设计及配置347.6、果筛的设计34结论35致谢36参考文献37471绪论1.1花生种植的分布及种类花生是一种中国重要的外汇经济出口的油料作物，而且作为中国人最容易获得的坚果类食物，出现在许多地方的传统食品制作过程中，是中国人摄取非动物性油脂的来源之一。在中国的主要生产地区是辽宁，山西，山东，江苏，河南，河北等地。花生是国际油料贸易中位列第二位的作物。据统计，二十世纪六十年代，世界花生生产面积约2.55亿亩，产量约56.5公斤每亩，1970年代约2.85亿公顷。20世纪60年代，世界花生总产量约为150亿公斤，20世纪80年代后半期产量增加到190亿公斤，创下了世界生产纪录。作为传统作物，花生是在中国最具国际竞争力的优质油料作物，和大豆、油菜籽一起构成三大食用油原料。近年来,由于国家政策支持全国花生播种面积一直稳定在7000万亩左右,居全球第二位;总产量1600多万吨,居世界第一位。近些年来,随着国家对农业资金及先关种植技术支持的不断加大，加上花生的价格总体小幅上涨，导致花生的种植面积及规模不断扩大,花生收获方式也由传统的人畜力收获不断的向自农机动化不断迈进。依靠对花生藤蔓生长状态的分类，可分为直生蔓型、匍匐蔓生型和半匍匐蔓生型。匍匐蔓生型有以下特点，除主茎外的花生枝条匍匐在地上，两根茎叶不易分枝，生长周期长；收获期花生荚果易落，产量高但收获时容易大量漏角。直生蔓型的花生副枝与主直茎之间的相对角度较小，约为3040，因此花生藤蔓的生长密集紧凑，荚果不易掉落，收获时作业相对简单不用考虑大量漏角问题；其次由于拥有可以大密度种植、早熟、单颗植株产量高的优势，所以直生蔓型花生十分适合机械化收获。半生蔓型的花生主直茎与副茎之间的相对角度大概是45，优点与直生蔓型花生相近。因此花生的直生蔓、半生蔓型是机器收获的理想品种，取代匍匐蔓生型品种已成事实。在种植花生时通常采用的直线行距是4050cm，种植后花生荚果的分布范围大约是一个直径为40cm的圆形区域。在查阅花生联合收获机的相关技术要求后得知，国内联合花生收获机的收获荚果损失要低于3%，落入集果箱中的荚果土壤含量应小于总重量的25%，且荚果的破损率要低于3%，还要进行及时将荚果取出集果箱晾晒，防止花生堆积造成的发芽及霉变。在中国国内，长期以来花生的栽植、采收和花生的深加工的过程中存在着使用大量人工完成地工序，在繁重的劳动中，仅花生的采收就占到了整个花生生产过程的13以上且所使用的费用也超过了生产成本的50%。以是，用联合机械采收花生取代传统的人畜结合或半机械半人力的采收方法好处极大，不仅可以节省大量的人力、物力成本，还大大缩短了花生生产加工的时间，间接的减少了农民因采收不及时造成的果实霉变发芽、花生价格波动造成的损失。所以说在国内发展联合花生的收获机械具有重大的经济效益和远大前景。 随着世界花生产业的不断发展升级，对于花生产品质量要求也越来越高，传统的人工完成花生生产的方式己经不能达到现代化花生生产的需求。机械化生产作为现代农业发展的重要标志，已经普及到多个方面。在花生生产的各个环节运用机械化技术将会大大改善花生生产各阶段的作业质量。花生收获是花生的重要环节，用工量占总生产过程的33%以上。花生收获过程的好坏直接影响后续作业(摘果、脱壳等)质量的优劣。然而，我国现阶段花生收获机械化与花生生产结构不适应，花生收获机械化水平低，以人工收获为主，机械化分段收获为辅，总体机械化水平不足18.02%，机械化联合收获几乎还是空白，人工收获劳动强度大、耗用农时多、收获效率低下，导致花生生产成本高、效益低，严重影响了农民种植花生的积极性，己成为该行业生产发展与产业成长的主要“瓶颈”。近年来，随着我国经济发展速度加快，城镇化进程的不断提高，农村劳动力短缺问题愈发突出，花生生产依靠成熟的机械化技术，成为迫切需求。1.2花生的主要收获方式在花生收获的过程中，通常依据自己种植的花生品种、规模及土地情况来选择匹配符合功能要求的农用机械产品。由于国内小型联合花生收获机发展的不成熟，在以家庭农场为规模的种植中往往采用不同的农用机械实现不同的采收步骤。在这个过程中一般是人力与机械相结合的方式。而大中型专植花生的农场使用的多为进口联合收获机械，前期投入太大，不符合我国广大农村的实际生产情况。当前花生的主要收获方式是以下三种：(1)分段式收获:分段式收获是指将花生收获过程分为不同环节，每个环节采用不同机械进行作业，最终完成花生的收获。主要作业机械有花生起收机、花生复收机、荚果采摘机等。典型的分段收获模式如图1-1：图1-1分段收获模式图（2）联合式收获：联合收获是指由不同机械装置组成的联合机械系统在一次生产作业中就完成果秧植株的挖掘，土壤的粉碎，荚果的采摘清选及藤秧的排出，最后的果实收集等全部作业。按摘果时喂入方式的不同，分为全喂入摘果和半喂入摘果。流程图如图所示图1-2：全喂入摘果秧蔓处理集果清选去土夹持输送拔秧挖槽扶秧半喂入摘果 图1-2联合式收获流程图（3）两段式收获两段式收获是指两阶段收获花生，首先使用挖掘犁挖掘取出花生并除土，将其花生的转向植株顶部。条铺于田间进行晾晒，待晾晒至含水率达到捡拾摘果要求时再由带捡拾器的花生联合收获装置完成捡拾、摘果等作业。在花生植株挖掘时大量使用花生挖掘铲挖出花生秧蔓，由于挖掘铲只是简单的犁型构件，所以需要由畜力或者拖拉机械等提供翻土的动力。挖掘铲切下主要根，该铲进入土壤约10厘米，使花生沿挖掘铲辅助段从地下伸出。同时，铲斗在铲斗的后部设有纵向布置的栅条，从而可以去除土壤，但去土率不高。植株上存在的泥土需要在人工摘取荚果时去除，造成工人劳动量加大。花生荚果采摘机是一种将花生果实从秧蔓上完整采摘的机械装置。花生荚果采摘机在国内主要分为两类，其中一类是机械系统节构由带锥齿的滚筒和带风扇的凹板筛结合的够成荚果采摘机，由旋转的锥齿摘下荚果，在经过风扇和凹形漏板筛的去出杂质之后落入集果装置中；另一类是使用一对带钉齿的相对旋转的滚筒，当秧蔓通过两个相对旋转的滚筒时钉齿将花生脱离，脱落下来的花生果实会在振动筛上，在风扇产生的气流作用下，吹出果实间的叶片断蔓等杂物。1.3国内花生收获机械发展研究概况表 1-3作物机械化比较表20世纪60年代，国内才开始研制与推广花生收获机械化，由于起步较晚改革开放前期不受重视，所以造成花生收获机械的发展缓慢。相对于受到重视的小麦和水稻种植的机械化发展差距较大，具体机械化占比如表1-3所示。这样低下的机械化水平极大的影响了花生收获的效率，制约了我国花生产业的发展。作物名称机械化比例水稻56.69%花生18.2%小麦86.07%当前，我国大部分地区仍以人工畜力结合的方式为主收获花生;部分经济发达种植规模化的地区多使用半机械化，花生的收获分为多个步骤，不同收获阶段采用不同机械与人工相结合的方法采收，浪费大量人力物力并且与联合花生收获机械相比收获时间较长。往往造成花生得不到及时晾晒而霉变发芽，引起不必要的损失。在我国花生联合收获机械正处于研制阶段，技术不完善，成本较高，实际作业受到地域的限制、栽培方式以及其他因素的影响，未达到理想作业效果。而从国外引进的花生收获机型则由于价格昂贵，不符合中国国情或经济效益低，受到中国花生种植方式、种植面积的影响，作业效果较差原因，在中国没有形成市场，致使中国的花生收获机械化发展缓慢.与世界发达国家相比差距较大。在国内市场上大量使用的花生收获机器有：花生挖掘犁，花生荚果采收机，花生采摘清选机，花生联合收获机等。（1）图1-4花生挖掘犁：结构相对简单，只是把根茎和果实从土壤中挖掘出来，之后由农民自己碎土去土并采摘荚果，摘下的荚果由于附着大量泥沙，要在清洗后才能晾晒。由于功能的单一，所以满足不了各个环节的采收需要。 图1-4 4HW-60型花生挖掘犁 （2）花生挖掘机。主要机型和性能参数表格所示：表1-5 花生挖掘机参数型号2H-型4H-800型4HW-65D型4H-2型配套动力东风50型拖拉机东方红354铁牛55型拖拉机泰山12型拖拉机形式后悬挂后悬挂后悬挂后悬挂作业行数2222行距范围（mm）400500400500350400300450作业效率（hm2/h）11.51.521.521.52采挖深度（mm）659075908515085100荚果破损率（%）5553适用条件割蔓，沙壤土带蔓，沙壤土带蔓，沙壤土带蔓，沙壤土目前我国已研制出2H-1型、2H-2型等多种型号的花生挖掘机械，如图1-6、1-7：图1-7 2H-2 型图1-6 2H-1 型 (3)花生捡拾收获机：配套的花生收获机械起步晚，结构较为复杂，技术不成熟，市面上相对机型较少，相对功能单一发展进度较慢。（4）花生摘果机：将已经在田间晾晒过的带蔓花生进行分离与清选。不能实现挖掘与碎土，但机型较小可在田间地头使用，碎壳率低，损失小，可直接收获干净的花生果实。一般根据花生喂入方式分为两种，如图1-8、1-9所示。 图1-9全喂式花生摘果机图1-8半喂式花生摘果机 （5）花生联合收获机：中国的联合花生收获机研发相对时间较晚，基于对先进国家的花生联合收获机基础上消化吸收，技术还有待于完善，目前尚处于样机研制阶段，至今都没有一个满意的科技成果，离实际应用还有一定距离。我国研制的花生联合收获机主要采用挖拨组合式工作原理。主要的生产机型有:南京农机化研究所4HLJ-8型型花生联合收获机;青岛宏盛汽车配件公司生产的2HL-A花生收获机;青岛万农达4HBL-4A型花生联合收获机。图1-10 4HLJ-8型联合花生收获机图1-11 4HBL-4A型联合花生收获机 1.4 论文主要研究内容本设计是对已经开发设计的联合收获系统模型的基础上进行改进，根据花生植株的实际种植生长状况，参考了其他花生收获设备的作业原理，并使用皮带作为动力源与收获机之间的能量传输媒介。在收获机内部采用多级齿轮变速箱实现相关果藤运送装置的动力传输并为碎土轮提供动力，变速箱的采用大大提升了收获机的作业效率。简洁动力系统的设计不仅节省了机械的内部空间，在后期使用中零部件的损坏也更易更换，并且还保证了花生收获机获取稳定充足的动力。在收获机的作业下，花生同时实现荚果与秧蔓、荚果与土壤的分离，再通过滤果筛之后实现花生荚果的清选并落入集果装置中，完成花生的完整收获过程。本设计侧重于联合花生收获机的整体设计，针对相关的数据要求，最后选择了两垄起收的设计方案，并设计介绍了主要部分的组件。这里不再赘述。、适合农村实际的生产需要家庭联产承包责任制是我国广大农村的基本经济体制，按家庭包产到户分散经营。往往种植作物规模面积不大、不集中，所以采用的农用牵引力机械以中小型拖拉机为主。这些拖拉机具有更好的牵引力和附着力、简易的操作性和较强的越野性能，可用于多种多样地形的稳定工作行驶，受到广大农民朋友的喜爱。因此本设计的配套动力源将采用中小型拖拉机。、适用于国内大部分地区花生种植实际情况国内花生种植面积大、分布广泛，但往往以家庭为种植单位。这就造成了花生收获的不集中，收获的环境复杂，采用的种植方式也不够规范，不适用于规模化采收。本设计充分考虑此种情况，减小收获机械的体积重量且设计了可调的起耕刀具结构，用来用来适应不同环境下花生的收获。、收获机的相关收获标准及作业参数表1-11花生收获机配套动力小型联合花生收获机的农业部推广标准如表1-11所示，本设计的花生收获机的收获标准及作业参数应符合国家农业部的相关要求。项目指标动力源（小型四轮拖拉机，KW）14.725.7收获率（hm2/h）0.20.3土中落果率（%）2.0碎果率（%）0.5土壤含量（%）20 2 收获机系统总体方案种植的花生与土豆、红薯等果实都在土壤中的作物相比，其每株植株上的荚果多且较小。同时花生收获机械在犁耕翻起植株的效果会受到土地情况的影响，所以在选择方案时应考虑不同的地面土壤情况对采收效率的影响。花生作为深根系作物之一，对土壤的通气性等要求较高，生长环境沙壤土或沙土的最为适宜，我国种植花生的方法主要有四种，分别为垄作、平作、高畦种植和轮作换茬。大多数地区主要的种植方式为垄作，分为大垄双行和一垄一行两种方法。垄作优势是密植合理，保证田间通风采光，是花生得到高产的必要条件。为一垄一行的种植模式，行距为550mm，株距为160mm。适应大部分地区的种植实际情况。图2-1为花生种植情况的简图。 图2-1花生垄结构图2.1结构总体设计原则（1）、设计清晰明了 实现收获机相应功能的结构应该能够清楚可靠地完成每个花生的收获步骤，并能达到花生收获机的预期收获指标。应该有的功能结构不能重复或者遗漏。花生收获机一般用于中小型家庭农场。设计花生收获机的相关功能部件时应充分考虑外部环境，以此来决定部件的外观形状和具体的工作尺寸，并在部件制造的材料上多加考量，充分保证机械的使用功能和寿命。 在机构的相关功能部件确定后，事实考虑相关构件间的动力和信息传递问题。在设计考虑总体环境的情况下，合理的设计机械的传动系统和操控系统。（2）、设计简洁精炼在功能不遗漏的前提下，所设计的部件结构尽可能的简洁，在最大程度上减少复杂零件的使用数量。并且在设计部件时要考虑能否批量生产的问题，安装测试难易程度的问题。（3）、设计安全稳定在花生收获机械的正常使用寿命内，当机械正常作业时，花生收获机的传动轴、铲刀、传送带等主要功能部件，无损伤、使用变形造成的功能结构不稳，出现收获机械的结构故障。不同结构构成的总系统稳定性要高，在使用寿命内花生收获机能正常工作，收获的花生荚果满足设计的工艺要求，不应存在总系统结构的不稳定而造成机器的过早报废。2.2 花生收获机总系统的确定遵循相关国家农用机械标准，参考已有的花生收获机型的工作原理且在咨询导师的情况下，设计出了联合花生收获机的重要结构部件。再结合国内花生种植的实际情况下，设计出一种小型联合花生收获机械。它要满足在不同土壤、不同种植方式情况下的花生高效收获的要求，并且结构应尽量精简、高效。在充分考量下，提出以下两种方案。方案1：如图2-2所示。图2-2 花生收获机系统简图方案2：如图2-3所示。图2-3 花生收获机系统简图比较两种系统设计，不同之处在于荚果采摘完成之后，藤的排出方向不同，造成这种结果的原因是两种系统中输送藤蔓的结构不同。方案一中的结构较为简洁，生产部件的安装较为方便，但存在花生荚果采摘不完整、破碎率高且藤上仍有残余荚果的问题。方案二提供的系统有以下优点，荚果与藤蔓能完整分离，摘果刀片位置设计合理；输藤系统设计合理，不会造成藤蔓堵塞；结构简单、系统部件配位合理。经过充分考虑，在导师的建议下，最终选择了方案二提供的系统。花生在收获过程中的存在的主要问题是漏角和碎土、摘果过程中果实的破碎。漏角就是花生的不完整收获，许多果实依然埋藏在土中，所以在设计时应充分考虑实际情况，挖掘装置的挖掘深度必须足够深。在本设计中设计有挖掘铲刀的铲高调节装置，用以在不同情况下对铲刀挖掘的深度进行调节，解决花生收获时的漏角问题。本设计也充分考虑碎土和摘果过程中存在的问题，采用辊轮式的碎土去土装置，并且充分考虑了摘果刀与碎土轮的配合问题。下文有详细的介绍，这里不再赘述。3 配套动力3.1 花生收获机主要工作参数查阅相关资料得知收获相关参数。、起耕的深度一般情况下花生果实在地底100120mm深度，为保证花生的不漏耕，不落果，将起耕的深度设定在150mm。、作业行数的选定随着花生种植技术的发展，地膜覆盖栽培得到普及，这种种植方式全部使用双辛垄种植，垄上的行距是300 mm,垄距一般为500600 mm，且平作花生的行距是300 mm，所以本设计的选择作业行数为2行。、作业速度由于前进速度与挖掘铲所受到的阻力成正比关系，速度越快，所受到的阻力越大，拖拉机提供的牵引力越小，因此综合考虑初定速度为1.2 1. 5 km/h。3.2配套拖拉机的选择配套拖拉机：动力为12马力的东风-12手扶拖拉机，图3-1所示；采用皮带的连接方式与变速箱连接。图3-1 东风-12 手扶拖拉机表3-2 柴油机参数东风-12 手扶拖拉机柴油机参数型号功率转速重量S1958.8kw2000r/min145kg 东风-12手扶拖拉机的可选工作速度有：1.4km/h，2.5km/h，4.1km/h。根据实际操作需求及花生的具体种植情况最终选用1.4km/h，即0.39m/s。3.2.1工作效率的简单计算花生的行距： h=0.4m 1亩=666.67 （3-1）=25.8225.82 M=25.82/0.4=64.55 （3-2）取为:65行每亩地中机车的行驶长度为:l=6525.82=1678m （3-3） 故，工作效率为： n=1678/1400=2.4亩/小时 （3-4） 本设计的花生收获机的理论工作效率要达到2.4亩/小时。4 超精型联合花生收获机总体结构与工作原理的设计4.1国内常见的两种花生收获机原理的分析当前国内常见的花生收获机械种类丰富多样。依据国家标准判定，根据花生收获过程的完成度将花生收获机械分为三种：第一种是单纯的花生挖掘机械，如花生挖掘犁、花生挖掘机等，这类机械功能单一只能将花生植株从土壤中翻犁出来；第二种是花生收获机，能够完成花生植株的采挖、荚果上附着泥土的粉碎清除，但不能完成花生荚果与藤蔓的分离；第三种是花生联合收获机，由牵引机械提供动力，能完整的完成花生的全部收获过程。落入集果箱中的花生果清洁度高，可以直接进入晾晒过程，是功能最完备的花生收获机械。（1)、4H-2型花生收获机的构造与工作原理4H-2型花生收获机如图4-1所示，该机械使用摆动的挖掘机构，挖掘功能与分离功能集合在一个部件上，植株挖掘、荚果采摘、花生藤蔓的排出全部由一个工作部件完成，其优点是功耗低、结构紧凑。如图所示，4H-2型花生收获机的结构如下，其工作原理和过程为:拖拉机的后部将悬挂整套花生收获系统，拖拉机的动力输出轴传送出动力，由于平行四边形反向机构和曲柄翻转机构的存在，两个摆动工作部件将实现在相同的频率下以相反的方向往复摆动。工作部件的运动步调协调一致，受到的侧向力可以保持平衡。实际上挖掘机构挖掘出花生植株后，植株通过扇形摆动分离网将荚果与土壤分开。与此同时，花生藤蔓通过传输轮向后抛送并整齐排列在土地上。图4-1 4H-2 型花生收获机结构简图（2）小型铲辊式花生收起装置如图4-2所示，由机架、挖掘铲、传动装置、去土输送装置、地轮组成小型铲辊式花生收起装置。在工作时，装置由拖拉机牵引前进，由于地轮轴上装有链轮，当地轮运动行走时地轮转动将带动链轮转动，动力由链传动传递给II轴，同理机器另一侧通过链传动把动力传递给II轴、III轴，去土输送装置在运动轴的带动下开始运转，为了避免花生植株输送过程中造成花生秧的堵塞，将不同辊轮的转速逐级递增，挖掘铲用特定的角度和入土深度，切断花生的主根，随着拖拉机的牵引前进，花生植株在传动轴的带动下沿导向栅条带到机器后方，最终运送到去土输送装置，在去土辊的相互运动的作用下，花生植株根部的泥土被粉碎去除，花生植株向后运送最终被依次铺放在地面上，花生起收完成。1、挖掘铲 2、导向栅条 3、地轮 4、轴链轮 5、辊轮 6、辊轮 7、过轮 8、机架 9、辊轮 10、链条 11、主动链轮 12、牵引架图4-2 小型铲辊式花生收起装置结构 4.2 确定联合花生收获机结构与原理通过比较两种收获机，由于4H-2型的挖掘机构采用摆动形式的挖掘部件，所以花生收获机的犁土性能良好，犁出的花生植株上没有巨大的土块，花生荚果的收获率显著提高。由于结相关结构间预留间隙大，所以不会被未及时清理的花生植株堵塞，机器的稳定性大大提高；摘果后的花生秧蔓整齐铺放在田间地面上，方面后期对秧蔓的收集处理。4H-2型花生收获机结构设计合理、工作效率高与工作稳定等优点。小型铲辊式花生收起装置主要有如下优点: (1)、拥有的去土输送装置和齿杆组合形式做到可以调节，拥有四排或六排的不同组合形式，可根据实际花生植株疏密程度自由选择。(2)、花生秧蔓的运送角度可调节，固定输送轮组的角钢斜拉在横向机架上，可以通过调节斜拉长度对升运角度进行调节。(3)、通过调节连接螺栓来调整挖掘铲挖掘的角度和深度。结合两者优点，设计超精型联合花生收获机结构图4-3如下。1、铲刀 2、输藤轮 3、摘果刀片 4、碎土轮5、第一分土轮6、第二分土轮 7、第三分土轮 8、第四分土轮图4-3 联合花生收获机结构简图联合花生收获机系统原理分析：起耕刀将花生植株从花生行垄土壤中翻犁出，在扶苗器和拔苗轮的作用下将带土的植株运送到碎土系统中，在碎土轮上的齿在旋转力的作用下将土块打小、打碎，再通过摘果刀摘下花生荚果；在输带轮的作用下，花生荚果通过漏果筛清除残余的泥土和落叶，较为干净的荚果在清选后落入集果装置中，摘果后的植株藤蔓在输藤带的运送下排出收获机并整齐的排列在田垄上。经过联合花生收获机收获的花生荚果清洁度大于95%，花生几乎没有破损的情况出现，无漏角情况且剩余的花生藤蔓上也没有余留未采摘的果实。设计的联合收获机达到预期的收获效果。结合东风-12手扶拖拉机的实际动力输出情况，设计出动力系统，确定其传输原理。动力系统原理如图4-4所示。1、拖拉机皮带轮 2、第一变速齿轮箱皮轮 3、第二变速齿轮箱皮带轮4、绳芯三角带 5.碎土轮皮带轮 6.碎土轮链轮7.第一组分土轮链轮 8.变速齿轮箱图4-4 动力系统原理图5 相关零部件的结构设计与计算5.1 具体机架结构和制造要求鉴于刚挖掘的花生植株带有大块泥土，整个植株整体质量较大，如果平行输送会造成输送轮受力过大。在参考其他花生收获机械的机架和查阅相关标准资料之后，综合考量得出有一定倾角的机架最好，倾斜角度如图5-1所示。图5-1机架侧边结构5.1.1 机架的生产要求机架是花生收获机主要的支撑结构，由于结构的一体性，如果机架出现主要结构的损坏，将会产生高昂的机器维修费用并且维修难度很大、耗时长，严重影响生产。为了保证机架的结构强度，机架的生产需要严格按照标准的生产流程。生产完的机架要达到设计工艺要求的刚度标准，不能因为强度过低的原因而在工作过程中出现裂纹甚至断裂的现象。生产的机架要达到图纸标注的尺寸，尺寸精度也要满足公差范围，不能因为尺寸问题导致机械组装的不成功或者成功组装的机械达不到规定的使用寿命。由于机架的焊接材料多为薄板钢材和角钢，所以建议使用明弧焊接的方法。使用明弧焊接的优点有很多，由于焊熔池可见度高，可以采用全自动或半自动机器人焊接，焊接效率可以大幅度提升。焊接完成地焊缝要无残余焊料，能通过超声波检验没有裂纹存在。焊接时会产生一氧化碳、硫化物等有毒气体，所以厂房要空气流通。因为强风会影响明弧焊接的焊接质量，所以厂房中不能产生强风。根据设计的规范要求，查询相关的焊条参数，比较分析后选择型号为E4323的焊条。此种焊条钛钾元素含量高，焊接时产生的焊弧无跳动；焊接完的焊缝质量高，无气泡、裂纹，是焊接薄板型低碳钢、角钢的优质焊条。图5-2机架具体正视结构图5-3机架俯视结构5.2 荚果采摘刀的设计 图5-4荚果采摘刀结构简图在荚果采摘刀具设计之前，应充分考虑花生植株在土壤中的生长情况并考虑到起耕以后花生植株在机械内部的位置状态。由于花生荚果分布在植株根部1.52cm的地方，刀尖的部位至少要深入土中1.5cm的地方，也就做到了避免花生藤蔓或其他杂草缠扰刀具的情况出现。刀尖后部的流线型弧度设计，有效的减少了土壤对刀具产生的阻力，使土壤能够顺利的送入到碎土机构中。由于摘果刀具的存在，减小了土块密度，土壤在进入碎土齿轮之后不会出现堆压的状况，大大提升了碎土机构的碎土效率。考虑到碎土齿轮打碎花生荚果情况的出现，于是预留了90mm摘果刀具到第一组碎土齿轮间的距离，有效的增加了花生荚果的摆动幅度，降低了碎果情况出现。增大摘果刀具的后侧曲率是为了达到逐步依次摘果，减小刀具的应力，防止摘果刀具出现弯曲变形。机架上为摘果刀具预留的安装长度为380mm。摘果刀具的尖端于整个刀具的中心持平，距离起耕刀具60mm（因为起耕刀具入土深度为80mm）.整个摘果刀具在第二组碎土齿轮的上方位置。考虑到刚度、耐磨性能等性能参数之后，摘果刀具的制造材料选择了65号Mn钢。刀具刀尖部位硬度相对较高，要使用淬火处理，洛氏硬度要达到5060之间。5.3 碎土齿轮的外形及功能要求图5-5碎土齿轮结构简图碎土齿轮的结构如图5.3-1所示。碎土齿轮的作业部位位于起耕刀后方，承担着最主要的碎土工作，是碎土系统中极其关键的零部件。它采用了齿轮距10mm、长度55mm和35度倾斜的八面轮齿设计。由于多组斜齿交叉运动，夹带荚果的大土块会被粉碎成细小的土壤，荚果却不会破碎。再机器的抖动下，大多数泥土会被输果筛漏出。多组齿轮间的斜齿形成的三角形破碎区域可以有效地防止土壤重新粘合成条状，使得碎土机构适用于不同种类的土壤粉碎。为了碎土齿的耐磨性，斜齿的尖端部位要使用淬火处理。第一组碎土齿轮安装部位在起耕刀之后，齿轮尖要高出起耕刀35mm。由于摘果刀片就在第一组碎土齿轮的上方，经过考量90mm的距离为最佳距离，能够使土块顺利进入碎土机构而又不影响花生荚果的采摘。其他碎土齿轮使用偏心轮提供动力和震动，负责残余土块的粉碎和筛选。5.4 挡果盖板结构和简易要求图5-6挡果盖板的结构为了减少荚果与土壤的任意扩散，挡果盖板设计为波浪形的弧线。因为波浪弧形的出现不仅能够帮助增强碎土效果，错位安装的部件还能使土块在惯性力的作用下保持对碎土齿轮地连续撞击，加大碎土的力度，使得土壤更细更容易筛除。因为机架存在12度的倾斜，所以挡果盖板也与水平线形成12度的夹角，倾斜的存在不仅可以放缓荚果与土壤输送的速度以增加分离的几率，而且大大的保证了荚果的完整性。5.5 起耕刀的结构设计图5-7 起耕刀的结构起耕刀是花生挖掘功能实现的最重要部件，由于耕犁花生植株与土壤中的沙粒、石子长时间摩擦，是整个花生收获机械中最易损坏的部件。为了更换刀具的方便，本设计采用了可换的连接结构。起耕刀的两个端面都做了开刃和倒角处理，有效地减少了对花生荚果的挤压而造成的破损。一边的刀刃磨损后也可更换使用另一边的刀刃，极大的延长了起耕刀具的使用寿命。起耕刀起耕花生植株时并不是将整块土壤送入采收机，而是在拔禾器和拔禾轮的作用下将已经翻犁出的花生植株从土壤中拔起。这种设计就可以达到减轻碎土机构和清选机构的负荷，提高了荚果的清洁度。5.5.1 起耕刀耕犁时的角度分析起耕刀具以不同起耕角度耕犁花生植株时的效果极为不同。当以小角度耕犁时，入土困难且耕犁出的带土植株输送较快，拔禾器和拔禾轮抖落的泥土变少，增加了碎土量；反之当以大角度耕犁时，虽然起耕刀入土容易但所受到的土壤摩擦力增大，带泥土的植株输送缓慢，容易造成植株堵塞进口。本设计将对耕犁角度进行分析计算。我们使用达朗伯公式进行计算： (5-1) 公式 P-耕犁出的花生带土植株输送时所受到的力 起耕刀具对上层土壤的作用力； 起耕刀具和上层土壤的摩擦力； 耕犁出的花生带土植株所受到的重力； 起耕刀入土的上角； 花生植株所带上半部分土壤对起耕刀的摩擦力,是耕犁时花生植株与起耕刀表面的摩擦角度。公式的简化结果是：(5-2)由上述公式可以得出P，随着起耕刀犁入土壤的角度的加大而增长。在不同种类的土壤中耕犁时，耕刀以不同角度入土对犁出花生植株所需力P的影响如图5.5.1-1所示。由图可知的值很小时，曲线的斜率较小，曲线变化平缓。当的值很大时，曲线斜率很大，曲线变化快速。图5.5.1-1 起耕刀角度、阻力、长度的关系分析图5.5.1-1还可以得出，相对质量较重的土壤种类比相对质量较轻的种类更容易受到影响。当起耕刀入土角度的值很小时，输送力P的相反阻力变化不够明显。由图可以看出，当的数值大于26。时，输送力P的阻力变化显著，因此起耕刀起耕的角度应该是。5.5.2 起耕刀刀具面的宽度计算起耕刀刀面的宽度是由花生具体的种植情况确定，会受到花生种植的垄宽、行距等种植技术参数的影响。国内大部分的起耕刀断面宽度为40mm600mm。具体计算公式如下： （5-3） 式中 b（mm） （mm） d收获机运行偏差，取d=5080mm。由此计算得出B1=45mm。6 碎土轮链相关参数的计算碎土轮工作时效率比取92%，其功率为：（6-1）（6-2）通过计算得知，第一组碎土轮受到中等程度的载荷所产生的冲击。6.1.计算传动链轮的相关参数 先关资料显示链轮速度取：38m/s 小链轮取动齿数量：（6-3）求得传动链轮齿轮齿数为：6.2链轮传动的功率Pcaa2+b2=c2查询相关资料可知： （6-4） = =6.3传动链条的链接数Lp链条的中心距离：（6-5）传动链条链节数的计算： 于是传动链条的节数： 节6.4计算传动链条的链条节距P查询相关资料的出：（6-6） 计算结果显示选用单排传动链。查寻有关表格取得单排链条的系数所以求出传动链条传送植株需要的功率：（6-7） 传动小链轮 由有关资料取得链号08A的单排传动所以传动链节距 P=12.70m6.5计算传动链长L及链条中心距a（6-8）（6-9） 中心距减少量：（6-10） 实际中心距：（6-11） 推荐取验算：（6-12） 计算结果与原假设值相等。6.6由相关传动链条来设计传动链轮：6.6.1小链轮的计算（6-13）a、分度圆直径：b、齿顶轮直径：（6-14） （6-15） 取 c、分度圆齿高：（6-16） （6-17） 取 d、齿根圆直径：（6-18） e、齿侧凸缘直径：(其中为内链板高度，)（6-19） 6.6.2大链轮的计算： a、分度圆直径 b、齿顶圆直径 c、分度圆齿高 d、齿根圆直径 e、齿侧凸缘直径（6-20） 小型联合花生收获机在正常作业时所受到的载荷为中等冲击。查询资料得出选用小链轮的齿数为Z1=21且材料为20号钢时，齿轮最为造价低廉、精简耐用。热处理：渗碳，淬火，回火齿面硬度：HPC50606.7 分土轮轴的设计与校验图6-1 分土轮轴装配结构由于分土轮轴为传动与承载载荷的主要部件，所以我们需要验证轴的强度和刚度。在考虑轴的耐磨性的前提下，我们通常选用性价比较高的45钢作为原材料生产轴。在加工调质后的轴一般应达到=，在查阅一些资料结合分土轮的设计，最终确定轴的直径为30mm。（1）链轮所受的作用力转矩（6-21） 59.88mm 圆周力 径向力 轴向力 （2）轴承的主要截面弯矩与支反力（6-22） 截面处弯距为（6-23） （6-24） 图6-2 轴受力简图7 其他部分零件的简要说明及技术要求7.1、拔禾器的设计拔禾器是一种为防止切割区外作物进入割台传动机构造成作物损失和传动机构堵塞的联合收割机割台分禾器。本设计中它的作用是将左边的藤与起耕藤分开并送到输藤带。7.2、拔禾轮的作用拔禾轮主要用于卧式收割机或联合收割机割台上，用以引导茎秆、扶持切割并清扫割台，防止已割茎秆在割刀上堆积而造成堵刀。拔禾轮有普通拔禾轮和偏心拔禾轮之分，其中普通拔禾轮已逐步淘汰。本设计采用偏心拔禾轮，拔禾轮的作用是将起耕的花生藤输送到输藤带，拔禾轮在工作时应垂直进入花生藤蔓中，防止直接敲打花生果实。7.3、上压藤板的设计它的主要作用是将拔禾器已输送到输藤带的藤苗压住，将藤压成“T”状。这样便于这个藤苗的输送过程中，使输送干净利落，不会发生藤苗的胶结现象。上压板置于齿轮箱下面，是由弹簧压板组成的。7.4、输藤带的设计及要求输藤带单长130cm（环接的长度65cm），宽7.5cm，齿长8cm，根宽6cm，尖宽3cm（如此下宽上窄有利于拖藤的进行）。齿片相距6cm，如果过密会影响排藤的过程，而希了则会导致阻力的增加，加大单齿的负担，影响输藤速度。因为它起着输藤摘果的重要作用，输藤轮的装位必须处在铲刀轴的中线部位（与摘果刀片前尖相处同位）。距土面的高度是18cm。7.5、夹、压藤板的设计及配置夹藤器分左上、下托，右上、下托，左边是输藤齿走廊，右边则是藤苗走廊，两边夹住藤，由齿片向后输送。7.6、果筛的设计果筛是由小铁条串成环形而成，条间相距为1cm，它前处第一碎土轮，后至机尾。作用是过滤掉已经粉碎的泥土和少量断裂的花生藤蔓、叶片，是花生荚果清选的主要结构之一。结论小型联合型花生收获机将两垄花生的藤、荚果和土壤同时犁起，在联合收获系统的作业下，将实现土壤的粉碎、果与藤的分离，在经过清选部件之后，实现花生的完整收获。它可以适合各种大小地块，土壤结构，地表形态地区的花生收获。能够实现花生的藤苗、果实和土壤三者同时起耕，之后花生植株和少量泥土进入喂入装置并依靠震动分离出泥土，并在摘果装置的作用下实现秧果分离，藤蔓由排秧机构排出，而荚果落在振动筛上，除去剩下的一点泥土和杂物通过输送带输送到集果箱里。经过收获的荚果由于几乎不含泥土、碎果，可上场直接晾晒，大大的缩短了花生的收获周期，为农民减少了花生收获不及时造成的发芽、霉变等损失。由于时间不足和前期准备不够充分，本设计有以下不完善的地
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