（农业机械化工程专业论文）烟草打顶机的研究.pdf

目录 摘要】【 a b s t r a c t 2 1 绪论4 1 1 课题的研究目的和意义j 4 1 2 国内外烟草机械的研究现状及趋势5 1 2 1 国外研究现状5 1 2 2 国内研究现状。6 1 2 3 发展趋势6 1 3 国内外烟草打顶机械研究现状及趋势7 1 3 1 国外研究现状7 1 3 2 国内研究现状8 1 3 3 发展趋势8 1 4 课题来源及主要研究内容9 1 4 1 课题来源9 1 4 2 主要研究内容9 1 5 研究方法及技术路线9 1 5 1 研究方法9 1 5 2 技术路线9 1 6 本章小结1 0 2 烟草打顶机动力的选择1 2 2 12 z y l j 1 型履带式多功能作业机总体结构1 2 2 22 z y l j 1 型履带式多功能作业机主要部件简介1 3 2 2 1 机架1 3 2 2 2 行走装置1 3 2 2 3 汽油机简介1 4 2 32 z y l j 1 型履带式多功能作业机主要工作参数1 4 2 4 烟草打顶机与多功能作业机配套作业1 5 2 5 本章小结1 6 3 烟草打顶机总体设计方案1 7 3 1 设计原则18 3 2 烟草打顶机传动原理1 8 3 3 主要工作参数的确定1 9 3 4 奉章小结2 0 4 烟草茎秆切削试验及打顶功率的确定2 1 4 1 烟草茎秆切削试验2 1 4 2 打项功率的确定2 4 4 3 本章小结2 5 5 烟草打顶机的设计2 6 5 1 切割方式的选择2 6 5 1 1 水平旋转切割2 7 5 1 2 倾斜旋转切割2 7 5 1 3 垂直旋转切割2 8 5 2 烟草打顶机结构及工作原理2 9 5 3 烟草打顶机主要参数确定3 0 5 4 割刀设计3 2 5 4 1 割刀结构3 2 5 4 2 工作原理3 3 5 5 皮带轮设计3 6 5 6 传动轴和锥齿轮设计3 9 5 6 1 传动轴结构设计3 9 5 6 2 锥齿轮结构设计4 2 5 7 割刀防护罩和烟芽输送管设计4 5 5 8 烟叶防护板设计4 6 5 9 轴套与轴套支座设计4 7 5 1 0 高度调节挂载部件设计4 7 5 1 1 本章小结4 8 6 关键部件的校核。4 9 6 1 用安全系数法对传动轴i 进行校核4 9 6 2 齿轮强度的有限元分析5 4 6 3 本章小结5 7 7 样机试制与田间试验5 8 7 1 样机试制2 5 8 7 2 田间试验5 9 7 2 1 试验条件5 9 7 2 2 试验要求5 9 7 2 3 试验仪器6 0 7 2 4 试验结果6 0 8 结论与展望6 l 8 1 结论6 l 8 2 展望6 1 参考文献6 2 附录6 8 致谢7 l 攻读学位期间发表论文情况7 2 i l l 山东农业犬学硕士学位论文 摘要 烟草是我国重要的经济作物，每年为我国带来可观的经济效益。目前， 我国烟草种植在耕整、起垄施肥、移栽、采收、编烟、残秆处理等环节已 经有了相应的机械，但是相应的田间管理机械仍旧缺乏，特别是在打顶作 业这一环节仍旧由人工来完成，费时费力，严重影响了烟农种烟的积极性， 不利于烟草行业的发展。为了解决这一问题，研究设计了一种烟草打项机， 实现了烟草田间机械化打顶。 烟草打顶机由传动系统、烟叶防护板、割刀防护罩、旋转盘、割刀、 高度调节挂载部件组成。挂载在2 z y l j 1 型履带式多功能作业机上，以 2 z y l j 1 型履带式多功能作业机上的汽油机为动力，由汽油机通过变速箱 变速后将动力传递给传动箱皮带轮，经过两级皮带传动后由锥齿轮改变传 递方向，最终实现割刀旋转，切下的烟芽在离心力的作用下通过烟芽输送 管进入到烟芽收集箱内。 分析了几种打顶方式的特点，确定采用垂直切割作为割刀切割方式， 高速旋转的割刀对烟杆进行切割，在割刀防护罩下侧开有茎秆卡槽以增加 支撑力。通过运动学分析，建立了割刀各点的运动方程，并分析其运动性 质。在s o l i d w o r k s 环境下，采用c o s m o s w o r k s 对重要零部件进行应力分 析及变形分析，得到了应力、应变云图，对零部件进行了优化设计。 在理论分析的基础上，完成了样机二维和三维图的绘制，并在青州华 龙机械科技有限公司完成了样机的生产试制和田间试验，试验结果表明， 烟草打顶机能够满足烟草田间打顶作业要求，可以根据烟草高度的不同调 整打顶高度，烟草打顶机的各项性能指标均能达到设计任务书要求，打顶 效率高，伤叶率低，实现了烟草田间机械化打顶。 关键词：烟草；打顶机；田间试验 烟草打顶机的研究 a b s t r a c t t o b a c c ob r i n g sc o n s i d e r a b l ee c o n o m i ce f f e c tt oo u rc o u n t r ya sa l l i m p o r t a n tc a s hc r o po fo u rc o u n t r ye v e r yy e a r o u rc o u n t r yh a sa l r e a d yt h e a p p r o p r i a t em a c h i n e r y i nt h e t i l l a g e ，r i d g ef e r t i l i z a t i o n ，t r a n s p l a n t i n g ， h a r v e s t i n g ，c o m p i l e dt o b a c c o ，r e s i d u ed i s p o s a la r e a sb a ro ft h et o b a c c og r o w n n o w ，b u tt h ec o r r e s p o n d i n gf i e l dm a n a g e m e n tm a c h i n e r yi ss t i l ll a c k i n g ， e s p e c i a l l yt o p p i n go p e r a t i o ni ss t i l lc o m p l e t e db ya r t i f i c i a l ，i ti sn o tc o n d u c i v e t ot h ed e v e l o p m e n to ft o b a c c oi n d u s t r yb e c a u s em a n u a lt o p p i n gs e r i o u s l y a f f e c t e dt h ee n t h u s i a s mo ft o b a c c of a r m e r sd u et ot i m ec o n s u m i n g i no r d e rt o s o l v et h ep r o b l e m ，am a c h i n ef o rt o b a c c ot o p p i n gi sd e v e l o p e d t h em a c h i n ei s m a i n l yc o m p o s e do ft r a n s m i s s i o ns y s t e m ，t o b a c c o p r o t e c t i o nb o a r d ，c o v e ro fc u t t i n gk n i f e ，r o t a t i n gd i s ko fc u t t i n gk n i v e sa n dt h e c u t t i n gk n i f e ，h e i g h ta d ju s t a b l em o u n tc o m p o n e n t s i ti sm o u n t e da c r o s st h e u p p e rb e a mo f2 z y l j - 1m u l t i - f u n c t i o no p e r a t i o nt r a c k e dm a c h i n eo p e r a t i n g ， t h eg a s o l i n ee n g i n eo f2 z y l j 1m u l t i - f u n c t i o no p e r a t i o nt r a c k e dm a c h i n e s u p p l i e sp o w e r ，i ti sc o n n e c t e d 埘t ht h et r a n s m i s s i o ns p e e dp u l l e yt h r o u g h c h a n g eg e a rb o x b e v e lg e a rc h a n g e t h et r a n s m i s s i o nd i r e c t i o n t h r o u g h t w o s t a g eb e l td r i v e ，u l t i m a t e l ya c h i e v i n gr o t a t i n gc u t t e r t o b a c c ob u d sa r e s e n ti n t ot h et o b a c c ob u dc o l l e c t i o nb o xu n d e rt h ee f f e c to fc e n t r i f u g a lf o r c e t h r o u g ht h ep i p e l i n e a f t e ra n a l y z i n gav a r i e t yo fs e v e r a ld o z e nt o pf o r m ，e v e n t u a l l y ，t h e v e r t i c a lr o t a r yc u t t i n gw a su s e df o rc u t t i n gk n i f ew h i c hu s i n gh i g h - s p e e d r o t a r yt oc u tt o b a c c or o di nt h ec a s eo fas t e ms l o tu n d e rt h es i d eo ft h es h i e l d t oi n c r e a s ei t ss u p p o r t u s i n gt h ek n o w l e d g eo fk i n e m a t i c s ，m o t i o np a r a m e t e r e q u a t i o n so fc u t t i n gk n i f e i s e x p r e s s e d ，a n dt h e i ra t h l e t i c c h a r a c t e r sa r e a n a l y z e d i ns o l i d w o r k se n v i r o n m e n t ，u s ec o s m o s w o r k st oa n a l y z e t h e f o r c ea n dd i s t o r t i o no fi m p o r t a n tt r a n s m i s s i o n p a r t s ，g e tc o r r e s p o n d i n g a n a l y z i n gc h a r t s t h e n t h e d e s i g no fe v e r yp a r tc a n b ef u r t h e ri m p r o v e d 2 a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i s b a s e do nt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t w o d i m e n s i o n a la n dt h r e e - d i m e n s i o n a l d r a w i n g so ft h ep r o t o t y p ew e r ec o m p l e t e d m e a n w h i l e ，p r o d u c t i o nt e s t a n d f i e l dt r i a lo ft h ep r o t o t y p ew e r ec o m p l e t e di nq i n g z h o uh u a l o n g ( g r o u p ) m a c h i n e r yc o ，l t d a f t e rt h ep r o t o t y p e sf i e l dt r i a l ，i tp r o v e dt h a tt h em a c h i n e f o rt o b a c c ot o p p i n gc a l l m e e tt h eo p e r a t i o n a lr e q u i r e m e n to ft h et o p p i n g t o b a c c of i e l da n dt h et o p p i n gh e i g h tc a nb ea d j u s t e da c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n t t o b a c c o h i g he f f i c i e n c y o ft o p p i n g ，l o wl e a fi n j u r ya c h i e v e dt o p p i n g m e c h a n i z a t i o no ft h et o b a c c of i e l dw h i l ea l lk i n d so fi n d i c a t o r sa c h i e v e dt h e r e q u i r e m e n t so f t h et a s kb o o k k e y w o r d s ：t o b a c c o ；m a c h i n ef o rt o p p i n g ；f i e l d t r i a l 烟草打顶机的研究 1 绪论 1 1 课题的研究目的和意义 烟草是我国重要的经济作物，烟草种植是以采收烟叶为目的的，烟叶 质量是烟草最重要的指标，它是一个复杂的综合性概念，包括外观质量、 内在质量、物理特性、化学成分和安全性等诸多方面，各方面质量指标的 平衡协调程度决定烟叶的工业使用价值，即所谓烟叶的可用性( 闰克玉等， 2 0 0 3 ；刘丽等，2 0 0 7 ) 。 近年来，由于农业产业结构调整和农村经济发展水平的提高，出现了 农民种烟积极性不高、种植面积不稳定等问题，烟叶生产形势不容乐观。 据统计，目前我国烟区生产成本在8 0 0 - 1 0 0 0 元亩，其中农民用工成本 没有完全计算在内，如果加上烟农自己的人工费用，生产成本高达1 3 0 0 - - 1 5 0 0 元亩。导致烟叶生产成本较高的主要原因除了化肥、农药、地膜和 煤炭等烟用物资成本较高之外，随着适度规模化种植的发展，土地租金和 聘用劳力的投入也在逐渐增加，特别是在抢时移栽、打顶、施药和采收等 环节，用工价格也水涨船高，这无疑增加了成本支出，加重了烟农的负担。 因此，开发简单适用的烟草生产机械，特别是针对目前发展较快的农场式 生产和适度规模化种植方式开发可操作性强的小型机械设备，具有十分重 要的推广应用价值。研制开发的小型烟草生产机械除了在山东烟区进行推 广以外，适合的产区面积将会超过我国常年植烟面积( 1 5 0 0 万亩) 的一 半以上，即8 0 0 - 1 0 0 0 万亩，按照每1 5 - - 2 0 亩需要l - - 3 台各类适用机械 设备计算，加上新型设备更新换代因素，市场需求量非常大。山东烟区 2 0 0 7 年农场化种植规模已经达到3 0 以上，潍坊烟区的户均种植面积达 到1 1 亩以上，今后适度规模种植和农场化种植是全国烟区的必然发展趋 势，降低劳动强度，提高烟草种植和烘烤加工、运输、储藏等环节的机械 化和智能化水平是亟待解决的关键问题。 目前，影响烟叶质量的主要因素有栽培密度、深栽培土追肥、生物有 机肥、打顶技术、成熟采收与烘烤技术。我国在这些方面技术已经相对成 熟，但相应的田间管理机械比国外发达国家要落后很多。近几年，通过引 进、消化和吸收，国内对整地起垄、旌吧覆噤、炯苗移栽、编炯机械方而 4 山东农业大学硕士学位论文 的研究有了很大进展，部分机械还有多种作业功能，以提高机械的利用率 ( 陈恩明等，2 0 0 8 ) ，但是在打顶、烟叶采收、残秆处理等方面的机械还 处于起步阶段，其中打顶这一环节直接决定了烟叶采收质量的好坏，我国 烟草打顶一直处于人工作业阶段，劳动强度大，作业效率低，不利于烟草 农业的发展。 针对上述问题，研制出简单适用的烟草打顶机械对于提高烟田作业效 率、减轻农民负担，促进规模化种植和现代烟草农业的发展，确保烟农和 商业部门获得较好的年度利润具有重要的现实意义。 1 2 国内外烟草机械的研究现状及趋势 1 2 1 国外研究现状 国外在3 0 年代就已经对烟草机械进行研制，目前已在烟草移栽、烟 叶采收、起垄施肥喷药、田间管理等方面研制生产了很多功能先进的机械， 部分机械普及率相当高。 ( 1 ) 烟草移栽机械：国外已经开发白走式全自动烟草移栽机，具有自动 调节株距和种植深度的功能，但仍需要人工投苗。 ( 2 ) 烟叶采收机械：目前烟叶采收过程已基本实现机械化，日本在烟叶 采收机械化作业上开发出了a p 1 型多功能烟田专用机械。 ( 3 ) 烟田起垄覆膜施肥喷药开穴机械：由于劳动力费用的增加和科学技 术水平的提高，以美国为首的西方发达国家率先对烟叶生产机械化进行了 研究，烟田整地起垄施肥机械应用比较广泛。 ( 4 ) 烟草田间管理机械：以美国为代表的烟叶生产技术发达国家，烟叶 生产的各项农事操作都已实现机械化，从翻田整地、起垄盖膜、土壤消毒、 施肥除草、中耕松土、培土、施肥、喷药等各个环节都有与之相适应的农 业机械来完成，而且机械化普及率相当高。 ( 5 ) 烟草残秆处理机械：美国和加拿大等发达国家已经基本实现了烟草 残秆处理机械化，而且烟草残秆处理往往和烟叶收获一起进行。 ( 6 ) 编烟机械：国外未见公开的专利和研究文章，但在日本、巴西均有 编烟机产品，采用链缝工艺。 烟草打顶机的研究 1 2 2 国内研究现状 我国烟草田间机械的发展水平很低，近年来虽然研制了很多新型机 械，但是大部分作业功能单一，作业水平不高，严重影响了烟叶生产。 ( 1 ) 烟草移栽机械：我国在秧苗移栽机械方面的研究开发工作始于2 0 世纪6 0 年代，并且发展缓慢( 孙重泽，2 0 0 2 ) 。 ( 2 ) 烟叶采收机械：我国对烟叶采收机的研究起步晚，发展速度慢，目 前只有青州华龙机械科技有限公司生产半机械化的简易烟叶采收机。 ( 3 ) 烟田起垄覆膜施肥喷药开穴机械：近十几年来，我国各地对烟田起 垄、覆膜、施肥等机械进行了许多研究和开发推广工作，出现了各种各样 的作业机( 郭敦洲，2 0 0 3 ；杨旭亮，2 0 0 3 ) 。 ( 4 ) 烟草田间管理机械：我国主要使用粮食作物生产田间的管理机械进 行烟田机械化作业，但由于烟田生产特点与粮食作物生长特点差异性较 大，其作业质量和管理水平较低。 ( 5 ) 烟草残秆处理机械：在我国，拔除烟草残秆的劳动还完全依靠人工 来完成。 ( 6 ) 编烟机械：国内目前编烟机械的定型产品有1 项，公开专利2 项， 未见有关的研究文章，定型产品是河北青工缝纫机有限公司生产的烟叶链 缝机( 吴邦霖，2 0 0 4 ；张延春，2 0 0 5 ) 。 我国烟田机械化生产目前总体上仍处于一个较低的水平，要想实现我 国烟草田间机械化，任重而道远。 1 2 3 发展趋势 国内外烟草移栽机的发展趋势是研究开发与烟草栽培要求相适应的 全自动移栽机，并且能够实现机械化投苗。 西方发达国家的烟叶采收正在向全自动化和智能化方向发展。 烟田整地起垄施肥铺膜喷药开穴机械的发展趋势是进行产品定型研 究、规范化设计和标准化生产，提高产品的性能、可靠性和作业质量，降 低生产成本。 烟草田间机械发展趋势是提高烟田管理自动化水平，发展基于3 s 技术 的蛮帚智能设备。 6 山东农业大学硕士学位论文 编烟机械将运用缝纫技术中的链缝工艺，由半机械化向机械化发展。 1 3 国内外烟草打顶机械研究现状及趋势 1 3 1 国外研究现状 美国、加拿大和日本等发达国家早已实现了烟草打顶、抑芽和烟芽收 集的机械化联合作业，并已有定型产品。 1 9 7 2 年8 月，在美国专利“d e v i c ef o rt o p p i n gt o b a c c op l a n t s ( n o ：3 6 8 3 6 0 3 ) 中公开了一种可以安装在普通拖拉机三点悬架上的机械 式烟草打顶机( e l w o o dl e es m i t h ，1 9 7 2 ) ，实现了烟草打顶的机械化作业。 该装置虽然不能自动收集切下来的烟芽，但可以将烟芽疏导到地上，以避 免烟芽落在叶子上对叶子造成真菌损害。 1 9 7 2 年1 0 月，在美国专利“d e v i c ef o rt o p p i n gt o b a c c op l a n t s ( n o ：3 6 6 2 5 2 6 a 1 ) 中公开了一种新型的烟草打顶机( e l w o o d l e e s m i t h ， 1 9 7 2 ) ，它安装在普通拖拉机的三点悬挂架上，利用风机将烟草顶部以下 的烟叶向下吹，由u 型引导杆将烟杆送到割刀切割范围，由旋转式切刀将 烟芽切下，依靠离心力将烟芽从防护罩开口甩到地面上。 1 9 7 7 年9 月，在美国专利“t o b a c c ot o p p i n ga p p a r a t u s ( n o ：4 0 4 7 3 6 6 a 1 ) 中公开了一种烟草打顶机( j o h nb a l t h e s ，1 9 7 7 ) ，在打 顶机的前端有一个v 型引导装置，可以引导烟叶聚集到烟草打顶机的狭槽 内，安装在烟草打顶机顶端的风机垂直向下吹风使烟草上端的叶子向下折 弯，从而使烟草的顶端暴露出来便于切顶，切下的烟芽通过折向器进入到 卸料口内堆放在烟垄之间。 19 9 9 年，在美国专利“a p p a r a t u sa n dm e t h o df o rs i m u l t a n e o u s l y t o p p i n g a n da p p l y i n gap r e c i s i o na p p l i c a t i o no fs u c k e rc o n t r o lc h e m i c a l st ot o b a c c o a n do t h e rr o wc r o p s ”( n o ：5 9 8 7 8 6 2 ) 中公开了一种基于机电液一体化技 术的烟草自动打顶抑芽机( r a y m o n dc l o n g ，1 9 9 9 ) ，该机利用红外传感 技术和机器视觉技术实现烟草顶茬的自动识别定位，可以实现烟草机械打 顶、抑芽和烟芽自动收集的机械化联合作业。 2 0 0 2 年9 月，在美国专利“m e t h o da n da p p a r a t u sf o rs i m u l t a n e o u s l y t o p p i n gt o b a c c oa n dc o n t r o l l i n gs u c k e r sw i t hc h e m i c a l sa p p l i e dt oc u ts t e m s 7 烟草打顶机的研究 b ym e c h a n i c a lm e a n s ( n o ：6 4 4 6 4 2 0 8 1 ) 中公开了一种能同时进行切削和 喷射抑芽剂的机构( a r c hd o u g l a sw o r s h a m ，2 0 0 2 ) ，该机构包括一个能喷 射抑芽剂的刀片，刀片的下表面有一个抑芽剂源，刀片边高速旋转切割烟 芽边喷施抑芽剂。 在加拿大专利“t o b a c c ot o p p i n ga p p a r a t u s ”( n o ：1 0 2 6 5 6 5 和 n o ：3 6 8 3 6 0 3 ) 中公开了种可以安装在烟草收获机上的液压驱动式烟草 打顶机( b a l t h e s ，j o h n ，1 9 7 2 ) ，实现了烟草打顶和烟芽自动收集的机械化 联合作业。 1 3 2 国内研究现状 国内目前还没有对烟草打顶机的研究报道，更没有定型的机型。但与 烟草打顶机近似的棉花打顶机已有相关研究报道和定型机型。2 0 0 3 年， 胡斌等研制了3 m d 1 2 型棉花打顶机，采用半悬挂方式，可挂接在拖拉机 的后悬架上( 胡斌，2 0 0 3 ) 。拖拉机动力由万向节传至打顶机的变速箱， 再以带传动形式分配至6 组刀轴上，带动刀片旋转；扶禾器将棉苗主、侧 枝聚拢扶至刀片旋切范围内，刀片高速旋转切去枝顶；地面的起伏不平由 仿形地轮适应：棉苗高度则通过升降悬架高度和操纵液压升降调节机构来 实现整体仿形。实际田间作业试验表明，该机的作业效率是人工打顶的 4 0 倍，切顶过高或漏切率为3 7 5 ，茎叶损伤率为0 ，基本符合棉花机械 打顶的农艺要求。2 0 0 6 年，胡斌等又研制了3 m d y - 1 2 型前悬挂液压驱动 式棉花打顶机，较好地解决了原3 m d 1 2 型棉花打顶机中驾驶员不能根据 前方棉株的长势适时调节打顶高度和拖拉机底盘下两行打顶不彻底等问 题。拖拉机利用自身液压系统驱动打顶机的液压马达，然后再通过变速箱 和三角带驱动刀轴总成，带动刀片旋转( 胡斌，2 0 0 6 ) 。 1 3 3 发展趋势 国内外烟草打顶机的发展趋势一是向着打顶消毒抑芽和烟芽收集的 机械化联合作业发展；二是向着烟草植株高度自动识别、个体仿形、割台 自动升降、项茬自动识别定位和抑芽剂自动定位喷施的智能化、精准化全 自动作业发展。 山东农业大学硕士学位论文 1 4 课题来源及主要研究内容 1 4 1 课题来源 本课题研究内容取自山东省烟草专卖局( 公司) 科技攻关重大专项 “3 y d 1 型与烟田通用机架相配套的打顶机”( 项目合同号2 0 0 8 3 8 ) 。由 山东农业大学、山东潍坊烟草有限公司、青州华龙机械科技有限公司共同 承担完成。 1 4 2 主要研究内容 ( 1 ) 研究烟草茎秆切削，选择合理的切削方式并确定茎秆切削功率， 分析烟芽运动轨迹，便于对烟芽进行收集。 ( 2 ) 研究设计烟草打顶机总体结构，主要由传动系统、烟叶防护板、 割刀防护罩、旋转盘、割刀、高度调节挂载部件组成，传动系统将动力传 递给割刀，割刀旋转实现打顶功能，烟叶防护板保护烟叶并引导烟秆进入 到割刀切割范围，割刀防护罩保护割刀并引导烟芽进入烟芽收集管内。 ( 3 ) 对关键零部件进行受力分析并进行强度校核。 ( 4 ) 利用a u t o c a d 绘制样机二维图纸，经过s o l i d w o r k s 三维绘图进 行干涉检查，装配无误后进行样机试制，最后进行田间试验，考核整机的 运转和作业情况。 1 5 研究方法及技术路线 1 5 1 研究方法 调查了解国外烟草打顶机的结构功能和特点，借鉴国内外已有研究方 法和成果，通过理论分析、计算机模拟和运动仿真及试验分析，实现有关 技术参数的优化，绘制样机二维、三维图纸，制造样机并进行田间试验， 对样机进行检测。 1 5 2 技术路线 技术路线如图1 1 所示。 9 烟草打顶机的研究 1 6 本章小结 ( 1 ) 本章主要介绍了课题的研究背景、研究的目的和意义，国内外的 发展形势。 ( 2 ) 针对我国烟草打顶存在的问题，确定了本课题的研究内容和方法。 1 0 山东农业大学硕士学位论文 i绘制零件粤和装配图 样机试制 上 l 样机试验、调试 上 i 田间试验，课题鉴定 图卜1 技术路线 f i g 1 - 1t e c h n i c a lr o u t e 烟草打顶机的研究 2 烟草打顶机动力的选择 烟草打顶的高度要求是1 l o - - - , 1 6 0 c m 之间，烟草打顶的切割范围是将 顶部烟芽切下，顶部以下的烟叶和烟草茎秆不能受到损伤，因此应该将烟 草打顶机置于烟草上方，以便在切下烟芽的同时烟草能从烟草打顶机下方 顺利通过，为此应将烟草打顶机安装在烟田通用机架上。借助于青州华龙 机械科技有限公司生产的2 z y l j 1 型履带式多功能作业机可以实现烟草 打顶机的全部功能，2 z y l j 1 型履带式多功能作业机是一种专门用于烟草 田间工作的新型机械，它以汽油机为行走和工作动力，打顶后的烟草可以 从作业机的中间通过。 2 12 z y l j - 1 型履带式多功能作业机总体结构 2 z y l j 1 型履带式多功能作业机总体结构如图2 1 所示。可分为行走 系统、动力系统、机架三部分，为满足在烟草田间长时间稳定工作的要求， 动力系统选用汽油机作为动力源，该机动力强劲，电启动，污染小，易操 作噪音低，高效节能。为减小对土壤的压实程度，行走方式选为双履带式。 动力系统由汽油机通过变速箱变速后，采用v 型皮带无极变速输出分别 驱动两条履带行走，同时通过传动装置驱动各工作模块，实现田间作业。 汽 图2 - i2 z y l j 1 型履带式多功能作业机 f i g 2 - 12 z y l j 1t r a c k 哆p em u l t i - f u n c t i o n a lm a c h i n e 1 2 山东农业大学硕士学位论文 2 22 z y l j - 1 型履带式多功能作业机主要部件简介 2 2 1 机架 机架是动力系统、传动部件、行走部件和烟草打项机的载体，在机架 的中前上部安装有烟草打顶机，机架的作业跨梁右侧安装皮带轮，机架的 托架上安装汽油机和变速传动机构，机架的左右两侧下部安装履带式行走 机构，机架的后面安装操纵机构和驾驶座，机架各部分结构简图如图2 2 所示。 图2 - 22 z y l j 1 型履带式多功能作业机机架 f i g 2 - 2r a c ko f t h e2 z y l j 1t r a c kt y p em u l t i f u n c t i o n a lm a c h i n e 1 行走机架2 动力系统托架3 挂载圆钢4 作业跨梁 5 变速箱皮带轮支撑部件6 驾驶座支架 2 2 2 行走装置 行走装置为履带式行走方式，包括橡胶履带、导向轮、张紧装置、支 重轮、履带架和驱动装置。 烟草打顶机的研究 履带与地面接触，驱动轮不与地面接触。驱动轮在减速器驱动转矩的 作用下，通过驱动轮上的轮齿和履带链之间的啮合，连续不断的把履带从 后方卷起，借助地面给履带向前的反作用力使支重轮在履带上表面向前滚 动，从而使整机向前行走( 李春英，2 0 0 8 ) 。 履带式行走机构结构简图如图2 3 所示。 图2 - 3 履带式行走装置 f i g 2 3c r a w l e rw a l k i n gd e v i c e 1 驱动装置2 履带架3 支重轮4 张紧装置5 导向轮6 橡胶履带 2 2 3 汽油机简介 2 z y l j 1 型履带式多功能作业机选用汽油机作为动力，汽油机型号为 1 8 2 f 型，额定功率7 3 k w ，该机结构简单、体积小、质量轻、机动性好、 价格低廉、操作方便，该机通过联轴器与变速箱输入轴相连，一方面驱动 履带行走，一方面带动烟草打顶机实现作业功能。 2 32 z y l j - 1 型履带式多功能作业机主要工作参数 2 z y l j 1 型履带式多功能作业机的各项工作参数如表2 1 所示。 表2 1 主要工作参数 t a b 2 - 1m a i no p e r a t i n gp a r a m e t e r s 1 4 山东农业大学硕士学位论文 2 4 烟草打顶机与多功能作业机配套作业 图2 4 烟草打顶机与多功能作业机联合作业 f i g 2 4c o o p e r a t i o nw o r ko f t o p p i n gd e v i c 圮a n dm u l t i m a c h i n e 1 导向轮2 橡胶履带3 挡土板4 驾驶座支架5 驾驶座6 操作手柄7 操作扶手8 作业机机架 9 传动皮带防护罩1 0 挂载圆钢1 1 齿轮箱1 2 割刀防护罩1 3 传动轴1 11 4 烟叶防护板 1 5 烟草打项机皮带轮1 6 烟芽收集箱1 7 动力系统1 8 驱动轮防护罩1 9 行走轮2 0 履带起动架 烟草打顶机与2 z y l j 1 型履带式多功能作业机联合作业如图2 - 4 所 示。烟草打顶机由2 z y l j 1 型履带式多功能作业机上汽油机提供动力， 其输出轴通过联轴器与变速箱的输入轴相连，变速箱为双输出轴型，一侧 输出轴输出的动力带动皮带轮转动，经过齿带组合传动系统换向将动力传 递给割刀，使其实现打顶作业；变速箱的输出轴与工作轴之间用离合器连 接，通过离合器的啮合与分离，控制烟草打顶机的工作状态。另一侧输出 轴输出的动力通过皮带轮分级传动最终将动力传递给履带驱动轮，履带驱 烟草打顶机的研究 动轮带动履带行走，实现整机的自走。 2 5 本章小结 ( 1 ) 选择2 z y l j 1 型履带式多功能作业机作为烟草打顶机行走和工作动 力，介绍了其总体结构和工作特点。 ( 2 ) 介绍2 z y l j 1 型履带式多功能作业机的技术参数，为烟草打顶机的 研制提供了基础，设计了烟草打顶机和2 z y l j 1 型履带式多功能作业机 的配套作业方案。 一一 山东农业大学硕士学位论文 3 烟草打顶机总体设计方案 2 z y l j 1 型履带式多功能作业机的结构特点决定了烟草植株只能从 作业跨梁的中间经过，在烟草植株经过作业跨梁的同时，2 z y l j 1 型履带 式多功能作业机上各作业模块对烟草植株进行作业，因此，将烟草打项机 安装在作业跨梁的中上部，2 z y l j 1 型履带式多功能作业机上的传送皮带 为烟草打顶机传送动力。与2 z y l j 1 型履带式多功能作业机配套时烟草 打顶机整体作业过程如图3 1 所示。 图3 一l 烟草打顶机配套作业过程 f i g 3 - 1w o r kp r o c e s so f t h em a c h i n ef o rt o b a c c ot o p p i n g 烟草打顶机挂载在2 z y l j 1 型履带式多功能作业机的前方，作业机 沿着烟行前进，烟草打顶机将烟芽切下，烟草植株从作业机的中间通过。 烟草打顶机的技术状态要求就是机具装备完整，运转平稳，无异常响 声；连接牢固，紧固件无松动，无漏油现象；烟草打顶机工作时，割刀应 能适应地面起伏，其打顶高度调节范围满足使用要求。烟草打顶机的各运 转部件及外露动力传动轴应有防护装置；安装在旋转轴上的刀盘等旋转 件，必须有可靠的紧固装置，并锁紧牢固。割刀运转时，严禁人员靠近割 刀；作业过程中，烟草打顶机前方禁止人员靠近；作业之前检查地块，检 查地表高度是否落差太大；作业中遇故障，必须停车，切断动力后，方可 进行排除；作业前还应仔细检查烟草打顶机刀片、刀片锁紧螺母以及切割 部件有无磨损和损坏；烟草打顶机与2 z y l j 1 型履带式多功能作业机连 接时，2 z y l j 1 型履带式多功能作业机必须处于空档状态。 烟草打顶机的研究 3 1 设计原则 ( 1 ) 不同的烟草品种其打顶高度要求不同，因此烟草打顶机应满足不同 烟草品种打顶高度的要求，烟草打顶机高度调节范围为1 1 0 1 6 0 c m 之间。 ( 2 ) 作业行数为单行。 ( 3 ) 以2 z y l j 1 型履带式多功能作业机上的汽油机为动力，可靠性高， 工作时间长，作业质量高，能够满足烟草田间作业要求。 ( 4 ) 打顶方式为旋转式切割，由割刀防护罩上的茎秆卡槽对烟杆进行扶 持，割刀防护罩上有烟芽收集管，零件安装方便，容易拆卸，避免零件与 零件间破坏性的磨损。 ( 5 ) 整机结构简单、紧凑、轻巧灵活，便于维修，成本低廉，能够在相 对狭小的烟田内作业，操作容易，便于广大农民使用，适于在国内推广。 3 2 烟草打顶机传动原理 图3 2 所示，烟草打顶机由2 z y l j 1 型履带式多功能作业机上汽油机 提供动力，其输出轴通过联轴器与变速箱的输入轴相连，变速箱为双输出 轴型，- g f j 输出轴输出的动力带动输出皮带轮转动，输出皮带轮带动中间 皮带轮转动，经过烟草打顶机皮带轮和锥齿轮的方向转换，将动力传递给 割刀，割刀快速旋转，将烟草顶部烟芽切下，实现打顶功能。 烟草打顶机的传动原理如图3 2 所示。 山东农业大学硕士学位论文 图3 - 2 传动原理图 f i g 3 - 2s y s t e md r i v eo f t o o t ha n db e l tg r o u p 1 传动轴i2 烟草打顶机皮带轮3 中间皮带轮4 输出皮带轮 5 变速箱动力输出轴6 主动锥齿轮7 从动锥齿轮8 传动轴l i 3 3 主要工作参数的确定 国内目前还没有烟草打顶机的研究报道，该项目研究的烟草打顶机还 处于探索起步阶段，作业行数为单行，作业幅宽为1 2 m ，打顶时作业速 度为0 4 5 m s ，其主要工作参数确定如下： ( 1 ) 打项高度h 烟草打顶高度取决于烟草的生长高度和打顶的农艺要求，烟草打顶的 高低要适度，烟草打项的高低，对叶片大小和厚薄影响很大( 林中麟， 2 0 0