高速双动小型手扶式叶菜收获机设计与运动分析.pdf

第 卷 第 期 年 月 中国农机化学报 高速双动小型手扶式叶菜收获机设计与运动分析 秦广明 赵映 肖宏儒 金月 农业部南京农业机械化研究所 南京市 摘要 设计了一种高速双动小型手扶式叶菜收获机 该机通过偏心轮轴旋转运动来转换成割刀往复直线运动 解决传统旋转式 单动往复 式切割装置存在的功耗大 结构不紧凑 功率低 割台振动大等缺点 本文对该机具动力传动机构 割刀机构设计进行简述 通过系统的理 论分析和田间试验 对手扶叶菜收割机往复式切割器的主要参数进行试验研究 结果表明 往复式切割器可较好实现切割性能 切割速度 可达 作业速度 割刀高 切割速度比 刀齿间距 该手扶叶菜收获机往复式切割器可实现割茬整 齐 无撕裂 漏割 重割和堵刀现象 适于收割三叶菜 菠菜等柔性茎秆蔬菜 关键词 叶菜收割机 往复式切割器 传动机构 割刀机构 中图分类号 文献标识码 文章编号 秦广明 赵映 肖宏儒 金月 高速双动小型手扶式叶菜收获机设计与动力分析 中国农机化学报 收稿日期 年 月 日 基金项目 江苏省科技支撑计划 自走式叶类蔬菜智能收获机研发与集成示范 中国农业科学院创新工程 果蔬茶收获机械 江 苏省农机三新工程 智能蔬菜机械化育苗技术装备研究开发 江苏省农机三新工程 叶类蔬菜智能通用收获机研 发与集成示范 第一作者 秦广明 男 年生 江苏南京人 副研究员 研究方向为茶叶 蔬菜生产机械化 引言 我国是世界蔬菜生产大国 随着农村产业结构的 调整和蔬菜产业的发展 对蔬菜生产机械的需求日益 提高 年 蔬 菜 播 种 面 积 增 加 到 且每年以 速度增长 其中 叶菜类作物的 播种面积 占总播种面积的 产 量占蔬菜总产量的 目前 叶菜收获机的切 割刀片主要有 往复割刀 圆盘割刀 单动割刀等 此 类刀具各有利弊 往复式割刀相比其它刀具具有所需 动力小 作业稳定 结构紧凑 切割效率高等优点 所以 蔬菜收获机大多选取往复式割刀 本文设计一种小型 手扶式叶菜收获机 该机配以风机 皮带轮 减速齿轮 偏心轮轴等 通过双动往复式切割装置将柔性茎秆蔬 菜齐根切断 实现叶菜方便 快捷收获 总体结构与原理 高速双动小型手扶式叶菜收获机由 汽油 发动机 机架 动力传动系统 行走轮 切割装置 吹风 装置 菜叶收集装置组成 如图 所示 高速双动小型手扶式叶菜收获机的主要性能指标 和技术参数如表 所示 图 叶菜收获机总体结构 切割总成 机架 风机 操纵手柄 发动机 高度调节总成 车轮 叶菜收集板 表 主要性能指标 参数单位数值 动套动力 全长 全幅 全高 整机质量 割幅宽 轮距 切割装置设计 动力传动系统设计 高速双动小型叶菜收获机是将发动机转出扭矩转 中国农机化学报 年 化为割刀切割无能运动的机具 传动机构由离合线 离合线卡座 拨叉组合 皮带轮 张紧滚组合 皮带轮等 组成 其工作原理是 发动机启动驱动风机组合运转 皮带驱动轮与风机组合做成一体 离合线通过拨叉组 合拉动张紧滚组合件实现皮带的张紧与松弛 皮带轮 从动轮与齿轮箱主动轴通过螺母紧固 主动轴通过减 速齿轮轴 连轴器等将动力传递到偏心轴 从而带动连 杆驱动刀片作往复运动 完成切割作业 传动结构如图 所示 图 切割装置动力传动结构 下割刀 上割刀 上偏心轴轴承总成 上卡簧 轴承 割刀上箱盖 套管 主动齿轮轴 轴承 齿轮箱下箱盖 轴承 皮带 磁环垫块 平垫圈 六角螺母 从动皮带轮 轴承 齿轮箱上箱盖 螺柱组合 从动齿轮轴 轴承 毛毡 偏心轴 下卡簧 割刀下箱盖 轴承 下偏心轴轴承总成 切割装置主要是由上下割刀 偏心轴 偏心轴轴 承 弹性挡圈等组成 一对往复运动的动刀杆头通过 偏心轴轴承套嵌在偏心轴的上下偏心轮上 割刀由 刀杆 动刀片和刀杆头铆合在一起 动刀和刀杆做 成一体 刀杆和传动机构相连接 用以将动力传递给 动刀 偏心轴机构可看成两个偏心凸轮机构 其中 一个偏心凸轮带动上动刀运动 另一个偏心凸轮带 动下 动 刀 运 动 这 两 个 偏 心 凸 轮 的 偏 心 方 向 为 用来保证 个偏心凸轮所带动的两把动刀在任 一时刻的运动方向正好相反 这样两把刀才能完成 切割过程 刀片结构参数设计 动刀是叶菜收获机的核心零件 要求刀片的材料 硬度高 耐磨 耐腐蚀 具有一定的弹性 动刀常采用 光刃结构 光刃切割省力 割茬整齐 不漏切 不堵刀 不扯断撕裂茎秆 但刃口易磨损 动刀片的结构参 数有 刃部高度 切割角 即刃线的倾角 刃角 刀 片后宽 刀片前宽 如图 所示 图 动刀片示意图 刀片装配方案设计 动刀间隙的调整主要是动刀之间的间隙调整 双 刀都开有导向槽 导向槽内安装滑块 在导向槽中用 螺栓 平垫 滑块 螺母组合将双刀与刀具垫片和刀 具支撑板连接起来 导向槽 滑块用来约束上下动刀 做直线往复运动 刀具间隙通过螺母来调整 一般 不超过 一般情况下间隙不能过大也不能过 小 间隙过小 两把动刀不易运动 间隙过大 两把动 刀光刃不贴合 将不能完成切割 刀具间隙装配图如 图 所示 图 双动刀装配图 螺钉 平垫 螺母组合 刀具垫片 滑块 刀具支撑板 下割刀 上割刀 另外针对作物品种不同 收获割茬高度不同 设计 丝杆调节机构可通过调整机架来调整切割器高度 双动割刀机构设计 要想实现从旋转运动到双刀的往复直线运动 必 需有一个中间传动机构 本设计中间传动机构选用 凸轮机构 用于驱动切割刀片 双凸轮机构是广泛 用于农业机械领域切割器上关键部件 为使修剪箱 体结构更紧凑 双凸轮主轴设计成图 所示 上下凸 轮选用偏心轮 相位相差为 其运动简图如图 所示 由图 图 可知 凸轮轴做旋转运动 上下偏心 轮对称分布 因刀片处有水平约束 偏心轴的旋转运动 通过偏心轮转化为割刀的直线切割运动 同时因两偏 第 期秦广明 等 高速双动小型手扶式叶菜收获机设计与运动分析 心轮的相位相差 所以在任一时刻 上下两把动刀 的运动方向相反 完成切割过程 图 双偏心轮主轴结构图 图 凸轮机构 滑槽 割刀 偏心凸轮 双动割刀运动切割图 割刀切割速比 割刀切割速比 为割刀平均切割速度 与机具前 进速度 之间的关系 式中 割刀切割速度 机具前进速度 割刀行程 凸轮轴转速 切割进距 割刀系数 双动刀取 将式 式 代入式 可得 最优的割刀切割速比可在收割过程中实现割茬整 齐 减少茎秆撕裂 漏割 重割和堵刀现象 切割图绘制 设割刀行程 相邻刀距 两 个刀片间隔 切割速比分别取 用 参考稻麦联合收割机绘制叶菜收获机切 割图如图 所示 切割图分析 从图 可以看出 轴 是动刀的切割起始线 轴 是动刀的切割终止线 区面积约占切割图面积 左右 区面积约占切割图面积 剩余面积为 区 其中 区为一次切割区 区为重割区 切割时 叶菜在刀片的左右扫描下发生横向倾斜 区为漏割 区 该区的叶菜将被割刀推向前方产生纵向倾斜 在下 一次行程的一次切割区内被切断 茎秆切割时存在 纵向倾斜 和 横向倾斜 且倾斜量越大 割茬越高 叶菜收获的损失也越大 图 割刀切割图 中国农机化学报 年 图 中 区所占面积的大小的主要因素是割刀的 进距 图 中 区的作物在割刀前一行程中没有被割 下而是被切割器推动向前弯曲 在下一个行程里 割刀 返回时 被切割 如果 区面积较小 则它对割茬高度 的变化影响不是很大 当割刀平均速度不变时 区 的大小取决于机器的前进速度 机器的前进速度 愈大 则 区愈大 从图 中三个切割图比较可以看 出 切割速比 减小时 则进距 增大 整个切割图形 拉长 区增加 如 时 区面积明显比另两 个大 而 时切割图中的 区面积明显减少 同 时根据大量试验及稻麦收获机割刀为参考 切割速度 比 时 割茬齐整 切割质量稳定 故确定双动叶 菜收割机的切割速比 结论 针对单动 圆盘式叶类蔬菜收获机收获效果不 佳的状况 设计了双动往复式切割装置及手扶式小型 叶菜收获机具 机具结构紧凑 作业效率高 动平衡性 优于单动 圆盘式蔬菜收获机 刀片往复次数比单动切 割器高一倍 对双动切割装置中的动刀片结构参数 割刀的 传动机构进行了设计和计算 为机具的整体设计提供 了理论指导 提出双动切割图绘制方法 分别选取 进行绘制 并进行对比分析 解析说明了切割 图的识别方法 确定切割速比为 并通过大量 试验证明 该速比作业效果最佳 可以降低割茬高度 减少叶菜收获损失 参 考 文 献 徐秀英 张维强 杨和梅 等 小型牧草收获机双动切割装置设计 与运动分析 农业工程学报 南京农业大学 农业机械学 下册 北京 中国农业出版 社 王定国 周全光 姜书金 等 机械原理和机械零件 北京 高