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200 年 月 第 期振动式马铃薯收获机的设计 付东辉 吴明清（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300）摘 要：本文设计的振动式马铃薯收获机是一种常用机械设备，能够高效的进行马铃薯的挖掘工作。本次设计能够大大的提高收获效率；可以减少人力物力，同时也节省时间。本课题设计的主要内容是振动式马铃薯收获机的设计。主要通过对原始数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了收获机的总体设计，振动原理的设计，分离装置的设计以及传动方案的选择等内容。在此基础上对马铃薯收获机机体的结构尺寸、传动比等进行了详细的计算和说明。关键词：振动式；马铃薯；设计；收获机中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：- 3 - 引言 马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。在国内，一向被国人视为不能登大雅之堂的马铃薯产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥为基本原料的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从各种渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也滚滚而来。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段马铃薯收获机是当代马铃薯收获不可或缺的设备。在进行田间马铃薯收获时，必须将土层里的马铃薯翻出再进行拣拾。 市场上的马铃薯收获装置挖掘效率低，费时费力。因为传统的马铃薯收获设备不能高效的进行挖掘收获，需要大量人力进行收获，而且工作后的土地成块状，马铃薯的拣拾还需要破碎土壤进行收获。因此根据这一情况，研制出了一种小型家用振动式马铃薯收获机。该振动式马铃薯收获机因其体积小、重量轻、结构简单，所以制造成本低，而且马铃薯挖掘效率高，只需要小型拖拉机进行牵引带动，就可以很好地进行马铃薯挖掘收获。 本文设计的振动式马铃薯收获机是一种常用机械设备，能够高效的进行马铃薯的挖掘工作。本次设计能够大大的提高收获效率；可以减少人力物力，同时也节省时间。本课题设计的主要内容是振动式马铃薯收获机的设计。主要通过对数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了收获机的总体设计，振动原理的设计，分离装置的设计以及传动方案的选择等内容。在此基础上对马铃薯收获机机体的结构尺寸、传动比等进行了详细的计算和说明。1 设计原理及机构1.1 设计原理根据我国马铃薯收获机的发展现状和存在问题以及未来马铃薯收获机的发展要求，我选择的是振动式马铃薯收获机的设计。家用振动式马铃薯收获机主要由动力输入装置、传动装置、挖掘装置、振动装置组成。其中，动力装置是通过人操作小型拖拉机进行牵引收获机提供动力，只需把马铃薯收获机通过三点悬挂连接在拖拉机上进行田间作业。先确定我国已有马铃薯收获机的类型，根据已有马铃薯收获机的原理及结构来进行设计振动式马铃薯收获机，使收获效率能满足家庭及小型企业生产的要求，也就是马铃薯收获机要能工作稳定，操作简便，成本低，保证挖掘率高，马铃薯完整率高，果实和土壤分离效果好等优点。 挖掘机通过家用小型拖拉机的三点悬挂方式进行马铃薯挖掘作业，挖掘铲和分离筛的振动动力由拖拉机动力输出轴提供动力输出，通过万向传动轴3经偏心轮8一端输入，偏心轮与另一端通过铰接臂与振动架的约束将动力传递给振动架7，振动架7的上下运动通过连接板带动挖掘铲9和振动分离筛5产生在机架内的上下往复运动，最终实现挖掘铲与分离筛同时的振动，完成马铃薯挖掘和分离，铺放于地面工作，从而完成马铃薯的分段收获作业。1.2 总体设计振动式马铃薯收获机结构示意，如图1所示。 1.轴承 2.正牵引架 3.万向传动轴 4.机架 5.振动筛 6.地轮 7.振动架 8.偏心轮 9.挖掘铲 图1 振动式马铃薯收获机主视侧视的整体结构示意图 Fig.1 Vibration type potato harvester马铃薯挖掘机主要应用于西南山区，小地块、坡度大、多石块等条件地块，其设计结构符合西南地区、小地块区域、小区育种等马铃薯种植的农艺要求， 该机采用偏牵引结构，以适应小垄马铃薯挖掘作业，避免拖拉机作业时压垄或挖掘机不能正对垄挖掘等问题的出现，提高马铃薯收获的效率和收获质量。该机主要技术参数如下列所示。其主要技术参数如下: 外形尺寸/mm：15508661050播种幅宽/mm：460播种行距/mm：800（可调）开沟深度/mm：100200（理论）开沟宽度/mm：6070（理论）转速/rmin-1：540配套动力/kWh-1：20kW以上的拖拉机2 关键部件设计2.1 牵引架设计马铃薯挖掘机不能正对垄进行挖掘作业，可以选择三点悬挂的牵引方式。这种牵引方式的设计使该机器有更好的通用性，可以满足多地区小地块的马铃薯挖掘作业。牵引架结构如图所示.1.上悬挂 2.下悬挂 3.万向传动轴 图2-1 牵引架 Fig.2-1Traction frame2.2 振动分离筛设计振动分离筛主要完成土薯分离工作，不同长度的杆条焊接在 U 型支架上，杆条间距 40 mm，振动分离筛通过弯板支架与摇臂相连接，在振动架的驱动下振动，筛面对挖掘的土薯混合物有抛起的作用，有较强的整机关键部件结构设计及运动学分析。2.3 其它部件挖掘铲主要完成土薯挖掘工作，挖掘机振动架 带动挖掘铲斜拉杆使挖掘铲前后摆动，挖掘铲尾部焊接 杆条，杆条间距 37.5 mm，杆条的主要作用是分离土薯避免挖掘铲与振动分离筛之间由于间隙过大使薯块掉落。采用一体式挖掘铲、三角铲韧，切土效果更好，挖掘铲两侧向上折起，可以避免薯块从挖掘铲的两侧漏出被机器挤压和被土壤覆盖。3 田间试验与结果3.1 试验基本条件 2014 年 9 月末在东北农业大学香坊农场试验基地（作业面积 2.5 hm2、黑黏土）、黑龙江省农业科学院试验基地（作业面积 4 hm2、黑黏土）进行了田间收获试验。试验地为旱地垄播，试验区的垄长长度大于 200 m，垄距为800 mm，垄高 250 mm，品种为：东农 303、东农 304、克新 9、荷兰 15、大西洋，垄播株距约为 200 mm，结薯深度为 150200 mm。马铃薯挖掘机配套动力为约翰迪尔 280 型拖拉机，功率为 20.6 kW。3.2 试验结果本收获机试验结果，如表1所示。表 3试验方案及试验结果Table 3 Test plan and experimental data试验号试验因素空列明薯率可靠性伤薯率Experimental factorsTestVacantObviousReliabilityInjurynumberABCcolumnrate/%/%rate/%11(2)1(0.6)1(9)190.7695.520.7212(0.8)2(10)292.2193.211.2313(1.1)3(12)394.3785.521.642(5)12396.4394.351.55223197.6888.921.86231291.8792.450.273(8)13295.3189.701.98321387.4694.530.49332190.3691.121.0选取 L9(34)正交表安排试验，因素 A 水平根据振动筛 倾角极限范围（010）选定。因素 B 水平根据机器实 际作业速度选定，4U1Z 型振动式马铃薯挖掘机设计要求 作业速度在 24 km/h 之间，B1 选定为 0.6 m/s，B3 选定 为 1.1 m/s，此时挖掘机作业速度约为 4 km/h，该因素范 围的选定恰好满足设计要求的作业速度。因素 C 水平根 据拖拉机动力输出轴转速选定，拖拉机动力输出轴转速有540。4 结论1) 整机能够满足多种垄作地形工作，不受地表平整度所影响，入土深度大概在20mm左右。2) 本振动式马铃薯收获机首次提出了铰臂连接机构，可以实现各个指标参数的调节，本收获机机动土量在25%30%左右，土壤扰动性较小。3) 挖掘后的果实裸露在地表，完整度高，整个工作过程简单，抗干扰能力强。由于是单行收获，所以效率稍微低一些。参考文献：1 王公仆.保护性耕作技术与机具M.北京:化学工业出版社,2004:119-141.2 高焕文,李问盈,李洪文.中国特色保护性耕作技术J.农业工程学报,2003,19(3):14.3 贾延明,尚长青,张振国.振动式马铃薯收获机设计研究J.农业工程学报,2002,18(1):78 -82.4 李洪文,陈君达,邓 健,等.旱地马铃薯收获机械化保护性耕作技术及机具研究J.中国农业大学学报, 2000,5(4):68-725 孙福辉,封 俊,宋卫堂,等.中国马铃薯栽培史考略J.农业机械学报,1998,8(29):31-34.6 徐迪娟,李问盈,王庆杰.4UM-640型振动式马铃薯 挖掘机的设计与试验J.干旱地区农业研究J 中 国农业大学学报,2006, 11(3):75-787 姚宗路,王晓燕,李洪文,等.影响振动式马铃薯挖掘机作业性能的主要参数J.干旱地区农业研究,2005,23(5):46-51.8 张波屏,现代收获机械工程M.北京:机械工业出版社,1997:190-203.Design of the Divided No-till Wheat PlanterLi Haijian, Li Hongwen, Li Wenying, Yao Zonglu （College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China）Abstract: A new design of the divided no-till wheat planter has been accomplished by China agricultural University aimed to solve the extremely important problem of the double cropping area in North China, where the planter can easily be walled up by standing maize stubble when sowing the winter wheat. The combine anti-blocking mechanism composed of strip- rotary tillage and the planting unit of single-disc opener. The machine can finish the operation of stubble chopping, furrow opening, seeds and fertilizer placement in one pass. The main structures include fertilizer application system, connecting rod system and planting system. Field test shows that the machine works well when plant in standing maize stubble field and the soil disturbance is about 25% to 30%. The working quality satisfies the requirement of agronomy and the design of structure is completely in reaso