毕业设计（论文）-自走式叶类蔬菜收获机设计

毕业论文（设计）题目：自走式叶类蔬菜收获机的研制姓名：学院：机电工程学院专业：农业机械化及其自动化班级：学号：指导教师：2020年6月10日目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 自走式叶类蔬菜收获机的研制摘要蔬菜是人们日常饮食中不可缺少的食材，内含丰富的营养物质，在我国广泛种植；然而蔬菜的收获过程主要依靠人工来完成，作业效率极其低下、极大的提高了蔬菜的生产经营成本；本文针对这一普遍现象设计了一款自走式叶类蔬菜收获机器。该机器的设计主要是针对食用小油菜进行收获。本机器采用履带式行走系统、皮带输送装置、运用仿形轮与液压系统相互结合来控制收割高度。割刀采用往复式双动割刀且配有独立电机，传送装置以及拨禾轮的动力是发动机经各级传动装置变速后直接提供。在工作过程中，往复式双动割刀将油菜在根部割断以后被拨禾板向后抛送至传送带底部，依靠被割蔬菜之间的推挤作用力以及蔬菜和传送带之间的摩檫力传送到储藏箱，由此实现了对叶菜的低损伤和定点收集作业。关键词：自走式叶类蔬菜收获机整株收获技术参数DesignofSelf-propelledLeafVegetableHarvesterAbstractVegetableisindispensableingredientsinpeople'sdailydiet,whichcontainrichnutrientsandarewidelyplantedinourcountry.However,theharvestingprocessofvegetablesmainlydependsonmanualwork,whichisextremelyinefficientandgreatlyimprovestheproductionandoperationcostsofvegetables.Inthispaper,aself-propelledleafvegetableharvestingmachineisdesignedforthiscommonphenomenon.Thedesignofthemachineismainlyaimedatharvestingediblerape.Themachineadoptscrawlertypewalkingsystem,conveyorforbeltconveying,beltconveyorandthecombinationofprofilingwheelandhydraulicsystemtocontroltheharvestingheight.Thecutteradoptsreciprocatingdoubleactioncutterandisequippedwithindependentmotor,thepoweroftransmissiondeviceandreelisdirectlyprovidedaftertheenginechangesspeedthroughalllevelsoftransmissiondevice.Intheworkingprocess,thereciprocatingdoublemovingcutterwillcuttheraperootandthenbethrownbackbythereelplatetothebottomoftheconveyorbelt,whichwillbetransmittedtothestorageboxbythepushingforcebetweenthecutvegetablesandthefrictionforcebetweenthevegetablesandtheconveyorbelt,thusrealizingthelowdamageandfixed-pointcollectionoftheleafyvegetables.Keyword：Self-propelledLeafvegetableharvesterWholeplantharvestTechnicalparameter1绪论1.1研究意义我国有着大面积蔬菜种植区，而且蔬菜一直是中国人饮食中不可缺少的食材，不仅可以提供人体所需的多种维生素和矿物质等营养物质，而且蔬菜产业一直以来都是我国农业农村经济的重要支撑产业，关乎农民的钱袋子和城镇居民的菜篮子［1］。我国蔬菜种类多，种植面积大，2019年全国蔬菜种植面积突破3亿亩，总产量在7亿吨以上。蔬菜耕地种植与收获过程的综合机械化效率只有20%左右，其中耕地作作业的机械化效率达到25%，种植过程的机械化效率达到20%，而叶类蔬菜的收获过程中运用机械的数量却相当少，几乎没有［2］。近年来叶类蔬菜在我国蔬菜生产中所占的比例越来越大，由于叶类蔬菜品种的多样性、作业方式的复杂性、农艺的粗放性，收获作业仍然主要依靠人工完成，机械化水平低，作业效率极其低下，极大的提高了作业成本。随着叶类蔬菜产业不断发展和农村农民劳动力的日益短缺，发展叶类蔬菜收获机器技术与装备，可以提高叶菜的收获效率，缩短工作时间，提高菜农的经济效益；此外，机械化收获可以减少对蔬菜菜叶、茎的接触、加持，以至于减少对蔬菜的污染。因此，研究开发一款叶菜收获机器势在必行，对于提高叶类蔬菜的高效率、高品质收获具有重要意义。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状国内对叶类蔬菜收获机器的研究起步较晚，机械化收获水平低，与产业地位不相符，与产业地位不对应，有着较大的提升空间［3］。目前我国叶类蔬菜收获机器的研究仍处于初步研究探索阶段，未见有较为全面的大型叶菜类收获机器出现。江苏大学和镇江市农业机械技术推广站通过使用TA-XT2i新型质地物性测试仪对金花菜进行了一系列的力学特性实验，研制出了一款可以对金花菜实现机械化收获过程的机器。该机器采用往复式双动割刀，割刀动力由单独的直流电机直接提供，对叶菜的切割高度可以调整。由于金花菜非常轻小。所以研发人员设计收割过程采用风力吹送来将金花菜进行收集的工作。发动机和风机的转速可以在收获时根据实际情况通过控制手柄进行随机调节，机架后方配有收集装置。该叶类蔬菜收获机器工作时的收割效率最高可以达到950kg/h。收割后的地面比人工收割的更加平整，以便于后续的继续收割。于此同时这款叶菜收获机器有着通用性差，风力收集不能达到对叶菜的有序收获的缺点。图1-1金花菜收获机器1.支风管2.切割装置3.收割高度调节螺母4.主风管5.收割高度调节螺栓6.汽油机7.支撑杆8.前行走轮9.机架10.扶手11.支撑杆12.后行走轮肖宏儒团队通过采用电瓶为机器提供动力，设计研发出一款两轮行走的手扶式叶菜无序收获机器［4］。该蔬菜收获机器主要用于对鸡毛菜进行机械化的收获过程，这款机器工作性能可靠、收获效率很高高。收割过程中采用往复式双动割刀对鸡毛菜根部进行切割，使得叶菜根部切口相对平整；通过调节高度的装置可以对收割高度进行调节，在收获过程中将蔬菜的残茬留到最小，这使得收割的菜茎变长增加了蔬菜的收获产量。在收获过程中采用拨禾板辅助机器对叶菜进行收割，大大减少机器收获蔬菜时对叶菜产生的的损伤。本机器的前进速度和输送速度可以根据实际情况进行调节，切割宽度为600mm，捡拾率为85%，作业效率为800.4m由于蔬菜经过有序收获过程后质量有较大改善，运用对机器对叶菜实行有序收获也可减少蔬菜收获后在使用人工对其进行整理时间。现在我国对叶类蔬菜整齐有序收获的研究正在一步步加深，并取得了一定的成果。南京农业大学工学院设计开发了一款能够对茎叶同时进行收获的叶菜收获机器，该机器工作十分稳定可靠、结构也相当简单、效率高［5］。本机采用动力电机来驱动，收割高度可以根据具体的作业情况来随时随地进行调节。调整好切割高度的机器在运行过程中，由拨禾器将蔬菜向内收集，然后蔬菜被倾斜着输送到割刀位置进行切割，割后蔬菜由皮带继续输送到转向装置，在此时支撑力消失，根部受到转向装置的阻力，站立的蔬菜由此平躺进入收集箱。该机器实现了实现了对蔬菜的机械化有序收割过程。杜冬冬团队根据甘蓝的种植特性，研制了一种适用于南方土壤特征的甘蓝收获机械［6］。该机器工作程中只能进行单行收获，配有专用的动力地盘及其液压动力系统。割刀为双圆盘割刀，在对甘蓝切割过程中可以使根部达到受力平衡，同时充分利用剥叶辊和甘蓝叶之间的摩檫力来出去多余得叶片。该机器作业过程实现了对甘蓝的一次性拔取、切根、剥叶、输送的一体化过程。收获时前进速度为0.3m/s，拔取率达到了86.7%，切根率达到了75.0%；该机器工作性能十分可靠，深受菜农喜爱。图1-2自走式甘蓝收获机专用动力地盘2.拨轮3.引拔铲4.导向杆5.夹球输送带6.双圆盘切割器7.弹性张紧轮8.剥叶输送带9.剥叶辊10.木箱11.操作台1.2.2国外研究现状国外很早便开始了对叶菜收获过程的研究，收割技术相比于我国来说更加成熟，并研发创造了相关的收割机器。美国早就认识到了叶类蔬菜机械化收割的重要性，大约10年前，2所大学开始合作研究对叶菜一次性机械化收获技术，并取得了重要的突破［7］。俄亥俄州的马彻-韦尔德制造公司出售了一款可单行可双行的卷心菜收获机器，这2款收割机器都是拖拉机进行牵引。与人工收割相比，大大提高了收获效率。单行收获机器长4.3m，宽2.0m，总质量为1260kg，工作间距距为1.6m。该机器采用2根螺旋搅龙将卷心菜从土里拔出，输送过程由沿着搅龙移动的限位输送带来完成，在输送卷心菜的工程中采用2片回转的圆盘切割器将根部及其多余外部进行切割，采用液压马达为切割装置提供动力，切下的杂叶被风机吹除到机外，最后由提升装置将卷心菜输送到车上，完成整个收割过程。意大利HORTECH公司研制的SOLIDETW型叶菜有序收获机器采用环型的带刀来切割叶菜根部，动力装置采用的是电动机或液压马达，该机器结构简单，可实现连续运行，运行速度根据实际收割情况来进行调整。在整机前进中通过扶禾器将即将待割的叶菜进行分行，并拢入分禾器内部；环带刀在根部对蔬菜进行切割，夹持皮带可灵活的对割后蔬菜进行加持，将蔬菜垂直运输到机器上部，由人工进行对叶菜的捆扎。该机器可以对叶菜实现有序收获的机械化过程；也存在着一些缺点，如结构复杂，只能用于茎秆类蔬菜而且在较大地区不能推广的缺点。韩国播蓝特蔬菜公司研制的MT-200小型叶菜收割机器，整台机器的质量为130kg，机器小而轻便，可以调节收割高度，收割叶类蔬菜的高度范围为3-20cm，比起人工收获大大提高了收获效率，节约了劳动力，降低了生产成本［8］。在收割过程中机器割刀对蔬菜根部进行切割所要动力由独立的电机直接提供，直流电机的型号为DC24V,60W.采用往复式割刀，上下刀片交错进行切割运动完成切割过程。工作时速度分3个档位，收割过程中可以根据收获情况自动调整，被割刀割倒的蔬菜在皮带的输送下送至收割机器上端的方向变换装置进行转向收集。该款收获机器结构十分简单、机器质量小、工作效率高、适应性广，可以在较大地区推广,缺点是不能进行有序收获。图1-3国外收获机械1.3设计研究的主要的内容1.3.1研究内容本文通过对食用小油菜机械化收获过程的研究，为了提高油菜的采收率、降低漏收率以及降低机械化收获时对叶菜的损伤，设计一款自走式叶类蔬菜收获机器。本文设计的机器结构主要由机架、自走式行走系统、收割装置、传输装置、仿形系统等四大部分组成。a收割装置：割刀采用上下2片割刀左右交错运动完成对油菜根部的切割，以保证切口相对平整。切割动力直接由独立直流电机提供，便于调节割刀速度与机器前进速度相适应，达到更好的切割效果。b传输装置：采用带橡胶毛刺的皮带对油菜进行输送，割后蔬菜通过拨禾板向后抛送到传送带底部，依靠被割蔬菜的推挤作用力和蔬菜与毛刺皮带之间的摩擦力实现传送过程。c仿形装置：主要采用仿形轮，割台与仿形轮分别通过液压装置与机架相连，在收割过程中通过调节割台与仿形轮的相对距离来控制收割高度，同时可以防止割台入土阻碍收割过程。d蔬菜收集装置：主要是大容量的收集箱安装在机器后方，箱子里装有传感器对收获量进行监控。机组在工作过程中，输送带输送的蔬菜落入收集箱中暂时存放，当箱中收集到的蔬菜达到一定程度后由液压系统将收集箱内推下机器。通过计算对收获机器的整体结构进行理论分析和关键部件的校核，运用ANSYS等有限元分析软件对主要零部件进行优化，确定关键参数；结合油菜的种植农艺，设计动力传动系统，使机器能够完成对蔬菜的低损收割和定点收集作业。1.3.2研究方法通过查阅大量的文献资料和实地调研考察，了解我国食用小油菜的现状和种植方法。根据我们种植叶类蔬菜的农艺要求，设计一种叶类蔬菜收获机器并确定各结构的原理方案；通过对比目前国内外叶类蔬菜收获机械的现状，分析其各自的特点优势，最终确定该项目的设计方案；根据所学的《机械原理》、《机械设计》、《农业机械学》的知识通过综合比较确定最优结构。采用solidworks三维软件进行样机模型的建立，在建模装配过程中诊断是否有干涉等问题，并对其进行适当调整。经理论分析和计算、以及运用ANSYS等软件对关键部件进行力学仿真，对应力较大部分进行应力校核和有限元分析，实现对样机结构进行优化和改进。1.3.3技术路线

2关键技术2.1设计任务研发人员在设计制造叶类蔬菜收获机器的过程中，要保证机器在工作过程中具有良好的稳定性和极高的效率性，同时也要提高蔬菜的收获品质，我们在设计时必须考虑到解决以下两个问题［9］：（1）机器在对蔬菜进行收割过程中车轮不能对土壤产生较大的压力，必须采取一系列的措施防止叶类蔬菜收获机器轮子陷入土层中，与此同时还要想办法降低整个机器的质量以降低重力，降低机器的制造成本。（2）针对蔬菜易损伤、种植高度不一的特点，重点设计收割装置、仿形系统、定点收集装置，实现低损收割及定点收集作业等。2.2主要技术参数表2-1参数表参数数值发动机输出功率kw65输入转速r/min2600最大行走速度m/s35输送带尺寸mm2042x1000收割宽幅mm1000带宽mm1000

3总体结构及其工作原理3.1机器的总体结构本文是在充分调研我国叶类蔬菜收获技术和国内外现有机型的基础上，通过对比各自的优缺点。设计一种自走式叶类蔬菜收获机器，该机器的主要功能是针对食用小油菜进行低损收集和定点收集作业，主要结构包括履带式行走系统、驾驶台、割台拨禾轮、皮带输送装置、仿形轮、直流电机、变速箱、发动机等，具体结构如下图3-1所示：图3-1叶类蔬菜收获机整机结构图仿形轮2.拨禾轮3.输送装置4.发动机5.驾驶台6.收集箱7.变速箱8.行走履带9.液压调节装置10.卧式割台3.2机器的工作原理机器工作时，发动机输出的动力分为两个去向，一路是通过皮带传动机构传送给变速箱主轴，经变速箱降速增矩后将动力传给履带地盘的行走轮，由机器的驾驶平台来进行操控驱动机器向前或向后的运动。另一部分动力去向为经减速系统降速后通过各种传动机构传递给输送装置和拨禾轮为其提供所需动力。往复式双动割刀采用独立地直流电机直接提供动力。油菜在拨禾轮的作用下使菜茎和菜叶部分有向后倾斜的趋势，经往复式双动割刀运动切断后，被割倒的油菜在皮带的传送下输送到机器后方的收集箱中，油菜的整个收集过程到此全部结束。4关键机构及其部件的设计4.1行走系统的设计自走式叶类收获机器的行走系统目前市场上所有机器常用的往往仅有两种：一个是四轮式行走系统，第二个是履带式行走系统。行走系统的选择应充分考虑蔬菜生长的土壤、地形等环境因素，必须保证机器能够正常、安全可靠的进行作业，并且也要满足农业的质量要求。本文充分考虑到蔬菜种植地的泥土较多，大多数土地凸凹不平，且油菜种植过程中又需要经常浇水，这就导致土壤含水量较多，一般收获机器行走比较困难，综合考虑选择履带式行走系统，履带行走机构接地比压为0.03-0.05MPa，能够很好的适应通过含水量高的蔬菜种植地面。（1）障碍通过性我们设计拖拉机时常常用拖拉机地盘最小离地间隙Ηd来衡量拖拉机的障碍通过性用。同过通过局部起伏不平的地面时，要求拖拉机要有足够最小离地间隙，一般要求不低于300mm。本机器的最小离地距离取最低值300mm。（2）履带式底盘的转向用拖拉机最小转向半径Rmin和最小转向圆半径Rymin来评价。拖拉机使用转向离合器或单级行星转向机构进行转向时Rmin=B拖拉机轨距（m）该机器拖拉机轨距为0.674m，由公式（4.1）计算求得最该履带式拖拉机的小转弯半径为0.337m。履带式拖拉机采用双叉速器进行转向时Rmin=Rymin式中：B拖拉机轨距（m）inL履带接地长度（m）拖拉机使用差速转向技术可以使得机器在运行过程中两履带滑移减少，使其磨损量大大减少，这不仅可以提高拖拉机履带的使用寿命、减少收获过程中对土壤的破坏程度，还可以使得拖拉机在原地进行方向的转变，与比传统的拖拉机相比，这种转向方式更加机动灵活，大大的减少了机器在作业过程转向辅助时间，提高了生效率。实践证明拖拉机在含水量多的潮湿、松软的地面上进行方向变换时，由于前轮侧滑或内侧履带滑移，实际的拖拉机转弯半径一定会大于理论计算得到的最小转弯半径［10］。（3）履带拖拉机的极限翻倾角和滑移角也是衡量机器工作的性能指标αlin=a'L0履带接地长度（m）a拖拉机质心至后轮轴线的位置h拖拉机质心离地高度（m）c履带后接地点至后驱动轴轴线距离（m）其中L0=1.176m、a=0.706m、h=0.612m、c=0.116m。带入公式得极限翻倾角alin=48°滑移角a'lin=43°。在设计中一般要求履带式行走机构的极限翻倾角和滑移角为4.2传动系统设计传动系统在各种机器中都具有很重要地位，在机器作业过程中保证各级传动具有准确的传动比可以使得发动机功率得到有效利用，提高动力的传动效率，减少功率损失，大大减少了能源损耗节约成本。该机器的动力传动系统主要为带传动链传动将动力逐级传给行走系统、输送装置以及拨禾装置。传动系统如图4-2所示：图4-2动力传动系统1.发动机2.传动带轮3.链轮14.链轮25.传动轴6.链轮37.链轮48.链轮59.链轮610.拨禾轮轴轮11.传动带轮112.传动带轮213.链轮714.链轮815.链轮916.链轮1017.链轮1118.变速箱19.驱动轴20.主轴21主动轮为了减少收获过程中因机器行走速度太快，拨禾轮转速过快对蔬菜茎叶产生伤害，且考虑到机器的收获效率，查阅设计手册根据联合收割机对易脱粒作物收获时的行走速度为0.6-0.9m/s，本文设计的自走式叶类收获机器在工作过程中的的行走速度取最大值0.9m/s。既可以减少对菜茎的损伤，也提高作业效率。发动机一级传动1-2带传动设计计算拨禾轮和传送装置所耗总的功率为P=65kw，则计算功率Pca通过查阅工况系数表知道KA=1.2，得到Pca=78kw。根据Pca和n1=2600r/min查表选取带的型号为C型带。根据V带的型号查阅教材表格得到小带轮基准直径dmin，通常要求小带轮直径d＞dmin取d1=200mm。验算带的转动速度v=πd1n根据要求带传动的速度在5-20m/s，最大不得超过30m/s。确定大带轮的直径d2=id1,带传动的传动比最佳值为2-5，取传动比i=2初定中心距a0.7d1+d得到420≤a0≤1200，取a确定带的基准长度Ld0=2a0将其标准化查表的Ld=1760mm。两轮的实际中心距为a=a0+L验算小带轮包角α在拨禾轮和传送装置的传动路线中，通过计算得到带轮2的转速为1300r/min。由于拨禾轮的转速的转速为67r/min，总的传动比i=n1n2=130067≈20，由于此传动轮线较长，所以采用四级链传动，各级传动比分配为i在链传动中小链轮齿数Z不宜过少，最少齿数Zmin=9.一般Z＞17，所以Z17=17,根据各级传动比计算得到Z4=34,Z6=17,Z8=34,Z9=19,Z10=48。在传送装置的传送路线中，带轮11的转速为n2=212r/min，整个传动路线的总传动比i=n1n3=1300212≈6一级传动比i1=2，因为总传动比较小，所以二级三级采用链的平级传动，四级传动比i4=3。取Z164.3收割装置的设计4.3.1割台设计 收割机器的割台市场上常见的主要有卧式割台和立式割台两种类型，采用立式割台对小油菜进行收获时，在传送过程中必须采用皮带将蔬菜两边加持直立向后输送［11］。由于小油菜食用部分主要是菜茎和菜叶且收获时比较鲜嫩，采用皮带两侧加持输送过程容易对其造成一定的损伤，降低蔬菜的收获质量。种子在发芽生长过程中受到的外部因素影响不同，导致油菜长大后茎的粗细不一致，这就使得在加持传送过程中菜茎较细的叶菜容易出现掉落现象，增加了传送的困难，对加持装置的设计制造要求比较高，增加了设计制造成本。立式割台收获适用于大面积条播的种植农艺，对于小面积大棚撒播农艺适用性较差，因此该种收获方式通用较差。卧式割台在收获时将割刀割到的蔬菜直接在拨禾轮的作用下向后抛送到传送带底部，借助蔬菜与蔬菜之间的挤压力以及与传送带的摩檫力直接传送到收集箱中，避免了输送时对蔬菜造成的损伤。而且采用卧式割台能同时应用于撒播和条播两种种植农艺，通用较强。通过认真思考、比较最终确定本文设计的机器采用用卧式割台。4.3.2割刀的设计收获机器常用的割刀主要有圆盘式和往复式两种形式，其中往复式割刀应用最为广泛，可以适用于各种割幅的联合收获机器中。该机器采用往复式双动割刀，由独立的直流电机直接提供动力，以便更好调节割刀切割速度使其与机器前进速度完美适应。整个切割装置主要由上刀片、下刀片、压板、直流电机等组成，在机器工作过程中，上下刀片在直流电机的带动下左右交叉运动对油菜根茎进行切割，能够使切口处更加平整，大大提高蔬菜的收获质量。上下刀片同时进行切割可以提高切割速度，大大提高了蔬菜的收获效率。图4-3切割装置1.直流电机2.传动装置3.拨禾轮4.割刀压板5.上刀片6.下刀片4.3.3拨禾轮设计拨禾轮是收获机器中不可缺少的重要组成部分，普遍装配在收割机的卧式割台中。在机器前进工作过程中将倒在地面上的油菜扶起拨向割刀等。对拨禾轮进行合理的设计使其在工作时能够稳定运转，能够大大降低油菜收获工程中的损失率。目前各类机器常用的拨禾轮主要有板式拨禾轮和偏心式拨禾轮［13］两种类型。偏心式拨禾轮广泛用于对稻麦进行收获的联合收割机上，主要由轮轴、曲柄、偏心环、压板、弹齿等组成。拨禾轮工作时除了压板的转动外，还受到偏心机构的控制作平面平行运动，整个拨禾轮机构实质上基本上上都是由平行连杆机构构成。由于油菜菜茎和菜叶比较鲜嫩，在拨禾轮转动过程中弹齿会对弹齿会对其造成一定的损伤，影响收获质量。所以本文设计的自走式叶菜收获机器不采用这种类型的的拨禾轮。图4-4偏心拨禾轮偏心辐条2.主辐条3.轮轴4.偏心环5.压板6.弹齿压板式拨禾轮制造十分简单、体积质量小，制造成本低。虽然压板式拨禾轮对作物的扶起能力差，但是油菜茎不高，基本无倒伏情况。因此这种拨禾方式比较适用于自走式叶类蔬菜收获机上用以实现对油菜的收获。在拨禾轮转动过程中速度很慢，压板采用柔软的橡胶材料做成，可以减少对油菜击打损伤，提高收获质量，大大提高了收获效率。综合考虑各种因素最终决定本机器的拨禾装置采用压板式拨禾轮。 图4-5压板式拨禾轮拨禾轮轴2.拨禾轮副盘3.拨禾轮压板4.轴承支座（1）拨禾速度比拨禾轮在工作过程中应先把油菜拨向割刀在根部将其切断，这就要求拨禾轮自转的圆周速度V1要略大于机器向前行走的速度V2，V1/V2=λ，其中λ被我们称作为拨禾轮速度比。只有在自走式叶菜收获机器工作过程中使λ＞1，拨禾轮压板复合运动轨迹才能形成一条我们要求的余摆线，如图6所示：图4-6不同λ值的拨禾轮的运动轨迹λ的数值不同，拨禾轮压板运动的余摆线轨迹也会产生很明显的差别。因此λ的数值对机器的作业时的工作效果具有相当重要的影响，不可忽视，它是衡量机器作业参数的一个重要指标。根据实验数据表明：随着λ数值的增大，拨禾轮压板在工作过程中对油菜的引导能力越来越强。与此同时，如果λ的数值太大，拨板对油菜茎的打击力会增大，对其造成一定损伤，降低收获的质量。通过实验发现，拨禾轮在工作过程中的转速最大为3m/s，本机器拨禾轮的转速取最大值3m/s。参照市场现有机器的拨禾速比λ为1.5-1.6，本机器的λ的数值取为λ=1.5。（2）拨禾轮直径的确定我们确定拨禾轮直径必须遵守下面两条规则：1.拨禾板在工作时插入禾丛的水平分速度应该为0。2.压板扶持作物切割时应位于作物切割高度的1/3处，也就是在中心偏上处。由此可知：R=Rsinα+1此时sin通过联立计算得到拨禾轮直径D=2λ(L−h)3(R拨禾轮半径mmL油菜高度mmh割茬高度mma入禾角°D拨禾轮直径mm成熟的油白菜高度大约在18-20cm范围内，计算中取油菜高度为L=20cm、h=1cm进行计算，由此计算的到拨禾轮直径D=380mm。（3）拨禾轮转速的确定拨禾轮转速的确定是与收获机器向前行走的速度和拨禾速度比有很大关系的，其转动时的线速度为V1=πRn30则n=30V1πR式中n拨禾轮转速r/minV1拨禾轮圆周线速度m/sV2机器前进速度m/sR拨禾轮半径m根据机器前进时的速度V2=0.9m/s，通过计算得到拨禾轮圆周的速度V1=1.35m/s。通过公式（4.14）计算的到拨禾轮转速n=67r/min。（4）拨禾轮安装高度的确定为了减少在工作过程中压板对油菜茎的打击，我们要求压板在开始接触油菜时，其速度要垂直向下。因此要满足这个条件，拨禾轮的安装高度应满足以下公式：H=R+2(L−ℎ)3（4.H拨禾轮的安装高度mmR拨禾轮半径mmL油菜高度mmh留茬高度mm其中R=190mm、L=200mm、h=10mm通过计算得到安装高度H=316mm。（5）拨禾轮的水平移动距离拨禾轮的安装应使其轴位于割刀的正上方，轴在水平方向上前后移动会对油菜割后向后抛送产生一定的影响。因此在水平方向调节轴的位置，应根据实际的收获情况进行调节，拨禾轮轴的水平移动最大距离为b=D2λλ由此公式计算得到轴的水平移动最大距离b=113mm。考虑到此拨禾轮用于小型的自走式叶菜收获机器，要求拨禾轮具有重量较轻、操作简单方便、灵活性好的特点，所以拨禾的重量是研发人员设计时应该不可忽视的重要因素。在不影响使用的前提下，考虑到拨禾轮的工作效率拨禾轮的压板数选择4块。(6)拨禾轮所需功率拨禾轮的功率可以根据以下公式进行计算：N=BPV1×10B拨禾轮的拨幅（工作宽度）P拨禾板每米长的拨阻25-40N/mV1拨禾轮的圆周速度m/s计算时参照设计手册取拨禾轮拨辐为B=1.2m、P=35N/m，带入公式求得所耗功率N1=0.06kw。驱动拨禾轮线路消耗的总功率P2=4.4仿形装置的确定叶菜收获机器在工作时要对收割高度进行随时的调节以满足对蔬菜的收割要求，所以割台高度要能够进行升降。同时为了提高机器对蔬菜的收获率，保证低割和对割台进行灵活的操纵，在机器上都需要布置仿形装置，使机器在工作时割台能够随着地形的起伏自由升降，以达到对蔬菜的低损收割和定点收集作业。本机器采用仿形轮和液压系统相结合的方式来控制收割高度，割台与仿形机构相连接，仿形轮通过液压装置与机架相连，在收割过程中通过调节割台与仿形轮的相对距离来控制收割高度。通过液压系统来调节割台与仿形轮底的相对距离，使割台下滑板轻轻贴地向前运动，同时可以防止割台入土阻碍收割过程。图4-7仿形机构仿形轮2.仿形轮轴3.仿形轮连接杆4.仿形轮架4.5输送装置输送装置的主要作用是将割刀切割完的油菜输送到机器后方的收集箱中暂时存放，在输送过程中应具有良好的适应性，能够适用于不同品种的叶菜传送，且在传送时能够保证不损伤蔬菜，提高收获质量。本机器的输送装置主要带刺皮带、主动轴、从动轴组成。采用自带毛刺的皮带输送可以增大带与蔬菜接触的摩擦力，提高传输效率，防止在输送过程中因两着之间的摩檫力不足而导致叶菜掉落。输送装置的动力是由机器发动机通过各级变速机构降速增距后直接提供，以便更好的使输送带的传送速度与机器前进速度相匹配。传送装置如图所示。传送带在传送的速度在水平方向的分量应该稍微大于机器前进的速度于是有：Vb×cos∅>Vb输送带的传送速度m/sVm机器前进的速度m/s∅传送带与水平方向的夹角（°）图4-8传送装置传送带2.从动轴3.主动轴4.主动轮5轴承对蔬菜的运动情况进行分析，根据速度矢量合成关系得到：Vp=VVp油菜的绝对速度m/s通过机械原理课本所学的矢量法计算法计算得到Vb应该大于1.039m/s，所以参照其他机器的皮带的传送速度，本机器的传送速度取为1.2m/s。传送装置主动轴消耗功率计算公式为：P3=Fu当传送带的长度小于80m时传动滚筒圆周驱动力Fu为输送装置所有阻力的合力：Fu=FH+FFH主要阻力NFN附加阻力NFst倾斜阻力N传送装置所受的阻力中FH、FN是所有的输送机皮带都固有的，不可避免。Fst阻力根据工作时的实际情况来决定。输送装置的主要主力FH是蔬菜和传送带移动以及托辊旋转产生的阻力总和。FH=fLg［qf模拟摩擦系数，根据工作条件查表得到L输送装置的长度2mg重力加速度β工作倾斜角30°托辊参数选择：表4-1托辊参数表宽度辊径长度轴承型号旋转部分质量总质量1000mm108mm1150mm630510.43kg22kg承载托辊每米长度旋转部分重量，kg/m。qRO=GaG托辊旋转重量a0两托辊间距为2m通过计算得到qRO=5.215kg/m。qG每米长度输送蔬菜量qG=Q3.6Q输送量（10kg/s）qB每米长度输送带的质量42kg/mf运行阻力系数根据工作情况查表选取为f=0.03，通过计算的到FH=48.1N倾斜阻力Fst=qGH输送装置垂直高度1.092m计算得Fst=26N。由于传送带工作时附加阻力FN小于主要阻力，所以在计算时可以对其忽略不计。联立所有公式计算的到Fu=74.1N、传送带消耗功率P3=0.09kw。驱动传送装置的功率消耗P3因为传送带的圆周速度与托辊的圆周速度相同，所以托辊的转速为V=πD计算得到转速n=212r/min，4.6收集装置收集置主要采用较大容量的收集箱安装在机器后方，箱体容量根据条播时每亩油菜的收获量来进行确定，同时在收集箱上方安装传感器，当收获过程中箱中的油菜数量达到箱子的允许容量时会自动报警提醒机器驾驶员。然后驾驶员停车卸菜，清空收集箱后继续进行收获。这种方法不仅适用于大规模的条播收获也适用于在蔬菜大棚中小规模的撒播种植农艺的收获，大大减少了机器的停车卸货时间，提高了机器的收获效率。5结论与展望 5.1结论本文通过对市场现有叶类蔬菜收获机器的研究分析对比以及进行实地调研考察，总结出目前已有机器在收获过程中存在的不足，并在该机器设计过程中加以修改，设计出一款性能更加好的自走式叶菜收获机器，创新点有如下几条：（1）采用往复式双动割刀，割刀由独立的直流电机提供动力，便于调节割速与机器前进速度相匹配。往复式双动割刀上下刀片左右交叉进行运动更有利于对油茶根部切断，大大提高了油菜收获效率，同时能够使油菜根部切口整齐，提高了收获质量。（2）输送装置采用带刺的皮带对割后油菜进行输送，与传统机器运输装置相比提高了带与油菜间的摩檫力，减少了输送过程中油菜的掉落，提高了输送效率。（3）采用仿形轮与液压控制系统相结合的方式来控制收割高度，避免收割过程中割台入土，影响收获效率。