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溫室韭菜收割機的設(shè)計 劉豪 1 范修文 1 1 塔里木大學機械電氣化工程學院 阿拉爾 843300 摘要 本文通過對溫室韭菜收割機的設(shè)計同時介紹了韭菜收割機的意義 發(fā)展 工作原理及其主要參 數(shù) 并詳細的分析了收割機的構(gòu)成 以及收割機的收割方式 并分析了韭菜收割機的收割原理和收割過程 韭菜收割機的設(shè)計過程從對韭菜收割的機械化轉(zhuǎn)換 總結(jié)普通農(nóng)業(yè)機械的運動模式和功能實現(xiàn) 到具體機 構(gòu)的設(shè)計構(gòu)思和分析計算 產(chǎn)品模型的建立 工程分析和設(shè)計制造 一步一步完整走過 讓整個設(shè)計路程 圓滿而成果豐碩 其中 數(shù)字化的設(shè)計方法和基于特征的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)讓設(shè)計過程高速而有效 對這個 設(shè)計過程起到了關(guān)鍵性的作用 所以溫室韭菜收割機有很好的發(fā)展前景 關(guān)鍵詞 溫室韭菜 收割機 設(shè)計 中圖分類號 TD451 文獻標識碼 A 0 引言 我國吃韭菜有著悠久的歷史 好多菜肴 都有韭菜 可見我國人民對韭菜的熱愛之深 隨著科技的進步 各種糧食蔬菜都大面積種 植 源自于有著機械收割裝置 限制韭菜種 植面積發(fā)展的重要因素就是在于機械化問題 我國勞動人民在長期的生產(chǎn)實踐中對收割工 具有許多發(fā)明創(chuàng)造 據(jù)古書記載在三千五百 年前已經(jīng)發(fā)明了鐮刀 在十三世紀中葉創(chuàng)造 了推鐮等高效工具 但這些成就在長期的封 建和半封建 半殖民地的社會中得不到應有 的發(fā)展和重視 當韭菜種植面積大時靠人們用鐮刀收割 效率太低 在收割時菜農(nóng)一直蹲著非常累 而且如果大面積種植 收割的勞動力比較少 而且工價很高 又加大了韭菜的做種植成本 相應的單位面積的效益也隨之降低了 隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)施栽培的迅速 發(fā)展 韭菜的種植面積逐年增加 在面積上 已經(jīng)由過去的占蔬菜面積的 2 3 發(fā)展到現(xiàn) 在的 5 6 一畝地一年畝產(chǎn)韭菜 3000 斤 一斤一塊錢 除去成本和人力一畝地可以獲 取 1500 塊錢 收割韭菜一斤一毛錢 要損失 300 元錢 況且農(nóng)村這樣的工人也很難找 大面積種植時 人工收割成本會很高 如果 有一臺機器來代替這樣的工作 不但可以減 少菜農(nóng)成本 還可以推廣大面積種植 可見 現(xiàn)在研制一臺韭菜收割機器十分重要 1 總體設(shè)計思路 溫室韭菜收割機的設(shè)計是通過往復式的 割刀來實現(xiàn)溫室韭菜的收割 首先是通過分 禾器實現(xiàn)韭菜的分禾和喂入 進而撥禾輪使 其扶正 然后再通過傳送滾筒實現(xiàn)韭菜的夾 緊最后喂入割刀系統(tǒng) 緊接著實現(xiàn)傳送完成 整個韭菜收割的過程 1 1 設(shè)計原理 韭菜收割機在驅(qū)動輪的作用下實現(xiàn)韭菜 收割機的向前前行 韭菜收割機的前一部分 主要是為了實現(xiàn)韭菜的喂入及收割 韭菜通 過分禾器實現(xiàn)韭菜的分禾并通過撥禾輪實現(xiàn) 韭菜的喂入 喂入之后進入到傳送機構(gòu) 剛 剛進入傳送機構(gòu)的韭菜在兩個立起來的傳送 滾筒實現(xiàn)韭菜的夾緊更方便的實現(xiàn)韭菜的割 斷 進而通過傳送帶的夾持作用實現(xiàn)韭菜的 傳送 由于傳送帶的夾持和傳送作用使韭菜 進入后部的接收筐中 從而大致完成整個設(shè) 計原理 1 2 設(shè)計總體結(jié)構(gòu) 溫室韭菜收割機的結(jié)構(gòu)主要有分禾器 撥禾輪 割刀 曲柄搖桿機構(gòu) 傳送滾 傳 送帶 電機 機架等結(jié)構(gòu)組成 如圖 1 所示 在確定好行距之后 在發(fā)動機的驅(qū)動下經(jīng)過 減速器來實現(xiàn)韭菜收割機的驅(qū)動 在進地之 后 在分禾器的作用下實現(xiàn)單行的韭菜的喂 入 進而經(jīng)過撥禾輪來進行韭菜的扶正 通 過與機架垂直的兩個傳送滾進行韭菜的扶正 并且夾緊 往復式割刀在曲柄搖桿機構(gòu)的作 用下實現(xiàn)動割刀的往復運動進而實現(xiàn)實現(xiàn)韭 菜的切割 在韭菜隔斷之后直接通過傳送帶 傳送至后面的接收器內(nèi) 從而完成了韭菜的 收割 傳送帶的傳動是傳送電機來帶動的 通過齒輪來連接兩個傳送滾的反向轉(zhuǎn)動 傳 送帶的主動傳送滾帶動從動傳送滾的運動再 通過皮帶和齒輪的連接來實現(xiàn)撥禾輪的轉(zhuǎn)動 在整個韭菜收割的過程中主要機構(gòu)是傳送裝 置和割刀裝置 在這兩個裝置的配合使用下 使得整個過程變得簡單 此次韭菜收割機的 設(shè)計可以實現(xiàn)一機多用的作用 根據(jù)不同作 物的要求 要求收割時的割茬也會不一樣 韭菜的收割割茬一般在 1cm 左右 而其他作 物的割茬顯然不同 所以可以通過調(diào)整前輪 的高度來調(diào)節(jié)不同作物割茬的要求 對于不 同的作物來實現(xiàn)不同的割茬要求 較好的解 決了收割機都不同作物的適應性 生產(chǎn)效率 高 圖 1 溫室韭菜收割機結(jié)構(gòu)圖 1 分禾器 2 撥禾輪 3 支撐前輪 4 雙傳送帶 5 傳送帶電機 6 主傳送滾筒 7 接收筐 8 曲柄搖桿機構(gòu) 9 驅(qū)動輪 2 關(guān)鍵部件的設(shè)計 2 1 撥禾輪的設(shè)計 撥禾輪的設(shè)計是韭菜收割的開始 撥禾 輪的使用可以收割直立和一般倒伏的作物 撥禾輪的運動軌跡的形狀 決定于撥禾輪的 圓周速度 Vy 與機器前進的速度 Vm 的比值 為撥禾速度比 只有當 1 時 才有可 能將作物莖干引向割刀配合切割 并在割斷 后繼續(xù)的向后推送莖桿 一面在割刀上發(fā)生 堆積和堵塞 1 時 撥禾輪的工作情況 才是正常的 撥禾輪的工作過程中 需要撥 禾輪具有良好的工作質(zhì)量 除了滿足 1 外 還應該滿足工作過程中不同階段的要求 切割時 撥禾輪應該扶持作物莖桿 以配合 進行切割 避免切割器將莖桿向前推到 要使撥禾輪能夠正常夠其安裝高度就必 須滿足 1 HRhL 1 式 中 R 撥禾輪的半徑 h 割刀離地的高度 L 為作物高 H 撥禾輪軸安裝高度 清掃割刀和穩(wěn)定推送的條件當莖桿被割 斷夠 要求撥禾輪繼續(xù)起推送作用 如果此 時撥禾輪的作用點位于已割作物中心的上方 就能將莖桿穩(wěn)定的向后推送 直到與撥禾輪 圓周相切的位置 如果撥禾輪的作用點過高 清掃切割的作用將減弱 如果撥禾輪的作用 點在重心之下 則隔斷的作物很可能回繞在 撥禾輪向前翻或者被挑起 造成損失 已割 斷作物的中心位置一般在頂部向下的 1 3 處 設(shè)已割部分長 L 則 l 1 3L 因此 要求撥 禾齒在割斷作物的中心點以上 則應該保證 1 32HR 2 為了選擇撥禾輪的轉(zhuǎn)速 首先確定撥禾 速度比 前已分析 撥禾輪正常工作的必要 條件是 1 加大撥禾輪的速度比 撥禾 輪的作用范圍和作用程度增加 但是也不能 過大 它受到兩方面的限制 但是機器的前 進速度 Vm 一定時 增大值 就要提高撥禾 輪的圓周速度 Vy 這將對作物的沖擊增加 而使作物不能夠很好地切割 經(jīng)實驗證明 韭菜收割的速度一般在 1 5m s 另一方面 當機器前進速度 Vm 較高時 為了使 Vy 不 超過受脫離損失限制的允許值 撥禾輪的速 度比就應該減小 當機器前進速度較低時 很有可能在 Vy 不超過 3m s 煩人情況下 大大增加撥禾輪速度比 但是過大則會出現(xiàn) 回彈現(xiàn)象 1 ymV 3 1 30 n 4 經(jīng)過專家實驗韭菜收割機的 一般取 1 3 2 3 這里取 1 即 min24 0830rRVnm R 為撥禾輪的半徑 為撥禾輪的角速度 n 初取為 22r min 前進速度 Vm 應該 根據(jù)機器的生產(chǎn)率 割副 調(diào)配動力等因素 而定 在使用中 由于地塊條件畝產(chǎn)量和作 物的狀態(tài)等情況的改變而需要改換不同的前 進速度 撥禾輪的直徑與穩(wěn)定推送有很大的關(guān)系 撥 禾輪的直徑應該滿足 1 5 1 3 2 hLD 其中 取 1 8 L 取 0 3 h 取 0 01 m4 0 18 32 即撥禾輪的直徑取 0 4m 2 2 曲柄搖桿機構(gòu)的設(shè)計 具有一個曲柄和一個搖桿的鉸鏈四桿機 構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu) 通常 曲柄為主動件 且等速轉(zhuǎn)動 而搖桿為從動件作變速往返擺 動 連桿作平面復合運動 曲柄搖桿機構(gòu)中 也有用搖桿作為主動構(gòu)件 搖桿的往復擺動 轉(zhuǎn)換成曲柄的轉(zhuǎn)動 在韭菜收割機的割刀傳動的問題下 結(jié) 合實際情況 所以曲柄搖桿機構(gòu)是一種很好 的是割刀進行往復運動的很好地方式 其結(jié) 構(gòu)簡圖見圖 2 圖 2 曲柄搖桿機構(gòu)簡圖 曲柄搖桿機構(gòu)作為韭菜收割時的核心機 構(gòu) AB 為曲柄搖桿結(jié)構(gòu)中的搖桿 AB 桿在 割刀電機的帶動下繞著 A 點進行轉(zhuǎn)動從而帶 動連桿 BC 進行擺動 D 點為一定點 CDE 為一彎曲的連桿 在連桿 BC 的作用下 CDE 進行擺動 再用連桿 EF 連接刀具 從而可以 實現(xiàn)動刀具的往返運動 今兒實現(xiàn)韭菜的切 割 2 3 切割機構(gòu)的設(shè)計 切割器是主要的工作部件 本次韭菜收 割機的設(shè)計我們采用的是往復式切割器 其 割刀作往復運動 結(jié)構(gòu)簡單 適應性較廣 目前在谷物收割機 牧草收割機 谷物聯(lián)合 收獲機和玉米收獲機上采用較多 它能適應 一般或較高作業(yè)速度的要求 工作質(zhì)量較好 但其往復慣性力較大 震動較大 切割時 莖稈有傾斜和晃動 因而對莖稈堅硬 易于 落粒的作物易產(chǎn)生落粒損失 粗莖稈作物 由于切割時間長和莖稈多次切割現(xiàn)象 則會 出現(xiàn)割茬不夠整齊 對于韭菜收割來說 比 較適宜 利用往復式割刀來進行收割 其結(jié) 構(gòu)簡單 容易設(shè)計 試驗證明 在割刀鋒利 割刀間隙正常 動 定刀片間的間隙為 0 0 5mm 的條件 下 切割速度在 0 6 0 8m s 以上時能順利 的切割莖桿 若低于此限制速度 則會出現(xiàn) 割茬不齊并有堵刀的現(xiàn)象出現(xiàn) 為了探討切割器在切割莖桿過程中的速 度大小 需繪制切割器的切割速度圖 并進 行分析 切割器的切割速度簡圖如圖 3 圖 3 切割速度簡圖 切割器切割速度的特點是 割刀在一個 行程中與兩個定刀片相遇 因而有兩個切割 速度范圍 分別為 Va1 Vb1 及 Va2 Va2 從 兩個范圍的速度看 雖然沒有最大割刀速度 但仍屬于較高速度區(qū)段 因而切割性能良好 因此 安裝割刀時 應當使用銷處左右兩止 點位置 定刀片和動刀片的中心線重合 割刀的速度為一變量 為了便于表示割 刀速度的大小 常以平均值即割刀平均速度 Vp 表示 2 1 1530nrsVp 式中 n 割刀曲柄速度 r 割刀曲柄半徑 s 割刀行程 有 Vp 又在 0 9 和 1m s 之間 選擇 Vp 1m s 代入可得 n 394r min 切割器的功率包括 切割功率 Ns 和空轉(zhuǎn) 功率 Nh 兩部分 即 2 psN 2 2 75 0BLVms 3 式中 機器前進的速度 機器割副 L0 切割每平方米面積的莖桿所需功 率 割韭菜 L0 在 10 和 20 馬力間 Nh 大小 與切割器安裝技術(shù)狀態(tài)有關(guān) 一般每米割副 所需空轉(zhuǎn)功率為 0 8 1 5 馬力 V m 0 56 米 秒 B 0 2 米 L0 取 15 馬力 Nh 1 2 馬力 代入可得 N 1 37 馬力 3 6 傳送機構(gòu) 韭菜收割的傳送機構(gòu)我選用帶式傳送 帶式輸送機是連續(xù)運輸機的一種 其運輸特 點是形成裝載點到裝載點之間的連續(xù)的物料 流 所以輸送帶的傳送可以很好地是韭菜從 收割點到接收點的傳送 然而普通的傳送并 不能完全滿足韭菜收割機的要求 傳送帶分 為以下幾個類型 1 按放置方向水平 傾斜和組合三種 2 按轉(zhuǎn)向分為順時針 逆時針兩種 3 按運動狀態(tài)分為勻速和變速兩種 結(jié)合溫室韭菜收割機特點我們采用組合 式的傳送類型來給與傳送 就韭菜收割機而 言傳送部分是相對來說比較重要的一個組成 部分 本次設(shè)計的主動傳送滾在韭菜收割機 的后方 來實現(xiàn)動力的輸入 由于韭菜收割 機特殊性 所以必須實現(xiàn)雙傳送來實現(xiàn)韭菜 收割機的傳送 動力輸出的同時要實現(xiàn)主動 傳送滾的反轉(zhuǎn) 鑒于這一特殊性我們使用齒 輪連接兩個傳送滾筒的方式來實現(xiàn)滾筒的反 轉(zhuǎn)即可 3 總結(jié) 割刀是溫室韭菜收割機的關(guān)鍵部件 主 要是用來實現(xiàn)韭菜的收割 割刀的速度和割 刀電機的功率同樣對切割效果有著重要的影 響 在設(shè)計割刀的時候同樣要注意割刀材料 的選取各個方面 同樣的傳送帶的設(shè)計也是 本次設(shè)計的重中之重 選擇傳送帶的樣式以 及傳送方法是關(guān)鍵 在經(jīng)過設(shè)計的之后解決 各種問題之后 溫室韭菜收割機也是一大進 步 參考文獻 1 馬建國 程佳衛(wèi) 姚運萍 鐮刀型韭菜收割機的設(shè) 計 J 機械制造 2015 8 56 58 2 孫朋朋 設(shè)施韭菜全程機械化生產(chǎn)技術(shù)探索與推 廣 J 安徽農(nóng)學通報 2014 78 108 3 吳聚紅 李向前 淺析我國韭菜的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā) 展趨勢 J 農(nóng)業(yè)科技通訊 2006 9 10 11 4 王俊超 韭菜收種實現(xiàn)全程機械化 J 農(nóng)業(yè)知識 2014 32 37 5 奚方 雙刀韭菜收割機 J 農(nóng)業(yè)知識 2013 13 106 109 6 郭志東 郭春瑤 剪刀式韭菜收割機 J 2013 12 78 7 龔明明 張雪琴 一種新型半自動打捆機的設(shè)計 P 201236960252 5 2012 06 19 8 時勝德 小型半喂入水稻聯(lián)合收割機研究 J 廣西 大學 2005 35 78 79 9 胡志清 微型水稻設(shè)計與關(guān)鍵部件的研究 J 中南 林業(yè)科技大學 2013 68 102 10 吳彥強 侯加林 趙潤華 劉中正 傳送帶式蔬菜移 栽機的設(shè)計與研究 J 農(nóng)業(yè)機械化研究 2015 4 16 18 11 徐俊偉 傳送帶教學的設(shè)計與思考 J 物理通報 2015 56 4 7 12 羅鵬飛 對傳送帶問題多種可能行的探討 J 物 理通報 2015 7 9 12 13 馬悅 張鐵 楊懿 呂小榮 任文濤 一種水稻收割 機的研究 J 農(nóng)業(yè)機械化研究 2011 2 108