4UT2型馬鈴薯收獲機(jī)起獲與分離部分設(shè)計(jì)

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1、題 目：4UT_2型馬鈴薯收獲機(jī)起獲與分離部分設(shè)計(jì)畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）用 紙畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提

2、交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者

3、完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持

4、必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)

5、計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它摘 要近年來(lái)，馬鈴薯收獲機(jī)械的研制與推廣有了較大發(fā)展，但目前國(guó)內(nèi)機(jī)型以小型、配套動(dòng)力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便為主。研制機(jī)具的技術(shù)水平也與國(guó)外相差甚大，勞動(dòng)強(qiáng)度還是較大，嚴(yán)重制約了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。馬鈴薯收獲是一項(xiàng)非常繁重的工作，尤其是馬鈴薯的分離更是一項(xiàng)繁瑣的工作。為了減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的研究和討論，對(duì)比他們的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上確定了一種新型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械的起獲與分離設(shè)計(jì)方案。目前，國(guó)內(nèi)馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械研究還比較少，與國(guó)外先進(jìn)的聯(lián)合收獲機(jī)械還有很大的差距。改進(jìn)后的馬

6、鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)分離裝置采用了弧形撥齒式分離裝置。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離效果好，克服了抖動(dòng)鏈?zhǔn)胶秃Y式分離裝置在小型馬鈴薯收獲機(jī)械上和中粘性土壤中使用的限制，提高了土薯分離效率。新型的馬鈴薯收獲機(jī)的挖掘部件采用鴨掌鏟，其挖凈寬達(dá)99.8%上。關(guān)鍵詞 馬鈴薯；聯(lián)合收獲機(jī)；挖掘；分離裝置。佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 V 頁(yè)畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）用 紙AbstractIn recent year,the research and extension of the potato harvest machinery has made a great development,but at present,our

7、machine type mainly in small type,small mating power,simple structure and light.There is a big gap between our country and foreign country about the technology level of the equipment research,the labor intensity is still great,they are seriously hold back the potatoes industrial development. Potato

8、harvest is a very heavy work, especially the potato separation is a tedious work. In order to reduce the labor intensity and save time, designer determined a new dig and separate part of potatoes united harvest machine, through research and discussion on the potatoes harvest machinery in abroad and

9、home , contrast of their structure and characteristics .Recently,the study of potato harvester is little in domestic,there is large gap between home and the international. After improved the design of the potato combine harvester,which separating device used the arc round roller components.This devi

10、ce has simple structure and good separation,overcome the restriction of the jitter chain and screen type separation,that in small type potatoes harvest machine and the use in viscous soil,improve the separation efficiency. The digging part of new potato harvester is a shovel like the duck palm ,whic

11、h can dig 99.8 percen of the potatoes.Keywords potato;combine harvester; dig; separating device.畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）用 紙目 錄摘 要IAbstractII第 1 章緒論11.1馬鈴薯種植概況11.2馬鈴薯的價(jià)值21.2.1馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值21.2.2馬鈴薯的工業(yè)價(jià)值21.2.3課題研究背景21.3馬鈴薯收獲機(jī)概述31.3.1國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史31.3.2國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史51.4本課題研究的意義、 內(nèi)容及方法71.4.1研究意義71.4.2研究?jī)?nèi)容81.4.3研究方法9第 2 章挖

12、掘部件的設(shè)計(jì)102.1挖掘鏟的設(shè)計(jì)要求102.2挖掘鏟的設(shè)計(jì)102.2.1鏟體總寬度112.2.2鏟刃夾角112.2.3鏟面傾角122.2.4鏟體總長(zhǎng)度14第 3 章喂入輪與撥土輪的設(shè)計(jì)173.1喂入輪的設(shè)計(jì)173.2撥土輪的設(shè)計(jì)18第 4 章分離裝置的設(shè)計(jì)214.1分離裝置的選型214.2分離裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24第 5 章旋齒分離器運(yùn)動(dòng)分析285.1問(wèn)題的提出285.2整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程285.3旋齒分離器的運(yùn)動(dòng)分析295.4公式的驗(yàn)證和問(wèn)題的討論33第 6 章結(jié)論與建議356.1結(jié)論356.2建議36參考文獻(xiàn)37致 謝39附錄140附錄244佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 49 頁(yè)畢 業(yè) 論 文（設(shè)

13、計(jì)）用 紙第 1 章 緒論1.1 馬鈴薯種植概況 馬鈴薯原產(chǎn)于南美洲的安第斯山，17 世紀(jì)由荷蘭人帶到我國(guó)臺(tái)灣。它是重要的糧菜兼用和工業(yè)原料作物。 目前， 全世界主要種植馬鈴薯的國(guó)家有 148 個(gè)，總面積達(dá) 1838 萬(wàn) hm2，總產(chǎn)量 3 億 t。近年來(lái)，種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、馬鈴薯加工業(yè)的蓬勃發(fā)展、西式快餐大量興起、方便食品的不斷涌現(xiàn)、加工產(chǎn)品的大量開(kāi)發(fā)以及經(jīng)濟(jì)效益的提高，極大地調(diào)動(dòng)了農(nóng)民種植積極性。我國(guó)馬鈴薯種植面積以 10 萬(wàn) hmm2/年的增長(zhǎng)速度逐年增加，2001 年達(dá)到 472 萬(wàn) hm2，產(chǎn)量居世界第 1 位；2003 年，黑龍江省種植面積 60萬(wàn) hm2， 產(chǎn)量達(dá)到 960 萬(wàn) t

14、。 所以從機(jī)械化角度來(lái)看，馬鈴薯種植和收獲機(jī)械蘊(yùn)涵著巨大的商機(jī)。 馬鈴薯(Solanlum tuberosum L.)是一種一年生草本塊莖植物，被稱做土豆，洋芋，藩芋，山藥蛋，荷蘭薯等，在糧食產(chǎn)量排名中僅次于玉米、水稻和小麥而躍居第四位。我國(guó)馬鈴薯栽培始于明朝萬(wàn)歷年間(15731620年)，已有400多年的栽培歷史，現(xiàn)已遍及全國(guó)，北起黑龍江，南止海南島，是一種適宜性強(qiáng)，產(chǎn)量高，營(yíng)養(yǎng)豐富的宜糧，宜菜，宜飼，宜加工的多用途作物。在19992000年期間，全球馬鈴薯的種植面積每年保持在1900萬(wàn)hm左右。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)的統(tǒng)計(jì)，2003年全世界馬鈴薯種植面積為1890萬(wàn)hm，總產(chǎn)為3.1

15、億t，平均單產(chǎn)16t/hm。近年來(lái)，世界馬鈴薯的種植面積一直保持在2000萬(wàn)hm左右，種植馬鈴薯的國(guó)家和地區(qū)有150個(gè),主要集中在歐洲和亞洲，中國(guó)、俄羅斯、烏克蘭、印度四大生產(chǎn)國(guó)占世界種植面積的一半。在過(guò)去的十幾年中，中國(guó)的馬鈴薯種植面積呈不斷上升的趨勢(shì)。2005年已達(dá)488.09萬(wàn)hm2，是全世界馬鈴薯種植面積最大的國(guó)家，占全球種植面積的25%以上，占亞洲種植面積的60%左右，平均單產(chǎn)14.5t/hm2。中國(guó)即將成為世界第一馬鈴薯種植大國(guó)，我國(guó)僅內(nèi)蒙、甘肅、云南、貴州和黑龍江五省區(qū)種植面積就達(dá)全國(guó)面積的一半以上。其中內(nèi)蒙大約53.3萬(wàn)hm2、甘肅2006年已達(dá)54.88萬(wàn)hm2、云南2005

16、年達(dá)52.84萬(wàn)hm2、貴州大約50萬(wàn)hm2、黑龍江大約46.6萬(wàn)hm2。我國(guó)馬鈴薯的種植和栽培反應(yīng)了我國(guó)人民對(duì)馬鈴薯產(chǎn)品的需求和馬鈴薯生產(chǎn)的強(qiáng)大生命力。我國(guó)馬鈴薯市場(chǎng)潛力巨大，栽培發(fā)展迅猛，品種繁多，這一發(fā)展趨勢(shì)與世界馬鈴薯發(fā)展趨勢(shì)是一致的。1.2 馬鈴薯的價(jià)值馬鈴薯不僅具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且還在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。1.2.1 馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 馬鈴薯是全球繼小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物，它作為一種糧食作物在同等條件下其單位面積蛋白質(zhì)產(chǎn)量分別是小麥的2倍，水稻的1.3倍，玉米的1.2倍；所含VC是蘋果的10倍，VB是蘋果的4倍；其他礦物質(zhì)含量是蘋果的10倍以上。因此，在日常生活中

17、，以馬鈴薯為原料的食品已經(jīng)成為時(shí)尚。馬鈴薯不但營(yíng)養(yǎng)齊全而且結(jié)構(gòu)合理尤其是蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與人體的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)基本一致極易被人體吸收利用，其吸收利用率幾乎達(dá)到100%，此外馬鈴薯還含有其它糧食作物中所沒(méi)有的胡蘿卜素和抗壞血酸，因此營(yíng)養(yǎng)學(xué)家說(shuō)“馬鈴薯是十全十美的全價(jià)營(yíng)養(yǎng)食物”。1.2.2 馬鈴薯的工業(yè)價(jià)值 馬鈴薯除了上述的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值之外它在工業(yè)領(lǐng)域也已成為不可或缺的重要原料，尤其是它的精淀粉、變性淀粉等深加工產(chǎn)品在紡織、印染、造紙、醫(yī)藥、化工、建材和石油鉆探等領(lǐng)域也都顯示出極高的利用價(jià)值，可以制成添加劑、增強(qiáng)劑、黏結(jié)劑、穩(wěn)定劑等，在有些時(shí)候它還可以用來(lái)生產(chǎn)酵母、多種酶、維生素、人造血液等產(chǎn)品。馬鈴

18、薯獨(dú)特的自然屬性和優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件，使它的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也成為全球的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間很大，前景非常廣闊。據(jù)世界馬鈴薯中心研究表明：在世界范圍內(nèi)對(duì)馬鈴薯的需求到2020年將有望增長(zhǎng)20%，超過(guò)水稻、小麥、玉米的增長(zhǎng)，屆時(shí)發(fā)展中國(guó)家對(duì)馬鈴薯的需求將是2000年的2倍，幾乎占全球總產(chǎn)量的一半。1.2.3 課題研究背景隨著市場(chǎng)對(duì)馬鈴薯需求的不斷增加，馬鈴薯的產(chǎn)業(yè)化，機(jī)械化種植、收獲、深加工機(jī)械已經(jīng)成為各國(guó)的重要課題，尤其是馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的挖掘與分離部分的設(shè)計(jì)，一直是這一課題中的關(guān)鍵部分，也是整個(gè)課題的當(dāng)頭難題。本文也就這一難題，設(shè)計(jì)出了一種新型馬鈴薯收獲機(jī)的挖掘與分離系統(tǒng)。1.3

19、馬鈴薯收獲機(jī)概述馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化難點(diǎn)在于收獲，特別面對(duì)農(nóng)村以小型拖拉機(jī)為主的動(dòng)力現(xiàn)狀，使收獲機(jī)械的發(fā)展難度增加，有不少尚待解決的問(wèn)題。馬鈴薯的收獲工作主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：1挖掘泥土；2將疏松的泥土 小土塊 石塊等從薯塊中分離出去；3除掉地面上的莖與雜草；4將薯塊進(jìn)行分級(jí)及裝載等。除了帶有剔選工作臺(tái)的聯(lián)合收割機(jī)外，分級(jí)工作一般不在田間進(jìn)行。按工藝過(guò)程完成的程度，馬鈴薯收獲機(jī)械可分為：簡(jiǎn)單挖掘機(jī)、馬鈴薯挖掘機(jī)和馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)。隨著馬鈴薯栽培技術(shù)的推廣和種植規(guī)模的擴(kuò)大，促進(jìn)了相關(guān)機(jī)械的發(fā)展，包括馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展。1.3.1 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史馬鈴薯收獲機(jī)作業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了手工收獲，

20、半機(jī)械化收獲和聯(lián)合收獲三個(gè)階段。在機(jī)械化收獲機(jī)具中，又經(jīng)歷了挖掘犁，挖掘機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)的發(fā)展歷程。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家馬鈴薯的收獲已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合作業(yè)，而發(fā)展中國(guó)家基本上還是采用挖掘犁和挖掘機(jī)進(jìn)行收獲作業(yè)。20世紀(jì)初，歐美國(guó)家首先出現(xiàn)了畜力牽引式挖掘機(jī)代替了傳統(tǒng)的手工挖掘薯塊的馬鈴薯收獲形式，隨后又改為拖拉機(jī)牽引或懸掛式。20年代末又相繼出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式的馬鈴薯挖掘機(jī)。國(guó)外馬鈴薯機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。在40年代初，前蘇聯(lián)、美國(guó)就開(kāi)始研制、推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)械，50年代末即己實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。從5060年代馬鈴薯收獲機(jī)械在俄國(guó)（前蘇聯(lián)）、歐美等國(guó)開(kāi)始大量的生產(chǎn)使用，70年代主要

21、是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合收獲機(jī)械。在這些機(jī)型中，有很多是由大功率的拖拉機(jī)變型而成，如荷蘭在拖拉機(jī)的基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合收獲機(jī)的原理制成的四行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個(gè)液壓泵帶動(dòng)。7080年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國(guó)亦相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化。觀察國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械，挖掘機(jī)的生產(chǎn)和使用所占的比例趨于下降，而聯(lián)合收獲機(jī)得到了迅速的發(fā)展。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家馬鈴薯的收獲已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合作業(yè)。根據(jù)國(guó)家、收獲地塊類型不同可分為兩種類型：第一類是以俄羅斯、美國(guó)等國(guó)生產(chǎn)的機(jī)型為代表，普遍采用大功率自走式聯(lián)合收獲機(jī)。如俄羅斯國(guó)家農(nóng)機(jī)研究所生產(chǎn)聯(lián)合體研制的KC

22、K-4-1型KCK-4A-1型等機(jī)型；美國(guó)Loganfarm Equipment CO.LTD生產(chǎn)的W9032、W9034、W9038等四行收獲機(jī)。它們的共同特點(diǎn)是一次完成切蔓、挖掘、分離、篩選、分級(jí)、提升、卸料等作業(yè)，但是體積較為龐大、顯得有點(diǎn)笨重，而且消耗功率也大，僅適合在大面積的土地上使用，不適合中小地塊。不過(guò)近年來(lái)歐美的馬鈴薯收獲機(jī)仍然是以大功率寬幅機(jī)組為主，這些大型自走式收獲機(jī)配套動(dòng)力大，價(jià)格昂貴。第二類是以德國(guó)、意大利、挪威等國(guó)生產(chǎn)的機(jī)型為代表與中型拖拉機(jī)配套的牽引式馬鈴薯收獲機(jī)。如挪威Kverneland NarboAS公司生產(chǎn)的UN2600型系列牽引式兩行馬鈴薯收獲機(jī)，技術(shù)先進(jìn)

23、，集機(jī)械、液壓、電控為一體。德國(guó)“嘉博曼”公司生產(chǎn)的Pyra-2型2行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)裝有裝卸輸送帶、莖葉拔除輥、萬(wàn)向軸、照明設(shè)備，挖掘器還裝有轉(zhuǎn)向軸和壓縮空氣裝置，其配套動(dòng)力為60KW，如圖1-1所示。意大利思培多公司生產(chǎn)的Cpp-BD-150/S型系列懸掛式收獲機(jī)，可一次完成馬鈴薯挖掘、分離和鋪放作業(yè)。德國(guó)格瑞莫（GRIMME）公司生產(chǎn)的GT170馬鈴薯挖掘機(jī)采用液壓仿行輪，實(shí)現(xiàn)挖掘深度可隨地面仿行性。意大利生產(chǎn)的SP100機(jī)型為小型壟作收獲機(jī)械。如圖1-2所示比利時(shí)“迪沃夫”公司生產(chǎn)的馬鈴薯收獲機(jī)，它具有速度快，效果好，能將挖、篩、選同時(shí)操作等優(yōu)點(diǎn)。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械的國(guó)家很

24、少，并且相對(duì)起步也比較晚，但是發(fā)展速度還比較快，尤其是近幾年韓國(guó)和日本生產(chǎn)了部分小型馬鈴薯挖掘機(jī)。如韓國(guó)高山機(jī)械公司生產(chǎn)的小型的單行和雙行馬鈴薯、地瓜挖掘機(jī)，相對(duì)比較適合中小地塊。由此可見(jiàn)，國(guó)外一些馬鈴薯收獲機(jī)械不但生產(chǎn)率高而且還將高新技術(shù)融于農(nóng)具之中，如采用振動(dòng)、液壓技術(shù)進(jìn)行挖掘，采用傳感技術(shù)控制喂入量、馬鈴薯傳運(yùn)量及分級(jí)裝載；采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進(jìn)行碎土和分離以及利用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作等。1.3.2 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史我國(guó)在馬鈴薯收獲機(jī)械研制方面處在一個(gè)相對(duì)落后薄弱的狀況，用于機(jī)械化收獲的面積不足1%，繁重落后的體力勞動(dòng)仍然是馬鈴薯收獲和的主要方式。解放初期，我國(guó)收獲馬鈴薯主要采

25、用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。在20世紀(jì)60年代初期，有關(guān)農(nóng)機(jī)部門開(kāi)始了研制工作，引進(jìn)了西德VR-2、波蘭RCE-2、英國(guó)Johson、瑞士Samro Junior和前蘇聯(lián)的KTH-2型馬鈴薯收獲機(jī)并進(jìn)行了生產(chǎn)性能試驗(yàn)，力圖吸收消化國(guó)外技術(shù)、開(kāi)發(fā)同類產(chǎn)品。直到20世紀(jì)70年代中期，由于手扶拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機(jī)配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制高潮，成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī)，但受當(dāng)時(shí)的配套動(dòng)力限制，未能生產(chǎn)和推廣。后來(lái)，最有代表性的是內(nèi)蒙古農(nóng)機(jī)所研制的與40.4KW拖拉機(jī)配套的4U-1型馬鈴薯集條收獲機(jī)，進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代在北京舉辦的12國(guó)農(nóng)機(jī)展覽會(huì)上，我們國(guó)

26、家還引進(jìn)了不少國(guó)外馬鈴薯機(jī)具廠商參展。其中有西德哈格多思農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的集條收獲機(jī)。瑞士生產(chǎn)的裝袋收獲機(jī)，集堆收獲機(jī)，日本東洋農(nóng)機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的TPO-2型集條收獲機(jī)，法國(guó)英羅公司生產(chǎn)的M112型集條收獲機(jī)。其中大型機(jī)具的配套動(dòng)力在30KW以上，中型機(jī)具的配套動(dòng)力在22-30KW，小型機(jī)具的配套動(dòng)力在15KW。1985年，中國(guó)農(nóng)機(jī)院為了提高馬鈴薯收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)水平，掌握國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，特派遣本院工程技術(shù)人員赴西德馬鈴薯機(jī)具研制生產(chǎn)公司實(shí)習(xí)馬鈴薯收獲機(jī)械，了解了西德馬鈴薯機(jī)械化種植和收獲技術(shù)，掌握了一些技術(shù)要點(diǎn)并達(dá)成了合作意向。到20世紀(jì)90年代中期，由于國(guó)產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用，研制馬

27、鈴薯收獲機(jī)已被列入重要日程。而此后，市場(chǎng)需求旺盛，先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場(chǎng)，以及新型農(nóng)用液壓式挖掘機(jī)，操作簡(jiǎn)單、性能可靠、實(shí)用性強(qiáng)。由此看來(lái)，我國(guó)對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)械的研制起步較晚，發(fā)展也相對(duì)緩慢，目前國(guó)內(nèi)機(jī)型以小型、配套動(dòng)力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便為主，處于中小型懸掛收獲機(jī)的研制推廣階段，所研制機(jī)具的技術(shù)水平與國(guó)外相差甚遠(yuǎn)。且馬鈴薯收獲機(jī)械的研制大都根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，沒(méi)有精確的理論和先進(jìn)的研究手段為基礎(chǔ)，因而在實(shí)地作業(yè)中也存在著一定的問(wèn)題，如對(duì)我國(guó)不同地區(qū)的耕地條件、農(nóng)藝要求適應(yīng)性差；壅土阻塞；分離效果不好，明薯率較低；馬鈴薯?yè)p傷較重，尤其是薯皮損傷較重；在雜草或秧葉還未

28、枯萎的田地進(jìn)行作業(yè)時(shí)，部分機(jī)型堵塞現(xiàn)象比較嚴(yán)重，直接影響機(jī)器的正常工作；個(gè)別機(jī)型設(shè)計(jì)原理不夠合理，結(jié)構(gòu)松散，使用壽命短等。圖1-3 4U-2馬鈴薯收獲機(jī) 圖1-4 1700型馬鈴薯收獲機(jī)Fig.1-3 4U-2 potato harvester Fig.1-4 1700 potato harvester 近年來(lái)針對(duì)以上不足，和馬鈴薯生產(chǎn)現(xiàn)狀的迫切需要，國(guó)內(nèi)先后有多家科研單位和企業(yè)研制馬鈴薯收獲機(jī)。如現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司研制的4SW2型馬鈴薯挖掘機(jī)，又如河北圍場(chǎng)農(nóng)機(jī)研究所研制的4VM-1A型、4VM-2A型的馬鈴薯挖掘機(jī)，黑龍江齊齊哈爾建新廠研制的4U-2牽引式馬鈴薯收獲機(jī)，如圖1-3所示，

29、西安圣農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限責(zé)任公司研制的4U-1型馬鈴薯收獲機(jī)，內(nèi)蒙古包頭市農(nóng)機(jī)所研制的4U-12.5型大型馬鈴薯收獲機(jī)，黑龍江生產(chǎn)的4S00-1.2型中型馬鈴薯收獲機(jī)等。這其中最有代表性的是內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的4SW-40型、4SW-60型馬鈴薯挖掘機(jī)和內(nèi)蒙古呼和浩特市得力新技術(shù)設(shè)備廠生產(chǎn)的4ULDX-1500型馬鈴薯收獲機(jī)。4SW-40型、4SW-60型馬鈴薯挖掘機(jī)，它們分別與2530馬力和3040馬力拖拉機(jī)配套，主要適合于平作或垅作種植的馬鈴薯挖掘，可一次完成挖掘、薯塊分離與鋪條等聯(lián)合作業(yè)，具有結(jié)構(gòu)輕巧、工作穩(wěn)定、挖掘薯塊完好、擺放整齊、使用可靠、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別是收獲壟上的種植馬鈴薯更

30、能顯示其優(yōu)越性。4ULDX-1500型馬鈴薯收獲機(jī)配有兩種傳動(dòng)鏈輪，使柵條輸送帶實(shí)現(xiàn)高低兩種運(yùn)行速度，適宜不同土質(zhì)地塊上作業(yè)；兩側(cè)不設(shè)切土圓盤，避免機(jī)具進(jìn)行不對(duì)壟作業(yè)時(shí)嚴(yán)重破碎土豆現(xiàn)象；兩側(cè)設(shè)有分薯板，可將土豆推向側(cè)邊，避免壓損。該機(jī)具有在濕潤(rùn)、干旱和多石地塊實(shí)現(xiàn)平作、壟作作業(yè)功能。此外，中國(guó)農(nóng)機(jī)化科學(xué)研究院在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上還優(yōu)化設(shè)計(jì)了兩種新型馬鈴薯聯(lián)合收割機(jī)，一種是背負(fù)式聯(lián)合收割4UL-1型、一種是拖拉機(jī)后懸掛式4UW-120型。代表機(jī)型還有“十五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目科研成果，中農(nóng)機(jī)美諾系列1700型馬鈴薯收獲機(jī)，它結(jié)束了國(guó)內(nèi)沒(méi)有大型馬鈴薯挖掘機(jī)的時(shí)代，該機(jī)可以一次性完成鎮(zhèn)壓、挖掘、

31、輸送分離、除秧、側(cè)輸出等作業(yè)，如圖1-4所示。 1.4 本課題研究的意義、 內(nèi)容及方法1.4.1 研究意義 目前我國(guó)馬鈴薯種植面積正在接近蔬菜種植面積，達(dá)500萬(wàn)hm2，年總產(chǎn)量近8000萬(wàn)噸，已成為世界馬鈴薯生產(chǎn)大國(guó)，機(jī)械化作業(yè)是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本課題的研究意義具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)馬鈴薯收獲是時(shí)間緊，耗工多的一項(xiàng)作業(yè)。由于馬鈴薯生長(zhǎng)期僅8090天，集中種植區(qū)多在我國(guó)北部，氣候寒冷，無(wú)霜期短，如收獲過(guò)早，生長(zhǎng)期不夠，干物質(zhì)積累少，影響產(chǎn)量和質(zhì)量，如收獲過(guò)晚，易遇霜凍，造成更大損失。而目前馬鈴薯收獲主要靠人畜力，效率低，使收獲期拖長(zhǎng)，造成減產(chǎn)，嚴(yán)重制約馬鈴薯生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展和效益的發(fā)揮

32、。因此，穩(wěn)定、擴(kuò)大馬鈴薯種植而積，提高單位面積產(chǎn)量，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，必須采用機(jī)械化收獲。2)馬鈴薯機(jī)械化收獲是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。要發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)，首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)馬鈴薯種植及收獲機(jī)械化，馬鈴薯種植及收獲機(jī)械化離不開(kāi)性能優(yōu)良的收獲機(jī)械，因此研發(fā)適合我國(guó)農(nóng)藝種植要求的新機(jī)具，尤其是馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械，顯得尤為重要6。2005年8月省人民政府和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院簽訂了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)科技合作協(xié)議，這標(biāo)志著甘肅省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁上新臺(tái)階。但甘肅馬鈴薯種植、中耕作業(yè)以及收獲機(jī)械化落后，機(jī)械化水平達(dá)不到1%的水平，嚴(yán)重制約著甘肅馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。解決這些問(wèn)題，把這一特色產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，就必須依靠科技，把先進(jìn)的科學(xué)實(shí)用技

33、術(shù)運(yùn)用到馬鈴薯的育種、種植、加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈、提高產(chǎn)品附加值，真正使科學(xué)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，促進(jìn)農(nóng)民增收得實(shí)惠、農(nóng)業(yè)發(fā)展有后勁。3)隨著人力成本的提高、大量農(nóng)村勞動(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移、我國(guó)城市化進(jìn)程的8加快、勞動(dòng)力的的減少經(jīng)以及成本的提高等，因此馬鈴薯種植區(qū)急需機(jī)械化作業(yè)代替人工作業(yè)。甘肅是全國(guó)馬鈴薯的主要產(chǎn)區(qū)，但98%以上的馬鈴薯種植和收獲仍然采用人工挖掘或牧畜犁翻開(kāi)溝點(diǎn)種和收獲等原始的生產(chǎn)方式進(jìn)行作業(yè)，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，損失率高，不便貯藏等缺點(diǎn)5，甘肅定西為國(guó)家級(jí)馬鈴薯之鄉(xiāng)，但其機(jī)械化水平僅為1%，大部分收獲完全靠人工作業(yè)方式，作業(yè)手段落后，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，有時(shí)

34、在冬季封凍之前不能完成收獲作業(yè)，給馬鈴薯種植戶造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，馬鈴薯種植區(qū)急切需求能夠適應(yīng)種植區(qū)氣候、土壤、環(huán)境、作物等特點(diǎn)的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械。4)當(dāng)前，馬鈴薯收獲多采用犁翻人撿，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，漏薯和傷薯現(xiàn)象嚴(yán)重，制約了農(nóng)民種植的積極性。馬鈴薯收獲的難題是馬鈴薯的掘出、集中、分撿(需回收2遍)，為了擴(kuò)大馬鈴薯生產(chǎn)的規(guī)模，需走機(jī)械化發(fā)展的道路。我國(guó)雖然有十幾家馬鈴薯收獲機(jī)的科研、生產(chǎn)單位，研制生產(chǎn)出了不同類型的馬鈴薯收獲機(jī)械，但其明薯率低、傷薯率較高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，輸送系統(tǒng)的工作性能直接影響著這些重要指標(biāo)，因此，對(duì)輸送系統(tǒng)等部件進(jìn)行機(jī)理研究具有現(xiàn)實(shí)意義。5)提高分離率，降低傷薯

35、率以及勞動(dòng)強(qiáng)度的重點(diǎn)是輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和輸送工作諸機(jī)理的研究，包括輸送性能與運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，在現(xiàn)有機(jī)型基礎(chǔ)上不斷攻關(guān)完善，對(duì)輸送系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行分析研究，對(duì)影響工作性能的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高分離率，減少傷薯率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義。6）我國(guó)馬鈴薯種植面積大幅攀升，這對(duì)我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械生產(chǎn)無(wú)疑是一個(gè)非常好的機(jī)遇，近幾年各個(gè)行業(yè)對(duì)馬鈴薯的需求不斷增加，隨著全國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化步伐的加快，馬鈴薯機(jī)械化生產(chǎn)的程度要求進(jìn)一步提高，由此可以看出，馬鈴薯收獲機(jī)械還存在巨大的發(fā)展空間。1.4.2 研究?jī)?nèi)容針對(duì)國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的主要問(wèn)題，研制出一種挖掘、分離、輸送、集裝等

36、為一體的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械，該機(jī)采用了新型的分離裝置進(jìn)行土薯分離，完成分離后可將薯塊通過(guò)輸送裝置輸送到機(jī)械尾部，然后是薯塊覆蓋在土壤的表面。本文主要對(duì)4TU-2型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的起獲與分離系統(tǒng)進(jìn)行研究，并對(duì)該機(jī)挖掘與旋齒的主要部件和機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地設(shè)計(jì)計(jì)算和理論探討。國(guó)內(nèi)外關(guān)于谷物聯(lián)合收獲機(jī)械輸送系統(tǒng)的研究比較成熟，但是關(guān)于馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械中的分離系統(tǒng)的精確理論分析和計(jì)算還比較欠缺。因此，針對(duì)以上問(wèn)題，必須在薯塊挖掘與分離工作性能方面有所突破，使其達(dá)到功耗小，適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、耐用性強(qiáng)，在滿足損傷率和丟失率等農(nóng)業(yè)要求的前提下，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到機(jī)械化收獲的目的。其主要內(nèi)容概括如下：1)在滿足馬鈴薯

37、收獲農(nóng)藝條件的前提下，研究并確定該機(jī)挖掘與分離系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)。2)研究并確定挖掘與分離各組成部分的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行理論分析，使其結(jié)構(gòu)、性能達(dá)到最佳。3)馬鈴薯柔性輸送系統(tǒng)的研究。薯塊在輸送過(guò)程中極易傷害表皮，對(duì)儲(chǔ)存極為不利，因此需在輸送過(guò)程中研究應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新材料，避免在薯塊輸送過(guò)程中損傷馬鈴薯。4) 用AUTO-CAD畫(huà)出各個(gè)組成部分的零件圖紙。1.4.3 研究方法1)通過(guò)到我省馬鈴薯種植地進(jìn)行實(shí)地考察，查閱大量的文獻(xiàn)資料，吸收并借鑒國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械及其它收獲機(jī)械輸送系統(tǒng)的成功之處，研究并確定馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)起獲與分離輸送系統(tǒng)的主要參數(shù)。2) 對(duì)起獲與分離主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并分析確

38、定主要參數(shù)。3）運(yùn)用CAD軟件對(duì)主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行二維繪圖4）主要技術(shù)路線如下：文獻(xiàn)檢索 調(diào)研 綜合分析 提出預(yù)設(shè)計(jì)方案 確定主要參數(shù) 繪制圖樣 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 改進(jìn) 完善設(shè)計(jì)第 2 章 挖掘部件的設(shè)計(jì)2.1 挖掘鏟的設(shè)計(jì)要求馬鈴薯挖掘鏟的主要功用在于掘出薯塊并將薯塊輸送給抖動(dòng)分離裝置，且盡量減少進(jìn)入機(jī)具的泥土量和能量消耗，同時(shí)還要防止挖掘鏟纏草和奎土，要在不同的上壤條件和濕度下，圓滿的完成這一任務(wù)或與挖掘鏟有關(guān)的各項(xiàng)任務(wù)是非常困難的，因此對(duì)挖掘鏟的要求是:(1)將所有薯塊挖出，保證挖凈;(2)進(jìn)入機(jī)器的土壤量應(yīng)盡可能少;(3)盡可能使土壤松碎并順利地將掘起物輸送到抖動(dòng)分離裝置;(4)在克服各種阻力時(shí)使消

39、耗能量最少，防止纏草和雍上。為了滿足以上要求，該機(jī)選用了組合式挖掘鏟，主要由二階平面鏟、鏟架組成。2.2 挖掘鏟的設(shè)計(jì)挖掘鏟的任務(wù)是以帶最少的泥土挖掘薯塊、撿拾塊莖，并盡可能使土壤松碎，把掘起物送到它后面的分離裝置上，并要求在克服各種阻力時(shí)消耗的能量最少。要在不同的土壤條件和濕度下，圓滿地完成這一任務(wù)或與它有關(guān)的各項(xiàng)任務(wù)是非常困難的。 圖2-1挖掘鏟受力特性組合式挖掘鏟的鏟面由二階平面鏟組成，挖掘鏟剛性地固定在鏟架上，各鏟之間留有滑草間隙。挖掘鏟的主要參數(shù)有:鏟體寬度B，鏟刃夾角e、鏟面傾角Q、鏟體長(zhǎng)度L，挖掘鏟受力特性如圖2-1所示。2.2.1 鏟體總寬度 挖掘鏟的寬度首先要適應(yīng)薯塊分布寬度

40、，保證挖凈，同時(shí)盡可能少的從行間挖掘起過(guò)多土壤，因此在設(shè)計(jì)中要考慮馬鈴薯在田間生長(zhǎng)的分布寬度及其行距，同時(shí)還要考慮收獲機(jī)前進(jìn)時(shí)，挖掘鏟偏離薯塊的集結(jié)幅度，根據(jù)馬鈴薯栽培學(xué)和實(shí)際調(diào)查提供的數(shù)據(jù)表明，我國(guó)大部分馬鈴薯品種結(jié)薯集中，行距50一70cm，壟寬40一50cm，薯塊分布的平均寬度為3040cm，因該機(jī)挖掘行數(shù)為2行，綜合考慮以上因素，確定鏟體總寬度為B=120cm(單鏟寬度為60cm)。2.2.2 鏟刃夾角 選擇挖掘鏟刃夾角的值時(shí)，必須考慮雜草和莖稈都能滑離鏟刃，使莖稈滑離刃口的受力如圖2-1所示，它必須滿足下列不等式: (2一1)式中 莖稈作用于鏟刃的摩擦力(N)作用于鏟刃的法向壓力(N

41、)莖稈對(duì)鋼的摩擦系數(shù)，=tg從圖中得到下列不等式: (2一2)作用于鏟刃的阻力(N)鏟刃張角的大小必須使莖稈和雜草能夠沿刃口滑移，角過(guò)大，莖稈和雜草不能被切斷，會(huì)引起鏟前堵塞;但角減小時(shí)，要達(dá)到同樣的挖掘?qū)挾?，則必須增加鏟的長(zhǎng)度，這樣就會(huì)增大工作阻力。因此，在土壤濕度大或雜草多的條件下作業(yè)，其角應(yīng)取小些，據(jù)試驗(yàn)表明，挖掘鏟的鏟刃張角在80-120范圍內(nèi)較適宜，當(dāng)角大于120后，莖稈和雜草不易與鏟刃形成滑移現(xiàn)象，因而容易引起堵塞，摩擦角=40-42 (摩擦系數(shù)為0.85一0.9)，如果莖稈和雜草能夠滑移鏟刃，土壤一定能夠滑移鏟刃，因?yàn)橥寥琅c鋼的摩擦角小于莖稈與鋼的摩擦角，因此該挖掘鏟鏟刃夾角=9

42、6。2.2.3 鏟面傾角 鏟面傾角Q和挖掘鏟的長(zhǎng)度L可由圖3.1求出，根據(jù)受力圖分析可得方程式: （2-3） (2-4) (2-5)P挖掘鏟移動(dòng)時(shí)掘起物所需的力(N);G鏟面上掘起物的重力(N);F土壤對(duì)鏟的摩擦力(N);N挖掘鏟對(duì)土壤的反作用力(N);p土壤對(duì)挖掘鏟的摩擦系數(shù)，土壤對(duì)鋼的摩擦系數(shù)為:0.577一0.721，p=tan，摩擦角=30-36將(2一3)(2一4)(2一5)三式聯(lián)立可求得: (2一6) (2一7) 挖掘鏟的工作阻力不僅是由掘起的土壤沿著挖掘鏟面移動(dòng)而產(chǎn)生的，而且也是由切割土壤而造成的。鏟刃切割土壤所需要的力: ( 2一8)鏟體受到總阻力可以用下面的關(guān)系式來(lái)表達(dá): (

43、2一9)其中:K挖掘壟溝的比阻系數(shù)()，見(jiàn)表2-1A鏟起來(lái)壟臺(tái)的橫截面積()表2-1馬鈴薯挖掘鏟挖掘薯壟時(shí)的比阻系數(shù) 挖掘比阻系數(shù)數(shù)土壤性質(zhì)質(zhì)比阻最小值(N/時(shí))比阻最大值(N/擴(kuò))輕質(zhì)土壤16000002000000中等輕質(zhì)土壤20000002400000中等堅(jiān)實(shí)土壤24000003000000 據(jù)資料介紹，當(dāng)鏟面上掘起物橫斷面積A為0.041一0.052，在輕質(zhì)土壤里=150，摩擦角=36。時(shí)，沿挖掘鏟鏟面移動(dòng)土壤層重量G為314-405N，移動(dòng)阻力P為394500N，挖掘切割力為650一930N，則挖掘總阻力R的大小為:1044-1430N，在較困難的情況下，R值可以等于甚至超過(guò)3150

44、N。取挖掘深度h為1518cm，鏟面傾角a=15。，摩擦角=36。時(shí)，計(jì)算鏟的總阻力為1930-2218N，根據(jù)以上分析，4UT一2型馬鈴薯挖掘機(jī)挖掘鏟工作總阻力不會(huì)超過(guò)6500N。如果大于式(2一6)中的值，掘起物就會(huì)擁在挖掘鏟上并會(huì)帶著馬鈴薯從旁邊散落，在此種情況下應(yīng)在挖掘鏟兩側(cè)裝上適當(dāng)?shù)膿醢寤蚋男蜑椴坌午P。實(shí)際上，角隨挖掘鏟需要提升物的高度h和對(duì)松碎土壤的要求而定，h的大小因鏟后適用的分離裝置種類而異。一般角增大，利于碎土，但阻力增加，當(dāng)=25時(shí)，中等堅(jiān)實(shí)土壤就會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的奎土。因而當(dāng)h保持不變而角減小的情況下，挖掘鏟的長(zhǎng)度勢(shì)必會(huì)加長(zhǎng)，這樣同樣也會(huì)引起阻力的增加，由此可見(jiàn)，角值越大，挖

45、掘鏟的總長(zhǎng)度就越短。該馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)配套牽引力選40.5一50KW拖拉機(jī)，因工作速度越大，生產(chǎn)率理論上應(yīng)該是越高，但是由于挖掘阻力隨工作速度的增加而增大，造成上壤的破碎不徹底，影響土薯分離;工作速度太低，生產(chǎn)率太低，影響馬鈴薯的適時(shí)收獲，從而工作速度應(yīng)當(dāng)有一個(gè)合適的范圍。根據(jù)圖2-1，因C點(diǎn)的位置距離溝底稍大于挖掘深度(14一20cm)，綜合以上因素取該馬鈴薯收獲機(jī)鏟面傾角=170, =20。，在二階平面鏟的折彎點(diǎn)B處，掘起物下層土壤被折彎，有利于碎土作用。2.2.4 鏟體總長(zhǎng)度 挖掘鏟鏟體長(zhǎng)度與鏟面傾角a的關(guān)系如圖2-1，因C點(diǎn)的位置距離溝底稍大于挖掘深度h(1420cm)，一階平面段長(zhǎng)度

46、、二階平面段長(zhǎng)度，其總長(zhǎng)度L與傾角的關(guān)系式如下: (2一10) 根據(jù)公式(2一10)及參考同類挖掘鏟的長(zhǎng)度，取L=40cm。保證挖進(jìn)的土壤和馬鈴薯不會(huì)從兩邊滑落，需在挖掘鏟的兩側(cè)加設(shè)擋板，擋板為平行四邊形，焊接在機(jī)架上。圖2-2挖掘鏟結(jié)構(gòu)圖經(jīng)過(guò)以上參數(shù)的分析確定，運(yùn)用AUTOCAD軟件將中間鏟和左右鏟的二維視圖繪制出來(lái)了（如下圖所示）。 圖2-3 中間鏟展開(kāi)圖 圖2-4 右側(cè)鏟 圖2-5 左側(cè)鏟第 3 章 喂入輪與撥土輪的設(shè)計(jì)撥土輪、喂入輪在整機(jī)結(jié)構(gòu)中屬于輔助裝置，他們的主要作用是把挖掘鏟挖出的薯塊與土壤送入旋齒分離機(jī)構(gòu)，進(jìn)而把薯塊與土壤分離開(kāi)來(lái)。3.1 喂入輪的設(shè)計(jì)喂入輪主要由喂入輪撥土板、

47、喂入輪幅板、喂入輪軸組成。經(jīng)過(guò)分析該機(jī)構(gòu)與整機(jī)的協(xié)調(diào)性，確定了每個(gè)零件的參數(shù)與尺寸，并運(yùn)用CAD軟件繪制出來(lái)了他們的二維圖形（如下圖所示）。 圖3-1 喂入輪撥土板 圖3-2 喂入輪幅板 圖3-3 喂入輪軸焊合 喂入輪的組裝圖3-4所示。 圖3-4 喂入輪組裝焊合 3.2 撥土輪的設(shè)計(jì)撥土輪主要由撥土輪撥土板、撥土輪輔板、撥土輪軸組成。經(jīng)過(guò)分析該機(jī)構(gòu)與整機(jī)的協(xié)調(diào)性，確定了每個(gè)零件的參數(shù)與尺寸，并運(yùn)用CAD軟件繪制出來(lái)了他們的二維圖形（如下圖所示）。 圖3-5 撥土輪撥土板 圖3-6 撥土輪輔板撥土輪的焊合圖如圖3-7所示：圖3-7 撥土輪焊合撥土輪的整個(gè)裝配圖如圖3-8你所示： 圖3-8 撥土

48、輪的裝配圖第 4 章 分離裝置的設(shè)計(jì)4.1 分離裝置的選型馬鈴薯分離裝置主要是將挖掘鏟送來(lái)的薯土混合物進(jìn)行分離。據(jù)統(tǒng)計(jì)單行馬鈴薯聯(lián)收獲機(jī)械進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí)，每米的長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)入到挖掘鏟上的土壤和薯塊的重力約為100其中76%80%的土壤要求在分離器上分離，因此分離器的工作負(fù)荷大，工作條件也相比較復(fù)雜。目前馬鈴薯收獲機(jī)械上用的分離裝置種類比較多，主要有抖動(dòng)鏈?zhǔn)健⒑Y式弧形撥齒式幾種，它們除了分離作用外還起著輸送作用。 圖4-1抖動(dòng)鏈?zhǔn)椒蛛x裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.從動(dòng)輪2.抖動(dòng)輪3.鏈條4.主動(dòng)輪抖動(dòng)鏈?zhǔn)绞悄壳榜R鈴薯收獲機(jī)械普遍采用的一種分離裝置，它由桿條，連接桿條鏈子、主動(dòng)輪、抖動(dòng)輪、從動(dòng)輪組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖

49、4-1所示。這種分離裝置主要是過(guò)鏈條抖動(dòng)和薯塊及其夾雜物的幾何尺寸不同而行分離，在分離的過(guò)程中小夾雜物、動(dòng)后的碎土塊將從抖動(dòng)鏈的桿條空隙中漏下，薯塊將被輸送至后續(xù)的裝置。國(guó)內(nèi)外的中型收獲機(jī)械一般采用多級(jí)升運(yùn)鏈分離機(jī)構(gòu)，國(guó)內(nèi)的小型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)也有使用升鏈作為分離輸送部件的，但一般為單級(jí)升運(yùn)鏈。薯塊和土壤混合物被挖掘鏟挖出后進(jìn)入升運(yùn)鏈的前端，隨著升運(yùn)鏈的運(yùn)動(dòng)被輸送到升運(yùn)鏈的后端，在整個(gè)輸送過(guò)程中鏈條的振和抖動(dòng)作用，使薯塊和土壤混合物碎裂，碎裂后的小土塊和土壤顆粒通過(guò)升運(yùn)鏈的空隙到地面，從而完成薯塊和土壤的分離。為了加強(qiáng)升運(yùn)鏈條的薯土分離效果，在鏈條上加抖動(dòng)輪來(lái)加強(qiáng)升運(yùn)鏈的振動(dòng)，從而加強(qiáng)升運(yùn)鏈對(duì)

50、薯土混合物的破碎作用，提高篩分效果。升運(yùn)鏈?zhǔn)绞硗练蛛x機(jī)構(gòu)在砂性土壤中工作良好，但是在相對(duì)有點(diǎn)粘性的土壤中工作狀況是很理想。同時(shí)馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械由于其縱向尺寸的限制，使升運(yùn)鏈的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度也受制，這樣升運(yùn)鏈長(zhǎng)度就直接影響了薯土分離效果。再說(shuō)，如果使用抖動(dòng)作用過(guò)強(qiáng)的抖動(dòng)會(huì)影響到薯土混合物的輸送，同時(shí)薯塊也容易受到損傷。篩式分離裝置主要應(yīng)用在小型馬鈴薯收獲機(jī)械上，其主要形式為擺動(dòng)篩式和滾筒篩分離機(jī)構(gòu)。擺動(dòng)篩式分離機(jī)構(gòu)主要通過(guò)擺動(dòng)篩的擺動(dòng)、拋擲作用實(shí)現(xiàn)分離目的，它的分能力比抖動(dòng)鏈?zhǔn)綇?qiáng)，它不僅能夠篩分土壤，而且還能把篩面上的混合物向上輸送。但是于自身的結(jié)構(gòu)，它的缺點(diǎn)是：篩子做往復(fù)擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力得不到平

51、衡，對(duì)機(jī)架產(chǎn)生擊力，因此要求機(jī)架的強(qiáng)度相對(duì)比較高；在分離的過(guò)程中容易堵塞篩孔；為了追求更好分離效果，需要加大擺動(dòng)篩的擺動(dòng)幅度，可是擺動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)和拋擲容易造成薯塊的傷，所以擺動(dòng)幅度和頻率不能過(guò)大，因而限制了作業(yè)效率。滾筒篩式分離機(jī)構(gòu)一般作為后續(xù)分離輸送部件應(yīng)用在單行馬鈴薯收獲機(jī)械上，它在離的過(guò)程中通過(guò)篩內(nèi)表面上裝有的葉片，在分離的同時(shí)提升薯塊。它具有堅(jiān)固耐用、使可靠性好、能量消耗小、沒(méi)有不平衡慣性力的優(yōu)點(diǎn)；但分離性能差，金屬用量大，在重土壤或土壤含水量較大時(shí)容易粘土、堵塞。抖動(dòng)鏈?zhǔn)胶蛿[動(dòng)篩式分離機(jī)構(gòu)相比，滾筒篩分離能力較差，對(duì)于帶內(nèi)螺旋的滾筒篩可以過(guò)提高滾筒的轉(zhuǎn)速來(lái)提高分離能力，但由于速越高

52、，薯塊離開(kāi)分離篩時(shí)的速度也越大，拋起的高度也更高,就會(huì)造成落地時(shí)薯塊損率提高?；⌒螕荦X式分離裝置是針對(duì)抖動(dòng)桿條升鏈?zhǔn)胶秃Y式薯土混合物分離機(jī)構(gòu)在小型馬鈴聯(lián)合收獲機(jī)械中和粘性土壤中工作的缺陷，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究生趙碩最新設(shè)計(jì)出來(lái)的它也可以單獨(dú)應(yīng)用在馬鈴薯挖掘機(jī)中。這種分離裝置主要由弧齒、連接桿、和轉(zhuǎn)動(dòng)軸組其單個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4-2所示。隨著挖掘鏟的前進(jìn)，撥齒處于不斷的撥動(dòng)狀態(tài)，它撥動(dòng)加快了土壤的破碎，并使土壤通過(guò)撥齒的縫隙掉落到地面，同時(shí)薯塊被撥動(dòng)到后面撥齒上，最后通過(guò)撥齒拋出，掉落地面或被后續(xù)裝置進(jìn)行輸送。采用弧形撥齒式分離裝在撥齒的破碎、撥動(dòng)、拋擲作用下，能夠使土塊更好的破碎，薯土分離的效率

53、和效果也到提高。與此同時(shí)，在撥齒撥動(dòng)、拋擲的過(guò)程中還會(huì)使薯塊與土壤產(chǎn)生摩擦，使附著在面的土壤得到清理。圖4-2弧形撥齒分離機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖1. 弧形撥齒2.連接桿3.空軸 綜上所述，進(jìn)行綜合對(duì)比分析可以得出，弧形撥齒式分離裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離效果克服了抖動(dòng)鏈?zhǔn)胶秃Y式分離裝置在小型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械和中粘性土壤中使用的限制。所以，最后設(shè)計(jì)的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的分離裝置是比這種新型分離裝置分離效果更好的旋齒分離機(jī)構(gòu)，如圖4-3所示。圖4-3 旋齒分離示意圖4.2 分離裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)旋齒設(shè)計(jì)參數(shù)主要為旋齒的半徑、旋齒展開(kāi)的總長(zhǎng)度，旋齒半徑為83mm,旋齒展開(kāi)總長(zhǎng)度為383mm。其設(shè)計(jì)意圖如圖3-4所示。 圖4-

54、4 旋齒結(jié)構(gòu)示意圖旋齒分離裝置主要有旋齒、旋齒軸、耳座組成。耳座的作用是連接旋齒與旋齒軸，是二者能夠很好的結(jié)合在一起。耳座有兩種類型，它們的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-5和4-6所示： 圖4-5 耳座1 圖4-6 耳座2 旋齒分離裝置共有3組。旋齒軸焊合3組，旋齒裝配3組。他們的二維視圖我已經(jīng)用CAD軟件繪制出來(lái)了。如下圖所示： 首先是旋齒軸焊合3組： 圖4-7 第一組旋齒軸焊合 圖4-8 第二組旋齒軸焊合 圖4-9 第三組旋齒軸焊合然后是旋齒總體裝配三組：二維視圖如下圖所示： 圖4-10 第一組旋齒裝配圖4-11 第二組旋齒裝配 圖4-12 第三組旋齒裝配第 5 章 旋齒分離器運(yùn)動(dòng)分析5.1 問(wèn)題的提

55、出馬鈴薯在我國(guó)北方種植面積較大，收獲占用勞力較多，而且與大田收獲爭(zhēng)勞力，人工收獲損失大.我國(guó)尚無(wú)理想的馬鈴薯收獲機(jī)械，目前應(yīng)用的大都是三十年代的機(jī)型.其挖掘部件采用三角鏟，分離部分采用抖動(dòng)鏈?zhǔn)?，整機(jī)笨重，工作效果不佳.為進(jìn)一步解決這一問(wèn)題，經(jīng)過(guò)兩年的馬鈴薯收獲機(jī)試驗(yàn)研究，研制成丁4UT一2型馬鈴薯收獲機(jī)。新型的4UT一2型馬鈴薯收獲機(jī)的挖掘部件采用鴨掌鏟，其挖凈寬達(dá)99.8%上.以分離機(jī)構(gòu)采用旋齒分離器，旋齒分離機(jī)構(gòu)與抖動(dòng)鏈?zhǔn)奖容^有突出的優(yōu)點(diǎn)，為了給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，本章對(duì)分離器各參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行理論探討。5.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程該機(jī)由拖拉機(jī)牽引，通過(guò)拖拉機(jī)功力輪出軸、伸縮萬(wàn)向節(jié)和減速箱輸

56、出軸的兩端分別將動(dòng)力傳給撥土輪和分離器的中間旋位，中間旋齒通過(guò)齒輪再傳動(dòng)其它各旋齒，再由前后旋齒軸分別帶動(dòng)喂入輪和升運(yùn)鏈。分離器的四組旋齒交錯(cuò)排列，各組旋齒相位差為，齒距為18mm。圖5-1 4UT-2結(jié)構(gòu)示意圖4UT-2型馬鈴薯收獲機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5-1所示：1、仿形輪 2、鴨掌鏟 3、撥土輪 4、變速箱 5、喂入輪 6、旋齒分離器 7、升運(yùn)鏈 8、行走輪 9、署箱機(jī)器的起落由拖拉機(jī)的液壓懸掛裝置控制，開(kāi)始時(shí)液壓懸掛架處于浮動(dòng)位置，通過(guò)調(diào)節(jié)仿形輪的高低位置控制挖掘鏟的入土深度.工作時(shí)，薯塊與土壤沿挖掘鏟上升并向后移動(dòng)，借助于撥土輪、喂入輪的作用，送入旋齒分離機(jī)構(gòu)，在旋齒的作用下，被破碎的土壤從旋齒

57、間漏下，薯塊及部分硬土塊順次經(jīng)各旋齒送至升運(yùn)鏈，由升運(yùn)鏈送進(jìn)薯箱，然后靠其重量自動(dòng)放堆.。5.3 旋齒分離器的運(yùn)動(dòng)分析旋齒式分離器工作時(shí).由于旋齒的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使薯塊產(chǎn)生離心力而被拋離旋齒，土壤受到旋齒的打擊和剪切作用破碎后落至地面，從而達(dá)到薯塊與土壤分離的目的.薯塊在旋齒分離器匕的受力情況如圖5-2(a)所示。分離器與水平面的傾斜角為，和:分別為旋齒l和旋齒2的軸心，旋齒的最大半徑為r，旋齒上任點(diǎn)一點(diǎn)的運(yùn)勸軌跡是圓。假設(shè)薯塊在旋齒最人半徑處被拋起，薯塊所受到的作用力有:重力mg、法向反力Fn、離心力和摩揀力。若以旋齒最大半徑平行于旋齒軸心聯(lián)線為轉(zhuǎn)角的起始位置，則反力F可表示為：當(dāng)Fn0時(shí)薯塊被拋

58、離旋齒，即:薯塊拋離旋齒的條件為: 圖5-2 旋齒上薯塊的運(yùn)動(dòng) 為了使薯塊能沿旋齒向后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)薯塊被旋齒1拋起后，應(yīng)使其速度方向向后落至咬齒2上，即薯塊拋離旋齒1時(shí)的速度方向與水平面的夾角應(yīng)小于，見(jiàn)圖5-2（b）。由于，薯塊向后運(yùn)動(dòng)的極限條件為=，即由于 所以 為深證薯塊向后運(yùn)動(dòng)，旋齒的運(yùn)動(dòng)參數(shù)必須大于，或者是分離器和水平面的傾斜角。 為了分析薯塊在旋齒分離器上的運(yùn)動(dòng)情況，作如下假設(shè):1、薯塊在旋齒最大半徑處完全拋離旋齒，2、薯塊與旋齒之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，3、薯塊落到旋齒上即獲得與旋齒相同的速度. 圖 5-3 薯塊拋扔情況 如圖5-3所示，取坐標(biāo)xoy，以旋齒最大半徑平行于旋齒軸心聯(lián)線為起始位置.則旋齒任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程式為： （1）式中 一旋齒角速度 一旋齒最大半徑 一機(jī)器前進(jìn)速度 一旋齒分離器傾角其速度方程式為: （2）為了減少薯塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的碰撞而產(chǎn)生碰傷和破碎，要求薯塊在旋齒上做平拋運(yùn)動(dòng)，這樣也可以使土壤在旋齒上的分離時(shí)間增長(zhǎng)，提高土壤的分離能力.為了達(dá)到上述要求，應(yīng)使薯塊在旋齒轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)1處