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番茄收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要：目前中國(guó)已成為繼美國(guó)之后世界第二大加工番茄生產(chǎn)基地，其加工番茄的種植面積約占世界總種植面積的28%。是我國(guó)最大的加工番茄生產(chǎn)基地，其具有發(fā)展加工番茄生產(chǎn)得天獨(dú)厚的農(nóng)業(yè)資源。晝夜溫差大、日照時(shí)間長(zhǎng)、干燥炎熱、病蟲(chóng)害少、獨(dú)特的自然條件為大規(guī)模發(fā)展加工番茄產(chǎn)業(yè)提供了非常有利的條件，約占中國(guó)加工番茄的種植面積的80%左右。2009年番茄種植面積已達(dá)158萬(wàn)畝，番茄產(chǎn)量達(dá)到744萬(wàn)噸，生產(chǎn)番茄制品101.46萬(wàn)噸。然而，目前的加工番茄普遍采用人工采收，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，采收費(fèi)用高，且常由于采收不及時(shí)，造成大量的加工番茄腐爛在地里，而正值的秋收季節(jié)之時(shí)，致使勞動(dòng)力極為緊缺。但經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，的“紅色產(chǎn)業(yè)”發(fā)展迅猛，產(chǎn)量逐年遞增。
關(guān)鍵詞：收獲機(jī)；自走式；番茄
中圖分類(lèi)號(hào): 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：
0引言
目前中國(guó)已成為繼美國(guó)之后世界第二大加工番茄生產(chǎn)基地，其加工番茄的種植面積約占世界總種植面積的28%。是我國(guó)最大的加工番茄生產(chǎn)基地，其具有發(fā)展加工番茄生產(chǎn)得天獨(dú)厚的農(nóng)業(yè)資源。晝夜溫差大、日照時(shí)間長(zhǎng)、干燥炎熱、病蟲(chóng)害少、獨(dú)特的自然條件為大規(guī)模發(fā)展加工番茄產(chǎn)業(yè)提供了非常有利的條件，約占中國(guó)加工番茄的種植面積的80%左右。2009年番茄種植面積已達(dá)158萬(wàn)畝，番茄產(chǎn)量達(dá)到744萬(wàn)噸，生產(chǎn)番茄制品101.46萬(wàn)噸。然而，目前的加工番茄普遍采用人工采收，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，采收費(fèi)用高，且常由于采收不及時(shí)，造成大量的加工番茄腐爛在地里，而正值的秋收季節(jié)之時(shí)，致使勞動(dòng)力極為緊缺。但經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，的“紅色產(chǎn)業(yè)”發(fā)展迅猛，產(chǎn)量逐年遞增。
大力發(fā)展番茄產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展步伐，就促使番茄收獲實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。番茄收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，目前大都是人工采收，生產(chǎn)效率低，而番茄成熟季節(jié)與棉花成熟季節(jié)相同，由于是棉花大省，占用勞動(dòng)力很多，往往都是因?yàn)閯趧?dòng)力不足，影響了番茄的最佳成熟時(shí)節(jié)，嚴(yán)重影響了番茄的品質(zhì)，造成了一定的損失！由于進(jìn)口番茄收獲機(jī)存在價(jià)格昂貴服務(wù)周期長(zhǎng)和收費(fèi)高等問(wèn)題，對(duì)我國(guó)番茄機(jī)械化采收技術(shù)的推廣和普及造成很大障礙，嚴(yán)重影響了和兵團(tuán)番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 為此，設(shè)計(jì)一種番茄收獲機(jī)，并對(duì)該機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行研制，該機(jī)可同時(shí)完成番茄秧的切割、果秧分離和輸送等工作。
1總體設(shè)計(jì)思路
我國(guó)研究葵花籽去殼機(jī)起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達(dá)國(guó)家相比只能望其項(xiàng)背，目前市場(chǎng)上流行的一些機(jī)具中，存在一些問(wèn)題，因此，難以大范圍推廣應(yīng)用。是我國(guó)番茄主要種植地區(qū)，目前機(jī)械化程度也已越來(lái)越高，但要實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的努力，目前番茄收獲機(jī)械化存在的問(wèn)題主要有一下幾個(gè)方面：
1）番茄品種還不能完全適應(yīng)機(jī)械化收獲
2）缺乏與機(jī)械化收獲相適應(yīng)的科學(xué)種植和田間管理規(guī)范
3）缺乏機(jī)械化收獲番茄的收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)
4）缺乏適用的番茄收獲機(jī)
5）番茄種植戶規(guī)模較小
6）番茄收獲時(shí)間過(guò)于集中
因此，在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，人工采摘仍將是地區(qū)番茄收獲的主要方式。相對(duì)于人工收獲來(lái)說(shuō)，番茄收獲機(jī)明顯是一個(gè)良好的選擇，是既可以節(jié)約勞動(dòng)力又可以節(jié)約成本的一種機(jī)械。
1.1設(shè)計(jì)原理
根據(jù)我國(guó)番茄收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問(wèn)題以及未來(lái)番茄收獲機(jī)發(fā)展要求，設(shè)計(jì)農(nóng)用番茄收獲機(jī)。農(nóng)用番茄收獲機(jī)主要由動(dòng)力輸入裝置、傳動(dòng)裝置、切割裝置、果秧分離裝置和輸送裝置組成。其中，動(dòng)力裝置是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)三角帶傳遞，切割裝置將番茄秧割斷，經(jīng)由輸送帶的一系列輸送，，經(jīng)過(guò)果秧分離裝置實(shí)現(xiàn)果實(shí)和果秧的分離，最后由輸送帶進(jìn)行運(yùn)輸。通過(guò)本機(jī)能一次性完成對(duì)番茄的收獲。
先確定我國(guó)已有番茄收獲機(jī)的類(lèi)型，根據(jù)已有大型番茄收獲機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新型的番茄收獲機(jī)，使番茄收獲機(jī)能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，也就是番茄收獲機(jī)要能工作穩(wěn)定，保證收獲率高，番茄完整率高，果秧分離效果好等優(yōu)點(diǎn)。
1.2設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
該機(jī)動(dòng)力源于發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)帶輪、三角帶實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳輸，番茄通過(guò)采摘頭、輸送裝置、分離裝置等實(shí)現(xiàn)一次性完成對(duì)番茄的收獲。
圖1番茄收獲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖
1.割刀 2.果秧輸送帶 3.駕駛室 4.格柵 5. 梳齒 6.分離滾筒7. 秧苗輸送帶 8.果實(shí)裝車(chē)輸送帶 9.秧苗輸送架 10.機(jī)架
11.果實(shí)輸送帶 12.主動(dòng)帶輪 13.柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 14.從動(dòng)帶輪15.輪胎
2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
2.1梳齒滾筒式分離裝置的設(shè)計(jì)
梳齒滾筒式分離機(jī)構(gòu)是果秧分離裝置的核心部件，主要由滾筒主軸、分離滾筒、分離彈齒、傳動(dòng)輪等零件組成。被割臺(tái)切割的果秧由輸送帶6輸送至果秧分離裝置，通過(guò)滾筒的作用，番茄進(jìn)行果秧分離，分離后的番茄果實(shí)從格柵落下進(jìn)入下面果實(shí)輸送帶；剩余果秧被滾筒彈齒拋出。
2.2分離滾筒的設(shè)計(jì)
分離滾筒是果秧分離裝置的主體，滾筒的直徑和長(zhǎng)度決定著分離轉(zhuǎn)速和工作效率等工作參數(shù)，其直徑還間接影響了分離彈齒的長(zhǎng)度范圍，因此，對(duì)其直徑和長(zhǎng)度的確定具有一定意義。目前現(xiàn)有的適合機(jī)械采收的加工番茄種植模式為寬窄行40cm +80cm，株距35～40 cm，國(guó)外進(jìn)口的番茄收獲機(jī)生產(chǎn)率為20～35t/h,機(jī)車(chē)行走速度為1.5～3km/h。本裝置設(shè)計(jì)所配套機(jī)車(chē)行走速度為2.5 km/h，滾筒轉(zhuǎn)速范圍由下式確定：2πna≥2.5km/h≈7m/s（式中，n為滾筒轉(zhuǎn)速，r/s，a為撥桿長(zhǎng)度與滾筒半徑之和，m。）設(shè)計(jì)滾筒的半徑為180mm，材料選擇為鋼，長(zhǎng)度為1400mm。
2.3分離彈齒撥桿的設(shè)計(jì)
分離彈齒是分離果秧的主要部件，其直接作用在果秧上，因此，彈齒的形狀和分布為設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。根據(jù)目前已有分離彈齒的造型和田地采集的番茄果秧的尺寸以及番茄果實(shí)尺寸，該分離撥桿采用直徑為12mm的橡膠棒。撥桿間距為82mm。分離彈齒與滾筒相結(jié)合，根據(jù)滾筒半徑確定彈齒的長(zhǎng)度為350mm。撥桿與滾筒采用焊接的連接方式。
2.4 切割裝置的設(shè)計(jì)
根據(jù)我國(guó)番茄種植現(xiàn)狀,在國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上,充分考慮到各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),我與導(dǎo)師經(jīng)過(guò)討論提出兩種番茄收獲機(jī)割臺(tái)設(shè)計(jì)方案。
方案一圓盤(pán)式割刀切斷植株,利用圓盤(pán)式割刀切割番茄莖桿,圓盤(pán)式割刀的運(yùn)動(dòng)是刀盤(pán)的水平旋轉(zhuǎn)與機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動(dòng)所合成的。刀片某一點(diǎn)對(duì)地面的軌跡為余擺線,刀片刃線對(duì)地面所掃過(guò)的面積為余擺帶,其帶寬與刃部長(zhǎng)度相近似。但是固定盤(pán)式割刀功耗大、使用不方便甩刀回轉(zhuǎn)式割刀果實(shí)損失較多,使用不夠經(jīng)濟(jì)。
方案二往復(fù)割刀切斷植株,經(jīng)輸送鏈輸送莖桿,割臺(tái)配置分禾器,輸送帶,結(jié)構(gòu)緊湊,碎莖桿容易收集。
本設(shè)計(jì)采用第二種切割裝置。
2.5輸送帶的設(shè)計(jì)
輸送帶是由尼龍帶與橫桿鉚接組成,橫桿之間的間隙設(shè)計(jì)是根據(jù)番茄的截面直徑設(shè)計(jì)的,橫桿是10號(hào)鋼筋截得。
根據(jù)收獲要求番茄最小直徑28mm,根據(jù)受力分析設(shè)計(jì)間隙為25mm，如果按要求設(shè)計(jì)28mm,會(huì)擠壓受力,番茄會(huì)變型,所以間隙要比要求小。
果秧分離后，由于有可能番茄依舊在果秧上，沒(méi)有脫落到下方果實(shí)輸送帶上，故果秧輸送帶橫桿之間的間隙應(yīng)該大于番茄的最大直徑92mm，設(shè)計(jì)為100mm，在輸送過(guò)程中由于機(jī)體的震動(dòng)使番茄能夠掉落到果實(shí)輸送帶中故需要橫桿中間的帶中空。
果秧分離后，果實(shí)輸送帶橫桿之間的間隙應(yīng)該大于番茄的最大直徑92mm，設(shè)計(jì)為100mm，高度為80mm。
3總結(jié)
本文是圍繞農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品—番茄收獲機(jī)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了番茄收獲的機(jī)械化。此機(jī)器使用后，改變了以前人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低的缺點(diǎn)，節(jié)省了廣大農(nóng)民群眾的勞動(dòng)量，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。此番茄收獲機(jī)的研制滿足了大部分用戶的需要。該機(jī)器果秧分離率高，番茄的損傷率低，也解放了勞動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化收獲的全過(guò)程。
該機(jī)的關(guān)鍵部分是果秧分離結(jié)構(gòu)與秧苗撿拾切割結(jié)構(gòu)，因?yàn)榉咽斋@的整個(gè)過(guò)程都是由這兩部分完成的，分離后的番茄損傷情況，完全是看果秧分離結(jié)構(gòu)的性能能不能達(dá)到要求。本文也介紹了目前各種番茄收獲機(jī)分離裝置和切割撿拾裝置的原理及裝備，并對(duì)番茄收獲機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景作出了簡(jiǎn)明的概括和分析。
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