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溫室韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)
(1.
摘要：本文通過(guò)對(duì)溫室韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)同時(shí)介紹了韭菜收割機(jī)的意義、發(fā)展、工作原理及其主要參數(shù)。并詳細(xì)的分析了收割機(jī)的構(gòu)成、以及收割機(jī)的收割方式，并分析了韭菜收割機(jī)的收割原理和收割過(guò)程。韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程從對(duì)韭菜收割的機(jī)械化轉(zhuǎn)換，總結(jié)普通農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)模式和功能實(shí)現(xiàn)，到具體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)思和分析計(jì)算，產(chǎn)品模型的建立，工程分析和設(shè)計(jì)制造，一步一步完整走過(guò)，讓整個(gè)設(shè)計(jì)路程圓滿而成果豐碩。其中，數(shù)字化的設(shè)計(jì)方法和基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)讓設(shè)計(jì)過(guò)程高速而有效，對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程起到了關(guān)鍵性的作用。所以溫室韭菜收割機(jī)有很好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：溫室韭菜；收割機(jī)；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0引言
我國(guó)吃韭菜有著悠久的歷史，好多菜肴都有韭菜?？梢?jiàn)我國(guó)人民對(duì)韭菜的熱愛(ài)之深。隨著科技的進(jìn)步，各種糧食蔬菜都大面積種植，源自于有著機(jī)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(jī)械化問(wèn)題。我國(guó)勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)收割工具有許多發(fā)明創(chuàng)造，據(jù)古書(shū)記載在三千五百年前已經(jīng)發(fā)明了鐮刀，在十三世紀(jì)中葉創(chuàng)造了推鐮等高效工具。但這些成就在長(zhǎng)期的封建和半封建、半殖民地的社會(huì)中得不到應(yīng)有的發(fā)展和重視。
當(dāng)韭菜種植面積大時(shí)靠人們用鐮刀收割，效率太低，在收割時(shí)菜農(nóng)一直蹲著非常累，而且如果大面積種植，收割的勞動(dòng)力比較少，而且工價(jià)很高，又加大了韭菜的做種植成本，相應(yīng)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(guò)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(shí)，人工收割成本會(huì)很高，如果有一臺(tái)機(jī)器來(lái)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?？梢?jiàn)現(xiàn)在研制一臺(tái)韭菜收割機(jī)器十分重要。
1總體設(shè)計(jì)思路
溫室韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)是通過(guò)往復(fù)式的割刀來(lái)實(shí)現(xiàn)溫室韭菜的收割。首先是通過(guò)分禾器實(shí)現(xiàn)韭菜的分禾和喂入，進(jìn)而撥禾輪使其扶正，然后再通過(guò)傳送滾筒實(shí)現(xiàn)韭菜的夾緊最后喂入割刀系統(tǒng)，緊接著實(shí)現(xiàn)傳送完成整個(gè)韭菜收割的過(guò)程。
1.1設(shè)計(jì)原理
韭菜收割機(jī)在驅(qū)動(dòng)輪的作用下實(shí)現(xiàn)韭菜收割機(jī)的向前前行，韭菜收割機(jī)的前一部分主要是為了實(shí)現(xiàn)韭菜的喂入及收割。韭菜通過(guò)分禾器實(shí)現(xiàn)韭菜的分禾并通過(guò)撥禾輪實(shí)現(xiàn)韭菜的喂入，喂入之后進(jìn)入到傳送機(jī)構(gòu)。剛剛進(jìn)入傳送機(jī)構(gòu)的韭菜在兩個(gè)立起來(lái)的傳送滾筒實(shí)現(xiàn)韭菜的夾緊更方便的實(shí)現(xiàn)韭菜的割斷，進(jìn)而通過(guò)傳送帶的夾持作用實(shí)現(xiàn)韭菜的傳送。由于傳送帶的夾持和傳送作用使韭菜進(jìn)入后部的接收筐中。從而大致完成整個(gè)設(shè)計(jì)原理。
1.2設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
溫室韭菜收割機(jī)的結(jié)構(gòu)主要有分禾器、撥禾輪、割刀、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、傳送滾、傳送帶、電機(jī)、機(jī)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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)過(guò)減速器來(lái)實(shí)現(xiàn)韭菜收割機(jī)的驅(qū)動(dòng)。在進(jìn)地之后，在分禾器的作用下實(shí)現(xiàn)單行的韭菜的喂入，進(jìn)而經(jīng)過(guò)撥禾輪來(lái)進(jìn)行韭菜的扶正，通過(guò)與機(jī)架垂直的兩個(gè)傳送滾進(jìn)行韭菜的扶正并且?jiàn)A緊。往復(fù)式割刀在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)動(dòng)割刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)韭菜的切割，在韭菜隔斷之后直接通過(guò)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(dòng)是傳送電機(jī)來(lái)帶動(dòng)的，通過(guò)齒輪來(lái)連接兩個(gè)傳送滾的反向轉(zhuǎn)動(dòng)。傳送帶的主動(dòng)傳送滾帶動(dòng)從動(dòng)傳送滾的運(yùn)動(dòng)再通過(guò)皮帶和齒輪的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)撥禾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。在整個(gè)韭菜收割的過(guò)程中主要機(jī)構(gòu)是傳送裝置和割刀裝置，在這兩個(gè)裝置的配合使用下使得整個(gè)過(guò)程變得簡(jiǎn)單。此次韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的作用，根據(jù)不同作物的要求，要求收割時(shí)的割茬也會(huì)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(guò)調(diào)整前輪的高度來(lái)調(diào)節(jié)不同作物割茬的要求。對(duì)于不同的作物來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的割茬要求，較好的解決了收割機(jī)都不同作物的適應(yīng)性，生產(chǎn)效率高。
圖1溫室韭菜收割機(jī)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(jī)6主傳送滾筒 7接收筐 8曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 9驅(qū)動(dòng)輪
2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
2.1撥禾輪的設(shè)計(jì)
撥禾輪的設(shè)計(jì)是韭菜收割的開(kāi)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(yùn)動(dòng)軌跡的形狀，決定于撥禾輪的圓周速度Vy與機(jī)器前進(jìn)的速度Vm的比值；為撥禾速度比。只有當(dāng)≥1時(shí)，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(shí)，撥禾輪的工作情況才是正常的。撥禾輪的工作過(guò)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(yīng)該滿足工作過(guò)程中不同階段的要求。切割時(shí)，撥禾輪應(yīng)該扶持作物莖桿，以配合進(jìn)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：
（1-1）
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(dāng)莖桿被割斷夠，要求撥禾輪繼續(xù)起推送作用，如果此時(shí)撥禾輪的作用點(diǎn)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(diǎn)過(guò)高，清掃切割的作用將減弱，如果撥禾輪的作用點(diǎn)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(zhǎng)L則l=1／3L。因此，要求撥禾齒在割斷作物的中心點(diǎn)以上，則應(yīng)該保證：
（1-2）
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(guò)大，它受到兩方面的限制，但是機(jī)器的前進(jìn)速度Vm一定時(shí)，增大值，就要提高撥禾輪的圓周速度Vy，這將對(duì)作物的沖擊增加，而使作物不能夠很好地切割。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，韭菜收割的速度一般在1.5m／s。另一方面，當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度Vm較高時(shí)，為了使Vy不超過(guò)受脫離損失限制的允許值，撥禾輪的速度比就應(yīng)該減小。當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度較低時(shí)，很有可能在Vy不超過(guò)3m／s煩人情況下，大大增加撥禾輪速度比，但是過(guò)大則會(huì)出現(xiàn)回彈現(xiàn)象。
（1-3）
（1-4）
經(jīng)過(guò)專家實(shí)驗(yàn)韭菜收割機(jī)的一般取1.3—2.3。這里取1。即：
R為撥禾輪的半徑，為撥禾輪的角速度。
n初取為22r／min，前進(jìn)速度Vm應(yīng)該根據(jù)機(jī)器的生產(chǎn)率、割副、調(diào)配動(dòng)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(jìn)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(yīng)該滿足：
(1-5)
其中取1.8，L取0.3，h取0.01；
即撥禾輪的直徑取0.4m。
2.2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
具有一個(gè)曲柄和一個(gè)搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。通常，曲柄為主動(dòng)件且等速轉(zhuǎn)動(dòng)，而搖桿為從動(dòng)件作變速往返擺動(dòng)，連桿作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中也有用搖桿作為主動(dòng)構(gòu)件，搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)。
在韭菜收割機(jī)的割刀傳動(dòng)的問(wèn)題下，結(jié)合實(shí)際情況，所以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是一種很好的是割刀進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的很好地方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。
圖2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為韭菜收割時(shí)的核心機(jī)構(gòu)，AB為曲柄搖桿結(jié)構(gòu)中的搖桿，AB桿在割刀電機(jī)的帶動(dòng)下繞著A點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)連桿BC進(jìn)行擺動(dòng)。D點(diǎn)為一定點(diǎn)，CDE為一彎曲的連桿，在連桿BC的作用下CDE進(jìn)行擺動(dòng)，再用連桿EF連接刀具，從而可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)刀具的往返運(yùn)動(dòng)，今兒實(shí)現(xiàn)韭菜的切割。
2.3 切割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
切割器是主要的工作部件，本次韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)我們采用的是往復(fù)式切割器。其割刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性較廣。目前在谷物收割機(jī)、牧草收割機(jī)、谷物聯(lián)合收獲機(jī)和玉米收獲機(jī)上采用較多。它能適應(yīng)一般或較高作業(yè)速度的要求，工作質(zhì)量較好，但其往復(fù)慣性力較大，震動(dòng)較大。切割時(shí)，莖稈有傾斜和晃動(dòng)，因而對(duì)莖稈堅(jiān)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(shí)間長(zhǎng)和莖稈多次切割現(xiàn)象，則會(huì)出現(xiàn)割茬不夠整齊。對(duì)于韭菜收割來(lái)說(shuō)，比較適宜。利用往復(fù)式割刀來(lái)進(jìn)行收割，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易設(shè)計(jì)。
試驗(yàn)證明：在割刀鋒利、割刀間隙正常（動(dòng)、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(shí)能順利的切割莖桿，若低于此限制速度，則會(huì)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(guò)程中的速度大小，需繪制切割器的切割速度圖，并進(jìn)行分析，切割器的切割速度簡(jiǎn)圖如圖3。
圖3 切割速度簡(jiǎn)圖
切割器切割速度的特點(diǎn)是：割刀在一個(gè)行程中與兩個(gè)定刀片相遇，因而有兩個(gè)切割速度范圍，分別為Va1-Vb1及Va2-Va2。從兩個(gè)范圍的速度看，雖然沒(méi)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(shí)，應(yīng)當(dāng)使用銷處左右兩止點(diǎn)位置，定刀片和動(dòng)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）
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：
（2-2）
（2-3）
式中：—機(jī)器前進(jìn)的速度；
—機(jī)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。Vm=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(jī)構(gòu)
韭菜收割的傳送機(jī)構(gòu)我選用帶式傳送，帶式輸送機(jī)是連續(xù)運(yùn)輸機(jī)的一種，其運(yùn)輸特點(diǎn)是形成裝載點(diǎn)到裝載點(diǎn)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(diǎn)到接收點(diǎn)的傳送，然而普通的傳送并不能完全滿足韭菜收割機(jī)的要求。傳送帶分為以下幾個(gè)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(shí)針、逆時(shí)針兩種；
（3）按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為勻速和變速兩種。
結(jié)合溫室韭菜收割機(jī)特點(diǎn)我們采用組合式的傳送類型來(lái)給與傳送。就韭菜收割機(jī)而言傳送部分是相對(duì)來(lái)說(shuō)比較重要的一個(gè)組成部分。本次設(shè)計(jì)的主動(dòng)傳送滾在韭菜收割機(jī)的后方，來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸入。由于韭菜收割機(jī)特殊性，所以必須實(shí)現(xiàn)雙傳送來(lái)實(shí)現(xiàn)韭菜收割機(jī)的傳送，動(dòng)力輸出的同時(shí)要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)傳送滾的反轉(zhuǎn)，鑒于這一特殊性我們使用齒輪連接兩個(gè)傳送滾筒的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)滾筒的反轉(zhuǎn)即可。
3總結(jié)
割刀是溫室韭菜收割機(jī)的關(guān)鍵部件，主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)韭菜的收割。割刀的速度和割刀電機(jī)的功率同樣對(duì)切割效果有著重要的影響。在設(shè)計(jì)割刀的時(shí)候同樣要注意割刀材料的選取各個(gè)方面。同樣的傳送帶的設(shè)計(jì)也是本次設(shè)計(jì)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(guò)設(shè)計(jì)的之后解決各種問(wèn)題之后，溫室韭菜收割機(jī)也是一大進(jìn)步。
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