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番茄收獲機的設(shè)計
摘要：目前中國已成為繼美國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)得天獨厚的農(nóng)業(yè)資源。晝夜溫差大、日照時間長、干燥炎熱、病蟲害少、獨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，約占中國加工番茄的種植面積的80%左右。2009年番茄種植面積已達158萬畝，番茄產(chǎn)量達到744萬噸，生產(chǎn)番茄制品101.46萬噸。然而，目前的加工番茄普遍采用人工采收，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，費時費力，采收費用高，且常由于采收不及時，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，致使勞動力極為緊缺。但經(jīng)過十幾年的發(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；自走式；番茄
中圖分類號: 文獻標(biāo)識碼：
0引言
目前中國已成為繼美國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)得天獨厚的農(nóng)業(yè)資源。晝夜溫差大、日照時間長、干燥炎熱、病蟲害少、獨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，約占中國加工番茄的種植面積的80%左右。2009年番茄種植面積已達158萬畝，番茄產(chǎn)量達到744萬噸，生產(chǎn)番茄制品101.46萬噸。然而，目前的加工番茄普遍采用人工采收，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，費時費力，采收費用高，且常由于采收不及時，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，致使勞動力極為緊缺。但經(jīng)過十幾年的發(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，就促使番茄收獲實現(xiàn)機械化。番茄收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(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，占用勞動力很多，往往都是因為勞動力不足，影響了番茄的最佳成熟時節(jié)，嚴重影響了番茄的品質(zhì)，造成了一定的損失！由于進口番茄收獲機存在價格昂貴服務(wù)周期長和收費高等問題，對我國番茄機械化采收技術(shù)的推廣和普及造成很大障礙，嚴重影響了和兵團番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 為此，設(shè)計一種番茄收獲機，并對該機的關(guān)鍵部件進行研制，該機可同時完成番茄秧的切割、果秧分離和輸送等工作。
1總體設(shè)計思路
我國研究葵花籽去殼機起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達國家相比只能望其項背，目前市場上流行的一些機具中，存在一些問題，因此，難以大范圍推廣應(yīng)用。是我國番茄主要種植地區(qū)，目前機械化程度也已越來越高，但要實現(xiàn)完全自動化還需要很長一段時間的努力，目前番茄收獲機械化存在的問題主要有一下幾個方面：
1）番茄品種還不能完全適應(yīng)機械化收獲
2）缺乏與機械化收獲相適應(yīng)的科學(xué)種植和田間管理規(guī)范
3）缺乏機械化收獲番茄的收購標(biāo)準(zhǔn)
4）缺乏適用的番茄收獲機
5）番茄種植戶規(guī)模較小
6）番茄收獲時間過于集中
因此，在很長的一段時間內(nèi)，人工采摘仍將是地區(qū)番茄收獲的主要方式。相對于人工收獲來說，番茄收獲機明顯是一個良好的選擇，是既可以節(jié)約勞動力又可以節(jié)約成本的一種機械。
1.1設(shè)計原理
根據(jù)我國番茄收獲機的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及未來番茄收獲機發(fā)展要求，設(shè)計農(nóng)用番茄收獲機。農(nóng)用番茄收獲機主要由動力輸入裝置、傳動裝置、切割裝置、果秧分離裝置和輸送裝置組成。其中，動力裝置是通過發(fā)動機經(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)過果秧分離裝置實現(xiàn)果實和果秧的分離，最后由輸送帶進行運輸。通過本機能一次性完成對番茄的收獲。
先確定我國已有番茄收獲機的類型，根據(jù)已有大型番茄收獲機的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計新型的番茄收獲機，使番茄收獲機能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，也就是番茄收獲機要能工作穩(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。
1.2設(shè)計總體結(jié)構(gòu)
該機動力源于發(fā)動機，通過帶輪、三角帶實現(xiàn)動力的傳輸，番茄通過采摘頭、輸送裝置、分離裝置等實現(xiàn)一次性完成對番茄的收獲。
圖1番茄收獲機的總體結(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.果實裝車輸送帶 9.秧苗輸送架 10.機架
11.果實輸送帶 12.主動帶輪 13.柴油發(fā)動機 14.從動帶輪15.輪胎
2關(guān)鍵部件的設(shè)計
2.1梳齒滾筒式分離裝置的設(shè)計
梳齒滾筒式分離機構(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、傳動輪等零件組成。被割臺切割的果秧由輸送帶6輸送至果秧分離裝置，通過滾筒的作用，番茄進行果秧分離，分離后的番茄果實從格柵落下進入下面果實輸送帶；剩余果秧被滾筒彈齒拋出。
2.2分離滾筒的設(shè)計
分離滾筒是果秧分離裝置的主體，滾筒的直徑和長度決定著分離轉(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度范圍，因此，對其直徑和長度的確定具有一定意義。目前現(xiàn)有的適合機械采收的加工番茄種植模式為寬窄行40cm +80cm，株距35～40 cm，國外進口的番茄收獲機生產(chǎn)率為20～35t/h,機車行走速度為1.5～3km/h。本裝置設(shè)計所配套機車行走速度為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為撥桿長度與滾筒半徑之和，m。）設(shè)計滾筒的半徑為180mm，材料選擇為鋼，長度為1400mm。
2.3分離彈齒撥桿的設(shè)計
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)計的要點。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
根據(jù)我國番茄種植現(xiàn)狀,在國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上,充分考慮到各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo),我與導(dǎo)師經(jīng)過討論提出兩種番茄收獲機割臺設(shè)計方案。
方案一圓盤式割刀切斷植株,利用圓盤式割刀切割番茄莖桿,圓盤式割刀的運動是刀盤的水平旋轉(zhuǎn)與機器前進運動所合成的。刀片某一點對地面的軌跡為余擺線,刀片刃線對地面所掃過的面積為余擺帶,其帶寬與刃部長度相近似。但是固定盤式割刀功耗大、使用不方便甩刀回轉(zhuǎn)式割刀果實損失較多,使用不夠經(jīng)濟。
方案二往復(fù)割刀切斷植株,經(jīng)輸送鏈輸送莖桿,割臺配置分禾器,輸送帶,結(jié)構(gòu)緊湊,碎莖桿容易收集。
本設(shè)計采用第二種切割裝置。
2.5輸送帶的設(shè)計
輸送帶是由尼龍帶與橫桿鉚接組成,橫桿之間的間隙設(shè)計是根據(jù)番茄的截面直徑設(shè)計的,橫桿是10號鋼筋截得。
根據(jù)收獲要求番茄最小直徑28mm,根據(jù)受力分析設(shè)計間隙為25mm，如果按要求設(shè)計28mm,會擠壓受力,番茄會變型,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，沒有脫落到下方果實輸送帶上，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)計為100mm，在輸送過程中由于機體的震動使番茄能夠掉落到果實輸送帶中故需要橫桿中間的帶中空。
果秧分離后，果實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)計為100mm，高度為80mm。
3總結(jié)
本文是圍繞農(nóng)用機械產(chǎn)品—番茄收獲機的設(shè)計，實現(xiàn)了番茄收獲的機械化。此機器使用后，改變了以前人工勞動強度大、效率低的缺點，節(jié)省了廣大農(nóng)民群眾的勞動量，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。此番茄收獲機的研制滿足了大部分用戶的需要。該機器果秧分離率高，番茄的損傷率低，也解放了勞動力，可實現(xiàn)自動化收獲的全過程。
該機的關(guān)鍵部分是果秧分離結(jié)構(gòu)與秧苗撿拾切割結(jié)構(gòu)，因為番茄收獲的整個過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)的性能能不能達到要求。本文也介紹了目前各種番茄收獲機分離裝置和切割撿拾裝置的原理及裝備，并對番茄收獲機械的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景作出了簡明的概括和分析。
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