花生联合收获机挖掘装置的设计研究.pdf

第!期摘要通过对比分析!确定了花生联合收获机的挖掘装置结构形式!从理论上推导出满足生产要求的挖掘铲主要参数的求取方法和公式!现场试验表明该挖掘装置工作可靠性能优良!关键词花生联合收获机#挖掘铲#设计中图分类号$%&()文献标识码*文章编号+,-.(%,)/%,)0,+.,1(.,&!#$%&(#)*+,+()*)+*-$%.#,/-0+1.2,34)+5$%!6#.%772345$67.89:；.?AB:$C5DAB.E69*FGHI9JHKLJ?M9IAB9A9NLGG!H6O8I9?OPIQ8RBBABM9IHG8MO9A7HJ?FAO69ISOGHOI69GFOOAROJRORTK9GORAH6OJA!RHAH69HRBBABG6SONGJ?MOHOAH8IMIR7JABIOU7IO!?OAHG!8I?7N9G8IH6OMIAJM9NM9I9?OHOIG8RBBABG6SON69SOFOOARISOA7HH6OIOHJ9NNLTV6OHOGHIOG7NHGG6PH6ORB!BABG6SONGJIORFNOPH6G9HG89JHILMOI8I?9AJOT89:,%；#?FAO69ISOGHOI#RBBABG6SON#ROGBA#引言我国现有花生收获机械无论是技术性能:还是总体水平:都不能满足农业生产的现时需要!因此:研究开发出适合我国国情的:且技术先进经济实用的花生联合收获机:必将带动全国花生收获机械化的发展:极大地促进我国农业机械化现代化和农村经济的全面发展以及农民生活水平的提高!花生联合收获机可依次完成花生的挖掘分离泥土输送摘果清选等项作业!本文主要对13；#+),型花生联合收获机挖掘装置的设计理论进行初步的探讨!挖掘装置结构形式的确定挖掘部件的作用是把花生作物和土壤一起挖出:并且把它传送到分离部件上去!对挖掘部件的要求是在尽量少挖取泥土的情况下挖净花生作物#挖掘深度稳定:并且能根据需要进行调节#保证土垡能沿铲面顺利通过#对用于粘重土壤的挖掘铲应有较强的碎土能力:为分离花生作物中的泥土提供有利条件#为了避免工作时出现缠草和壅土:要求挖掘部件能够自动进行清理#牵引阻力小:刃口的耐磨性要好!花生收获机挖掘部件上采用的挖掘铲有平面铲曲面铲和槽形铲等!本设计采用平面多铲!平面铲的铲面为平面:结构简单:制造容易!为了保证铲刃的自动清理和良好的入土性能:带斜刃的三角形铲得到广泛应用!平面铲按铲的数量可分为单铲双铲和多铲三种!平面单铲常用在单行收获机上:根据挖掘段面和滑切性能的要求:铲刃夹角可取不同的值!平面双铲由左右两个铲组成:常用在双行收获机上:铲的固定方式有两种一种是铲直接固定在横梁上#另一种是将左右两铲分别通过托架悬臂固定在机架上:并在两铲之间留有滑草间隙!有时在两铲之间放置一个小铲:以减少主铲的宽度和保证铲的滑草能力!平面多铲是由&个或&个以上的相同或相似的铲组成!由于铲的个数较多:每个铲的铲刃斜角有可能取得小些:从而使铲具有良好的滑切性能:可用在单行或双行收获机上!铲的固定方式有两种一种是铲直接固定在横梁上#另一种是每个铲分别通过自己的铲柄悬臂固定在升运链从动边底部的横梁上:并且在各铲之间留有滑草间隙!前一种固定方式结构简单:但在工作时横梁上容易挂草!通过分析对比国内外现有挖掘铲的结构形式:结合中粘壤土花生种植特性收获要求和土壤性质:考虑到经济性:本产品挖掘装置采用带斜刃的三角形平面多铲:以保证铲刃的自动清理和良好的入土性能及碎土能力!$挖掘铲主要参数的确定如图+所示:三角形平面铲的主要参数有入土角!铲面长度!铲刃斜角铲面宽度和铲后端高度#等!图!挖掘铲的结构参数花生联合收获机挖掘装置的设计研究陈书法!李耀明!孙星钊!#年!$%入土角!挖掘铲入土角较小时!其入土性能差!铲面上土壤后移速度较快!漏土较少当入土角较大时!入士性能好!但阻力增大!土壤后移速度减慢!易雍土!机器前进作业时!位于铲面上的土壤受力情况如图#所示!图!铲面受力分析利用达朗伯原理!为使土壤能够后移应满足$!%&!(#)*!+$(#%&!(!)*!,+,$#$%-./式中$!沿着挖掘铲移动的掘起物所需的力$铲对土壤的反作用力铲面与土壤的摩擦力#掘起物的重力!挖掘铲的入土角土壤对铲的摩擦系数!,01#!#为掘起物与铲面之间的摩擦角!化简式.得$!#02*-!%#3-43图&入土角!与阻力!和入土长度&%的关系表示!与!的关系表示!与&%的关系式4表明牵引阻力!与挖掘铲的入土角!为正切函数关系!在不同土质中作业时-即#分别取44!#56!#76!38入土角的改变对阻力!的影响规律如图5中曲线所示!当#较小时!曲线变化平缓!随着#增大!曲线变陡!说明入土角的改变对牵引阻力的影响!在重质土壤中比在轻质土壤中敏感!当入土角!较小时!牵引阻力!随!增长较慢!当!946!以后!牵引阻力急剧上升!因此!挖掘铲的入土角应取!:46!为宜!$!铲面长度&铲的长度&分为&.和&48&.是挖掘铲的入土长度8&4是铲在地面以上过渡部分的长度!4；4；.入土长度&.入土长度由图4可得$&.,)*!的速度为)8移到?点时的速度为)?8掘起物由点向上移动到?点时8其动能消耗等于克服重力#摩擦力所作的功!由能量守恒守律得到$.4()4(.4()?4,*#*+4()?441)*!%&!34()?441)*!%&!3增大时!&4增加很快!有利于土壤上升和后移!所以!在确定时&4应考虑工作档位!当入土角!取较大值时!&4应减小!另外&4随增大而减小!所以实际设计挖掘铲时!为减少摩擦力!避免壅土!将挖掘铲入土部分的一段和过渡部分设计为栅条式!以便于土壤顺利后移!并使部分土壤分离!中国农机化$BCDEFGFHIDBJKLJIKMFBCEDNLDOE!第!期#$铲刃斜角!挖掘铲工作时!切断根蔓的能力主要取决于铲刃斜角!过大时!根蔓易缠结铲刃!严重时产生堵塞!过小!根蔓不易被切断而发生滑脱现象!图%铲刃滑切受力分析如图所示!设为根蔓和土壤对挖掘铲铲刃的摩擦角!为作业时土壤对铲的反作用力!则!沿挖掘铲铲刃的分力#!$%&!使根蔓和土壤后移!阻止根蔓和土壤向后滑移的摩擦力#$()!式中$#!&*)!为使根蔓能滑离铲刃!产生滑切的条件是+,#!即+!$%&!,!&*)!()!化简该式得+!-./!0123为使挖掘铲具有良好的切割性能4铲刃斜角的选择应满足式2!越小滑切性能越好!但在幅宽不变时铲刃斜角!减小会增加铲刃长度!使整机纵向尺寸变大!对机组的提升和行走均不利!因此铲刃斜角不宜过小!土壤对钢的摩擦系数()#565674所以!-896:!；76:#&式中+&#花生分布平均宽度1=?$&#花生分布宽度标准差1=?#机器行驶偏差4可取#85A75=!双行收获机挖掘铲的工作幅宽可按下式计算+%&:$式中+)#平均行距1=?$#综合标准差1=?!$*$)+$&!式中+$(#行距标准差1=?!在配置中间带小铲的双铲和多铲式挖掘部件时4两铲之间应留有滑草间隙4其值为+双铲为5A85=4多铲为:55=!$实验及结果分析在江苏省东海县赣榆县的个地块进行花生田间收获试验4试验地块为沙壤土质!挖掘铲铲刃斜角%#85!4入土角a!5!试验结果见表94表中均为实测平均值!表!试验结果个试验地块的试验指标均达到设计要求!试验地点与其它相比4收净率稍低4夹果破碎率机械掉果率稍高4其原因是该地块的含水率较高土壤粘性较大!%结论在保证铲刃的自动清理和良好的入土性能及碎土能力的前提下4从理论上推导出挖掘铲的入土角铲面长度铲刃斜角铲面宽度的计算方法4为设计挖掘铲提供了理论依据!基于此理论制造的挖掘铲用于田间试验4试验各指标优于有关标准规定4为进一步进行整机的优化设计奠定基础!参考文献&B9C尚书旗4等6花生收获机械的研究现状与发展趋势BDC6农业工程学报455419?6BCEF6卡那沃依斯基6收获机械BGC6北京+中国农业机械出版社49.7:6B:C吴守一6农业机械学1下册?BGC6北京+机械工业出版社49.726BC中国农业机械科学研究院6农业机械设计手册1上册?BGC6北京+机械工业出版社49.776B8CH6I6卢里耶6农业机械的设计和计算BGC6北京+中国农业机械出版社49.7:6B；C孙彦浩6花生生产栽培BGC6北京+金盾出版社49.J6KKKKKKKKKKKKKK来稿日期+55年95月99日项目来源+江苏省科技攻关项目1项目编号IL55:?陈书法硕士研究生江苏大学959:江苏镇江讲