自動行走式生姜收獲機(jī)工作部分的設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

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1、一、引言 1.1研究生姜收貨機(jī)的課題背景 生姜作為我國重要的蔬菜品種，具有良好的藥用和食用價(jià)值，其在我國的栽培歷史悠久，種植范圍很廣，目前已形成許多著名產(chǎn)區(qū)，除東北、西北等寒冷地區(qū)不種植外，在我國的中部、東南部至西南部的各地區(qū)均有生姜產(chǎn)區(qū)。且以南方諸省居多。自98 年以來， 國際的生姜市場日趨活躍，呈現(xiàn)出供不應(yīng)求、價(jià)格堅(jiān)挺之勢。 其中對中國的生姜需求逐漸增大。目前，因日韓美等國家對中國生姜需求旺盛，使得農(nóng)民的種姜積極性增加，2011年全國各地的生姜種植面積都有不同程度的增加。經(jīng)初步估算，2011年全國的生姜種植面積要比2010年多40％左右。以山東部分地區(qū)為例，其生姜種植面積比2010年增

2、加了50％左右，全國各個(gè)生姜主產(chǎn)區(qū)的生姜種植面積都有不同程度增加，其產(chǎn)量增加了不少。在 隨 著 生 姜 種 植 面 積的不斷增加，以往傳統(tǒng)而落后的人工收獲方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的生姜收獲的要求，因此生姜收獲作業(yè)的高效性研究已經(jīng)迫在眉睫。生姜種植農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的高低會直接影響到生姜種植也在我國的發(fā)展，因此我們要抓緊對生姜收獲機(jī)械的研制。 1.2研究生姜收貨機(jī)的課題意義 生姜在種植的時(shí)候要求姜壟間的行間距不同，因此給生姜的機(jī)械化收獲帶來很大麻煩，很多地方仍然使用傳統(tǒng)的起姜器具，存在收獲質(zhì)量差、效率低、勞動成本高等諸多缺陷。本課題采用了全新的設(shè)計(jì)理念，可以實(shí)現(xiàn)生姜多壟同時(shí)收獲，并且適用于不同田壟間

3、距的作業(yè)要求，使生姜收獲達(dá)到方便，快捷，高效。 目前國內(nèi)生姜種植面積比較分散, 種植農(nóng)藝參差不齊, 這既影響了生姜產(chǎn)量的提高, 也不利于生姜收獲的機(jī)械統(tǒng)一化。生姜收獲時(shí)勞動強(qiáng)度大，效率低，工作過程繁瑣，作物果實(shí)塊莖破碎量大等農(nóng)藝問題亟待解決[4]。 改進(jìn)后的生姜收獲機(jī)械簡化了機(jī)具并且簡化了工作過程， 能減生姜姜塊的破碎率，由于機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡單，所以生產(chǎn)造價(jià)低廉，并且機(jī)具的生產(chǎn)效率高，通用性良好可以與家用拖拉機(jī)配套使用。 1.3研究生姜收獲機(jī)的課題目的 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高產(chǎn)量生姜品種研制的成功，使得現(xiàn)在生姜畝產(chǎn)量不斷提高，所以在全國的各個(gè)地區(qū)生姜種植的面積在逐年增大，并且以生姜種植的周期

4、短、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)漸漸的成為了這些農(nóng)民家庭的最主要經(jīng)濟(jì)收入和一條新的致富路。但目前，國內(nèi)生姜收獲不能達(dá)到機(jī)械化的程度，這就很大程度上阻礙了生姜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]。為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過借鑒現(xiàn)有生姜收獲機(jī)械，對機(jī)具簡化改進(jìn)降低機(jī)具成本，并且提高生產(chǎn)效率高,節(jié)省勞動力,降低收獲成本,增加產(chǎn)量。 二、 國內(nèi)外相關(guān)研究的現(xiàn)狀和研究方法 生姜原產(chǎn)于東南亞(印度和馬來西亞一帶)熱帶雨林區(qū)的森林邊沿地帶。目前， 我國是世界上種植生姜面積最大的國家，其次分別是印度尼西亞、印度及澳大利亞等國。歐美發(fā)達(dá)國家及日本、韓國的生姜種植面積在逐年減少，但對生姜的需求卻越來越旺盛，這些國家年需求量在400

5、萬噸以上，且每年以20% 以上的速度增長。由于生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等原因，目前，全球生姜年生產(chǎn)量在2500萬-2800萬噸,市場需求缺口很大。 2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 隨著改革開放政策的實(shí)行，國內(nèi)特種農(nóng)業(yè)也在飛速的發(fā)展，以往的生姜只會被人當(dāng)成是一種調(diào)味蔬菜，現(xiàn)在生姜的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)逐漸被人所認(rèn)可。在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高產(chǎn)量生姜品種研制的成功，使得現(xiàn)在生姜畝產(chǎn)量不斷提高，所以在全國的各個(gè)地區(qū)生姜種植的面積在逐年增大，并且以生姜種植的周期短、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)漸漸的成為了這些農(nóng)民家庭的最主要經(jīng)濟(jì)收入方式和新的致富之路。由于國內(nèi)生姜機(jī)械行業(yè)起步晚，導(dǎo)致了生姜種植及收獲機(jī)械化程度很低，這嚴(yán)重拖慢了生姜種

6、植產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展速度。國內(nèi)生姜收獲機(jī)械主要分為兩大類、三種型式。其中的一類是挖掘類，另一類是提拉秧類。挖掘類機(jī)械在生姜收獲時(shí)，如果種植生姜的土壤過干，這樣挖掘鏟的工作阻力會很大，這樣挖掘的效果就會很差，這樣人工后期的作業(yè)時(shí)會造成姜塊的損壞和姜塊不能收獲的困難，如果土壤濕度過大收獲機(jī)械在行走時(shí)會變的很困難，挖掘鏟的阻力變大挖掘效果變差；提拉秧類機(jī)械受土壤的干濕度的影響不是很大但主要會受到生姜的種植密集度的影響較明顯，姜苗種植的過密、過疏或者是疏密不均等問題，都會影響收獲效果。 盡管現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有了不少形式的生姜收獲機(jī)械，但是國內(nèi)技術(shù)并不成熟，現(xiàn)有的機(jī)械并不能對生姜收獲作業(yè)達(dá)到全機(jī)械化，大部分

7、收獲工作還是需要人工去完成。這樣農(nóng)民的收獲勞動強(qiáng)度并沒有減少，而且還會導(dǎo)致收獲時(shí)間長和收獲效率低等問題, 而且人工作業(yè)的隨意性使生姜莖塊的損失率、破碎率較高, 不利于生姜的貯存。因此, 急需改善和創(chuàng)新新生姜收獲機(jī)械以解決目前國內(nèi)生姜收獲存在的不足。 2.2國外研究現(xiàn)狀 生姜受生長環(huán)境以及種植農(nóng)藝的影響導(dǎo)致它多分布于亞熱帶地區(qū)的國家，如中國、印度、東南亞的一些國家。國外從20 世紀(jì)40 年代開始根莖類作物收獲機(jī)械的研究, 如美國、德國、日本、法國、意大利等發(fā)達(dá)國家均研制出了不同的收獲機(jī)械?，F(xiàn)已實(shí)現(xiàn)對長根作物( 蘿卜、甜菜等) 和短根作物( 生姜、花生、大蒜、洋蔥等) 的機(jī)械化收獲，國外的根莖

8、類作物收獲機(jī)械正向大型化、機(jī)電一體化、智能化, 更可靠、更安全的方向發(fā)展。一些發(fā)達(dá)國家不斷將高、精、尖技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械上來, 農(nóng)業(yè)機(jī)械正向智能化方向發(fā)展。 針對國產(chǎn)機(jī)型存在的不足之處，和對發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)的借鑒，本次設(shè)計(jì)的生姜收獲機(jī)通過添加清壟功能和運(yùn)用輪叉式挖掘鏟來解決上述問題，在保證機(jī)具達(dá)到所需工作標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，要保證該機(jī)型的價(jià)格較為低廉，操作簡便，通用性好等特點(diǎn)。 生姜在種植的時(shí)候要求姜壟間的行間距不同，因此給生姜的機(jī)械化收獲帶來很大麻煩，很多地方仍然使用傳統(tǒng)的起姜器具，存在收獲質(zhì)量差、效率低、勞動成本高等諸多缺陷。本課題采用了全新的設(shè)計(jì)理念，可以實(shí)現(xiàn)生姜多壟同時(shí)收獲，并且適用于不同田

9、壟間距的作業(yè)要求，使生姜收獲達(dá)到方便，快捷，高效，研究與設(shè)計(jì)生姜收獲機(jī)顯得尤為重要。 三、主要研究內(nèi)容 本設(shè)計(jì)要求完成自動行走式生姜收獲機(jī)工作部的選型與設(shè)計(jì)方案優(yōu)選，完成主運(yùn)動傳動系統(tǒng)、各種裝置、潤滑與密封等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得整個(gè)設(shè)計(jì)完整。完成整機(jī)的三維設(shè)計(jì)及二維裝配圖，零件圖。 設(shè)計(jì)要求滿足： 1. 自動行走式生姜收獲機(jī)工作部適應(yīng)范圍：多田壟可調(diào)式生姜收獲；

10、 2. 收獲機(jī)最大外型尺寸：2000mm×1500mm×850mm； 3. 要求繪制自動行走式生姜收獲機(jī)工作部的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。 具體工作內(nèi)容如下： 查閱有關(guān)自動行走式生姜收獲機(jī)工作部的資料，學(xué)習(xí)了解有關(guān)自動行走式生姜收獲機(jī)工作部組成及控制方面的知識。

11、 學(xué)習(xí)消化所閱資料，整理出文獻(xiàn)綜述，進(jìn)行自動行走式生姜收獲機(jī)工作部總體布局設(shè)計(jì)的方案論證并完成開題報(bào)告。 　　學(xué)習(xí)自動行走式生姜收獲機(jī)工作部主要結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)及其計(jì)算方法，確定主傳動系統(tǒng)、松土裝置、撥秧裝置、拔姜裝置和斷秧裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算和對應(yīng)機(jī)械部件的尺寸確定?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 　　學(xué)習(xí)Pro/E三維實(shí)體造型軟件?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 　　完成自動行走式生姜

12、收獲機(jī)工作部總體布局設(shè)計(jì)圖A0一張?！　　　　　　　　　　　　　　　? 　　完成自動行走式生姜收獲機(jī)工作部的三維裝配圖一張（A0）?！　　　　　　　　　　　　　　　? 　　完成關(guān)鍵零部件的圖紙（與A0相當(dāng)）。 　　　 　　　 說明書一份， 1.5萬字。 　　　 外文翻譯一份， 2000詞。　　　　　　　　 四、研究方案 3.1研究內(nèi)容 本課題針對目前現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過對傳統(tǒng)收獲機(jī)械的革新，提供一種能夠減輕人的勞動強(qiáng)度，提高工作效率，并且能適應(yīng)不同地域工作環(huán)境，收獲效果好

13、的生姜收獲機(jī)械。 3.2研究目標(biāo) 本次設(shè)計(jì)的生姜收獲機(jī)主其組成主要有松土裝置，撥秧裝置，拔姜裝置，斷秧裝置等組成。挖掘鏟的挖掘深度可以通過限深輪來調(diào)節(jié)而割刀的切割高度通過割刀高度調(diào)節(jié)桿裝置來實(shí)現(xiàn)，從而使機(jī)具可以適應(yīng)不同的種植農(nóng)藝方式。 3.3研究方法 充分了解現(xiàn)有的生姜收獲方式的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，克服不足。設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單而且可以與拖拉機(jī)配套使用，能適應(yīng)不同的工作環(huán)境的生姜收獲機(jī)械，從而減輕農(nóng)民購買時(shí)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和生姜收獲時(shí)的勞動強(qiáng)度，并且提高生姜收獲作業(yè)的效率。設(shè)計(jì)過程中要用到農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)、機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、動力傳動裝置設(shè)計(jì)等課程方面的知識。 3.4技術(shù)路線 調(diào)查研究資

14、料→寫出開題報(bào)告→確定總體方案→機(jī)架、輪子和輪叉鏟等的裝置設(shè)計(jì)→傳動設(shè)備計(jì)算選型→切割裝置整體方案設(shè)計(jì)→繪制生姜收獲機(jī)總裝圖及零件圖→撰寫設(shè)計(jì)說明書 3.5解決的問題 主要解決生姜收獲作業(yè)時(shí)勞動強(qiáng)度大，效率低，工作過程繁瑣，作物果實(shí)塊莖破碎量大，以及生姜收獲機(jī)具的造價(jià)太高機(jī)具的閑置的等問題。 3.6色與創(chuàng)新點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)的生姜收獲機(jī)，相對以往的傳統(tǒng)收獲機(jī)械來說結(jié)構(gòu)更簡單，生產(chǎn)造價(jià)更低廉，可以與家用手扶拖拉機(jī)配套使用。 五、生姜收獲機(jī)的分類 查閱有關(guān)自動行走式生姜收獲機(jī)工作部的資料，學(xué)習(xí)了解有關(guān)自動行走式生姜收獲機(jī)工作部組成及控制方面的知識。此次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案的選定是通過對目前現(xiàn)有幾種

15、生姜收獲機(jī)械的調(diào)研，參照自己的設(shè)計(jì)方案的要求，對比各個(gè)的優(yōu)缺點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)機(jī)具的設(shè)計(jì)。 圖1 4JZL-2生姜收獲機(jī) 1、發(fā)動機(jī) 2、變速箱 3、皮帶輪 4、液壓操縱機(jī)構(gòu) 5、油缸 6、橫拉桿 7、松土鏟 8、限深輪 9、支架 10、支撐履帶 11、支重輪 12、護(hù)板 13、驅(qū)動輪 14、機(jī)架總成 （1）工作原理：通過松土裝置使生姜的底部和四周的土壤松動，再用人工方法使生姜拔出地面，減輕了勞動強(qiáng)度，使用操作容易，生產(chǎn)效率提高 （2）性能分析：通過在類似于手扶拖拉機(jī)行走系統(tǒng)的基礎(chǔ)上來加掛生姜

16、的挖掘系統(tǒng)制成的。自身采用了履帶式行走機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于既增大了牽引力，又增大了離地間隙。此設(shè)計(jì)比較適合高壟作物田間作業(yè)?？梢酝瓿蓪菜?～4天后的生姜進(jìn)行挖掘收獲[5]。 工作原理：手扶拖拉機(jī)前進(jìn)時(shí),可先由立式割臺將姜苗切除, 并傳送到一側(cè)清壟, 隨后由環(huán)形深松犁將地下生姜根莖松挖, 生姜塊被整體移出土而不被翻動,保證了生姜塊的完整性 該機(jī)整體設(shè)計(jì)思路新穎、性能穩(wěn)定、操作方便、損失率小及作業(yè)成本低。 主要是可以完成清壟作業(yè)，符合這次設(shè)計(jì)的要求，故此次設(shè)計(jì)以此機(jī)型為原型。 圖3 日產(chǎn)生姜收獲機(jī)

17、 1. 驅(qū)動輪2. 機(jī)架3. 發(fā)動機(jī)4. 撥禾輪5. 分禾器 六、自動行走式生姜收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6.1收獲機(jī)與拖拉機(jī)的連接設(shè)計(jì) 收獲機(jī)與拖拉機(jī)直接聯(lián)接和牽引式兩種聯(lián)接方式，本課題設(shè)計(jì)主要運(yùn)用后置式固定聯(lián)接。直接連接式用螺母固定在拖拉機(jī)后面，其結(jié)構(gòu)如如圖6-1所示： 圖6-1 收獲機(jī)與拖拉機(jī)的連接 6.2傳動部分設(shè)計(jì) 收獲機(jī)主要靠帶傳動和鏈輪傳遞動力。因?yàn)殒渹鲃訜o彈性滑動和打滑現(xiàn)象，能保持準(zhǔn)確的平均傳動比，傳動效率高，需要的張緊力小，徑向壓軸力小；并能在高溫及低速。有油污等惡劣環(huán)境下工作，另外鏈傳動制造精度和安裝度要求較低，成本低廉，可遠(yuǎn)

18、距離傳動，結(jié)構(gòu)簡單。帶傳動是一種常用的、成本較低的動力傳動裝置，在各類機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛。它具有傳動平穩(wěn)、噪聲低、清潔（無需潤滑）的特點(diǎn)，具有緩沖減震和過載保護(hù)的作用，并且維修方便。 6.3 篩選單元的設(shè)計(jì) 自動行走式生姜收獲機(jī)的清土裝置目前主要有抖動升運(yùn)鏈?zhǔn)胶驼駝雍Y式兩種，振動篩式結(jié)構(gòu)緊湊、清土效果好、傷果率低等特點(diǎn)，但較抖動升運(yùn)鏈?zhǔn)秸w震動較大。綜合考慮本設(shè)計(jì)采用振動篩式清土裝置，振動篩柵條為縱向排布，柵條中心距可以根據(jù)當(dāng)?shù)厣贩N（主要是生姜果大小）來確定，為便于將生姜成條鋪放到遠(yuǎn)離未收取區(qū)的已收區(qū)，該機(jī)構(gòu)與偏心輪通過桿相聯(lián)。振動篩的振動頻率和振幅大小對設(shè)備的清土效果、輸送順暢性及機(jī)

19、具震動性、可靠性等影響很大。振動篩對掘起物的拋擲力與篩動頻率的二次方和振幅的一次方成正比，綜合考慮，并比照多種同類機(jī)型，本設(shè)計(jì)采用大振幅低頻率型振動篩結(jié)構(gòu)形式，振動篩的振幅選定為30mm，偏心套偏心距I為4mm。如圖3-2振動篩隨著偏心輪的轉(zhuǎn)動帶動振動篩不斷的抖動，完成抖落泥土，分離果實(shí)的動作。 圖6-2 篩選單元 6.4 挖鏟單元的設(shè)計(jì) 挖掘鏟的作用是鏟斷生姜主根、掘起秧土，并將掘起的土壤和生姜傳輸?shù)角逋裂b置上。對挖掘鏟的要求是前行阻力小、挖掘深度穩(wěn)定、耐磨損、碎土性好、自潔性好、制作工藝方便等。并且能根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；保證土壟能沿鏟面順利通過；對用于粘重土壤的挖掘鏟應(yīng)有較強(qiáng)的碎土

20、能力，為分離作物中的泥土提供有力條件；為了避免工作時(shí)出現(xiàn)纏草和壅土，要求挖掘部分能夠自動進(jìn)行清理；牽引阻力小，刃口的耐磨性要好。收獲機(jī)挖掘部件上采用的挖掘鏟有平面鏟、曲面鏟和槽型鏟等。本設(shè)計(jì)采用平面多鏟。平面鏟的鏟面為平面，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。為了保護(hù)鏟刃的自動清理和良好的入土性能，帶斜刃的三角形鏟得到廣泛的應(yīng)用。平面鏟按鏟的數(shù)量可分為單鏟、雙鏟和多鏟三種。平面單鏟常用在單行收獲機(jī)上，根據(jù)挖掘斷面和滑切性能的要求，鏟刃夾角可取不同的值。平面雙鏟由左、右兩個(gè)鏟組成，常用在雙行收獲機(jī)上，鏟的固定方式有兩種：一種是鏟直接固定在橫梁上；另一種是將左、右兩個(gè)鏟分別通過托架懸臂固定在機(jī)架上，并在兩鏟之間留

21、有滑草奸細(xì)。有時(shí)在兩鏟之間放置一個(gè)小鏟，以減少主鏟的寬度和保證鏟的滑草能力。平面多鏟是由3個(gè)或者3個(gè)以上的相同或相似的鏟組成。由于鏟的個(gè)數(shù)較多，每個(gè)鏟的鏟刃斜角有可能取得小些，從而使鏟具有良好的滑切性能，可用在單行或雙行收獲機(jī)上。鏟的固定方式有兩種：一種是鏟直接固定在橫梁上；另一種是每個(gè)鏟分別通過自己的鏟柄懸臂固定在升運(yùn)鏈從動邊底部的橫梁上并且在各鏟之間留有滑草間隙。前一種固定方式結(jié)構(gòu)簡單，但在工作時(shí)橫梁上容易掛草。通過分析對比國內(nèi)外現(xiàn)有挖掘鏟的結(jié)構(gòu)形狀，結(jié)合中粘壤土作物種植特性，收獲要求和土壤性質(zhì)，考慮到經(jīng)濟(jì)性，本產(chǎn)品挖掘裝置采用帶斜刃的三角形平面多鏟，并在其后端設(shè)有碎土柵，以增加其破碎土功

22、能，保證鏟刃的自動清理和良好的入土性能及碎土能力。也是生姜從挖掘鏟升運(yùn)到振動篩的銜接部件。 七、參考文獻(xiàn) [1]紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 高等教育出版社，2010. [2]王紹江,張仁君,宗金成. 生姜收獲機(jī)械化作業(yè)的研究與探討. 山東農(nóng)化,2010,(06):31-44 [3]初旭宏,王俊發(fā),馬瀏軒. 根莖類中藥材收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢. 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2008,(10):32-33 [4]吳峰,胡志超,張會娟, 等. 生姜種植與機(jī)械化收獲概況. 農(nóng)業(yè)機(jī)械,2008,(19):33-34 [5] 魏積利、王紹江、王樹森.四驅(qū)自走式生姜收獲機(jī)，2010（01）：12-14

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