振動(dòng)篩式花生收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
振動(dòng)篩式花生收獲機(jī)的設(shè)計(jì),振動(dòng)篩式花生收獲機(jī)的設(shè)計(jì),振動(dòng)篩,花生,收獲,收成,設(shè)計(jì)
振動(dòng)篩式花生收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)
摘 要：花生是重要的油料作物，花生含油量高于油菜和大豆，我國(guó)花生產(chǎn)量占油料總產(chǎn)40%左右?；ㄉ粌H是優(yōu)質(zhì)油料作物，而且是主要的蛋白資源，加工品類(lèi)多，產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，現(xiàn)已成為我國(guó)重要的出口創(chuàng)匯產(chǎn)品和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整重點(diǎn)發(fā)展和扶持的種植品種。我國(guó)不僅是世界花生的生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)，也是貿(mào)易大國(guó)?；ㄉN植， 在世界范圍均屬勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。中國(guó)勞動(dòng)力豐富， 花生種植和出口具有明顯優(yōu)勢(shì)。期以來(lái)，由于花生種植、收獲和加工大都靠人工完成，但勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。而在整個(gè)花生生產(chǎn)過(guò)程中，收獲環(huán)節(jié)用工占全過(guò)程的1/3以上，占整個(gè)花生生產(chǎn)成本的50%以上。推動(dòng)中國(guó)花生生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展，對(duì)降低作業(yè)成本，提高作業(yè)效率、促進(jìn)農(nóng)民增收，具有現(xiàn)實(shí)意義。
本設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩花生收獲機(jī)主要由挖掘鏟、振動(dòng)篩、行走輪、動(dòng)力傳動(dòng)裝置及機(jī)架等組成，并與功率為12kw 左右的拖拉機(jī)配套使用，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)一次完成多行花生收獲。收獲過(guò)程中，挖出來(lái)的花生秧被傳送到振動(dòng)篩上，振動(dòng)篩的振動(dòng)可實(shí)現(xiàn)去除挖掘出的花生所帶有的泥土，最后通過(guò)輸送板實(shí)現(xiàn)花生秧一側(cè)倒伏的工作原理。能大力提高花生收獲的工作效率，降低收獲成本，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：花生; 振動(dòng)篩;收獲機(jī);農(nóng)業(yè)機(jī)械
The Design of Peanut Harvester Vibrating Sieve
Student: Yang Hongwei
Tutor: Xiong Ying
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract: Peanut is an important oil crops, the peanut oil content is higher than rape and soybean, peanut production in China accounts for about 40% of total oil production. Peanut oil is not only a high-quality, and is the main protein resources, processing category, long industrial chain, has become China's important export products and focus on the development of agricultural restructuring and support the cultivation of varieties. China is not only big country of production and consumption country in the world in peanut, and trade. Peanut planting, in the world are labor intensive industry. China has rich labor resources, peanut cultivation and export has obvious advantages. Period of time, because the peanut planting, harvesting and processing is mostly done by manual, but high labor intensity, low efficiency. In the whole process of peanut production, harvesting employment accounted for more than the whole process of 1\/3, the peanut production costs accounted for more than 50%. Promote the peanut production mechanization in China, to reduce operating costs, improve work efficiency, promote the farmers income, has practical significance.
Peanut harvesting machine mainly by the mining shovel, vibration sieve, a walking wheel, a power transmission device and the frame form a vibration sieve and the design, and the power of the tractor of about 12KW can be achieved at the same time, a plurality of rows of peanut harvester. The process of harvesting, dug out the peanut seedling was sent to the shaker, vibration sieve can be removed with implementation of the peanut soil, the working principle of the transportation board to achieve the side of peanut seedling lodging. Peanut harvest can improve efficiency greatly, reduce cost and realize the harvest, mechanized production.
Key words：peanuts ;vibrating screen; harvesting machines;agricultural machinery
1 前言
1.1研究的目的和意義
花生不僅是優(yōu)質(zhì)油料作物，而且是主要的蛋白資源，加工品類(lèi)多，產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，現(xiàn)已成為中國(guó)重要的出口創(chuàng)匯產(chǎn)品和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整重點(diǎn)發(fā)展和扶持的種植品種。在消費(fèi)結(jié)構(gòu)和出口結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整和優(yōu)化的雙重拉動(dòng)下，花生生產(chǎn)得到長(zhǎng)足發(fā)展，并逐漸向主產(chǎn)區(qū)相對(duì)集中，優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)帶基本形成。但是中國(guó)花生生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展卻嚴(yán)重滯后，特別是用工量占生產(chǎn)全過(guò)程1/3以上、作業(yè)成本占生產(chǎn)總成本50%以上的收獲作業(yè)，目前主要依靠人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)成本高、效率低、損失大、成本高已成為生產(chǎn)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)的主要瓶頸，國(guó)內(nèi)對(duì)花生機(jī)械化收獲技術(shù)裝備的需求日趨迫切[1]。我國(guó)是花生生產(chǎn)大國(guó),目前,中國(guó)花生面積占世界總面積的20%左右,總產(chǎn)量約占世界的40%。加入WTO后,其它作物的經(jīng)濟(jì)效益有所下降,而花生的比較效益優(yōu)勢(shì)卻更加明顯。發(fā)展花生種植及加工產(chǎn)業(yè),提高花生產(chǎn)品的科技含量和附加值,是調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和增加農(nóng)民收入的有效手段[2]。
發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)花生收獲技術(shù)與裝備的研究開(kāi)發(fā)，起步早、投入大、發(fā)展快，早已實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)用化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。中國(guó)對(duì)花生機(jī)械化收獲的研制雖較早，但發(fā)展十分緩慢，近年來(lái)，隨著花生收獲機(jī)械市場(chǎng)需求的不斷趨旺，花生收獲機(jī)械的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。可實(shí)現(xiàn)挖掘、清土、鋪放功能的花生收獲機(jī)，具有無(wú)需自帶動(dòng)力、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用成本低等特點(diǎn)，較適合現(xiàn)階段中國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條件，具有較好的市場(chǎng)需求。但是長(zhǎng)期以來(lái)，由于對(duì)花生機(jī)械化收獲技術(shù)缺乏深入系統(tǒng)的研究，壅土阻塞、秧蔓纏繞、適應(yīng)性差、損失率高等機(jī)械化收獲中存在的技術(shù)難題始終未能得到很好解決。
花生的種植歷史悠久，地域廣闊，是國(guó)際公認(rèn)的半干旱作物，是世界上廣泛栽培的主要油料和經(jīng)濟(jì)作物，同時(shí)也是主要的創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品之一?；ㄉ运?dú)有的優(yōu)勢(shì)，在世界油料生產(chǎn)和國(guó)際貿(mào)易中僅次于大豆而居第二位，在亞洲、非洲、澳洲及南北美洲的絕大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)均有花生的種植和生產(chǎn)，其中，中國(guó)是世界上主要的花生生產(chǎn)國(guó)和花生消費(fèi)國(guó)，同時(shí)也是最大的花生出口國(guó)。
據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，世界花生種植面積由20世紀(jì)60年代的166000000平方公里，增至21世紀(jì)的320000000 平方公里 ，并呈上升趨勢(shì)。隨著花生栽培技術(shù)的不斷提高，花生10 總產(chǎn)也在不斷提高，世界花生年總產(chǎn)量20世紀(jì)60年代為105千萬(wàn)噸,2008年則增加至725千萬(wàn)噸，創(chuàng)花生生產(chǎn)量紀(jì)錄[3]。
據(jù)相關(guān)部門(mén)調(diào)查數(shù)據(jù)分析，2013年花生收獲機(jī)行業(yè)研究報(bào)告的核心內(nèi)容包括以下三方面：
1、花生收獲機(jī)行業(yè)宏觀(guān)環(huán)境信息：基于PEST分析模型全面深入研究花生收獲機(jī)行業(yè)所處的國(guó)際國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)環(huán)境，分析花生收獲機(jī)產(chǎn)業(yè)政策以及相關(guān)配套政策動(dòng)向的分析，幫助企業(yè)/投資者把握花生收獲機(jī)行業(yè)發(fā)展環(huán)境現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)企業(yè)營(yíng)銷(xiāo)努力來(lái)適應(yīng)社會(huì)環(huán)境及變化，達(dá)到企業(yè)營(yíng)銷(xiāo)目標(biāo)；
2、花生收獲機(jī)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境分析：依靠強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)資源，透過(guò)數(shù)據(jù)，分析花生收獲機(jī)市場(chǎng)供求現(xiàn)狀，提供花生收獲機(jī)行業(yè)發(fā)展規(guī)模、發(fā)展速度、產(chǎn)業(yè)集中度、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、所有制結(jié)構(gòu)、區(qū)域結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品價(jià)格、效益狀況、技術(shù)特點(diǎn)、進(jìn)出口等重要花生收獲機(jī)行業(yè)信息，并科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)3-5年花生收獲機(jī)市場(chǎng)供求發(fā)展趨勢(shì)。花生收獲機(jī)行業(yè)主要上下游產(chǎn)業(yè)的供給與需求情況，主要原材料的價(jià)格變化及影響因素，花生收獲機(jī)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局、競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)，與國(guó)外企業(yè)在技術(shù)研發(fā)方面的差距，跨國(guó)公司在中國(guó)市場(chǎng)的投資布局等；
3、花生收獲機(jī)行業(yè)微觀(guān)市場(chǎng)環(huán)境分析：花生收獲機(jī)行業(yè)當(dāng)前的市場(chǎng)容量、市場(chǎng)規(guī)模、發(fā)展速度和競(jìng)爭(zhēng)狀況，主要企業(yè)規(guī)模、財(cái)務(wù)狀況、技術(shù)研發(fā)、營(yíng)銷(xiāo)狀況、投資與并購(gòu)情況、產(chǎn)品種類(lèi)及市場(chǎng)占有情況等；
4、客戶(hù)需求分析：花生收獲機(jī)行業(yè)消費(fèi)者及下游產(chǎn)業(yè)對(duì)產(chǎn)品的購(gòu)買(mǎi)需求規(guī)模、議價(jià)能力和需求特征等，花生收獲機(jī)行業(yè)產(chǎn)品進(jìn)出口市場(chǎng)現(xiàn)狀與前景，花生收獲機(jī)行業(yè)產(chǎn)品銷(xiāo)售狀況、需求狀況、價(jià)格變化、技術(shù)研發(fā)狀況、產(chǎn)品主要的銷(xiāo)售渠道變化影響等，企業(yè)的重點(diǎn)分布區(qū)域，客戶(hù)聚集區(qū)域，產(chǎn)業(yè)集群，產(chǎn)業(yè)地區(qū)投資遷移變化；
5、花生收獲機(jī)行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵因素和發(fā)展預(yù)測(cè)：分析影響行業(yè)發(fā)展的主要敏感因素及影響力，預(yù)測(cè)花生收獲機(jī)行業(yè)未來(lái)五年的發(fā)展趨勢(shì)，花生收獲機(jī)行業(yè)的進(jìn)入機(jī)會(huì)及投資風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)制定行業(yè)市場(chǎng)戰(zhàn)略、預(yù)估行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)提供參考。
花生收獲機(jī)行業(yè)研究報(bào)告依托特有的專(zhuān)家智力資源的優(yōu)勢(shì)，以客戶(hù)需求為導(dǎo)向，以花生收獲機(jī)行業(yè)為主線(xiàn)，全面整合花生收獲機(jī)行業(yè)、市場(chǎng)、企業(yè)等多層面信息源，依據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)和科學(xué)的分析體系，在研究領(lǐng)域上突出全方位特色，著重從行業(yè)發(fā)展的方向、格局和政策環(huán)境，幫助客戶(hù)評(píng)估行業(yè)投資價(jià)值，準(zhǔn)確把握行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，尋找最佳投資機(jī)會(huì)與營(yíng)銷(xiāo)機(jī)會(huì)，具有相當(dāng)?shù)念A(yù)見(jiàn)性和權(quán)威性?？梢詾閼?zhàn)略投資者選擇恰當(dāng)?shù)耐顿Y時(shí)機(jī)和公司領(lǐng)導(dǎo)層做戰(zhàn)略規(guī)劃提供準(zhǔn)確的市場(chǎng)情報(bào)信息及科學(xué)的決策依據(jù)。
1.1.1 中國(guó)花生生產(chǎn)現(xiàn)狀
自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深入，中國(guó)花生生產(chǎn)和整體效益增長(zhǎng)很快。
花生種植面積由2000年的462萬(wàn)平方公里，發(fā)展至2008年的692萬(wàn)平方公里；總產(chǎn)由2000年的201萬(wàn)噸，發(fā)展至2008年的340萬(wàn)噸；單產(chǎn)由2000年的3.2噸 /hm2，發(fā)展至2002年的4.1噸/hm2；外貿(mào)出口花生原料(以籽仁計(jì))由2000年的80萬(wàn)噸，發(fā)展至2008年的170萬(wàn)噸；出口范圍由2000年的82個(gè)國(guó)家和地區(qū)，擴(kuò)展至2008年的108個(gè)國(guó)家和地區(qū):創(chuàng)匯額由2000年的4.5億美元，增長(zhǎng)至2008年的10億美元。作為我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物，花生種植面積僅次于印度，居世界第二位。總產(chǎn)量居世界第一。
花生種植在我國(guó)分布很廣泛，分布不均。雖然中國(guó)花生產(chǎn)區(qū)發(fā)展不平衡，但是花生種植、生產(chǎn)的發(fā)展是顯而易見(jiàn)的。其主要原因有兩點(diǎn):一是在國(guó)內(nèi)種植花生的效益較種植其它作物要高?二是在際市場(chǎng)上具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。加入WTO后，國(guó)外機(jī)械化程度高、生產(chǎn)規(guī)模大的農(nóng)作物，如小麥、玉米、大豆等都將涌入國(guó)內(nèi)而沖擊國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，但作為勞動(dòng)密集型生產(chǎn)的花生仍具有強(qiáng)勁的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。例如2002年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)花生仁每kg價(jià)格為3.6～4.7元，而同期國(guó)際市場(chǎng)經(jīng)合組織報(bào)價(jià)每噸價(jià)格為6.3～6.8元，這表明中國(guó)花生生產(chǎn)仍有較大的發(fā)展?jié)摿Α?
在國(guó)內(nèi)農(nóng)作物中，花生的種植規(guī)模已上升到第七位（按1998-2002年FAO發(fā)布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)平均），排在稻谷（3016.6萬(wàn)公頃）、小麥（2669.0萬(wàn)公頃）、玉米（2462.9萬(wàn)公頃）、大豆（893.4萬(wàn)公頃）、油菜（703.6萬(wàn)公頃）、甘薯（584.7萬(wàn)公頃）之后，但全國(guó)花生種植業(yè)年總產(chǎn)值（總產(chǎn)量?生產(chǎn)者價(jià)格）躍居國(guó)內(nèi)大宗農(nóng)作物第五位左右。與大宗糧油作物比較，花生的價(jià)格高，初級(jí)產(chǎn)品價(jià)格（農(nóng)民出售價(jià)）居上述七大糧油作物首位且穩(wěn)中有升，單位面積收益率高，對(duì)農(nóng)民增收作用較大，因此隨著全國(guó)范圍內(nèi)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的深入，大宗谷類(lèi)糧食作物（稻、麥、玉）生產(chǎn)規(guī)模呈持續(xù)遞減趨勢(shì)，花生的生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。從市場(chǎng)需求看，我國(guó)花生遠(yuǎn)未飽和，需求總量日益增大，而且花生是我國(guó)具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大宗農(nóng)產(chǎn)品（指食用花生），國(guó)外花生在短期內(nèi)不會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)造成實(shí)質(zhì)性沖擊，這就決定了我國(guó)花生生產(chǎn)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)在2015前后達(dá)到并穩(wěn)定在600萬(wàn)公頃、年總產(chǎn)達(dá)到2000萬(wàn)噸的水平[4]。
1.1.2 中國(guó)花生的種植方式
中國(guó)花生的種植方式有裸地栽培和地膜覆蓋栽培兩種。裸地栽培是傳統(tǒng)的常規(guī)種植方式，地膜覆蓋栽培是進(jìn)行高產(chǎn)栽培的新技術(shù)，技術(shù)性較強(qiáng)。這兩種栽培方式根據(jù)整地方法又分為以下三種；
（1）平作
平作是北萬(wàn)和南方早薄地花生產(chǎn)區(qū)的一種種植方式。在無(wú)灌溉條件、土壤肥力低的旱地或山坡地，土壤保水性差，水分容易流失，花生不易封行采用平作和密植，有利于抗早保墑，爭(zhēng)取全苗，在土地多勞力少的情況下可以減少整地工作量。
（2）壟種
壟種是北方中肥田和肥水地的一種種植方式。在地勢(shì)平坦、土層深厚、排灌條件齊全的大田，壟種有利于花生合理密植，有利于田間通風(fēng)透光，獲得高產(chǎn)。花生壟種需要在播前整地時(shí)起壟，在壟上開(kāi)溝或開(kāi)穴播種，壟種根據(jù)具體操作方式分為單行壟種和雙行壟種兩種。
（3）高畦種植
中國(guó)南方地區(qū)春季雨量充足，為了能排能灌，防止花生田積水，農(nóng)民往往起畦種植花生，一般采用直行條播，每畦種植4～8行。
中國(guó)北方地區(qū)春、秋季節(jié)花生播種期間，普遍干旱少雨、溫度低，且無(wú)霜期短，南方春季則低溫多雨。為了實(shí)現(xiàn)花生的豐產(chǎn)和豐收，各生產(chǎn)部門(mén)普遍改變種植方式，采用花生覆膜的種植方式，最終實(shí)現(xiàn)了抗早、保墑、提溫、防雨、排澇，減少苗期管理的效果，為花生的早熟增產(chǎn)提供了保障。
地膜覆蓋是近年來(lái)興起的一項(xiàng)種植技術(shù)，它是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合的一項(xiàng)重大的技術(shù)改革，是大幅度提高花生單產(chǎn)的一項(xiàng)有效措施。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，解決了北方地區(qū)低溫、干早和無(wú)霜期短，南方春季低溫多雨等不利自然氣候條件，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)花生生產(chǎn)的新局面。
目前，花生地膜覆蓋栽培技術(shù)己在華北、東北大面積推廣應(yīng)用，并取得了明顯增產(chǎn)效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著，深受群眾歡迎。
但花生覆膜播種的種植方式在使花生增產(chǎn)的同時(shí)，也引發(fā)了影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的 “白色污染” 目前所用的塑料薄膜，。大多是聚乙烯或聚氯乙烯為原料的高分子化合物，在自然中塑料薄膜極難被土壤微生物分解、消化，可存在400年之久，農(nóng)田使用的塑料薄膜老化后，破碎遺留在田間，使得地下的殘膜數(shù)量逐年增多，遺留在田間的殘余地膜，污染土壤，降低了土壤的透氣性及肥力，阻礙了植物吸收水分及根系生長(zhǎng)，直接影響了農(nóng)作物的收成和品質(zhì)[5]。
1.1.3 花生生產(chǎn)機(jī)械化現(xiàn)狀
隨著花生種植面積的不斷擴(kuò)大和農(nóng)村勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移，花生生產(chǎn)機(jī)械化的問(wèn)題就顯得尤為重要。西方發(fā)達(dá)國(guó)家在花生生產(chǎn)機(jī)械化方面的研究較早，與其它農(nóng)業(yè)機(jī)械相比，幾乎是同步發(fā)展的，機(jī)械制造與應(yīng)用技術(shù)己比較先進(jìn)、完善。美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家已實(shí)現(xiàn)了花生生產(chǎn)全過(guò)程的機(jī)械化作業(yè)，在收獲環(huán)節(jié)早已發(fā)展到聯(lián)合收獲水平，并且正依照本國(guó)的種植特點(diǎn)，向著大型化、機(jī)電一體化、智能化、高可靠、高安全的方向發(fā)展.一些發(fā)達(dá)國(guó)家還不斷將高、精、尖技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械上來(lái)，農(nóng)業(yè)機(jī)械正向智能化方向發(fā)展。
在中國(guó)，花生播種機(jī)械化技術(shù)已基本成熟，根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)人口多、土地分散，而中小動(dòng)力拖拉機(jī)保有量多的特點(diǎn)，該類(lèi)機(jī)械以小四輪拖拉機(jī)為牽引動(dòng)力，較好地解決了花生人工或畜力播種勞動(dòng)量大和生產(chǎn)率低下的問(wèn)題。近幾年，系列化的多功能花生覆膜播種機(jī)已在花生產(chǎn)區(qū)得到了大面積的推廣應(yīng)用。
相比之下，中國(guó)花生收獲的機(jī)械化水平低下則極大地影響了花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，花生的收獲基本是靠人工、畜力或半機(jī)械化(如手扶拖拉機(jī)牽引挖掘鏟)完成，而從國(guó)外引進(jìn)、消化吸收的機(jī)型則由于不符合中國(guó)國(guó)情或動(dòng)力消耗大、作業(yè)效果較差等原因，沒(méi)有形成較大的生產(chǎn)和使用規(guī)模，這就使中國(guó)的花生收獲機(jī)械與裝置多年來(lái)一直徘徊不前，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家存在很大的差距。
總之，中國(guó)現(xiàn)階段花生收獲方法的落后帶來(lái)了各方面的問(wèn)題，大體上表現(xiàn)為以下三個(gè)方面：
第一，人工收獲勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低下。長(zhǎng)期以來(lái)，花生的收獲都是靠人工完成的，特別是近幾年來(lái)隨著農(nóng)村剩余勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移，這一矛盾更加突出。據(jù)初步估算，整個(gè)花生生產(chǎn)過(guò)程中，花生的收獲所用工時(shí)為整個(gè)過(guò)程的三分之一以上。這一階段的作業(yè)成本為整個(gè)花生生產(chǎn)成本的二分之一以上(作業(yè)成本包括從花生耕地播種開(kāi)始到收獲摘果為止，所需的種子，肥料、地膜、機(jī)具及人工費(fèi)用等，人工費(fèi)按同時(shí)期普通勞動(dòng)者的工時(shí)費(fèi)來(lái)計(jì)算)。
第二，生產(chǎn)成本高。目前的花生收獲無(wú)論是人工還是畜力以及簡(jiǎn)易的機(jī)械，整個(gè)收獲過(guò)程都不是一次性完成的，都要經(jīng)過(guò)兩道以上的工序，首先是將花生從土里挖掘，然后人工除土，這種生產(chǎn)方式的主要問(wèn)題是造成英果的較多損失，并且這種損失大部分情況下，英果埋到地里，需要進(jìn)行二次復(fù)收，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且生產(chǎn)成本高。
第三，耽誤農(nóng)時(shí)。花生的收獲季節(jié)，正值“三秋”大忙之際，勞力緊張，如果能縮短花生的收獲日期，會(huì)對(duì)小麥播種打下一個(gè)良好基礎(chǔ)。據(jù)研究者到農(nóng)村的實(shí)地考察，在山東省萊陽(yáng)市，一般的沙壤地收花生(只完成花生的挖掘和去土兩道工序)，一個(gè)勞力每天工作8h，可收花生0.0046平方公里 ；借助畜力或者是簡(jiǎn)單的機(jī)力(用手扶拖拉機(jī)先耕出花生) 每天可收花生面積也僅為0.13～0.2平方公里。
所以，設(shè)計(jì)研制新型的符合中國(guó)國(guó)情的花生收獲裝置是提高中國(guó)花生生產(chǎn)機(jī)械化水平的關(guān)鍵。
1.2 研究目標(biāo)與內(nèi)容
本文的研究目標(biāo)為：
以配用中小動(dòng)力的花生收獲裝置為研究對(duì)象，針對(duì)中國(guó)農(nóng)村分散經(jīng)營(yíng)的生產(chǎn)體制和中小型拖拉機(jī)擁有量大的特點(diǎn)，適應(yīng)國(guó)內(nèi)的花生種植方式，重點(diǎn)設(shè)計(jì)花生收獲裝置的挖掘及分離原理，探索新的工作方式和新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在充分了解花生植株各組成部分收獲時(shí)的生長(zhǎng)狀態(tài)及田間特性的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)介新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工作部件的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、所受阻力及對(duì)花生與植株的施力方式等。以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低功耗，減少成本，提高作業(yè)質(zhì)量為目標(biāo)，重點(diǎn)研究花生收獲裝置及其傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及最佳工作參數(shù)[6]。
研究的具體內(nèi)容為：
（1）設(shè)計(jì)花生挖掘與分離的新的工作原理及結(jié)構(gòu)形式?；驹O(shè)想是用平行連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)花生的振動(dòng)式挖掘與分離，采取將兩項(xiàng)功能通過(guò)一個(gè)工作部件來(lái)完成的全新結(jié)構(gòu)，以最大程度地減少動(dòng)力功耗和收獲裝置的總體結(jié)構(gòu)尺寸；
（2）針對(duì)不同花生品種、不同地區(qū)及土壤條件，優(yōu)化傳動(dòng)與工作部件的結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)達(dá)到最優(yōu)。
2 振動(dòng)篩式花生收獲裝置的設(shè)計(jì)原理
中國(guó)對(duì)花生收獲機(jī)械裝置的研究正處在發(fā)展時(shí)期，花生收獲機(jī)械大面積的推廣還需要一段時(shí)間，農(nóng)村分散經(jīng)營(yíng)的生產(chǎn)體制和農(nóng)民的消費(fèi)水平，東部與西部地區(qū)的差別，對(duì)產(chǎn)品、技術(shù)需求的遞進(jìn)趨勢(shì)以及廣大農(nóng)村中小型拖拉機(jī)擁有量大的特點(diǎn)，決定了在今后一段時(shí)期內(nèi)，中國(guó)仍然要以中小型花生收獲機(jī)械與裝置為主要的研究和推廣對(duì)象[7]。
但是，國(guó)內(nèi)對(duì)花生收獲裝置的理論研究有待深入，研究工作還基本停留在試制與試驗(yàn)階段，對(duì)花生收獲裝置的工作原理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、具體的工作情況及規(guī)律性的深入研究花生收獲技術(shù)的理論著作過(guò)于老化，新理論和學(xué)術(shù)研究性文章比其它農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)理論相對(duì)偏少，且深度不夠，學(xué)術(shù)價(jià)值較低，致使收獲機(jī)械與裝置有效供給不足，小型機(jī)具多，優(yōu)質(zhì)機(jī)械過(guò)少，大中型農(nóng)機(jī)具跟不上發(fā)展需要，收獲裝置不能滿(mǎn)足花生生產(chǎn)實(shí)際的需求，影響了新裝置的開(kāi)發(fā)改進(jìn)，最終影響了花生種植業(yè)戶(hù)購(gòu)買(mǎi)機(jī)具的積極性。
因此，加強(qiáng)理論研究，加快理論與實(shí)踐的結(jié)合速度，研制出適合中國(guó)當(dāng)前國(guó)情、性能穩(wěn)定、高效優(yōu)質(zhì)的新型花生收獲裝置，以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段廣大花生種植用戶(hù)及市場(chǎng)的迫切需求，應(yīng)當(dāng)是現(xiàn)階段中國(guó)花生生產(chǎn)機(jī)械化研究的主要方向。
2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)
（1）符合中國(guó)國(guó)情
中國(guó)農(nóng)村人口多、土地少，且分散經(jīng)營(yíng)，大型農(nóng)機(jī)具.保有量少，而中小型拖拉機(jī)擁有量大。所以，針對(duì)中國(guó)現(xiàn)階段農(nóng)村生產(chǎn)的實(shí)際狀況，所設(shè)計(jì)的花生收獲裝置應(yīng)以配用中小型動(dòng)力為主[8]。
（2）作業(yè)可靠、減少收獲損失
根據(jù)湖南省質(zhì)量監(jiān)督局發(fā)布的《湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)～農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)質(zhì)量花生機(jī)械收獲》和農(nóng)藝要求，所設(shè)計(jì)的花生收獲裝置應(yīng)達(dá)到的性能指標(biāo)為:
配套動(dòng)力:11-13.2kw小型四輪拖拉機(jī)
生產(chǎn)率:0.1～0.13hm2 / h
損失率:＜ 3%
莢果破碎率: ＜1%
（3）結(jié)構(gòu)緊湊，降低成本
為便于花生收獲裝置的推廣和使用，考慮到中國(guó)現(xiàn)階段廣大花生種植戶(hù)的消費(fèi)水平，在保證收獲裝置作業(yè)質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，真正使廣大農(nóng)民買(mǎi)得起、用得上。
2.2 設(shè)計(jì)方案的選擇與分析
傳統(tǒng)的花生收獲裝置大多采用挖掘鏟和抖動(dòng)鏈相組合的方式。這種裝置是20世紀(jì)70年代中國(guó)從美國(guó)引進(jìn)和消化吸收后推廣應(yīng)用的，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、動(dòng)力消耗大、可靠性差，而且收獲損失偏高、花生蔓鋪放雜亂，不便于人工揀拾。
本文所設(shè)計(jì)的收獲裝置擬采用將挖掘和分離兩項(xiàng)功能溶為一體的全新結(jié)構(gòu)，以減少功耗、機(jī)體尺寸以及收獲損失?并對(duì)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)和操縱裝置進(jìn)行合理配置，確保動(dòng)力傳遞高效可靠，操縱調(diào)整簡(jiǎn)便[9]。
由于花生的種植模式是兩行壟作，所以收獲裝置的挖掘部件應(yīng)為兩個(gè)挖掘鏟，在收獲裝置作業(yè)過(guò)程中擬使挖掘鏟以一定的頻率擺動(dòng)前進(jìn)，即擺動(dòng)式挖掘。這樣，可以最大限度地減少土壤對(duì)工作機(jī)組的阻力，降低機(jī)組功耗。
為減少機(jī)構(gòu)尺寸，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，收獲裝置的分離部件擬附著在挖掘部件上，在作業(yè)時(shí)，通過(guò)挖掘部件的擺動(dòng)使分離機(jī)構(gòu)將花生與泥土分離。所以，設(shè)計(jì)方案的選擇主要是傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇和挖掘分離裝置的確定。
2.3 總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
經(jīng)初步研究，暫設(shè)定總體裝配如圖1所示，由拖拉機(jī)為動(dòng)力輸出，帶動(dòng)大皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大皮帶輪帶動(dòng)小皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小皮帶輪軸上裝有偏心輪，偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，使振動(dòng)篩實(shí)現(xiàn)高頻率的振動(dòng)。
該機(jī)主要由挖掘鏟、振動(dòng)篩、行走輪、傳動(dòng)裝置及機(jī)架等組成。
挖掘鏟的作用是鏟斷花生主根、掘起秧土，并將掘起的土壤和花生秧果傳輸?shù)角逋裂b置上。對(duì)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。本機(jī)挖掘鏟采用整體單鏟式平鏟，并在其后端設(shè)有碎土柵，以增加其破碎土功能，也是花生秧果從挖掘鏟升運(yùn)到振動(dòng)篩的銜接部件。挖掘鏟選用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，固定連接在機(jī)架的前下部?；ㄉ斋@機(jī)的清土裝置目前主要有抖動(dòng)升運(yùn)鏈?zhǔn)胶驼駝?dòng)篩式兩種，振動(dòng)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(dòng)升運(yùn)鏈?zhǔn)秸w震動(dòng)較大。綜合考慮本設(shè)計(jì)采用振動(dòng)篩式清土裝置，振動(dòng)篩柵條為縱向排布，柵條中心距可以根據(jù)當(dāng)?shù)鼗ㄉ贩N（主要是花生果大小）來(lái)確定，為便于將花生秧果成條鋪放到遠(yuǎn)離未收取區(qū)的已收區(qū)，振動(dòng)篩設(shè)計(jì)為下傾式，振動(dòng)篩通過(guò)機(jī)架兩側(cè)的連桿與機(jī)架鉸接，由前上部的偏心驅(qū)振裝置驅(qū)動(dòng)作往復(fù)振動(dòng)，驅(qū)振裝置上配有偏心平衡塊裝置。為防止作業(yè)時(shí)秧草纏繞設(shè)備和機(jī)器內(nèi)側(cè)挑鄰行花生秧蔓。傳動(dòng)系統(tǒng)采用帶組合傳動(dòng)，分別將拖拉機(jī)的輸出動(dòng)力傳輸?shù)絺?cè)向切割器與篩動(dòng)裝置。設(shè)備兩側(cè)配有充氣式橡膠行走輪，行走輪直徑為405mm，寬度為200mm。
圖1 總體裝配模型示意圖
Fig.1 Schematic diagram of the general assembly model
2.4 作業(yè)原理
此類(lèi)振動(dòng)篩式花生收獲機(jī)作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)帶動(dòng)收獲機(jī)具前行，挖掘鏟以一定角度鏟入土中（挖掘深度通常在100～150mm），將花生主根切斷，并將掘起的土壤和花生秧果輸送到振動(dòng)篩上。掘起的土壤和花生秧果進(jìn)入往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)篩，將花生和沙土不斷地向后振動(dòng)輸送，大部分沙土被振落至篩下，實(shí)現(xiàn)清土目的，花生秧果和少部分未去除的沙土隨后從振動(dòng)篩的側(cè)尾端被拋送到已收區(qū)，實(shí)現(xiàn)成條鋪放，待田間晾曬后再進(jìn)行揀拾作業(yè)。行走輪安裝在機(jī)架上，通過(guò)選用不同的定位孔可調(diào)節(jié)行走輪的安裝高度，調(diào)節(jié)挖掘鏟的挖掘深度和入土角。
本設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩花生收獲機(jī)主要由挖掘鏟、振動(dòng)篩、行走輪、動(dòng)力傳動(dòng)裝置及機(jī)架等組成，并與功率為12kw 左右的拖拉機(jī)配套使用，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)一次完成多行花生收獲。收獲過(guò)程中，挖出來(lái)的花生秧被傳送到振動(dòng)篩上，振動(dòng)篩的振動(dòng)可實(shí)現(xiàn)去除挖掘出的花生所帶有的泥土，最后通過(guò)輸送板實(shí)現(xiàn)花生秧一側(cè)倒伏的工作原理。與現(xiàn)階段大多數(shù)農(nóng)戶(hù)擁有的小四輪拖拉機(jī)相適應(yīng)，具有適配動(dòng)力廣，投資少，收效快等特點(diǎn)。能大力提高花生收獲的工作效率，降低收獲成本，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的生產(chǎn)。
3 花生收獲機(jī)的功率計(jì)算
參照相關(guān)花生收獲機(jī)的技術(shù)參數(shù)和雙行振動(dòng)式馬鈴薯挖掘機(jī)功率選定原則，本設(shè)備適配動(dòng)力功率為11～13.2 kw的拖拉機(jī)[11]，每次收兩行，預(yù)期生產(chǎn)率為：0.07～0.1 平方公里 /h，根據(jù)花生主產(chǎn)區(qū)種植的寬窄行距實(shí)際情況，選定作業(yè)幅寬為550mm，因此確定挖掘鏟的寬度為430mm，同時(shí)采用入土角與振動(dòng)篩升運(yùn)角一致設(shè)計(jì)原則，選定挖掘鏟入土角為25°。挖掘深度設(shè)計(jì)為100～150mm可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)行走輪在機(jī)架上的上下安裝位置實(shí)現(xiàn)。振動(dòng)篩組振動(dòng)由偏心輪帶動(dòng)，偏心距為10mm。
花生收獲機(jī)所需的總功率可分為3部分，即挖掘裝置及地輪行走所需的功率 N d 振動(dòng)篩所需的功率 N s 和機(jī)械傳動(dòng)消耗的功率 N n 。
N = N d + N s + N n （1）
P = P1 + P2 + P3 = fG + KaB +εaB Vm2 （2）
式中 P～平均牽引阻力，P=4808.7N；
G～花生收獲機(jī)質(zhì)量，G=2234N；
f～綜合摩擦系數(shù)，f=0.25～0.5；
K～土垡抵抗變形的性能系數(shù) K=0.2～l；
ε～動(dòng)態(tài)阻力系數(shù)，取ε= 3 kg/s2 ?cm4 ；
Vm～機(jī)組前進(jìn)速度， Vm = 1.83 m /s
a～挖掘深度，a=l2cm；
B～挖掘幅寬，B=60cm；
P1 ～摩擦阻力，包括挖掘鏟和溝底、溝壁之間及輪軸之間的阻力，地輪對(duì)土壤的滾動(dòng)阻力及摩擦阻力， P1 = fG = 56 N ；
P2 ～土垡變形的阻力， P2 = KaB = 144 N ；
P3 ～動(dòng)力變化阻力，即土壤動(dòng)量變化時(shí)所產(chǎn)生的阻力
P3 = εaBVm =72.33 N （3）
Nd = PVM /102μ = 6.1kw （4）
式中μ～牽引阻力利用系數(shù)，取μ=0.8-0.9。
Ns = VfaBγsin/102 （5）
式中～分離鏈上土壤的百分含量；γ～土壤的容重。
Nn = (1-) Ns
式中～機(jī)械傳動(dòng)效率。
則花生收獲機(jī)所需的總功率為：
N = Nd + Nd + Nn = PVm/102μ + (2 + )VfaBsin/102 = 8.1kw （6）
故采用8.8kw以上的四輪拖拉機(jī)作為配套動(dòng)力。所以11～13.2kw的拖拉機(jī)作為動(dòng)力配套裝置可以使用。
通過(guò)傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)機(jī)理與參數(shù)分析，得到了該部件主要參數(shù)間的關(guān)系表達(dá)式與傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為進(jìn)一步的分析研究提供了理論依據(jù)。考慮到帶傳動(dòng)在本設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在緩沖和吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，靠摩擦力傳動(dòng)，過(guò)載時(shí)，帶與帶輪間大話(huà)，可防止損壞其他零部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、維護(hù)等較為方便，成本低。本設(shè)計(jì)初步選擇為帶傳動(dòng)[13]。
4.1挖掘鏟主要參數(shù)計(jì)算
如圖2所示:三角形平面鏟的主要參數(shù)有入土角α、鏟面長(zhǎng)度L、鏟刃斜角γ、鏟面寬度B和鏟后端高度h等。
圖2 挖掘鏟的結(jié)構(gòu)參數(shù)
Fig.2 Structural parameters of mining shovels
4.1．1入土角α計(jì)算
挖掘鏟入土角較小時(shí)，其入土性能差，鏟面上土壤后移速度較快，漏土較少；當(dāng)入土角較大時(shí)，入士性能好，但阻力增大，土壤后移速度減慢，易雍土[16]。機(jī)器前進(jìn)作業(yè)時(shí)，位于鏟面上的土壤受力情況如圖3所示
圖3 鏟面受力分析
Fig.3 Force analysis of the shovel surface by
利用達(dá)朗伯原理，為使土壤能夠后移應(yīng)滿(mǎn)足：
（7）
式中： P-沿著挖掘鏟移動(dòng)的掘起物所需的力?
R-鏟對(duì)上壤的反作用力?
T-鏟面與上壤的摩擦力?
G-掘起物的重力?
α-挖掘鏟的入上角?
μ-上壤對(duì)鏟的摩擦系數(shù)μ=tgφ,φ為掘起物與鏟面之間的摩擦角。
簡(jiǎn)化（7）式得：
PGtan(α+μ)
上式表明牽引阻力P與挖掘鏟的入土角α為正切函數(shù)關(guān)系，在不同土質(zhì)中作業(yè)時(shí)，入土角的改變對(duì)阻力P的影響規(guī)律如圖3-3中曲線(xiàn)所示。當(dāng)φ較小時(shí)，曲線(xiàn)變化平緩，隨振動(dòng)篩式花生收獲機(jī)的設(shè)計(jì)著φ增大，曲線(xiàn)變陡，說(shuō)明入土角的改變對(duì)牽引阻力的影響，在重質(zhì)土壤中比在輕質(zhì)土壤中敏感，當(dāng)入土角α較小時(shí)，牽引阻力P隨α增長(zhǎng)較慢，當(dāng)α≥250 以后，牽引阻力急劇上升，因此，挖掘鏟的入土角應(yīng)取α≤250 為宜。
4.1.2鏟面長(zhǎng)度 L 計(jì)算
鏟的長(zhǎng)度 L分為L(zhǎng)1和L2 ，L1 是挖掘鏟的入土長(zhǎng)度，L2是鏟在地面以上過(guò)渡部分的長(zhǎng)度。
入土長(zhǎng)度由圖3-2可得：
L1=H/sinα （8）
式中H-挖掘深度。
花生結(jié)果通常在地表以下100mm深處，取挖掘深度H=120mm，L1隨α的變化如圖3-3 中曲線(xiàn)所示，入土部分長(zhǎng)度L1隨入土角α的增大而減小，當(dāng)α取較小值時(shí)L1會(huì)較長(zhǎng)，入土性能差且結(jié)構(gòu)不緊湊，一般取α>150 ，這里取α= 25 0 。由公式（8）得L1 = 284mm。
過(guò)渡部分長(zhǎng)度L2：
過(guò)渡部分L2為土壤和花生向分離裝置輸送的必經(jīng)區(qū)段，土壤在這里將發(fā)生膨松、變形，并消耗動(dòng)能，過(guò)渡部分長(zhǎng)度L2應(yīng)盡量短，以便土壤在鏟面上的后移速度未達(dá)零值之前，就被送至分離裝置。
L2的長(zhǎng)度可根據(jù)能量守恒定律確定。設(shè)質(zhì)量為m的掘起物，在L2區(qū)段的始點(diǎn) A的速度為VA，移到B點(diǎn)時(shí)的速度為VB，掘起物由A點(diǎn)向上移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，其動(dòng)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：
mVA - mVB = AG + AF （9）
式中， AG —重力所作的功, AG=mgL2 sinα
AF —摩擦力所作的功, AF= mgL2μcosα
將AG、AF帶入（9）式得：
L2 = （10）
式（10）表明，當(dāng)速度VA增大時(shí)，L2增加很快，有利于土壤上升和后移。所以，在確定時(shí)L2應(yīng)考慮工作檔位。當(dāng)入土角α取較大值時(shí)，L2應(yīng)減小。另外L2隨μ 增大而減小。所以實(shí)際設(shè)計(jì)挖掘鏟時(shí)，為減少摩擦力，避免壅土，將挖掘鏟入土部分的一段和過(guò)渡部分設(shè)計(jì)為柵條式，以便于土壤順利后移，并使部分土壤分離[17]。根據(jù)以上條件取L2 = 266mm。
4.1.3鏟刃斜角γ計(jì)算
挖掘鏟工作時(shí)切斷根蔓的能力主要取決于鏟刃斜角γ。 過(guò)大時(shí)，γ 根蔓易纏結(jié)鏟刃，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生堵塞。γ過(guò)小時(shí)，根蔓不易被切斷而發(fā)生滑脫現(xiàn)象。
如圖4所示，設(shè)φ為根蔓和土壤對(duì)挖掘鏟鏟刃的摩擦角，P為作業(yè)時(shí)土壤對(duì)鏟的反作用力，則P沿挖掘鏟鏟刃的分力Q=Pcosγ使根蔓和土壤后移，阻止根蔓和土壤向后滑移的摩擦力T=Rtanφ式中 R=Psinγ為使根蔓能滑離鏟刃，產(chǎn)生滑切的條件是Q>T 即Pcosγ>Psinγtanφ化簡(jiǎn)該式得：
γ=900-φ （11）
圖4 鏟刃劃切受力分析
Fig.4 Shovel blade cutting force analysis
為使挖掘鏟具有良好的切割性能，鏟刃斜角的選擇應(yīng)滿(mǎn)足式（11）。γ越小滑切性能越好，但在幅寬不變時(shí)鏟刃斜角γ減小會(huì)增加鏟刃長(zhǎng)度，使整機(jī)縱向尺寸變大，對(duì)機(jī)組的提升和行走均不利。因此鏟刃斜角不宜過(guò)小，土壤對(duì)鋼的摩擦系數(shù)tanφ=0.4～0.8，所以γ< 51.30 ～ 68.20 一般γ取為 500 左右。為了使未切割的莖葉和雜草順利地滑出鏟刀，鏟刃末端應(yīng)離機(jī)器側(cè)板及其他零件40mm以上的距離。因此，所設(shè)計(jì)的鏟刀刃角度取 500。
4.1.4鏟面寬度B 計(jì)算
鏟的寬度主要取決于花生地下分布寬度、行距的不均勻性、植株對(duì)垅中心的偏移和機(jī)器工作行駛時(shí)的偏差。一般單行花生收獲機(jī)挖掘鏟的寬度不小于400mm～600mm可按下式計(jì)算：
B1 = b + 3 b +2 c （12）
式（12）中b—花生分布平均寬度(mm)
b —花生分布寬度標(biāo)準(zhǔn)差(mm)
c—機(jī)器行駛偏差，可取 c=50～80mm。
根據(jù)以上條件取B1=430mm。
在保證鏟刃的自動(dòng)清理和良好的入土性能及碎土能力的前提下，從理論上推導(dǎo)出挖掘鏟的入土角、鏟面長(zhǎng)度、鏟刃斜角、鏟面寬度的計(jì)算方法，為設(shè)計(jì)挖掘鏟提供了理論依據(jù)。
4.1.5鏟面離地表最高距離hα計(jì)算
根據(jù)以上計(jì)算確定鏟面長(zhǎng)度為L(zhǎng)=L1+L2=550mm，入土角α= 250 。
h=sinα?L=233mm
ha = h－H=233mm－120mm=113mm
所以確定鏟面離地表最高距離h=233mm。
4.2 帶輪及帶的主要參數(shù)確定
圖 5 帶傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
Fig.5 Belt transmission schematic diagram
上圖5即為帶傳動(dòng)示意圖，根據(jù)已知參數(shù)可確定帶輪相關(guān)參數(shù)
（1）確定計(jì)算功率 P ，已知 P=7.5kw
Pc = KA P =1.1×7.5=8.25kw （13）
（2）確定 V 帶型號(hào)為普通 V 帶 A 型，小帶輪節(jié)圓直徑 dp1=125mm
（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑 d1 和 d2
根據(jù)所選 V 帶型號(hào)查表及帶輪直徑標(biāo)準(zhǔn)系列值，得到 d1=130.5mm；驗(yàn)算帶速 v，應(yīng)保證 v 在 5～25m/s 之間，若不能滿(mǎn)足這一要求應(yīng)重選 d1；
v = （14）
所以符合要求取 d1=130.5mm。小帶輪如圖6所示。
（4）根據(jù)公式 d2=i d1 (1-ε)算出大帶輪直徑，并圓整成標(biāo)準(zhǔn)值，ε 取為 0.02。
d2 =3.5×125×0.98=428.75mm （15）
大帶輪如圖7所示。
（5）確定中心距 a 及帶長(zhǎng) Ld
初定中心距a0 ， 如果未規(guī)定中心距 ，則應(yīng)按下式
給出的范圍初選中心距 ：
0.7(d1+ d2) a0 2(d1+ d2)
378.625mm a0 1107.5mm （17）
圖 6 小帶輪
Fig.6 The small pulley
圖 7 大帶輪
Fig.7 The big pulley
取 a0=500mm
（6）確定帶長(zhǎng) Ld1 根據(jù) a0，先初算帶長(zhǎng)
Ld1 2a 0 + (d1+ d2)+ = 1915.95mm (18)
（7）確定中心距 a
a a0 + =542mm (19)
4.3 平行連桿機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)及行走輪的設(shè)定
振動(dòng)篩組由平行連桿機(jī)構(gòu)練接，振動(dòng)篩傾斜角（相對(duì)水平位置）為 0.5 ，使得在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)篩上的所收獲的花生有向下的加速度，保證收獲的花生可以順利脫土并滑落到滑板實(shí)現(xiàn)一側(cè)倒伏。根據(jù) Pro/E 實(shí)體作圖得出連接振動(dòng)篩一側(cè)的兩根桿的桿長(zhǎng)670mm，距離為250mm。設(shè)定振動(dòng)篩的振幅為12mm，則根據(jù)實(shí)體圖得出連桿比例為1：10，所以偏心輪的偏心距為1.2mm。
行走輪高度為人工可調(diào)，輪直徑為405mm，寬為200mm。支架上設(shè)有空，可通過(guò)螺栓連接來(lái)調(diào)節(jié)高度。行走輪裝置如圖8所示。
圖 8 行走輪
Fig.8 The road wheel
4.4 軸的校核
軸在實(shí)際工作中，承受各種載荷。設(shè)計(jì)計(jì)算是確保軸可以承受載荷、可靠工作的重要保證。根據(jù)軸的失效形式，對(duì)軸的計(jì)算內(nèi)容通常為強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算和臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算。軸如圖 3-9 所示
考慮軸的剛度、強(qiáng)度、及耐摩性要求，并且考慮材料成本等問(wèn)題，選擇了 45 鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理， HBS 達(dá)到 217-255，使查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定軸的直徑，軸的直徑為 30mm，軸上的鍵槽用于連接皮帶輪和凸輪，下面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。
集中載荷作用于凸輪，在草稿上繪制受力簡(jiǎn)圖，得出：
圖9 軸
Fig.9 The roller
（1）凸輪上作用力大小
轉(zhuǎn)矩T = 95.5 x 105 x P/n = 95.5 x105x 8.1/1450 = 53348 ( N . mm )
偏心輪最小處直徑為 59.88mm
圓周力 Ft = 2 T/d1=2x53348/59.88=1782(N)
徑向力 Fr = Ft × cos 300 = 1782 x 0.866 = 1543 ( N )
軸向力 Fa = 0 ( N )
（2）求軸承上軸承的支反力及主要截面彎距
FBV = Fr x 90 /(90+50) = 1543 x 90/140 = 992 ( N )
截面處彎距為
MVC左 = FBV x 50 = 992 x 50 = 49600 ( N . mm )
MVC右 = FDV x 90 = ( Fr - FBV ) x 90 = (1543 - 992 ) x 90 = 49590 ( N . mm )
（3）求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎距
FBH =FT x 90/(90+50) = 1782 x 90/140 = 1145 ( N )
FDH = Ft – FBH = 1782 - 1145 = 637 ( N )
截面處的彎距為
MCH = FBH x 50 = 1145 x 50 = 57250 ( N . mm )
（4）截面處垂直面和水平面的合成彎距
MC左= = = 75748（N mm）
MC右= = =75741（N mm）
（5）按彎距合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎距和扭矩的截面的強(qiáng)度，取a =0.6，計(jì)算應(yīng)力：
v== =1.12(MPa)
查表得[-1 ] = 60MPa ，由于v＜[-1 ] ，故安全。
軸承座的選用及壽命計(jì)算：
軸承座的選擇：
選擇深溝球軸承，型號(hào)為 6207，因?yàn)橹饕惺軓较蜉d荷，當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。而且價(jià)格最低。
軸承座的壽命計(jì)算：
由設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得 6207 軸承的基本額定動(dòng)載荷 Cr = 30500 N ，基本額定靜載荷
C0r = 20000 N 。具體計(jì)算如下：
（1）計(jì)算兩軸承的內(nèi)部軸向載荷
Fs1 = 0.5FR1 = 0.5 x 1543 = 771.5 N
Fs2 = 0.5 FR2 = 0.5 x 1140 = 570 N
（2）計(jì)算兩軸承的軸向載荷
左端軸承
Fs1 = 771.5 N
Fs2 + Fa = 771.5 + 360 = 1131.5 N
兩者中取最大值 FA1 = 1131.5 N
右端軸承
Fs2 = 570 N
Fs1 - Fa = 771.5 – 360 = 311.5
兩者中取最大值FA2 = 570 N
（3）計(jì)算兩軸承當(dāng)量動(dòng)載荷
載荷平穩(wěn)，查得載荷系數(shù)fp = 1.1
FA1 / C0r = 1131.5 / 20000 = 0.056
得 e = 0.26
FA1 / FE1 = 1131.5 / 1543 = 0.73 ＞ e
得 X1 = 0.56 ，Y1 = 1.71
P1 = fp ( X1 FR1 + Y1 FA1 ) = 1.1 x ( 0.56 x 1543 + 1.71 x 1140 ) = 3094 N
同理可知： P2 = 2207 N
（4）計(jì)算軸承壽命
工作溫度低于 120 度，查的溫度系數(shù) ft = 1
左端軸承 L10h = (ftC/P)e x 16670 / n = (1 x 30500/3904)3 x 16670/1450 = 5482 (h)
右端軸承 L10h = (ftC/P)e x 16670 / n = (1 x 30500/3904)3 x 16670/2207 = 30343(h)
經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，可以得出左端軸承比右端的容易失效，應(yīng)該在 5482 小時(shí)也就是工作 7.6 個(gè)月后換，右端的只要 3 年換一次就可以。
5 總體裝配
有上述計(jì)算最終得出，總體裝配由拖拉機(jī)為動(dòng)力輸出，輸出轉(zhuǎn)數(shù)為n=414r/min，以1：1的傳動(dòng)比帶動(dòng)大皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大皮帶輪于小皮帶輪以1：3.5的傳動(dòng)比帶動(dòng)小皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小皮帶輪軸上裝有偏心輪，偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，使振動(dòng)篩實(shí)現(xiàn)高頻率的振動(dòng)。拉簧最大拉力為650N，其作用是用來(lái)減小篩體自重對(duì)振動(dòng)平衡性的影響。
振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率和振幅大小對(duì)設(shè)備的清土效果、輸送順暢性以及機(jī)具震動(dòng)性、可靠性等影響很大。振動(dòng)篩對(duì)物料的拋擲力與篩動(dòng)頻率的二次方和振幅的一次方乘積成正比，綜合考慮，并比照多種同類(lèi)機(jī)型，本設(shè)計(jì)采用大振幅高頻率型振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)形式，振動(dòng)篩的振幅選定為20mm。
6 總結(jié)
在本設(shè)計(jì)中，執(zhí)行工作的花生收獲機(jī)機(jī)架與拖拉機(jī)的連接是本文省略的一個(gè)重要部分。在實(shí)際操作的過(guò)程中，由于提供動(dòng)力的源可由不同型號(hào)的拖拉機(jī)執(zhí)行，故機(jī)架與拖拉機(jī)的練級(jí)可在挖掘鏟的上方機(jī)架處進(jìn)行進(jìn)一步改造和創(chuàng)新。由于本人知識(shí)水平有限，且該部分非本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)部件，予以省略。另外由于考慮到生產(chǎn)成本和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)定位，可以在機(jī)架上安裝柴油機(jī)輸入功率，可將收獲機(jī)改成手扶式收獲機(jī)，便于操作，且大大降低生產(chǎn)和農(nóng)民的購(gòu)入成本，得以廣泛普及。推動(dòng)黨中央國(guó)務(wù)院建設(shè)“新農(nóng)村”的號(hào)召。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)自身的許多不足，理論知識(shí)不夠扎實(shí)，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，同時(shí)又缺乏實(shí)踐工作的磨礪，從而導(dǎo)致在設(shè)計(jì)時(shí)難以做出正確的選擇，對(duì)課題的內(nèi)容茫然不知所措。對(duì)資料的應(yīng)用也不夠確切，對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的具體形狀、運(yùn)作方式、性能指標(biāo)也不能有一個(gè)準(zhǔn)確的定位。缺乏對(duì)具體產(chǎn)品的想象力，這一切都可能導(dǎo)致我本次設(shè)計(jì)有不足之處。
7 結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)花生的產(chǎn)量，及對(duì)國(guó)內(nèi)花生收獲機(jī)的情況分析，通過(guò)運(yùn)算得出各組件的參數(shù)，設(shè)計(jì)出了包括可調(diào)節(jié)行走輪、振動(dòng)篩、可調(diào)節(jié)高度的挖掘鏟、傳動(dòng)輸出組件等。并利用Pro/E制作出實(shí)體圖，根據(jù)實(shí)體圖得出一些無(wú)法計(jì)算的數(shù)據(jù)，并利用此軟件中的強(qiáng)度試驗(yàn)證明機(jī)器的一切部件達(dá)到使用要求。
設(shè)計(jì)成功的振動(dòng)篩式花生收獲機(jī)適用于花生分段收獲作業(yè)模式，可完成花生挖掘、清土、鋪放功能，本機(jī)用于花生收獲，節(jié)省工時(shí)，減緩農(nóng)村勞力不足，降低收獲作業(yè)成本。
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