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山西農業(yè)大學學士學位論文（設計）文獻綜述
馬鈴薯播種機具的現狀與發(fā)展
摘要：綜述了國內外播種機的發(fā)展現狀，并通過對國內外幾種典型播種機的各種參數進行系統(tǒng)的對比并加以分析，從中發(fā)現國產播種機與國外播種機的差距，并在此基礎上去闡述我國播種機在研發(fā)和應用上所存在問題并展望未來播種機的發(fā)展趨勢，同時明確馬鈴薯播種機的設計方向。
關鍵詞：播種機具 馬鈴薯 精量播種機 排種器
1. 馬鈴薯在我國的生產現狀
馬鈴薯是一種高蛋白農作物，在我國得到大面積的栽種，盡管我國年產量早已躍居世界第一，然而和世界除非洲以外的其他國家和地區(qū)比起來，單產量卻很低，因此在提高單產的措施上除了提高機械化生產水平外，還應該改進馬鈴薯的種子質量以及種植方式。
1.1我國馬鈴薯的生產現狀
300多年前，原產自美洲的馬鈴薯被引進中國并且逐漸成為僅次于小麥、水稻和玉米的第四大糧食作物。目前，我國的馬鈴薯無論是種植面積還是總產量都處于全球領先地位。從中國馬鈴薯網上獲得的資訊：2007年我國馬鈴薯種植面積約8000萬畝，預計總產量將超過6800萬噸，占世界總產量的22%左右。單從總產量來說我國已經是世界第一，但是單產量卻遠遠低于歐美、澳洲的水平。例如，2003年，我國馬鈴薯的單產量是每公頃14842公斤，低于世界平均水平的每公頃16448 公斤，還不到單產量最大的國家新西蘭的每公頃44248 公斤的三分之一。
1.2國外馬鈴薯的生產水平
單產量排名前六位的國家：新西蘭、比利時、丹麥、美國、英國、荷蘭等歐美發(fā)達國家，他們的單產量都超過了每公頃40000 公斤（中國馬鈴薯網，2007）。除了地域、氣候方面外，更重要的是栽培技術以及機械化生產水平的影響。顯然，這些國家的農業(yè)生產機械化水平都遠遠高過我國。反觀我國，大部分地區(qū)的馬鈴薯生產都還停留在人工或者半機械化生產的水平上，因此單產量低也就不足為奇。
1.3目前急需解決的措施以及會遇到的困難
要想提高單產量，首要的就是提高機械化生產水平。我國地域廣闊，擁有多種地型，因此不可能同時提高生產機械化，所以應該根據不同的地形，不同的氣候和種植方式，從而設計符合當地的農業(yè)生產機械，盡量推廣播種機在農業(yè)生產中的應用。其次應該改進種植方式，我國的馬鈴薯種植方式一直停留在傳統(tǒng)種植的水平上，這是急需改變的。先進的種植方式應該從改進種子質量，改進播種方式等方面進行，同時在此基礎上設計相應的機械也就顯得至關重要。
2. 國內外播種機發(fā)展及應用的現狀
2.1我國播種機發(fā)展現狀
現目前，我國大約有500家播種機生產企業(yè)，但是這些企業(yè)中能夠生產與大中型拖拉機配套的播種機的企業(yè)只有西安農業(yè)機械廠、石家莊市農業(yè)機械廠等區(qū)區(qū)10多家，其余的企業(yè)生產的都是與小型拖拉機和畜力配套的拖拉機。這種與小型拖拉機和畜力配套的播種機機的產量占全國播種機總產量的90%以上（國委文，2007）。由此可以看出當前我國已實現機械化播種的大部分地區(qū)的播種機仍以小型播種機進行傳統(tǒng)的谷物條播為主，大中型播種機的發(fā)展遠遠跟不上農業(yè)生產的需要，而且大中型生產機械（包括播種機）的研制和生產水平也遠遠落后于發(fā)達國家的水平。
2.2國外播種機發(fā)展現狀
相對我國而言，國外許多發(fā)達國家在第二次世界大戰(zhàn)前后，先后完成了由傳統(tǒng)農業(yè)向現代農業(yè)的過度和轉化，經過幾十年的發(fā)展，其農業(yè)機械化水平已經相當完善，現在正朝著大型化、智能化、精量化以及多功能聯合型方向發(fā)展（陶衛(wèi)民，2001）。美國，德國，英國等西方發(fā)達國家的發(fā)展水平已經走在世界的前列。
在國外許多發(fā)達國家，精密播種機經過幾十年的發(fā)展和應用，其技術水平應經達到了相當完善的程度，無論是工作速度、生產效率、工作性能、播種質量以及播種機具的通用性和適應性上都做得比較好。這對減少播種過程中的漏種率、種子損傷率和提高單產量都有很大的促進作用。現在一些發(fā)達國家正把不斷更新播種機的工作原理、盡量完善其結構、延長機具使用壽命、降低制造價格和維護費用的同時提高其工作效率以及提高播種機的通用性和適應性作為未來更先進的播種機研制的發(fā)展方向。
2.3與國外播種機相比，我國播種機存在的不足
和國外如美國、德國、英國等發(fā)達國家的播種機比起來，我國的播種機工作效率低，工作幅寬小，通用性和適應性低，使用可靠性不高，生產率也遠較國外的低。另外，由于我國工業(yè)起步晚，因此在新技術的研制和在播種機上的應用上依舊落后于國外發(fā)達國家。下面以我國幾種典型的播種機和國外的播種機作一個對比，以便從中發(fā)現我國播種機和國外先進播種機的不足。
首先，從工作效率方面來看，我國播種機的工作速度低。國外播種機的工作速度大都要求達到15㎞／h，有的甚至達到20㎞／h，受到土地，氣候和一些其它因素的影響，工作速度大多采用8～12㎞／h，而我國工作速度大約為4～7㎞／h，一般工作速度為5～6㎞／h。比如德國早期生產的GL34T和GL36T兩種機型的工作速度為7.5㎞／h(韓文鋒等，2006），而我國普遍采用的2BM-2以及2BMF-2型都達不到德國這兩種機型的水平。
其次，我國播種機的工作幅寬小。和國外發(fā)達國家比起來這個環(huán)節(jié)顯得非常薄弱。例如西歐一些國家的生產的播種機的工作幅寬一般為5～6m，美國，加拿大等國家的現用機型大多可以達到10～15m（陳興田，1999）。而我國所使用的播種機的工作幅寬絕大多數低于3.5m，例如較先進的2BF-24A谷物條播機的工作幅寬為3.6m，其余的大都低于這個水平，工作幅寬低這個瓶頸在很大程度上限制了播種機的工作效率。
再次，排種器的排種效率低。我國很多使用播種機的地區(qū)在農業(yè)生產中依舊使用傳統(tǒng)的排種方式即“一器一行”，一個排種器只能播一行種子，顯然這樣的效率是非常低的，即使有較先進的“一器多行”的排種器，但是技術上也表現得不夠成熟，也沒能進行大規(guī)模的推廣及應用。國外發(fā)達國家在這方面的技術和經驗就比我國先進得多，而且許多新技術已經得到廣泛的應用，許多核心部件尤其是排種器無論是結構還是工作原理都還有很多值得我國學習和借鑒的地方。
最后，我國的播種機的通用性和適應性和國外發(fā)達國家比起來也還有很大的差距。在通用性方面，國外發(fā)展得比較早，技術也比較成熟，一套設備只需經過簡單的更換即可實現不同種子的播種，而我國大部分播種機還都是“一機一種”，一種播種機只能夠播撒一種種子，這樣既浪費制造材料，又沒能使播種機得到充分利用。另外，我國地域遼闊，不同的土壤條件和氣候條件嚴重限制了播種機的適應性，在保證適應性方面的技術還很落后，而且我國研制生產的播種機很少考慮到適應性這一方面的影響。
3. 我國播種機的發(fā)展趨勢
雖然可以通過引進國外先進的播種機可以暫時彌補我國播種機的不足之處，但是從長遠
出發(fā)，我國必須走自主研發(fā)的道路，通過不斷吸收國外先進技術的同時再結合我國的國情走出一條自主創(chuàng)新的路子，研制出具有我國特色的先進播種機。
3.1加大大中型播種機的研制和開發(fā)
要想盡快縮小我國馬鈴薯等農作物的單產與國外水平的差距，大中型播種機將起到至
關重要的作用。我國的幾大平原地勢平坦，比較適合大中型播種機的推廣和應用。大中型播種機械除了可以節(jié)約人力，提高工作效率外還能減少種子的損傷率和漏種率，而且大中型播種機都是朝著聯合作業(yè)和直接播種技術的方向發(fā)展，這種機械的優(yōu)點在于：一次可以完成多項作業(yè)，作業(yè)效率高；保證及時播種，提高產量；節(jié)約能源，降低成本。
3.2采用新的排種原理和排種裝置
排種裝置是播種機最關鍵的部件，先進的排種器和排種原理對播種機的效率的提高有
著很重要的作用，迄今為止，我國學者幾乎涉獵了世界上所有的排種器：如外槽輪式排種器、離心式排種器、各種圓盤式排種器等，而具有我國獨創(chuàng)特色的窩眼輪式排種器、紋盤式排種器、錐盤式精量排種器也獲得了廣泛的應用，但是在馬鈴薯播種機上，先進的排種器和排種方式依然制約播種機效率的一個瓶頸。因此在已經解決種子和播種方式的情況下研制相應的播種機顯得是關重要。顯然，在排種器方面，我國應該朝著氣流輸送式條播排種器、孔帶式精密排種器、氣力式精密排種器以及傾斜圓盤指夾式排種器的方向發(fā)展。新的排種原理包括氣力式排種原理和機械式排種原理也應得到廣泛的采用（陳興田，1999）。
4. 小結
一個比較先進的播種機主要取決于其幾個關鍵的部件，如：開溝器、仿形機構、覆土器以及排種器。尤其是排種器在整個播種機結構中顯得尤為重要，排種器的好壞直接關系到播種機的播種效率，因此，現在國內外播種機研制的重點依舊是放在排種器的研制上。我國在這方面也有不少的研究，尤其在氣吸式排種器，窩眼式排種器還有氣力式排種器的研究上有了一定的突破，但是和國外先進水平還有一定的差距，因此，我國還必須加大研制的力度。
新型馬鈴薯已經研制成功并將實現大力推廣，在將來的幾年內，相應的馬鈴薯播種機將對這種新型馬鈴薯的推廣起到極大的推動作用。新型的馬鈴薯將徹底改變傳統(tǒng)的馬鈴薯塊莖式播種方式，其播種方式將和玉米，油菜籽等顆粒的播種方式更為相似，但還是存在很多不同的地方，因此不能直接選用像玉米播種機或者油菜籽播種機這些現成的播種機型。由于現目前新型馬鈴薯還沒有開始實現大面積推廣，相應的馬鈴薯播種機具還是一片空白?；诖?，對現有的馬鈴薯播種機和其余各類顆粒式播種機進行改進優(yōu)化并在此基礎上設計一種適合新型馬鈴薯的機械式或者氣吸式播種機就成了當前以及未來相當一段時間內播種機的研制方向，同時研制的重點也將放在馬鈴薯播種機的排種器的研制上。
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4
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
學 院
姓 名
指導教師
設計題目
馬鈴薯收獲機的設計
畢業(yè)設計前期工作小結
認真地查閱了馬鈴薯收獲機設計的有關論文，并通過大量的查閱相關資料使我更加熟悉馬鈴薯收獲機的工作方式，較全面的了解收獲機的分類，對其結構和挖掘部分設計情況有了一定的了解。根據掌握的材料對收獲機進行理論設計與計算，確定該設計的研究步驟。確定主要性能參數、結構參數的選用原則。同時根據國內外先進的技術， 并查找資料初步確定各部件的尺寸。
畢業(yè)設計中期工作小結
經過前期大量的資料收集后選擇了各個性能和結構參數，在進行設計計算時也能夠快速的進行設計。整理數據向指導教師匯報，并總結目前收集的資料來比較自己設計中存在的不足，修改不足將設計方案盡量合理化，同時將設計數據整理后畫出總裝配草圖。
指導教師意見
指導教師簽名：
2007屆本科生畢業(yè)論文（設計）中期匯表
填表日期：
本科生畢業(yè)論文（設計）任務書
論文題目
馬鈴薯收獲機的設計
學院名稱
工程學院
姓名
專業(yè)班級
指導教師
課題類型
研究設計
畢業(yè)論文（設計）的內容摘要
1、馬鈴薯收獲機械的設計；
2、作業(yè)行數為2行，配套動力為80-100馬力；
3、作業(yè)深度為200mm，作業(yè)寬度為1800mm；
4、根據上述要求，確定收獲機的工作原理、結構形式，研究和設計該機械的主要結構參數和性能參數。
畢業(yè)論文（設計）基本要求及工作量要求
根據畢業(yè)設計的內容要求，查找資料，確定該設計的研究步驟，主要性能參數、結構參數，完成設計總裝圖1份，主要部裝圖2份，設計說明書1份。
畢業(yè)論文（設計）的主要階段計劃（分前期、中期、后期）
1、前期階段：查閱資料，編寫開題報告，時間：2周；
2、中期階段：理論設計與計算，完成全部參數的設計，完成總裝圖1份，主要部裝圖2份，設計說明書1份，時間為9周；
3、后期階段：整理畢業(yè)設計內容，畢業(yè)答辯，時間2周。
任務下發(fā)日期
完成日期
系主任 主管教學院長審批（簽字）：
黑龍江八一農墾大學
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學生姓名： 學 號
專 業(yè)：
設計(論文)題目： 馬鈴薯收獲機的設計
指導教師：
200 年 月 日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2002年4月26日”或“2002-04-26”。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
文 獻 綜 述
1．課題研究的目的和意義
馬鈴薯是我國主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產，對調整優(yōu)化農業(yè)產業(yè)結構、加快脫貧致富及地區(qū)經濟發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機為主。馬鈴薯收獲機可以大大提高收獲效率, 降低勞動強度, 減少損失, 為馬鈴薯生產奠定良好的基礎。但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生產發(fā)展。為促進馬鈴薯生產地發(fā)展，解決機械化收獲問題勢在必行。馬鈴薯收獲機械化的關鍵矛盾是配套動力與機具性能要求之間的矛盾。鑒于動力的限制，與14kw一下拖拉機配套機具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。從發(fā)展看這類機械作為與目前農村具有的小型拖拉機相配套哦阿德過渡性機型予以開發(fā)、推廣。隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對馬鈴薯收獲的機械化水平的需求越來越大。
2．國內外研究現狀，水平和發(fā)展趨勢
2.1國外現狀
從農業(yè)機械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機發(fā)展較遲緩，只是近50年才發(fā)展到較高水平。美國在1948年以前用收獲機來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾。直到1967年，開始使用聯合收獲機，勞動生產率達到100kg/（h·人）。20世紀80年代初期，聯合收獲機和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的85%，其中聯合收獲已經達到50%以上、20世紀到90年代，美國已經基本實現了馬鈴薯收獲機械化。原蘇聯是生產收獲機最早的國家。1960年，馬鈴薯聯合收獲機保有量是3萬臺，1976年，保有量是6萬臺，1979年，馬鈴薯收獲機械工業(yè)化程度達到77%，到20世紀90年代除，馬鈴薯收獲機共有16種機型，其中10種是聯合收獲機，其中勞動生產率比其他2行收獲機提高1-2倍。德國20世紀在40年代主要生產和使用拋擲式收獲機。50年代主要生產和使用升運鏈式收獲機和撿拾裝載機，進行分段收獲，到1970年保有量達到6205臺，90年代開始生產收獲-撿拾裝載機和具有自動分選裝置的聯合收獲機。日本在1955年以前使用畜力挖掘機，1955年到1965年生產懸掛式的拋擲式和升運鏈式收獲機。70年代開始引進英國、美國等發(fā)達國家的聯合收獲機，并研制適合日本國情的聯合收獲機。
總之，在國外幾個主要生產馬鈴薯的發(fā)達國家，都形成了用聯合收獲機直接收獲，或用挖掘-撿拾裝載機加固定分選裝置來進行分段收獲的兩種全面實現收獲機械化的配套系統(tǒng)，基本上實現了馬鈴薯收獲機械化。
2.1國內發(fā)展趨勢
解放初期, 我國收獲馬鈴薯采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。直到 20 世紀 70 年代中期, 由于手扶拖拉機的大量推廣應用, 國內又掀起了為手扶拖拉機配套的馬鈴薯收獲機的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機, 但受當時的配套動力限制, 未能生產和推廣。到 20 世紀 90 年代中期, 由于國產小四輪拖拉機的大量推廣和應用, 研制馬鈴薯收獲機已被列入重要日程。而此后, 市場需求旺盛, 先后有小型升運鏈式馬鈴薯收獲機和振動式馬鈴薯收獲機投放市場, 以及新型農用液壓挖掘機, 操作簡單、性能可靠、實用性強。以新型馬鈴薯收獲機, 配有兩種傳動鏈輪, 使柵條輸送帶實現高低兩種運行速度, 適宜不同土質的作業(yè); 兩側不設切土圓盤, 避免一般機具進行不對壟作業(yè)時, 嚴重破碎土豆現象; 兩側設有分薯板, 可將土豆推向側邊, 避免壓損。該機具有在濕潤、干旱和多石地塊實現平作、壟作作業(yè)功能, 很大程度上占據了市場份額。為農田基本建設和低產田改造提供了高效快捷的新機具, 減輕農民的勞動強度, 促進農村經濟的發(fā)展, 增加農民收入。
我國馬鈴薯種植面積大幅攀升，對我國馬鈴薯收獲機械生產是一個非常好的機遇，但是同時也是一種挑戰(zhàn)。
2.1.1在我國，馬鈴薯收獲機向集機電和液壓技術為一體的大型化方向發(fā)展，從而提高自動化程度和生產效率，獲得最佳的經濟效益。
2.1.2 向聯合作業(yè)方向發(fā)展，實現多功能作業(yè)，降低作業(yè)成本和設備投入費用。
2.1.3 向自走式發(fā)展，裝有分級裝置，實現互換性。
2.1.4 提高生產企業(yè)的加工工藝水平，保證設備制造質量。
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畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
1 畢業(yè)設計的內容摘要
1、馬鈴薯收獲機械的設計；
2、作業(yè)行數為2行，配套動力為80-100馬力；
3、作業(yè)深度為200mm，作業(yè)寬度為1800mm；
4、根據上述要求，確定收獲機的工作原理、結構形式，研究和設計該機械的主要結構參數和性能參數。
2 課題研究方案與可行性分析
2．1設計方案
根據論文設計說明書的要求首先分析馬鈴薯成熟特點，確定具體要求，了
解收獲過程的特點各種挖掘過程對收獲有什么要求，對現有收獲機的類型、結
結特點進行比較分析，研究收獲機的工作原理及工作過程，確定機器總體參數
及性能參數，然后進行具體設計任務。
2．2 待解決的問題及解決方法
2.2.1 挖掘部件的設計：對挖掘鏟的設計要求是:①將所有薯塊掘起,保證挖凈且不鏟薯。②能流暢地將掘起物送往分離裝置。③盡早漏土,減小挖掘阻力,避免機前壅土,且減小篩分部件負荷,提高整機收獲的明薯率。馬鈴薯挖掘鏟的主要功用在于掘出薯塊并將薯塊輸送給分離裝置，且盡量減少進入機具的泥土量和能量消耗，同時還要防止挖掘鏟纏草和壅土。對鏟刃張角和鏟的寬度、鏟面的水平傾角及鏟的末端離地高度鏟的長度及選用的材料等參數進行設計。
2.2.2 分離部件的設計：收獲機的分離部件在工作時承受的負荷很大，一般要求分離掉的土壤達60%以上，并要求其工作可靠，對署塊的損傷小，分離的同時把剩余部分向后、側輸送，以便進一步清選和分離。設計時還應保證機器機構緊湊、重量輕、分離能力強的特點。
2.2.3 減震軸承的設計：減震軸承是擺動篩式挖掘機的關鍵部位，由于挖掘機振動較為劇烈，為提高工作可靠性應采用減震軸承，它可以減小機器的振動，提高機器的壽命。 設計時應保證使用壽命長、性能可靠、穩(wěn)定的特點。
3 可能存在的問題：
由于加工工藝和所用材料的影響，以及材料熱處理的方式的選用，減震
軸承的使用壽命可能偏短。
4 研究進度
第一階段（2007.3. 6-2007.3.31）材料的搜集整理查閱相關資料
本階段需要完成與課題相關的調研工作，并對相關的文章進行搜集、整理
，選出與設計有關的資料備用，并且找出自己設計的產品與國內外的不同之處，說明其優(yōu)點所在，擬定設計步驟，采用多方案設計，通過比較，選出最佳方案。
第二階段（2007.4.1-2007.5.10）理論與計算設計，全部參數的設計
本階段主要清楚的表達出挖掘機的結構，及相關設計參數，總體布置設計.如果有不合適的地方應進行修改，計算，使之滿足生產要求。
第三階段 (2007.5.11-2007.6.10) 完成總裝圖，主要部裝圖，撰寫設計說明書
本階段主要完成與方案相符合的文章的撰寫，包括摘要、前言、設計步驟、內容、參考文獻等。圖紙的繪制、總裝圖、部裝圖。本階段由于涉及知識點多，覆蓋面廣，故所需要的時間較長。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：
指導教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
8
黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計
馬鈴薯收獲機的設計
摘要： 馬鈴薯為地下產物，且是塊莖繁殖， 其收獲受季節(jié)和天氣限制。由于馬鈴薯的收獲費時費力、勞動強度大且季節(jié)性強，因此給農民造成極大的困難。為了解決上述問題，本文就國內外馬鈴薯收獲機現狀、馬鈴薯收獲機的研究和應用進行介紹和分析，設計了組合分離式馬鈴薯收獲機。對該機的主要參數進行了選擇，對主要零部件的設計進行了理論計算。
關鍵詞：馬鈴薯，設計，挖掘鏟
The design of potato harvester
Abstract： Potato is an under ground plant. Its harvest is limited by the crown of the year and weather. Since the potato harvesting process has some difficult problems for farmers such as being strenuous and time consuming, great in labor intensity and urgent in seasonal demand, the paper analyses the present situation of potato harvest, and a combined separation potato digger has been developed through selection of principal parameters and theoretical calculation for the design of essential parts.
Kewords: potato, design, digging shovel
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目錄 III
1.緒論 1
1.1馬鈴薯收獲機發(fā)展概況 2
1.2 我國馬鈴薯收獲機發(fā)展趨勢 3
1.3馬鈴薯收獲機械的類型及技術要求 4
1.4馬鈴薯收獲機發(fā)展的主要制約因素 5
1.5馬鈴薯收獲機械的發(fā)展建議 5
2. 機具結構特點、工作原理及性能參數 6
2.1總體結構 6
2.2主要工作原理 6
2.3 主要性能參數 6
3. 主要部件的設計 7
3.1挖掘部件的設計 7
3.2分離部件的設計 13
4結論 21
參考文獻 22
致 謝 23
前言
馬鈴薯的營養(yǎng)價值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進入消費市場。在國內，一向被國人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產品也突然間在市場上風靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國大中城市，以馬鈴薯條、馬鈴薯泥為基本原料的麥當勞、肯德基食品已占據我國快餐市場的半壁江山，而從各種渠道進口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而來。中國農科院副院長屈東玉博士在日前召開的中國馬鈴薯學術年會上指出：“馬鈴薯是一種產量高、適應性強、經濟價值大的作物，應把馬鈴薯主產區(qū)列入國家糧食商品糧基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財稅待遇，這將是保證我國糧食安全的有效手段?！?
馬鈴薯作為經濟作物，種植面積越來越大，而傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲手段費時費事，勞動強度大且季節(jié)性強，因此給農民造成極大的困難。馬鈴薯種植區(qū)大部分在潛山和腰山地區(qū)，落后的人工收獲方式造成馬鈴薯凍害和減產等不必要的損失，農民對馬鈴薯收獲機械的要求十分迫切。為了解決上述問題，推廣應用小型馬鈴薯收獲機勢在必行。應用馬鈴薯收獲機可以大大提高收獲效率，降低勞動者的勞動強度，增產增收，減少收獲損失，為我國馬鈴薯生產奠定良好的基礎。根據我國馬鈴薯收獲機械多年研制生產經驗可以看出， 日本、意大利、美國等國外機具適應壟作，很難適應我國平作種植形式。各類型機械需要進行多地域、多收獲季節(jié)的田間試驗和多輪改進，才能提高適應性。
- 25 -
1 緒論
馬鈴薯是我國主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產，對調整優(yōu)化農業(yè)產業(yè)結構、加快脫貧致富及地區(qū)經濟發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機為主。馬鈴薯收獲機可以大大提高收獲效率, 降低勞動強度, 減少損失, 為馬鈴薯生產奠定良好的基礎。但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生產發(fā)展。為促進馬鈴薯生產地發(fā)展，解決機械化收獲問題勢在必行。馬鈴薯收獲機械化的關鍵矛盾是配套動力與機具性能要求之間的矛盾。鑒于動力的限制，與14kw一下拖拉機配套機具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。從發(fā)展看這類機械作為與目前農村具有的小型拖拉機相配套的過渡性機型予以開發(fā)、推廣。隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對馬鈴薯收獲的機械化水平的需求越來越大.
1.1 馬鈴薯收獲機發(fā)展概況
馬鈴薯是我國北方主要糧食作物之一， 在內蒙、甘肅、寧夏、河北、山西、黑龍江、河南等省大面積種植，特別是內蒙、甘肅、河北北部等地因常年干旱少雨，氣候寒冷，沙質土壤多，不利于其它作物的生長，馬鈴薯使成為這些地區(qū)的主產糧食作物。近幾年來，馬鈴薯迅速以經濟作物走向市場，大量銷售到北京、天津、上海、廣州等各大城市，美國百事食品有限公司等國外企業(yè)也紛紛在我國以承包大面積種薯地形式而參與到馬鈴薯種植和深加工行業(yè)。隨著馬鈴薯向規(guī)?；N植的發(fā)展，農民要求機械化收獲的愿望日趨強烈。由于各地土壤、氣候、地形及種植習慣的差異，種植機械發(fā)展相對滯后，多采用犁翻人工點播種植，行距不統(tǒng)一。小行距平作與大行距壟作形式共存，平作行距在400-550mm 之間，壟作在600—900mm之間。近幾年，隨著早上市鮮薯需求量的增加，收獲季節(jié)提前，馬鈴薯莖葉生長旺盛，薯皮鮮嫩，機械收獲更易破皮和纏繞擁土，使農藝要求與機械收獲適應性的矛盾更加突出。機械化收獲馬鈴薯技術，關鍵問題是收獲機械適應性差，傷薯率高。因此，研制開發(fā)性能優(yōu)良，適應性強，傷薯率低，多型號，價格適中，并能同大中馬力拖拉機配套的收獲機械是非常必要的。
1.1.1 國內馬鈴薯收獲機發(fā)展概況
新中國成立初期, 我國收獲馬鈴薯采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。直到20世紀60年代中期,馬鈴薯收獲機具的研制工作才逐步發(fā)展起來。研究人員在研究原西德、原蘇聯、日本、瑞士等國外機具的基礎上，研制成功了升運鏈式馬鈴薯收獲機，但是由于受當時歷史條件的限制，沒能實現大面積推廣和使用。
20世紀70年代中期，由于手扶拖拉機的大量推廣應用, 國內又掀起了為手扶拖拉機配套的馬鈴薯收獲機的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機, 但受當時的配套動力限制, 未能生產和推廣。1979年，12國農機展覽會后，國家將全部馬鈴薯收獲機樣機都投放在黑龍江省農業(yè)機械工程科學研究院，從而為馬鈴薯收獲機的研究工作創(chuàng)造了良好的條件。
到 20 世紀 90 年代中期, 由于國產小四輪拖拉機的大量推廣和應用, 研制馬鈴薯收獲機已被列入重要日程。而此后, 其市場需求旺盛, 先后有小型升運鏈式馬鈴薯收獲機和振動式馬鈴薯收獲機投放市場,并占據了很大的市場份額。
1.1.2 國外馬鈴薯收獲機發(fā)展概況
從農業(yè)機械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機發(fā)展較遲緩，只是近50年才發(fā)展到較高水平。國外馬鈴薯機械化收獲起步早、發(fā)展快、技術水平高。在2O世紀4O年代初前蘇聯、美國就開始研制推廣應用馬鈴薯收獲機了，5O年代末期全面實現了生產機械化。7O～8O年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實現了馬鈴薯生產機械化。國外馬鈴薯收獲機械的技術水平相當高，不但生產率高而且高新技術已融于機具之中。如采用振動、液壓技術進行挖掘；采用傳感技術控制土壤喂人量、馬鈴薯傳運量以及分級裝載；采用氣壓、氣流、光電技術進行碎土和分離及利用微機進行監(jiān)控操作等。
原蘇聯是生產收獲機最早的國家。1960年，馬鈴薯聯合收獲機保有量是3萬臺，1976年，保有量是6萬臺，1979年，馬鈴薯收獲機械工業(yè)化程度達到77%（其中國營農場為84%，集體農莊為73%）；到20世紀90年代除，馬鈴薯收獲機共有16種機型，其中10種是聯合收獲機，其中勞動生產率比其他2行收獲機提高1-2倍。
美國在1948年以前用收獲機來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾。直到1967年，開始使用聯合收獲機，勞動生產率達到100kg/（h·人）。20世紀80年代初期，聯合收獲機和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的85%，其中聯合收獲已經達到50%以上、20世紀到90年代，美國已經基本實現了馬鈴薯收獲機械化。
德國20世紀在40年代主要生產和使用拋擲式收獲機；50年代主要生產和使用升運鏈式收獲機和撿拾裝載機，進行分段收獲；到1970年保有量達到6205臺；70年代開始生產聯合收獲機，機型有20多種，均是原聯合收獲機的變型，其保有量達到6萬臺；90年代開始生產收獲-撿拾裝載機和具有自動分選裝置的聯合收獲機。
日本在1955年以前使用畜力挖掘機，1955年到1965年生產懸掛式的拋擲式和升運鏈式收獲機。70年代開始引進英國、美國等發(fā)達國家的聯合收獲機，并研制適合日本國情的聯合收獲機。
目前，國外馬鈴薯收獲機械大多采用升運鏈條式聯合作業(yè)，技術上已達到相當高的水平。由于國外馬鈴薯采用機械化壟作種植形式，適應這種特點而設計的收獲機械在中國難以適應平作收獲。以內蒙百事食品(中國)有限公司種薯基地進口機為例，其全部實現機械化作業(yè)，種植方式采用壟作，行距為900mm，收獲機械為牽引式雙行聯合作業(yè)，多級鏈輸送，配套動力在59．7kW以上，一次完成挖掘，土、石、薯、秧分離，并可實現薯塊大小自動分撿、自行裝車等功能該機為全液壓操縱，各機構可實現自動折疊運輸，傷薯率極低。機體與薯塊可能接觸部位均用橡膠件保護。又如，芬蘭康克公司生產的雙行馬鈴薯收獲機為牽引式，配套動力為33．6kW以上，在拖拉機右側實現挖掘，土、薯、莖葉分離，薯塊直接裝袋裝箱。同時，該機可作為撿拾機使用，后部工作臺為液壓升降式，薯塊或石頭可直接運至田地頭。日本生產的主要為單行履帶自走式聯合作業(yè)機，行走與輸送鏈HST無級變速，發(fā)動機為水冷4沖程3缸柴油機。
1.2 我國馬鈴薯收獲機發(fā)展趨勢
1.2.1 馬鈴薯生產現狀
馬鈴薯原產于南美洲的安第斯山，17世紀由荷蘭人帶到我國臺灣。它是重要的糧食兼用和工業(yè)原料作物。目前，全世界主要種植馬鈴薯的國家有148個，總面積達1838萬hm，總產量3億噸。近年來，種植業(yè)結構調整、馬鈴薯加工業(yè)的蓬勃發(fā)展、西式快餐大量興起、方便食品的不斷涌現、加工產品的大量開發(fā)以及經濟效益的提高，極大地調動了農民的種植積極性。我國馬鈴薯種植面積以10萬hmm /年的增長速度逐年增加，2001年達到472萬hm，產量居世界第一位；2003年，黑龍江省種植面積60萬hm產量達到960萬噸。所以從機械化角度來看，馬鈴薯種植和收獲機械蘊涵著巨大的商機。
1.2.2 馬鈴薯收獲機發(fā)展趨勢
（1） 在我國，馬鈴薯收獲機向集機電和液壓技術為一體的大型化方向發(fā)展，從而提高自動化程度和生產效率，獲得最佳的經濟效益。
（2） 向聯合作業(yè)方向發(fā)展，實現多功能作業(yè)，降低作業(yè)成本和設備投入費用。
（3） 向自走式發(fā)展，裝有分級裝置，降低勞動強度。
（4） 注重產品質量，提高可靠性，實現互換性。
1.2.3 我國馬鈴薯生產全程機械化的發(fā)展趨勢
（1） 要加大公關力度，提高機具性能指標，使其盡快達到國際先進水平。實現定型生產，占領國內市場，替代進口產品。
（2） 提高“三化”水平，增加作業(yè)功能，以滿足農業(yè)生產需求。
（3） 提高機電、液壓一體化和檢測水平，開展聯合作業(yè)機具的研制。
（4） 提高生產企業(yè)的加工工藝水平，保證設備制造質量。
我國馬鈴薯種植面積大幅攀升，這對我國馬鈴薯收獲機機械生產無疑是一個非常好的機遇，但同時也是一種挑戰(zhàn)。總的來說，馬鈴薯收獲市場潛力巨大，如果能充分抓住這個大好時機，認清國內馬鈴薯收獲機械的應用現狀，有選擇地引進和吸收國內外先進技術，并及時開發(fā)出適合我國國情的馬鈴薯聯合收獲機，將為我國馬鈴薯生產奠定良好的基礎。
1.3 馬鈴薯收獲機械的類型及技術要求
1.3.1 馬鈴薯收獲機械的類型
目前，國產馬鈴薯收獲機械較成熟的產品主要有兩種類型：一是升運鏈桿條式，該類型機是目前國際通用型式，美國、芬蘭、德國、俄羅斯等國大型收獲機， 日本自走式、韓國懸掛式收獲機普遍采用該型式，特點是容易實現單雙行收獲和聯合作業(yè)；二是柵條擺動分離篩式收獲機．該類型機是意大利、日本的早期結構型式，不易實現雙行收獲和聯合作業(yè)。目前，國產機還不能實現聯合作業(yè)。以上兩種類型機也有不足之處，就是只能實現挖掘、土薯分離和集條功能，還不能完成排石、去秧、集箱或直接裝車等功能。
1.3.2 馬鈴薯收獲機的技術要求
國內馬镥薯收獲機械技術發(fā)展還處于起步階段，但各類型機均應具備以下技術要求：
(1)挖凈率
要求挖深在150—200ram之間，每行挖掘寬度在350—500ram之間，挖凈率應不低于98％。
(2)明薯率
收獲機必須具有良好的分離機構，能將薯塊與土壤分離，使分離后的薯塊集堆或集條以便于人工撿拾．明薯率應達95％。
(3)破損率
收獲時應盡量減少馬鈴薯破皮、切傷等損失，破損率應小于5％ 。
(4)生產率
機械收獲的目的在于減輕勞動強度，提高生產率，適時收獲。因此，收獲機作業(yè)時應具有一定的作業(yè)速度。
(5)其它要求
馬鈴薯收獲機在盡可能減少自身動力消耗的情況下，其配套動力應具有一定
的儲備。分離機構應具有排石、去秧功能，以適應土壤、地形等方面的變化，以及收獲后田地應平整，不能影響以后農田作業(yè)要求。
1.4 馬鈴薯收獲機發(fā)展的主要制約因素
1.4.1 動力配套問題
11—14kW拖拉機雖是目前農村擁有量最多的動力機械，但問題的核心是小型拖拉機不適宜于配套單行收獲機，動力不能滿足一次完成挖掘、分離、薯塊集堆或集條作業(yè)，更談不上完成去秧、排石、裝箱等功能。實踐表明，不管收獲機械如何改進，馬鈴薯收獲仍然需要較高動力消耗，現在與小型拖拉機配套的收獲機普遍存在動力不足的問題。雖然與18—22kW以上拖拉機配套的單行收獲機和38kW 以上拖拉機配套的雙行收獲機克服了動力不足、適應性差的問題，作業(yè)質量也較好，但農戶擁有該類型拖拉機數量有限，在一定程度上制約了馬鈴薯收獲機械的發(fā)展。
1.4.2 生產規(guī)模與種植形式
目前，農村小規(guī)模生產方式制約了大中型馬鈴薯收獲機的發(fā)展，收獲機市場出現了先小型，后小中型并舉的現象。馬鈴薯種植形式不統(tǒng)一也直接影響收獲機作業(yè)性能。
1.4.3 機具性能問題
目前我國各地研制的收獲機普遍存在可靠性差，作業(yè)質量不穩(wěn)定，適應性不強，功能不全等問題。
1.5 馬鈴薯收獲機械的發(fā)展建議
(1) 機具類型多樣化、系列化、標準化。
我國馬鈴薯收獲機械的設計開發(fā)要適合國情，不但要適應我國廣大農村現有的配套動力條件，還要適應各地不同的農藝要求。
(2) 提高機具可靠性。
馬鈴薯收獲機械在惡劣的條件下工作，零部件易腐蝕、磨損或斷裂，因此在設計時應從結構特性、制造工藝和材料處理等幾方面綜合分析，改善零件的可靠性，進而提高整機的可靠性。
(3) 多功能聯合收獲。
目前許多機型只有挖掘功能，沒有分離清選和輸送功能，生產率相對較低，實際收獲時的成本較高。因此，要通過消化吸收國外先進技術，進一步優(yōu)化挖掘、分離、清選和輸送功能，提高生產率。同時要提高機具的適應能力，完善根茬、殘膜的收集功能，使其真正實現多功能聯合作業(yè)。
(4) 加強基礎性能的研究。研究土壤性質，可準確確定機具的受力特性，理地選擇結構參數；研究馬鈴薯性狀，可減少其破損量，提高分選效率。深入研究土壤和馬鈴薯特性有助于優(yōu)化機器結構，提高其使用性能。
2 機具結構特點、工作原理及性能參數
2.1 總體結構
本任務設計的馬鈴薯挖掘機與80-100馬力的拖拉機配套作業(yè)，掛接方式為后懸掛，作業(yè)時需對行。該機主要由懸掛機架、轉動輸送篩、挖掘鏟及鏟架、切土圓盤刀、傳動機構、擺動篩等機構組成。鏟架通過螺栓安裝在懸掛機架的側板上，在鏟架上安裝有挖掘鏟。在機架上焊有2點懸掛的地方，與拖拉機的懸掛機構相連。在機架中部安裝有傳動機構，它由傳動箱、一對錐齒輪和傳動軸組成。傳動機構通過傳動軸與拖拉機的動力輸出軸連接，拖拉機的動力傳動到轉動輸送篩和擺動分離篩上，使轉動輸送篩轉動，將挖掘出的馬鈴薯輸送到擺動篩上達到分離效果。轉動輸送篩的主動軸的轉動作用由鏈條帶動，從而使轉動篩達到轉動的效果。傳動機構末端上有一偏心輪，偏心輪使與其相連的連桿一端作回轉運動，在連桿另一端帶動擺動篩使其擺動，使馬鈴薯和土壤達到分離的效果。
2.2 主要工作原理
拖拉機通過懸掛機構牽引馬鈴薯收獲機前進，拖拉機的動力輸出軸與收獲機的機傳動機構通過傳動軸相連接，在拖拉機啟動后，結合動力輸出軸使其轉動，并通過傳動機構傳送動力，使轉動輸送篩轉動、擺動篩轉動擺動；在拖拉機前進過程中，挖掘鏟挖出土垡，土垡沿挖掘鏟傳到轉動輸送篩上進行初次分離，然后由傳動篩輸送到擺動分離篩上再次分離，在擺動篩的擺動作用下薯塊和泥土分離，并將薯塊成條狀鋪放在挖掘機的后面，以便撿拾。
2.3 主要性能參數
馬鈴薯主要性能參數見表1所示：
表1 馬鈴薯主要性能參數
工作寬度
1800 mm
作業(yè)行數
2 行
作業(yè)深度
200 mm
主軸轉速
540 r/min
配套動力（拖拉機）
80-100 馬力
作業(yè)速度
0.6 ～ 1 m/s
純小時生產率
0.25 ～ 0.60 hm·h
集薯類型
鋪條
理論明薯率
> 95%
理論挖凈率
> 98%
理論破損率
< 3%
行距
700 ～ 900 mm
3 主要部件的設計
3.1 挖掘部件的設計
挖掘部分的作用是把薯塊和土壤一起挖起，并把薯塊和土壤輸送到分離篩上。對挖掘部件的要求如下：
a 在盡量少挖取土壤的情況下挖凈薯塊；
b 挖掘深度穩(wěn)定不損傷薯塊，并可根據需要進行調整；
c 挖掘鏟應有較強的碎土能力，對粘重土壤保證土垡能順利通過，以便為分離薯塊中的土壤提供有利條件；
d 要求挖掘部件的牽引阻力小，刃口的耐磨性好。
為滿足上述要求，采用了組合式挖掘部件。這種挖掘部件由三角平面多鏟、鏟架和切土圓盤刀組成。挖掘鏟與鏟架通過螺釘連接，鏟架固定在機架上。切土圓盤刀安裝高度可調節(jié)。
3.1.1 挖掘鏟的設計
挖掘鏟是挖掘機的主要部件，而挖掘鏟的參數的選擇是馬鈴薯挖掘機的設計基礎。
3.1.1.1 設計依據
主要依據是薯塊的分布寬度、結薯深度和薯塊成簇性等生長狀況（圖1）, 以及土壤土質和根系的抓土程度。
按收獲農藝相關指標——挖凈率、傷薯率、明薯率等, 對挖掘鏟的設計要求是:
a 將所有薯塊掘起, 保證挖凈且不鏟薯。
b 能流暢地將掘起物送往分離裝置。
c 盡早漏土, 減小挖掘阻力, 避免機前壅土,且減小篩分部件負荷, 提高整機收獲的明薯率。
圖1 馬鈴薯根系和薯塊一般分布狀況
固定式三角平面多鏟是挖掘機的主要工作部件之一，結構比振動式挖掘鏟和主動圓盤挖掘部件結構簡單，制造方便，不需要動力傳動。其缺點是容易產生壅土現象。
壅土現象產生的原因：
a 土壤板結，有大土塊、大石塊和雜草纏繞；
b 懸掛連接尺寸不正確，挖掘鏟工作傾角過大或過小；
c 挖掘深度和前進速度超過設計值。
但在土壤條件好的情況下，正確使用挖掘機是可以避免和減少壅土現象發(fā)生的。因此，固定式三角平面多鏟在國內外仍得到廣泛應用。
3.1.1.2 平面鏟主要參數的確定
三角平面多鏟的鏟面為平面，且常用在鏈桿式挖掘機上。因此，該機采用三角平面多鏟，由11個三角平面鏟組成，材料為65Mn。固定方式是通過鏟柄固定在鏟架上，并在各鏟之間留有滑草間隙。
挖掘鏟主要參數：圖2、圖3
γ--鏟刃斜角
α--鏟的傾角
L--鏟的長度
B--鏟的寬度
h—鏟后端高度
圖2 挖掘鏟參數1
圖3 挖掘鏟參數2
受力分析：
鏟刃斜角γ為了保證鏟刃的自動清理，可由圖4的受力分析確定。
圖四 受力分析
圖5 鏟尖受力分析
由公式 P sin(90° ?γ ) ＞ F （1）
使土壤在鏟刃上的滑切能力克服摩擦力，土壤與鏟刃做相對運動。
公式中
P — 作用在鏟刃的阻力(N)
F — 土壤對鏟刃的摩擦力(N)
F = Ntg
— 土壤對鏟刃的摩擦角
由摩擦定律知
F = Ntg
N = Pcos(90°- γ)，
將其代入(1)式得
γ＜ 90°- (2)
一般土壤對鏟刃的摩擦角為 =26.5°～35°，故取γ =55°為易。γ過大，莖桿和雜草不能被切斷，而且會引起鏟前堵塞；但是γ減小時，要達到同樣的挖掘寬度，則必須增加鏟的長度，這會增加工作阻力，并且需加強鏟的強度。
挖掘鏟的傾角α和鏟的長度L可由圖(4)的受力分析求得。
根據土壤在挖掘鏟上的受力分析可建立如下平衡方程式：
Pcosα?F?Gα=0 (3)
N ? Gcosα ? Psinα = 0 (4)
F = tg (5)
式中
P — 沿著挖掘鏟移動掘起物所需的力(N)
N — 鏟對土壤的反作用力(N)
G — 鏟面上土壤的重力(N)
F — 土壤對鏟的摩擦力(N)
— 土壤對鏟的摩擦系數
將式(3)、(4) 、(5)聯立解得
(6)
P=Gtg(α+) (7)
挖掘鏟在工作過程中必然受到阻力的影響，工作阻力不僅只是由于鏟起的土壤沿鏟移動而產生的，同時，由于切割土壤的作用也會產生阻力，因此這部分力為
P =KA (8)
如果不考慮土壤沿著鏟面移動速度的影響，則鏟的總阻力為
R=P+ P
=Gtg(α+)+KA (9)
式中
— 土壤對鋼的摩擦角
= tg
K — 犁溝土壤比阻（N/m）
輕質土K =16000～20000N/m
中等輕質土K =20000 ～24000N/m
中等堅實土K =24000 ～30000N/m
A —鏟面上土壤的橫斷面積（m）
鏟面的水平傾角α的理論值可由圖6中對鏟面移動的掘起物作用力的平衡方程確定。
圖6 鏟面水平傾角及鏟的末端離地高度示意圖
P cosα-T -G sinα =0
R -Gcosα-P sin =0
式中
P — 沿鏟面移動掘起物所需的力
R — 鏟面對土壤的反作用力
G — 掘起物的重力
T — 鏟面對掘起物的摩擦力
T = R (為土壤對鋼的摩擦系數)
由此可得
α =arctg（ P － G）/（ P + G）
如果超過上述值，則掘起物就會壅在鏟面上，使薯塊從鏟側滾落，同時也加大了工作阻力。實際中，α角根據挖掘鏟需要提升掘起物的高度和對松碎土壤的要求來確定，α角增大，有利于破碎土塊，但鏟的工作阻力增加；α角過小，影響入土深度。根據試驗，取α=18°～ 25°。
鏟的長度L可由挖掘深度h與傾角α計算，
即：
L = h / sinα （10）
鏟的寬度B為130mm，邊鏟取寬度B=165mm，總鏟寬度B=1800mm。由條件可知，所要求的挖掘深度h =200mm，在此深度條件下馬鈴薯才能完全從土壤里挖掘出來，且不致鏟壞馬鈴薯。
取鏟的傾角α= 23°， = 30°（中等輕質土），則鏟的長度L =355～650mm，取L =340mm；鏟的總阻力R =35～42kN。
挖掘鏟主要參數見表2：
表2 挖掘鏟主要參數
鏟的傾角α
23°
鏟的寬度B
130 mm
邊鏟寬度B
165 mm
總鏟寬度B
1800 mm
三角平面鏟個數
11個（包括邊鏟2個）
鏟間隙
27 mm
鏟的長度L
340 mm
鏟刃斜角γ
55°
挖掘阻力受土壤類型、挖掘深度、鏟的形狀和鏟的傾角等影響很大，因此該機采用三角平面多鏟，由11個三角平面鏟組成，各單鏟之間留有27mm的間隙，間隙過大，易漏掉馬鈴薯，間隙過小會增大挖掘阻力。
3.1.2 切土圓盤的設計
在工作時，平面鏟挖起的土垡容易散落在機器兩側，造成薯塊丟失。為了客服這一缺點，本設計的挖掘鏟兩側裝有切土圓盤。圓盤不僅能阻擋薯塊丟失，而且還切斷莖葉和雜草，防止在鏟側堵塞。該機切土圓盤設計直徑為D =530mm，厚度t=6mm，用65Mn鋼制成。切土圓盤可以將壟兩側切割為土垡，切斷互相纏繞的草蔓，避免在工作時平面鏟挖起的土垡散落在機器兩側，造成薯塊丟失，同時還可通過調整切土圓盤的安裝高度來調節(jié)挖掘深度。如果調高切土圓盤的高度，挖掘深度增加；反之，則挖掘深度隨之減少。
3.2 分離部件的設計
配置在挖掘鏟后面的分離部件在工作時承受的負荷大，其單位寬度的喂入量達100～150kg/s.m，且要求分離掉的土壤達70%～80%。該部件工作可靠，對薯塊的損傷小，并在分離的同時把剩余部分向后輸送，以便進行下一步的清選和分離。
作業(yè)時為了防止石塊卡在挖掘鏟和轉動輸送篩之間，避免轉動輸送篩喂入口堵塞，在挖掘鏟和轉動輸送篩之間設計了防石裝置。被分離物料的成份主要有土壤、薯塊、莖秧、雜草等。根系土壤交織粘合在一起，要想在較小的結構尺寸下提高分離明薯率，亦是設計難題之一。
本設計采用轉動輸送篩和擺動篩組合式分離裝置，轉動輸送篩為有效分離面積較大的桿式鏈組成，它相當于柵格式閉合回轉篩。在輸送篩上輸送邊的中部設有偏心抖動輪，起到邊輸送邊抖動掉土壤的效果。擺動篩連接在輸送鏈的后部, 垂直機器前進方向振擺, 完成二次篩分和向機后鋪放薯塊的作用。
3.2.1 轉動輸送篩式分離裝置
轉動輸送篩分離裝置（運動簡圖見圖7）具有較強的分離性能，并且在傾角達30°時仍有良好的輸送能力，結構簡單，但是金屬用量較大，金屬鏈磨損較快。
輸送篩是由桿條和連接這些桿條的平膠帶、被動式抖動輪、側壁、架子等部分組成。桿條是由直徑為10mm的圓鋼，按一定間距固定在兩條帶子上組成。在輸送篩上工作面的桿條下，設置有隨動型的抖動輪，抖動輪直接與輸送篩的升運鏈工作面的桿條相接，由升運鏈桿條帶動，其轉動的圓周速度與輸送篩的工作速度相同，橢圓形抖動器的長半徑和短半徑之差使輸送篩工作面的運動方向發(fā)生瞬時的周期性變化，從而抖動輸送篩上的掘起物。
圖7輸送篩運動簡圖
決定抖動強度的因素有抖動器長短半徑之比、抖動器的數量以及輸送篩的緊度和強度等。輸送篩工作過程中并不完全作直線運動，在抖動器作用的某一瞬間可視為圓周運動。拋起土塊時抖動器所需的最低轉速由輸送篩速度來決定。在粘土地工作時，最佳速度為2m/s。
被動式抖動輪在工作時由輸送篩的帶條帶動。抖動輪的形狀設計為橢圓形，其振幅由前至后逐漸增大。橢圓形抖動輪工作較溫和，產生的沖擊力小，制造方便，工作穩(wěn)定，可以滿足在正常工作條件下的使用要求。
被動式抖動輪結構簡單，但是調節(jié)振幅和頻率時必須更換不同形狀的抖動輪。
初選橢圓形抖動輪參數：
R=65mm; r=45mm
式中：R — 抖動輪大節(jié)圓半徑
r — 抖動輪小節(jié)圓半徑
橢圓形抖動輪的周長L按以下近似公式計算：
L=
=
=688 mm
能拋起物體的輸送篩最低線速度計算公式：
式中
K — 小節(jié)圓半徑r與大節(jié)圓半徑R之比
即 K==0.69
— 輸送篩最低線速度
g — 重力加速度
經驗表明，K值取0.6～0.7時可獲得較好的分離效果。因此選取R=65mm，r=45mm較為合理。
那么
=1.1 m/s （11）
在收獲機最大收獲速度（1m/s）情況下，如能順利輸送，輸送篩在此條件下最低輸送速度應滿足：
=
式中：
— 在收獲機最大收獲速度下輸送篩最低輸送速度
v — 收獲機最大收獲速度
α — 輸送篩工作傾角（本設計輸送篩傾角為20°）
那么 =
=0.94 m/s （12）
由式（11）、（12）得：
=1.1m/s
為提高輸送篩的輸送和分離能力，應適當加大輸送篩的線速度。而線速度過大會使工作功率提高，且容易傷薯。?。?
V=1.6m/s
被動式抖動輪的轉速與輸送篩線速度和抖動輪的周長有以下關系：
n=
=
=134 r/min
式中
n — 抖動輪轉速
L — 抖動輪周長
V — 升運鏈線速度
抖動輪抖動頻率f可按下式計算：
f =Zn/60
=8134/60
=18 Hz
式中
Z — 抖動輪的凸頂數
n — 抖動輪轉速
抖動輪結構見表3
表3 抖動輪結構
抖動輪類型
橢圓形
轉速（r/min）
134
抖動頻率Hz
18
大節(jié)圓半徑（mm）
85
小節(jié)圓半徑（mm）
60
系數K(K=r/R)
0.69
輸送篩線速度（m/s）
1.6
轉動輸送篩結構見表4
長度(軸距)（mm）
1542
寬度（兩帶中心距）（mm）
1756
桿條直徑（mm）
10
桿條間隙（mm）
50
工作傾角（°）
15
抖動輪個數
2
表4 輸送篩結構
平膠帶式輸送鏈是以帶子的彈性變形來代替金屬的交接摩擦，因此使用壽命長，工作時噪音小。帶式輸送篩是由鏈輪撥動桿條，因而造成桿條的磨損。為了提高膠帶的強度，帶中有用合成纖維制成的筋。
轉動輸送篩式分離裝置結構簡單，而且在完成分離工作的同時還可以進行與水平成20°的升運工作。
3.2.2 擺動篩式分離裝置
偏心輪式擺動篩結構簡單，工作可靠，非常適合作輔助清理部件。
篩子采用有效分離面較大的條桿篩, 篩架由曲柄連桿機構驅動。除了篩子結構和安裝角度外，影響擺動篩分離和輸送能力的主要動力因素是篩體的加速度。由平面篩的運動分析可知, 篩體加速度的大小與篩面的傾角有關, 傾角加大則所需的加速度也應加大。
初選擺動篩參數見表5：
表5 擺動篩參數
篩面傾角
10°～15°
篩條長度
490～520 mm
振幅
26～38 mm
篩總寬
1760～1850 Hz
擺動篩運動簡圖見圖8：
擺動篩的主要參數有：曲軸轉速、曲軸偏心半徑、篩面傾角、篩子擺動方向與水平之間的夾角、篩子擺動方向與篩面之間的夾角。
物料在篩面上一面后滑移，一面被拋起，物料只有被拋起才能達到振動的效果，以使得土塊和馬鈴薯分離。
物料在篩面上的運動形式和方向是由篩子加速度的大小和方向決定的。篩子加速度由下式決定：
a =ωRcosωt
土壤在篩上向下移動的條件為
式中
ω — 曲柄角速度(rad/s)
R — 區(qū)柄偏心半徑(m)；
t — 區(qū)柄轉動時間(s)；
g — 重力加速度(m/s2)；
f — 滑動摩擦系數，土壤和薯塊對金屬篩面的摩擦系數分別為0.5～0.8 和0.43
γ — 篩子擺動方向與水平面間的夾角(°)
α — 篩面傾角(°)
β — 篩子擺動方向與篩面之間的夾角(°)
為了在篩面上拋起土垡，必須具備下列條件：
（1）篩子速度的法向分量(即對篩面垂直線的投影)應該向上；
（2）是篩子加速度的法向分量α應該向下，并且其絕對值應等于或大于重力加速度的法向分量，即：
a≥ g cosα （12）
或 α=ωR cosωt ≥ （13）
篩面傾角的確定：
圖8 擺動篩運動簡圖
查《農業(yè)機械設計手冊（下冊）》可知，對于對于放置在機器后部的輔助分離篩可選定為α=15°；為了保證良好的輸送能力，篩子擺動方向與篩面之間的夾角可選定為=20°；選定曲軸偏心半徑R=35mm。
曲軸轉速的確定：
將選定的參數帶入（12）或（13），取cosωt=0.5可計算曲軸轉速：
n==465 r/min
取主軸轉速 n=540r/min
擺動篩結構如圖9所示：
圖9 擺動篩結構
結論
中國作為世界的制造中心，正在由制造大國向創(chuàng)造大國邁進，同時制造業(yè)又是整個工業(yè)和國民經濟的基石。制造也和農業(yè)的結合會給中國經濟插上騰飛的翅膀。馬鈴薯收獲機在農業(yè)生產過程中起著日益重要的作用。我國加入WTO之后，馬鈴薯種植和收獲農業(yè)將面臨激烈的市場競爭和嚴峻的挑戰(zhàn)，同時也面臨著更好的發(fā)展機遇。為了能夠真正的抓住這個機遇，就需要馬鈴薯種植機和收獲機的幫助，就必須用一些技術先進、挖掘效率高且傷薯率低的設計制造技術來提高我國馬鈴薯收獲機制造行業(yè)的競爭能力和綜合經濟效益。
本文的對馬鈴薯收獲機的主要參數和結構進行設計，并且參考了一些現有的馬鈴薯收獲機，對前人的設計進行了改進，期間主要完成了如下工作：
1.材料的搜集整理查閱相關資料
查閱相關文章，并對相關的文章進行搜集、整理，選出與設計有關的資料備用，并且找出自己設計的產品與國內外的不同之處，說明其優(yōu)點所在，擬定設計步驟，采用多方案設計，通過比較，選出最佳方案。
2.理論與計算設計，全部參數的設計
清楚的表達出挖掘機的結構，及相關設計參數，總體布置設計。
3. 完成總裝圖，主要部裝圖，撰寫設計說明書
主要完成與方案相符合的文章的撰寫，包括摘要、前言、設計步驟、內容、參考文獻等。圖紙的繪制、總裝圖、部裝圖。
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致謝
本論文是張偉老師悉心指導下完成的。
在論文的設計過程中，張偉老師給于了極大的幫助。由于這是我第一次接觸馬鈴薯收獲機，沒有試驗條件，對馬鈴薯收獲機的性能和工作狀況了解還不是很全面，所以在做課題的過程中遇到了不少困難。是張偉老師的認真和耐心的指導，以及傳授給我諸多知識和學習方法，我才得以順利完成設計。在此，謹向張老師表示衷心的感謝和誠摯的敬意。
同時，在學習和研究中，還得益于與李巖同學等的探討中獲益匪淺；在生活中，還受到寢室兄弟的關照，在此向他們表示深深的謝意。
感謝我的母親、朋友他們多年來在學習和生活上給予的支持和鼓勵。沒有他們的理解、支持和無私的奉獻，我是很難完成學業(yè)的。
最后，謹以此文獻給所有關心和幫助過我的人們!