4hzb2a型花生摘果機的設(shè)計

王伯凱、胡志超、吳努、張燕華、王海鷗4hzb-2a花果機的設(shè)計與試驗[j]。中國農(nóng)業(yè)機化，2012，（1）：1114。WANGBo-kai,HUZhi-chao,WUNu,ZHANGYan-hua,WANGHai-ou.Designandexperimentsof4HZB-2Apeanutpicker[J].0按排喂入方式的不同分花生是我國重要的油料作物和優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源,也是我國最具國際競爭力的優(yōu)勢作物和重要的出口創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品之一。當(dāng)前,提升花生機械化收獲水平,提高花生生產(chǎn)效率是我國花生產(chǎn)業(yè)面臨的重大問題?；ㄉ麢C是花生分段收獲作業(yè)模式下的一種重要作業(yè)機具,目前已在我國花生主產(chǎn)區(qū)獲得推廣應(yīng)用,它可有效替代人力,提高作業(yè)效率。按喂入方式的不同,可分為半喂入式花生摘果機和全喂入式花生摘果機。全喂入式花生摘果機主要用于花生干摘作業(yè),具有喂入量大、生產(chǎn)率高、功耗大、摘果質(zhì)量差等特點;半喂入式花生摘果機可用于鮮摘和干摘作業(yè),相比而言,具有喂入量小、生產(chǎn)率低、功耗小、摘果質(zhì)量好等特點,可以較好地滿足鮮嫩花生收獲要求,尤其是在我國南方花生產(chǎn)區(qū)具有較大的市場需求。但半喂入花生摘果機技術(shù)要求更高,制造成本大,且還存在作業(yè)性能不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低等一系列問題,目前在實際生產(chǎn)中未獲得良好的推廣應(yīng)用。如何提升半喂入花生摘果機各方面性能、降低機具成本是有關(guān)該類機型的研發(fā)重點。本文在全面調(diào)研我國花生生產(chǎn)實際和現(xiàn)有半喂入花生摘果機的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一款新型的半喂入花生摘果機,采用單鏈雙輥配置、水平喂秧、自動折秧等創(chuàng)新設(shè)計,有效提高了半喂入花生摘果機的作業(yè)效率和作業(yè)穩(wěn)定性,且結(jié)構(gòu)輕簡、操作方便,對促進半喂入花生摘果機推廣應(yīng)用、滿足我國花生機械化收獲的多元化需求具有重要意義。1花生果栽輸送、摘果作業(yè)工藝4HZB―2A型花生摘果機結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要包括摘果輥、夾持裝置、導(dǎo)秧桿、機架、傳動系統(tǒng)等組成。摘果與秧蔓輸送組件示意如圖2所示,摘果與秧蔓輸送組件由夾持輸送鏈、導(dǎo)秧折彎桿、一對葉片式摘果輥組成。摘果機在發(fā)動機的驅(qū)動下實現(xiàn)花生果秧輸送、摘果作業(yè)。具體工作過程為:作業(yè)時,人工整理花生果秧并整齊擺放在喂入臺架1上,再水平推送至夾持輸送鏈8的喂入口(位于1、2之間),花生秧蔓被夾持輸送鏈8和輸送導(dǎo)軌3向前輸送;在果秧輸送進入摘果段(如圖1)之前,花生果秧的結(jié)果段在導(dǎo)秧折彎桿5的下壓作用下,由水平逐漸變?yōu)樨Q直狀態(tài);果秧輸送至摘果段時,相向轉(zhuǎn)動的摘果對輥將莢果從果秧上拍落摘下;莢果拍落至集料斗16內(nèi),然后滑落到地面接果布;脫莢后的花生秧繼續(xù)被夾持向后輸送,最后經(jīng)導(dǎo)出桿11被排出機外。2關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計2.1油泵動力輸出軸傳動方式本摘果機傳動系統(tǒng)如圖3所示,源動力為2.6kW小型柴油機,柴油機輸出的動力分為兩路,分別為摘果輥和夾持輸送鏈提供動力。工作時,柴油機動力輸出軸2帶動帶輪V4和鏈輪L1轉(zhuǎn)動。帶輪V4帶動帶輪V2轉(zhuǎn)動,傳動比為4:1;然后經(jīng)V3帶動V1轉(zhuǎn)動,傳動比為3:1;V1帶動摘果輥傳動軸1運動,后經(jīng)錐齒輪C1和C2分別帶動C3和C4運動,驅(qū)動摘果對輥工作。動力輸出軸傳遞給L1的動力帶動L2轉(zhuǎn)動,傳動比1.5:1;L2帶動軸3驅(qū)動鏈輪L3轉(zhuǎn)動,驅(qū)動夾持輸送鏈作業(yè)。2.2摘果葉片個數(shù)的確定本機摘果裝置采用葉片式雙輥筒差相組配結(jié)構(gòu)形式,結(jié)果如圖4所示。其中摘果輥筒葉片個數(shù)及外緣直徑是影響摘果效果的重要參數(shù)。摘果輥葉片個數(shù)的多少直接影響了花生摘果機的作業(yè)效率,葉片個數(shù)越少,打擊效率越低,葉片個數(shù)越多,葉片之間的夾角越小,兩摘果輥間的空隙小,花生果系進入摘果區(qū)后,花生莢果容易被葉片擠破造成破損增加,有時花生果系無法較好地進入打擊位置,從而也會影響打擊效率。因此,葉片個數(shù)的應(yīng)根據(jù)花生果系的幾何參數(shù)及兩摘果輥筒相對位置來確定。我國花生果系的結(jié)果范圍,在水平方向上一般不超過100mm,在垂直方向上一般不超過120mm,可將花生果系結(jié)果范圍簡化成一個Φ100×120mm的圓柱形。為了不漏摘花生,花生果系進入摘果滾筒后,摘果葉片應(yīng)打擊到花生結(jié)果范圍的上部中點(圖4的A點)。設(shè)計兩摘果輥軸之間的安裝距離為220mm,左側(cè)摘果輥軸心到摘果范圍中心點的水平距離OP為:因此摘果葉片數(shù)N=360°/57.2°=6.3。為保證最大打擊效率,摘果葉片個數(shù)確定為6。摘果輥半徑的OA為:所以確定摘果輥直徑為251mm。2.3花生秧桿下身等位分配導(dǎo)秧折彎桿結(jié)構(gòu)和作用示意圖如圖5、圖6所示。當(dāng)花生秧隨夾持輸送鏈前移過程中,在導(dǎo)秧折彎桿的作用下,花生秧桿下部由水平狀態(tài)漸漸向下折彎,花生秧桿上部(約占1/3)和下部之間的夾角γ逐漸增大,當(dāng)?shù)竭_B點時,γ達到最大值,約呈90°,花生果系部位垂直進入摘果輥,摘果輥開始對花生秧蔓結(jié)果段進行打擊,打擊在BC段上一直持續(xù),到達C點后,秧蔓結(jié)果段脫離摘果輥的打擊,由導(dǎo)出桿排出機外。2.4夾持鏈、輸送裝置設(shè)計1)輸送機構(gòu)形式的確定。常見輸送機構(gòu)有帶夾持機構(gòu)和鏈夾持機構(gòu)。帶夾持優(yōu)點是成本低,缺點是夾持不緊、不穩(wěn),容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,尤其是當(dāng)喂入量有波動時,帶夾持運輸秧蔓工作時,花生果系在摘果輥打擊作用下,秧蔓有抖動現(xiàn)象,導(dǎo)致莢果摘不凈、斷枝斷葉嚴重等問題。鏈夾持徑向軸壓軸力小、安裝精度要求小,且夾持牢靠、穩(wěn)定,保證所夾持秧蔓不抖動,因此,本設(shè)計采用鏈夾持輸送機構(gòu)。2)夾持鏈設(shè)計。夾持鏈?zhǔn)菉A持裝置的核心部件,必須保證秧蔓可靠地輸送,使夾持負荷均勻。其結(jié)構(gòu)直接影響了夾持質(zhì)量的好壞。夾持鏈在工作中受拉承載很小,運轉(zhuǎn)速度低,因此采用節(jié)距p=25mm無套筒滾子鏈。夾持鏈有效工作長度計算見圖7。圖7中:BD為折彎秧蔓長度;H1為夾持點到結(jié)果段之間高度;H2為結(jié)果段高度;DE為摘果輥有效工作長度;α為夾持鏈與導(dǎo)秧折彎桿夾角,為保證平滑折彎,確定α=30°。經(jīng)計算確定夾持鏈有效工作長度AC=1200mm。因此主動鏈輪與張緊輪Ⅰ的中心距相對較大,故采用張緊輪Ⅱ、張緊輪Ⅲ張緊?？紤]整機結(jié)構(gòu)與成本,最終確定鏈傳動中心距a=1600mm,采用140節(jié)無套筒滾子鏈。3)輸送裝置的結(jié)構(gòu)。輸送裝置是保證摘果穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵部件,結(jié)構(gòu)如圖8所示。輸送裝置主要由夾持鏈3、壓緊彈簧4、壓板5、輸送導(dǎo)軌6、張緊輪7、主動鏈輪8等組成。其中壓緊彈簧個數(shù)為14,間距為104mm,彈簧的有效圈數(shù)為10,端部并緊,磨平。夾持鏈3作逆時針轉(zhuǎn)動,其下部在壓緊彈簧和壓桿的作用下與輸送導(dǎo)軌并緊。當(dāng)花生秧蔓從喂入口水平喂入后,夾持鏈夾持秧蔓沿輸送導(dǎo)軌穩(wěn)定運動,秧蔓輸送過程中,由底部的摘果部件準(zhǔn)確完成摘果工作。本裝置采用單夾持鏈與輸送導(dǎo)軌相夾緊的配置方案,結(jié)構(gòu)輕簡、可靠性高、穩(wěn)定性好,符合設(shè)計要求。3特性及質(zhì)量評價試驗對象為山東省花生研究所培育的花生品種耐寒1號,試驗樣本的莖桿平均長度為50cm,結(jié)果區(qū)域平均高度為120mm,平均寬度為100mm。果仁大而飽滿,平均每株的重量是500g(帶土),種植該花生的土壤類型為粘性土,土壤含水率為28%。摘果試驗結(jié)果如表1所示。從考核試驗和示范應(yīng)用的結(jié)果來看,本花生收獲機輕簡易用,生產(chǎn)效率高、摘果質(zhì)量好,完全適應(yīng)于花生分段收獲模式下的鮮株摘果作業(yè)。這種輕簡型的花生摘果機工作時可由2~3人輔助作業(yè),與傳統(tǒng)的人工采摘花生相比,大大地降低了作業(yè)