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甩刀式馬鈴薯殺秧機的設計 蘇磊 1 吳明清 1 1 塔里木大學機械電氣化工程學院 阿拉爾 843300 摘要 本文通過對殺秧機的設計同時介紹了殺秧機的發(fā)展歷史 種類 工作原理及其主要參數(shù) 并詳細的 分析了殺秧機的構成 以及殺秧機的日常維護和基本安全操作規(guī)程 并分析了殺秧機的日常檢修及其常見 故障分析 通過自身的實踐 更加的認識到對殺秧機專業(yè)理論知識的學習 提高操作技能 了解殺秧機的 內(nèi)部構造 大概了解殺秧機的客觀運用 敘述了利用傳統(tǒng)的方法 結合先進的知識 科學的邏輯思維方法 來客觀的闡述分析殺秧機出現(xiàn)的一般事故以及設計的心得體會 并對殺秧機的未來發(fā)展前景有著很好的憧 憬 關鍵詞 馬鈴薯 殺秧機 三維設計 中圖分類號 TD451 文獻標識碼 A 0 引言 馬鈴薯是糧 菜 飼 加工兼用型農(nóng)作 物 其適應性廣 豐產(chǎn)性好 營養(yǎng)豐富 經(jīng) 濟效益高 已成為世界上繼水稻 小麥和玉 米之后的第四大糧食作物 根據(jù)世界聯(lián)合國 糧農(nóng)組織統(tǒng)計 全世界馬鈴薯種植面積達到 1833 萬公頃 3 2958 億噸 我國馬鈴薯種 植面積為 475 26 公頃 馬鈴薯產(chǎn)量為 6905 97 萬噸 占世界馬鈴薯種植面積的 27 2 亞洲種植面積的 56 3 是全世界馬 鈴薯種植面積最大的國家之一 近幾年來 國內(nèi)馬鈴薯種植面積也在穩(wěn)步增長 隨著國 內(nèi)馬鈴薯種植面積逐年增加 農(nóng)村勞動力短 缺 農(nóng)民對馬鈴薯種植 收獲機械的需求越 來越大 目前 國內(nèi)外研制的大部分馬鈴薯 收獲機 在收獲前不殺秧 在作業(yè)過程中 馬 鈴薯莖秧纏繞機器桿件 行進阻力增大 容 易壅堵 導致機具動力消耗增大 影響馬鈴 薯的挖掘 因此 馬鈴薯在收獲之前 須對 地表的莖秧進行處理 然后再機械收獲馬鈴 薯 馬鈴薯莖秧可通過化學或人工的方法將 其除去 化學殺秧會污染環(huán)境和土壤 馬鈴 薯莖秧人工清除工作量大 效率低 影響馬 鈴薯機械收獲 馬鈴薯收獲前機械殺秧可使 馬鈴薯塊莖的表皮充分木栓化 與莖秧分離 更加容易 表皮老化可顯著減少收獲 運輸 和貯藏中的損傷 還可提高馬鈴薯收獲效率 保證馬鈴薯機械收獲順利進行 近幾年來我 國馬鈴薯機械化作業(yè)雖然有了較快的發(fā)展 但是 我國在中小型馬鈴薯種植和收獲機方 面的機具較多 而馬鈴薯殺秧機的機型較少 國外生產(chǎn)的馬鈴薯殺秧機各類產(chǎn)品 體積結 構龐大 工作幅寬大 零配件供應渠道不暢 通 在我國地區(qū)適應性差 難以適應我省馬 鈴薯種植大多分布在小地塊 山地和水平梯 田上的現(xiàn)狀 因此 為了減輕打秧勞動強度 解決馬鈴薯挖掘過程中莖秧纏繞機器出現(xiàn)堵 塞的問題 提高馬鈴薯收獲機后續(xù)挖掘的工 作效率 使馬鈴薯機械收獲順利進行 研制 一種能有效打秧并適合我省實際情況的馬鈴 薯殺秧機具有重要意義 1 總體設計思路 甩刀式馬鈴薯殺秧機的主要功能是用旋 轉的甩刀把莖秧從馬鈴薯地表的根部砍斷切 碎 高速拋入罩殼 沿罩殼內(nèi)壁滑到尾部 在出口處拋撒到田間 因此對它的設計要求 是 1 將全部莖秧打碎 避免漏打現(xiàn)象 2 殺秧的高度基本均勻 并能根據(jù)種植模 式進行調(diào)節(jié) 適應不同地表狀況 3 甩刀 能將倒伏的 壟溝的莖秧切割 并能將打碎 的莖稈均勻拋撒到田間 4 殺秧時 不帶 薯 不傷薯 5 在工作過程中能量消耗最 少 防止莖稈 雜草纏繞甩刀和刀軸 1 1 設計原理 甩刀式馬鈴薯殺秧機與輪式拖拉機配套 拖拉機動力輸出軸經(jīng)傳動軸 將動力輸入中間 齒輪箱 由傳動軸傳送到主動皮帶輪 主動 皮帶輪通過皮帶將動力傳送到刀軸皮帶輪 刀軸皮帶輪帶動刀軸高速旋轉 刀軸上鉸接 的甩刀 繞刀軸高速旋轉 同時隨機組前進 前進中 旋轉的甩刀把莖秧從根部砍斷切碎 被高速拋入罩殼 沿罩殼內(nèi)壁滑到尾部 在 出口處拋撒到田間 1 2 設計總體結構 甩刀式馬鈴薯殺秧機的總體結構示意圖 如圖 1 所示 甩刀式馬鈴薯殺秧機主要由傳動機構 殺秧裝置 輔助裝置三大部分組成 其整機 總裝圖如圖 1 所示 傳動機構主要由傳動軸 齒輪箱和皮帶裝置組成 其作用是將拖拉機 的動力傳給工作部件進行打秧作業(yè) 殺秧裝 置由罩殼 刀軸和鉸接在刀軸上的甩刀組成 用于粉碎 拋撒馬鈴薯莖秧 輔助裝置包括 懸掛架和限深輪等 通過調(diào)整限深輪的高度 可調(diào)節(jié)甩刀的離地間隙即留茬高度 傳動系統(tǒng)采用雙軸式結構 中間軸上安 裝有皮帶盤 后軸上裝有甩刀 根據(jù)田間實 際工作情況 動力傳遞分兩級 一級傳動為 齒輪箱輸入軸與輸出軸的傳動 二級傳動為 齒輪箱輸出軸與甩刀刀軸的傳動 拖拉機動 力傳動路線為 1 齒輪箱輸入軸 2 齒輪箱 3 齒輪箱輸出軸 4 皮帶輪 皮帶 5 甩刀 軸 高速旋轉的甩刀強力沖擊馬鈴薯莖稈 在負壓的作用下將莖稈吸入機殼內(nèi) 經(jīng)過甩 刀的多次剪切 搓擦和撕裂將莖稈粉碎 并 在氣流和離心力的作用下 將其均勻的拋撒 在田間地面上 圖 1 甩刀式馬鈴薯殺秧機總體結構示意圖 1 齒輪箱輸入軸 2 齒輪箱 3 齒輪箱輸出軸 4 皮帶輪 5 刀軸 6 甩刀 7 機殼 2 關鍵部件的設計 2 1 齒輪箱的設計 傳動系統(tǒng)中齒輪箱在工作中承受的載荷 較大 為提高其結構強度 箱體采用高強度 鑄鐵材料 齒輪箱主要由主軸 箱體 主軸 圓錐齒輪 滾動軸承 從動軸 從動軸圓錐 齒輪幾部分組成 齒輪箱中變速機構為一對 錐齒輪 主動錐齒輪有 50 個齒 從動錐齒 輪有 28 齒 故傳動比 1 2 1 2850 0 56 該馬鈴薯殺秧機的齒輪箱結構緊湊 能 夠有效利用拖拉機動力資源 降低生產(chǎn)成本 齒輪箱輸入軸通過萬向聯(lián)軸器與拖拉機后部 的動力輸出軸相連 然后通過齒輪箱內(nèi)部的 一對錐齒輪變速換向后由動力輸出軸輸出動 力 再通過皮帶傳動裝置驅動甩刀工作 2 2 刀具部分的設計 甩刀是殺秧機的關鍵部件 且容易磨損 其形狀和尺寸不僅對刀軸的設計和甩刀排列 有較大影響 而且直接影響殺秧的效果 甩刀按形狀分類主要有直刀 L 型及其 改進型刀 T 型刀 錘爪 Y 型刀等 其中 L 型及其改進型刀切割莖秧是斜切 刀片與 莖秧成一定斜角 可減少切割阻力 降低功 耗 Y 型甩刀 雙面開刃 剪切力強 莖秧 粉碎率高 具有較強的耐磨和抗沖擊韌性 2 3 甩刀軸的設計 殺秧機刀軸一般為空心軸 需滿足以下 四個條件 1 強度條件 2 臨界轉速條件 3 扭轉失穩(wěn)條件 4 制造工藝條件 按以上四個條件 根據(jù)已知參數(shù)為刀軸 管長 L 700mm 傳遞扭矩 Mn 1128Nm 危 險截面彎矩 M 1354Nm 刀軸的最高轉速 1580r min 取臨界轉速安全系數(shù) 2 由此設計 該刀軸的截面尺寸 取刀軸最大外徑 d 80mm 2 4 行走輪的設計 殺秧機的行走輪由輪轂和輪胎組成 輪 轂根據(jù)前面的設計要求材料選取 45 號鋼 輪 胎在此要與輪轂配合 輪胎的大小尺寸應與 殺秧機的整體形狀和尺寸緊緊相連 輪胎的 外徑是 210mm 而其具體形狀是參照 現(xiàn)代 機械設備設計手冊 中驅動輪的形狀尺寸 外圈材料為橡膠 材料選擇依據(jù) 45 號鋼為優(yōu)質碳素結構 用鋼 硬度不高易切削加工 模具中常用來做模 板 導柱等 但須熱處理 隨著現(xiàn)代工業(yè)的 飛速發(fā)展 儀器設備的功率越來越大 轉速 越來越快 振動和噪聲的危害也越來越突出 輪式拖拉機通過車輪與路面接觸 支承整機 的重量 通過車輪與地面的附著力作用傳遞 驅動力矩 制動力矩和轉向力矩并轉換成相 應的驅動力 制動力和側向力 通過輪胎緩 和地面不平引起的沖擊和振動 3 總結 通過檢索國內(nèi)外的大量文獻資料 了解 了國內(nèi)外馬鈴薯莖秧處理的研究進展及研究 現(xiàn)狀 根據(jù)的馬鈴薯收獲過程中出現(xiàn)的馬鈴 薯莖秧纏繞機器桿件 莖秧和土塊裹在一起 造成壅堵的問題 在薯類聯(lián)合收獲裝置的性 能特點等調(diào)查研究基礎上 設計了一種甩刀 式馬鈴薯殺秧機 圍繞所研究內(nèi)容開展了以 下工作 1 本文對甩刀式馬鈴薯殺秧機從理論上主 要對該機的結構方案 原理和參數(shù)及主要部 件進行設計 分析 確定了動力連接方式及 動力傳動路線 傳動比 通過建立殺秧機甩 刀模型 并對此模型進行理論分析和計算 確定了主要設計參數(shù) 根據(jù)收獲的實際情況 研究并確定了馬鈴薯殺秧機主要參數(shù)及取值 2 對關鍵部件甩刀的形狀 數(shù)量 排列和 運動進行理論分析 確定其結構及主要參數(shù) 并建立甩刀的三維模型 對其模型進行分析 檢驗了甩刀及軸結構設計的合理性 3 對設計的關鍵進部分進行建立模型分析 可縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期 在設計過程中可快 速 靈活地修改方案 便于得到最適合實際 情況的設計參數(shù) 能較準確計算出不同振幅 和頻率條件下甩刀軸的受力 為減少甩刀式 馬鈴薯殺秧機的振動提供了理論依據(jù) 為后 續(xù)的設計提供了參考 參考文獻 1 孫東升 劉合光 我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前 景展望 J 農(nóng)業(yè)展望 2009 3 25 28 2 王福義 馬鈴薯收獲機械發(fā)展研究 J 農(nóng)業(yè)科技與 裝備 2010 12 84 85 3 謝從華 馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展 J 華中農(nóng)業(yè)大 學學報 社會科學版 2012 1 1 4 4 初旭宏 黃丙申 馬鈴薯收獲機械存在的主要問 題及解決辦法 J 農(nóng)機使用與維修 2010 1 46 47 5 戴 飛 韓正晟 魏宏安等 中國馬鈴薯莖葉處 理現(xiàn)狀及相關機械化技術發(fā)展 J 湖北農(nóng)業(yè)科 學 2012 51 10 1975 1981 6 賈晶霞 李 洋 楊德秋等 國內(nèi)外馬鈴薯殺秧 機發(fā)展概況 J 農(nóng)業(yè)機械 2011 7 78 80 7 賈晶霞 馬鈴薯收獲機關鍵部件設計與實驗研究 D 北京 中國農(nóng)業(yè)大學 2006 8 劉 楊 馬鈴薯收獲機械發(fā)展綜述 J 機械產(chǎn)品與 科技 2001 4 2 7 9 夏 陽 張 華 4UJH 85 型秧莖切碎還田機試 驗 J 農(nóng)業(yè)機械 2009 98 98 99 10 吳建民 高煥文 免耕播種機鋸片式防堵切刀 的設計與試驗 J 農(nóng)業(yè)機械學報 2001 32 1 38 41 11 何玉靜 楊星釗 孫衛(wèi)平等 甘薯秧莖切碎還 田機的設計與試驗 J 河南農(nóng)業(yè)大學學報 2009 43 6 639 641 12 涂建平 徐雪紅 夏忠義等 棉稈粉碎還田機 刀具優(yōu)化排列的研究 J 農(nóng)機化研究 2003 2 102 104 13 張佳喜 王學農(nóng) 陳 發(fā)等 秸稈粉碎還田回收 機刀輥工作參數(shù)的研究 J 農(nóng)業(yè)機械學報 2007 38 6 82 85