自動行走式生姜收獲機工作部分的設計文獻綜述

一、引言1.1研究生姜收貨機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，呈現出供不應求、價格堅挺之勢。 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年增加了50左右，全國各個生姜主產區(qū)的生姜種植面積都有不同程度增加，其產量增加了不少。在 隨 著 生 姜 種 植 面 積的不斷增加，以往傳統而落后的人工收獲方式已經不能滿足當前的生姜收獲的要求，因此生姜收獲作業(yè)的高效性研究已經迫在眉睫。生姜種植農業(yè)機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械的研制。1.2研究生姜收貨機的課題意義生姜在種植的時候要求姜壟間的行間距不同，因此給生姜的機械化收獲帶來很大麻煩，很多地方仍然使用傳統的起姜器具，存在收獲質量差、效率低、勞動成本高等諸多缺陷。本課題采用了全新的設計理念，可以實現生姜多壟同時收獲，并且適用于不同田壟間距的作業(yè)要求，使生姜收獲達到方便，快捷，高效。目前國內生姜種植面積比較分散, 種植農藝參差不齊, 這既影響了生姜產量的提高, 也不利于生姜收獲的機械統一化。生姜收獲時勞動強度大，效率低，工作過程繁瑣，作物果實塊莖破碎量大等農藝問題亟待解決4。 改進后的生姜收獲機械簡化了機具并且簡化了工作過程， 能減生姜姜塊的破碎率，由于機械的結構簡單，所以生產造價低廉，并且機具的生產效率高，通用性良好可以與家用拖拉機配套使用。1.3研究生姜收獲機的課題目的隨著科學技術的發(fā)展，高產量生姜品種研制的成功，使得現在生姜畝產量不斷提高，所以在全國的各個地區(qū)生姜種植的面積在逐年增大，并且以生姜種植的周期短、經濟效益高等優(yōu)點漸漸的成為了這些農民家庭的最主要經濟收入和一條新的致富路。但目前，國內生姜收獲不能達到機械化的程度，這就很大程度上阻礙了生姜產業(yè)的發(fā)展3。為了適應農業(yè)發(fā)展，此次畢業(yè)設計，通過借鑒現有生姜收獲機械，對機具簡化改進降低機具成本，并且提高生產效率高,節(jié)省勞動力,降低收獲成本,增加產量。二、 國內外相關研究的現狀和研究方法生姜原產于東南亞(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400萬噸以上，且每年以20% 以上的速度增長。由于生產技術及產業(yè)結構調整等原因，目前，全球生姜年生產量在2500萬-2800萬噸,市場需求缺口很大。2.1國內研究現狀隨著改革開放政策的實行，國內特種農業(yè)也在飛速的發(fā)展，以往的生姜只會被人當成是一種調味蔬菜，現在生姜的經濟性已經逐漸被人所認可。在隨著科學技術的發(fā)展，高產量生姜品種研制的成功，使得現在生姜畝產量不斷提高，所以在全國的各個地區(qū)生姜種植的面積在逐年增大，并且以生姜種植的周期短、經濟效益高等優(yōu)點漸漸的成為了這些農民家庭的最主要經濟收入方式和新的致富之路。由于國內生姜機械行業(yè)起步晚，導致了生姜種植及收獲機械化程度很低，這嚴重拖慢了生姜種植產業(yè)在國內的發(fā)展速度。國內生姜收獲機械主要分為兩大類、三種型式。其中的一類是挖掘類，另一類是提拉秧類。挖掘類機械在生姜收獲時，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械在行走時會變的很困難，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。盡管現在國內已經有了不少形式的生姜收獲機械，但是國內技術并不成熟，現有的機械并不能對生姜收獲作業(yè)達到全機械化，大部分收獲工作還是需要人工去完成。這樣農民的收獲勞動強度并沒有減少，而且還會導致收獲時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)新新生姜收獲機械以解決目前國內生姜收獲存在的不足。2.2國外研究現狀生姜受生長環(huán)境以及種植農藝的影響導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40 年代開始根莖類作物收獲機械的研究, 如美國、德國、日本、法國、意大利等發(fā)達國家均研制出了不同的收獲機械?，F已實現對長根作物( 蘿卜、甜菜等) 和短根作物( 生姜、花生、大蒜、洋蔥等) 的機械化收獲，國外的根莖類作物收獲機械正向大型化、機電一體化、智能化, 更可靠、更安全的方向發(fā)展。一些發(fā)達國家不斷將高、精、尖技術應用到農業(yè)機械上來, 農業(yè)機械正向智能化方向發(fā)展。 針對國產機型存在的不足之處，和對發(fā)達國家先進技術的借鑒，本次設計的生姜收獲機通過添加清壟功能和運用輪叉式挖掘鏟來解決上述問題，在保證機具達到所需工作標準，同時，要保證該機型的價格較為低廉，操作簡便，通用性好等特點。生姜在種植的時候要求姜壟間的行間距不同，因此給生姜的機械化收獲帶來很大麻煩，很多地方仍然使用傳統的起姜器具，存在收獲質量差、效率低、勞動成本高等諸多缺陷。本課題采用了全新的設計理念，可以實現生姜多壟同時收獲，并且適用于不同田壟間距的作業(yè)要求，使生姜收獲達到方便，快捷，高效，研究與設計生姜收獲機顯得尤為重要。三、主要研究內容本設計要求完成自動行走式生姜收獲機工作部的選型與設計方案優(yōu)選，完成主運動傳動系統、各種裝置、潤滑與密封等結構設計，使得整個設計完整。完成整機的三維設計及二維裝配圖，零件圖。 設計要求滿足： 1. 自動行走式生姜收獲機工作部適應范圍：多田壟可調式生姜收獲； 2. 收獲機最大外型尺寸：2000mm×1500mm×850mm； 3. 要求繪制自動行走式生姜收獲機工作部的機械結構圖。 具體工作內容如下： 查閱有關自動行走式生姜收獲機工作部的資料，學習了解有關自動行走式生姜收獲機工作部組成及控制方面的知識。 學習消化所閱資料，整理出文獻綜述，進行自動行走式生姜收獲機工作部總體布局設計的方案論證并完成開題報告。 學習自動行走式生姜收獲機工作部主要結構部件的設計及其計算方法，確定主傳動系統、松土裝置、撥秧裝置、拔姜裝置和斷秧裝置的設計計算和對應機械部件的尺寸確定。 學習Pro/E三維實體造型軟件。完成自動行走式生姜收獲機工作部總體布局設計圖A0一張。完成自動行走式生姜收獲機工作部的三維裝配圖一張（A0）。完成關鍵零部件的圖紙（與A0相當）。 說明書一份， 1.5萬字。 外文翻譯一份， 2000詞。四、研究方案3.1研究內容本課題針對目前現有技術的不足，通過對傳統收獲機械的革新，提供一種能夠減輕人的勞動強度，提高工作效率，并且能適應不同地域工作環(huán)境，收獲效果好的生姜收獲機械。 3.2研究目標本次設計的生姜收獲機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節(jié)而割刀的切割高度通過割刀高度調節(jié)桿裝置來實現，從而使機具可以適應不同的種植農藝方式。3.3研究方法充分了解現有的生姜收獲方式的優(yōu)缺點，總結經驗，克服不足。設計一種結構簡單而且可以與拖拉機配套使用，能適應不同的工作環(huán)境的生姜收獲機械，從而減輕農民購買時的經濟負擔和生姜收獲時的勞動強度，并且提高生姜收獲作業(yè)的效率。設計過程中要用到農業(yè)機械學、機械制造、機械設計、材料力學、動力傳動裝置設計等課程方面的知識。3.4技術路線調查研究資料寫出開題報告確定總體方案機架、輪子和輪叉鏟等的裝置設計傳動設備計算選型切割裝置整體方案設計繪制生姜收獲機總裝圖及零件圖撰寫設計說明書3.5解決的問題主要解決生姜收獲作業(yè)時勞動強度大，效率低，工作過程繁瑣，作物果實塊莖破碎量大，以及生姜收獲機具的造價太高機具的閑置的等問題。3.6色與創(chuàng)新點本次設計的生姜收獲機，相對以往的傳統收獲機械來說結構更簡單，生產造價更低廉，可以與家用手扶拖拉機配套使用。五、生姜收獲機的分類查閱有關自動行走式生姜收獲機工作部的資料，學習了解有關自動行走式生姜收獲機工作部組成及控制方面的知識。此次設計的設計方案的選定是通過對目前現有幾種生姜收獲機械的調研，參照自己的設計方案的要求，對比各個的優(yōu)缺點來實現機具的設計。 圖1 4JZL-2生姜收獲機1、發(fā)動機 2、變速箱 3、皮帶輪 4、液壓操縱機構 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、護板 13、驅動輪 14、機架總成（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，減輕了勞動強度，使用操作容易，生產效率提高（2）性能分析：通過在類似于手扶拖拉機行走系統的基礎上來加掛生姜的挖掘系統制成的。自身采用了履帶式行走機構，其優(yōu)點在于既增大了牽引力，又增大了離地間隙。此設計比較適合高壟作物田間作業(yè)。可以完成對澆水34天后的生姜進行挖掘收獲5。 工作原理：手扶拖拉機前進時,可先由立式割臺將姜苗切除, 并傳送到一側清壟, 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整體設計思路新穎、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)，符合這次設計的要求，故此次設計以此機型為原型。 圖3 日產生姜收獲機 1. 驅動輪2. 機架3. 發(fā)動機4. 撥禾輪5. 分禾器 六、自動行走式生姜收獲機整體結構的設計6.1收獲機與拖拉機的連接設計收獲機與拖拉機直接聯接和牽引式兩種聯接方式，本課題設計主要運用后置式固定聯接。直接連接式用螺母固定在拖拉機后面，其結構如如圖6-1所示：圖6-1 收獲機與拖拉機的連接6.2傳動部分設計收獲機主要靠帶傳動和鏈輪傳遞動力。因為鏈傳動無彈性滑動和打滑現象，能保持準確的平均傳動比，傳動效率高，需要的張緊力小，徑向壓軸力??；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，可遠距離傳動，結構簡單。帶傳動是一種常用的、成本較低的動力傳動裝置，在各類機械中應用十分廣泛。它具有傳動平穩(wěn)、噪聲低、清潔（無需潤滑）的特點，具有緩沖減震和過載保護的作用，并且維修方便。6.3 篩選單元的設計自動行走式生姜收獲機的清土裝置目前主要有抖動升運鏈式和振動篩式兩種，振動篩式結構緊湊、清土效果好、傷果率低等特點，但較抖動升運鏈式整體震動較大。綜合考慮本設計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當地生姜品種（主要是生姜果大?。﹣泶_定，為便于將生姜成條鋪放到遠離未收取區(qū)的已收區(qū)，該機構與偏心輪通過桿相聯。振動篩的振動頻率和振幅大小對設備的清土效果、輸送順暢性及機具震動性、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，并比照多種同類機型，本設計采用大振幅低頻率型振動篩結構形式，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動帶動振動篩不斷的抖動，完成抖落泥土，分離果實的動作。圖6-2 篩選單元6.4 挖鏟單元的設計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到清土裝置上。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。并且能根據需要進行調節(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有較強的碎土能力，為分離作物中的泥土提供有力條件；為了避免工作時出現纏草和壅土，要求挖掘部分能夠自動進行清理；牽引阻力小，刃口的耐磨性要好。收獲機挖掘部件上采用的挖掘鏟有平面鏟、曲面鏟和槽型鏟等。本設計采用平面多鏟。平面鏟的鏟面為平面，結構簡單，制造容易。為了保護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用。平面鏟按鏟的數量可分為單鏟、雙鏟和多鏟三種。平面單鏟常用在單行收獲機上，根據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、右兩個鏟組成，常用在雙行收獲機上，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、右兩個鏟分別通過托架懸臂固定在機架上，并在兩鏟之間留有滑草奸細。有時在兩鏟之間放置一個小鏟，以減少主鏟的寬度和保證鏟的滑草能力。平面多鏟是由3個或者3個以上的相同或相似的鏟組成。由于鏟的個數較多，每個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；另一種是每個鏟分別通過自己的鏟柄懸臂固定在升運鏈從動邊底部的橫梁上并且在各鏟之間留有滑草間隙。前一種固定方式結構簡單，但在工作時橫梁上容易掛草。通過分析對比國內外現有挖掘鏟的結構形狀，結合中粘壤土作物種植特性，收獲要求和土壤性質，考慮到經濟性，本產品挖掘裝置采用帶斜刃的三角形平面多鏟，并在其后端設有碎土柵，以增加其破碎土功能，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到振動篩的銜接部件。七、參考文獻1紀名剛. 機械設計M. 高等教育出版社，2010. 2王紹江,張仁君,宗金成. 生姜收獲機械化作業(yè)的研究與探討. 山東農化,2010,(06):31-443初旭宏,王俊發(fā),馬瀏軒. 根莖類中藥材收獲機械的研究現狀與發(fā)展趨勢. 現代化農業(yè),2008,(10):32-334吳峰,胡志超,張會娟, 等. 生姜種植與機械化收獲概況. 農業(yè)機械,2008,(19):33-345 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