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温室韭菜收割机设计研究 苏 维庆 袁 盼盼 新 疆 农 业 大学 机电 工程 学院 乌鲁木齐 00 2 2 新 疆 农 业工程装备 创 新设 计重点实验室 乌鲁木齐 00 2 摘 要 为提高 韭 菜收 割 的生产 率 和经 济 效 益 在 借 鉴 国 内 外 先 进 技术的 基 础 上 根 据 韭 菜收 割 原 理设 计 一 款 温室 韭 菜收 割 机 介绍 温室 韭 菜收 割 机 的设 计 思 路 和 关键 零 部件 的 参 数 确 定 探讨 传 送 机 构 的选 用 使 机 具 一 次 完 成 韭 菜的 机 械 化 收 割 和 接 收 关键词 韭 菜收 割 机 拨禾 机 构 设 计 传 送 机 构 中图分类号 S663 3 S225 92 文 献标识码 A 文 章编号 1674 1161 2020 02 0019 03 近 年 来 随 着 反 季 节 叶 菜 类 蔬菜产业的 发 展 温 室 韭 菜的收 割 打 捆 加 工 包 装 成为研究 热 点 我 国 处 于 韭 菜收 割 机 的 发 展 初 期 许 多 菜农 仍 采 用 人工 和 小型割 刀 收 割 收 割 机 械 的 使用 率 不 高 为 此 根 据 韭 菜收 割 原 理设 计 一 款 温室 韭 菜收 割 机 用 来 实 现 韭 菜 的 机 械 化 收 割 和 接 收 为提高 韭 菜收 割 的生产 率 和经 济 效 益 提供 适用 机 具 温 室 韭 菜 收 割机 的设计 思路 温 室 韭 菜收 割 机 主要 由 分 禾 器 拨禾轮 割 刀 曲 柄 摇杆 机 构 传 送滚 传 送 带 电 机 机 架 等 结 构 组 成 如 图 1所 示 在 确 定 行 距 后 发 动 机 利用 减 速 器 驱 动 韭 菜收 割 机 进 地 后 在 分 禾 器 的 作用 下实 现 单 行 韭 菜 喂 入 用 拨禾轮扶 正 韭 菜 后 通 过与机 架 垂 直 的 2个 传 送 滚夹 紧韭 菜 往 复 式 割 刀 在 曲 柄 摇杆 机 构 的 作用 下实 现 往 复 运 动 被 割 断 的 韭 菜 通 过 传 送 带 传 送 至接 收 器 完 成 韭 菜收 割 传 送 带 由 传 送电 机带 动 通 过 齿轮 连 接 2个 传 送 滚 反 向 转 动 传 送 带 的 主 动 传 送滚 带 动 从 动 传 送滚 运 动 再 通 过 皮 带 和 齿轮 实 现 拨禾轮 转 动 在 韭 菜收 割 过 程 中 传 送 装 置和 割 刀 装 置 的 配 合使用 使 整 个 过 程 变得 简单 前 轮 的高 度可 调 可 根 据 不同 作物 调整 割 茬 高 度 实 现 一 机 多用 韭 菜的 割 茬 一 般 在 1 cm 左 右 温 室 韭 菜 收 割机 关键 零部 件 设计 拨 禾机 构 拨禾轮 可 帮 助 收 割 机 完 成 直 立 和 一 般 倒伏 作物 的收 割 其 结 构 如 图 2所 示 拨 禾轮 的 运 动 轨迹 取 决于 拨禾轮 的 圆 周速 度 y 与 机 器 前 进 的 速 度 m 的 比 值 只 有 当 拨 禾 速 度 比 1 时 才 有 可能 将 作物 茎 干 引 向 割 刀 配 合 切 割 并 在 割 断 后继续 向 后 推 送 茎 杆 避 免 在 割 刀 上 发 生 堆 积 和 堵塞 工 作 过 程 中 需 要 拨禾轮 具有 良 好 的 工 作质 量 除 满 足 1 外 还 应 满 足 不 同 阶 段 的要 求 切 割 时 拨禾轮扶 持 作物 茎 杆 配 合 切 割 避 免 切 割 器 将茎 杆 向 前 推 倒 收 稿日期 2019 03 15 基 金 项目 新 疆 农业 大学大学 生 创 新 创 业 训练计划项目 d c 20 2 温室韭 菜 收割机 的设 计 作者简介 苏维庆 男 从事 机械创 新设 计 方面的研 究工作 通信 作者 袁盼盼 女 硕士 讲 师 从事 智 能 农业装备 研究工作 1 分 禾 器 2 拨 禾轮 3 小 前 轮 4 传 送 带 5 传 送 带 电 机 6 传 送 滚 筒 7 扶 手 8 收 集 筐 9 曲 柄 摇 杆 机 构 10 机 架 11 行 走 轮 图 温 室 韭 菜 收 割机 的 结 构 i re 1 Str ct re o lee har e ter in reenho e 图 拨 禾轮 i re 2 Reel 第 2 期 总第 2 期 o 2 Total o 2 2020 年 月 Mar 2020 农业科技与装备 Agric ultural Science Technology and Equipment 表 位 移 速 度 加速度 与 曲柄转 角 的 关 系 Ta le 1 Relation et een di placement elocity acceleratio n and cran an le 拨 禾轮 的 位置 调整 要 使 拨禾轮 正 常 工 作 安 装 高 度 就 必 须 满 足 以 下 条件 H L h R H 式 中 R 为 拨 禾轮 的 半径 h 为 割 刀 离 地 的高 度 L 为 作 物 高 H 为 拨 禾轮轴 安 装 高 度 当 茎 杆 被 割 断 后 若 拨禾轮 的 作用点 位于 已 割 作 物中 心 上 方 就 能 将茎 杆 稳 定地 向 后 推 送 直 至 与 拨 禾轮圆 周 相 切 的位 置 如 果 拨禾轮 的 作用点 过 高 清 扫 切 割 的 作用 将 减 弱 如 果 拨禾轮 的 作用点在 重 心 之 下 则 被 割 断 的 作物可能 向 前 翻 或 被 挑 起 已 割 断 作 物 的 中 心 位 置 一 般 在 顶 部 向 下 的 1 3 处 设 已 割 部 分 的 长 度 为 L 则 H 1 3 L 因 此 若 要 使 拨 禾齿 在 割 断 作物 的 中 心 点以上 则 应 该 保 证 H R 2 3 L H 拨 禾轮 的 转速 根 据 拨禾 速 度 比 确 定 拨禾轮 转 速 加 大 拨禾轮 的 速 度 比 其 作用 范围 和 作用 程 度 将 增 加 但 也 不 能 过 大 机 器 的 前 进 速 度 m 一 定 时 增 大 值 就 需 提 高 拨 禾轮 的 圆 周速 度 y 这 将 加 大 对作物 的 冲 击 使 作物 不 能 够 很 好 地 被 切 割 试 验 证 明 韭 菜收 割 速 度 一 般 为 1 5m s 当 机 器 前 进 速 度 m 较 高 时 为 使 y 不 超 过 脱 离 损 失 限 制 的 允 许 值 拨禾轮 的 速 度 比 应 减 小 当 机 器 前 进 速 度较 低时 可在 y 不 超 过 3 m s 的 情 况 下 增 加 拨禾轮 速 度 比 但 会出 现 回 弹 现象 拨禾 速 度 比 m y 角 速 度 n 30 一 般 取 1 3 2 3 这 里 取 1 0 所 以 n 30 m R 30 1 8 0 4 22 r min 前 进 速 度 m 应 根 据 机 器 的 生产 率 割 副 调 配 动 力 等 因素 而 定 拨 禾轮 的 直径 拨禾轮 的 直 径 与 稳 定 推 送 有 很 大 关 系 应 满 足 D 2 L h 3 1 1 式 中 取 1 8 L 取 0 3 h 取 0 01 代 入 公 式 得 D 0 4 m 即 拨 禾轮 的 直 径 取 0 4 m 曲 柄摇杆机 构的设计与计 算 一 般 情 况 下 在 曲 柄 摇杆 机 构 中 曲 柄 为主 动件 且 等 速 转 动 摇杆 为从 动件 作 变速 往 返 摆 动 连 杆 作 平 面 复 合 运 动 同 时 也 可用 摇杆 作 主 动 构 件 其 往 复 摆 动 转换 成 曲 柄 转 动 曲 柄摇杆机 构的 简 单 设计 曲 柄 摇杆 机 构 的 结 构 见 图 3 曲 柄 摇 杆 机 构 作 为 韭 菜收 割 时 的 核 心 机 构 AB 为 摇 杆 在 割 刀电 机 的 带 动下 绕 A点 转 动 从 而 带 动 连 杆 BC 摆 动 D 点 为 一定 点 CDE 为 一 弯 曲 连 杆 在 连 杆 BC 的 作 用 下 CDE 摆 动 再 用 连 杆 EF 连 接 刀 具 实 现 动 刀 具 的 往 返 运 动 进 而 实 现 韭 菜 切 割 割 刀 在 曲柄摇杆机 构 下 的 运 动 分 析 割 刀 的 运 动 特性对 切 割 器 性能有 直 接 影响 为 简 化 分 析 设 曲 柄 轴 的 偏 心 距 为 0 连 杆 的 长 度 为 无 穷 大 则 割 刀 运 动 可 视 为 曲 柄 在 割 刀 运 动 线 上 的 投 影 为 一 简 谐 运 动 如 图 4所 示 若 以 曲 柄 轴 心 为 坐 标 原 点 O 水 平 向 右 为 X 轴 向 上 为 Y 轴 并 令 曲 柄 由 第 二 象 限 的 水 平 位 置 顺 时 针 转 动 则 割 刀 的位 移 方 程 为 X r 2 速 度 方 程 式 为 x dX dt r cos t 3 加 速 度 方 程 式 为 a d d t r 2 cos t 4 式 中 r 为 曲 柄 半 径 为 曲 柄 角 速 度 割 刀 位 移 速 度 加 速 度 与 曲 柄 转 角 的关 系 如 表 1所 示 为 便 于 分 析 割 刀 速 度 加 速 度 与 位 移 的 关 系 为 x rw sin wt 2 姨 rw 1 cos wt 2 姨 w r 2 2 姨 5 两 边 平 方 简 化 后 得 2 r 2 2 r 2 2 1 6 速 度 x 与 位 移 的 关 系 为一 椭圆 方 程 式 椭圆 的 长 轴 半径 为 r 短 轴 半 径 为 r 2 图 曲 柄摇杆机 构 结 构 简图 i re Schematic dia ram o cran and roc er mechani m 图 割 刀运 动 分 析 i re Kinematic analy i o c ttin ni e t 0 900 1 800 2 700 3 600 T r 0 r 0 r x r 0 r 0 x r 2 0 r 2 0 r 2 农业科技与装备 2020 年 月 20 St dy on the De i n o a Lee Har e ter in Greenho e SU Weiqing 1 YUAN Panpan 1 2 1 College of Mechanical and Electrical Engineering Xi njiang Agricultural University U rumqi 830052 Chi na 2 Xinjiang Agriculture Engineering Equipment Innovation Design Key Laboratory U rumqi 830052 Chi na A t ract In order to improve the productivity and economic benefit of leek harvesting a leek harvester in greenhouse was designed according to the principle of leek harvesting on the basis of the advanced technology at home and abroad This paper introduces the design idea the determination of the parameters of the key parts the selection of the transmission mechanism of the leek harvester in greenhouse whi ch enable the implement to complete the mechanized harvesting and receiving of leek at once Key ord le ek harvester re el de sign conve yor 参 考 文献 1 施 印 炎 章 永 年 汪 小显 等 基 于 Pro E 的 茎 叶 类 蔬菜 有 序 收 获机 设 计 J 农 机 化 研 究 2017 39 3 139 140 2 糜 南 宏 赵 映 秦 广 明 等 蔬 菜全 程 机 械 化 研究 现 状 与 对 策 J 中 国 农 机 化 2014 35 3 66 69 3 王 俊 超 韭 菜 收种 实 现 全 程 机 械 化 J 农 业 知 识 2014 32 37 4 马 建 国 程 什 卫 姚 运 萍 镰 刀 型 韭 菜 收 割 机 的设 计 J 机 械 制 造 2015 53 9 10 12 5 崔 思 远 肖 体 琼 陈 永 生 等 我 国 蔬菜生产 机 械 化 发 展 现 状 与制约 因素 分 析 J 农 机 化 研 究 2014 36 10 250 252 6 杨 志 宏 韭 菜 优 质 高产栽培技术 J 蔬 菜 2012 11 19 20 7 王 俊 杜 冬 冬 胡 金冰 等 蔬 菜 机 械 化 收 割 技术 及 其 发 展 J 农 业 机 械 学 报 2014 45 2 81 87 割 刀 加 速 度 a 与 割 刀 位 移 X 的 关 系 为 a r 2 cos t 2 cos t 2 即 加 速 度 与 位 移 为 直 线 关 系 传 送机 构的设计与 选择 传 送 机 构 选 用 带 式 传 送 是 连续 运 输 机 的一种 运 输 特点 是 形 成 装 载 点 到 装 载 点 之 间 连续 的 物 料 流 可 很 好 地 完 成 韭 菜从收 割 点 到 接 收 点 的 传 送 传 送 带 按 放置 分 为 水 平 倾斜 和 组 合 3种 按 转 向 分 为 顺 时 针 逆 时 针 2种 按 运 动 状 态 分 为 匀 速 和 变速 2种 结 合 温室 韭 菜收 割 机 的 特点 采 用 组 合 式 的 传 送 机 构 主 动 传 送滚 在 韭 菜收 割 机 的 后 方 实 现 动 力 输 入 韭 菜收 割 机 具有特 殊 性 采 用 双 传 送 实 现 韭 菜 传 送 动 力 输 出 的 同 时 实 现 主 动 传 送滚 的 反 转 为 此 使 用 齿轮 连 接 2个 传 送 滚筒 的方 式 实 现 滚筒 反 转 结 构 如 图 5 所 示 从 动 滚 筒 在 割 刀 的 前 方 既 能 实 现 韭 菜 传 送 又 能对 韭 菜 进行 夹紧 整 个 传 送 装 置 如 图 6所 示 结 语 目 前 国 外 的 韭 菜 收 割 机 研 制 技术 比 较 成 熟 机 具类 型 较多 效 率 较 高 通 用性 也 比 较 强 可以 很 好 地 实 现 韭 菜收 割 同 时 有些 收 割 机 能 够 一 机 多用 在 实 现 收 割 的 前 提 下不 伤 根茎 不影响 韭 菜 再 生 长 在 借 鉴 国 内 外 先 进 技术的 基 础 上 根 据 韭 菜收 割 原 理设 计 一 款 温室 韭 菜收 割 机 实 现 韭 菜的 机 械 化 收 割 和 接 收 机 具具有结 构简单 操 作 方 便 节 省 人 力 等 特点 且可 连续 作 业 不 易 出 现 故 障 应 用 范围 广 具有较 高 的 推 广 价 值 图 传 送滚筒 的 齿 轮 连接 i re Gear connection or tran mittin rottary dr m 图 传 送机 构 i re 6 Con eyor 2020 年 第 2 期 苏 维庆 等 温室韭 菜 收割机 设 计 研究 21