4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機的研制.pdf

第24卷第3期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報Vol.24No.31482008年3月TransactionsoftheCSAEMar.20084LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機的研制胡志超1,2，彭寶良2，尹文慶1，王海鷗2，田立佳2，胡良龍2（1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，南京210031；2農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京210014）摘要：介紹了作者研制的4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機的整機和主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、技術(shù)性能及技術(shù)特點。設(shè)備主要包括底盤、傳動系統(tǒng)和作業(yè)組件，整體采用側(cè)向配置式，底盤采用450型半喂入稻麥聯(lián)合收割機底盤；傳動系統(tǒng)采用分路傳動，并配有液壓無級變速系統(tǒng)；作業(yè)組件包括扶禾裝置、挖掘裝置、夾持輸送裝置、清土裝置、摘果裝置、清選系統(tǒng)和集果系統(tǒng)等。試驗考核和示范應(yīng)用表明，該機性能穩(wěn)定，作業(yè)順暢，主要指標(biāo)為：果實損失率2.3%，摘果破損率0.45%，果實清潔度99%，設(shè)備可靠性系數(shù)96.2%，各項檢測指標(biāo)均達到或超過該機的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵詞：花生；聯(lián)合收獲機；機械化中圖分類號：S225.7文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1002-6819(2008)-3-0148-06胡志超，彭寶良，尹文慶，等4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機的研制J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(3)：148153HuZhichao,PengBaoliang,YinWenqing,etal.Designof4LH2typehalf-feedandself-propelledpeanutcombineJ.TransactionsoftheCSAE,2008,24(3)：148153.(inChinesewithEnglishabstract)0引言中國花生種植面積約為433萬hm2，是世界第二種植大國1。花生收獲季節(jié)性強，人工作業(yè)勞動強度高，效率低，收獲損失大，占用農(nóng)時多。當(dāng)前，花生收獲已成為中國花生主產(chǎn)區(qū)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化乃至農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的一大瓶頸，引起廣泛關(guān)注，花生收獲機械化已成為花生生產(chǎn)機械化的主要研究內(nèi)容2,3。中國大部分地區(qū)的花生收獲方式仍以人工收獲為主，花生收獲機械正處于發(fā)展期，部分地區(qū)采用花生挖掘犁，少部分地區(qū)采用花生收獲（挖掘）機，聯(lián)合收獲技術(shù)裝備正處于研制階段，離真正商品化仍有較大的距離。大陸花生主產(chǎn)區(qū)對小型花生聯(lián)合收獲機技術(shù)裝備的需求日趨迫切，但大陸地區(qū)花生聯(lián)合收獲機的研發(fā)起步較晚，需要研究與攻克的問題還很多2-9。鑒此，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所在充分消化吸收日、韓及中國臺灣省花生機械化聯(lián)合收獲先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，從國情出發(fā)，成功研發(fā)了4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機，并在主產(chǎn)區(qū)得到示范應(yīng)用。1總體方案確定與作業(yè)工藝發(fā)達國家（地區(qū)）的機械化花生收獲主要有兩種技術(shù)模式，一種是以美國、加拿大、歐洲等國為代表的大收稿日期：2007-07-03修訂日期：2007-09-10基金項目：國家“十一五”科技支撐計劃重點項目（2006BAD28B06）作者簡介：胡志超（1963），男，陜西藍田人，研究員，博士生，主要從事農(nóng)業(yè)機械化工程及農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)裝備的研究。南京南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，210031。Email:通訊作者：尹文慶，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事智能檢測與控制技術(shù)的研究。南京南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，210031。型全程機械化分段收獲技術(shù)集成模式，由挖掘機、撿拾機、摘果機和秧蔓處理等設(shè)備分別完成挖掘、清土、摘果和秧蔓處理等作業(yè)；另一種是以日本、韓國和中國臺灣省為代表的小型自走式聯(lián)合收獲技術(shù)模式，由一臺設(shè)備一次性完成花生收獲中的挖掘、清土、摘果、集果和秧蔓處理等作業(yè)。中國花生種植雖相對集中1-3，主要在魯、豫、冀、蘇、皖等省，連片種植也比較普遍，但仍多以各家各戶分散種植為主，而且多為多熟制，收獲時間很短?；ㄉN植多采用寬行窄株或?qū)捳忻苤驳姆N植方式，有壟作和平作之分，行距范圍在300400mm，株距約為180mm，壟寬約600mm，結(jié)果深度范圍為50120mm10-13。因此與稻麥聯(lián)合收獲一樣，小型自走式花生聯(lián)合收獲技術(shù)設(shè)備是中國花生機械化收獲技術(shù)的主要發(fā)展方向；日本、韓國及中國臺灣省的種植制度、生產(chǎn)規(guī)模和氣候條件等與中國大陸較為接近，其花生聯(lián)合收獲技術(shù)裝備對我們具有較大的借鑒意義?；ㄉ?lián)合收獲和稻麥聯(lián)合收獲一樣，同樣有半喂入和全喂入之分，全喂入花生聯(lián)合收獲存在功耗大、傷果率高、夾帶損失大等問題。從國情出發(fā)，本花生聯(lián)合收獲設(shè)備總體采用半喂入自走式，其作業(yè)過程包括挖掘松土、拔秧、去土、摘果、清選、集果、拋秧等工序，且需對行作業(yè)14,15。為實現(xiàn)以上收獲工序，本設(shè)備總體設(shè)計如圖1、2所示，主要由底盤、傳動系統(tǒng)和分禾裝置、扶禾裝置、挖掘裝置、夾持輸送裝置、清土裝置、摘果系統(tǒng)、清選系統(tǒng)、集果系統(tǒng)等作業(yè)組件組成，作業(yè)組件和底盤總體為側(cè)向配置。該設(shè)備集扶禾、松土、拔秧、夾持輸送、清土、摘果、清選、集果等功能于一體，具體作業(yè)工藝為：收獲機前進時，分禾、扶禾裝置將作業(yè)幅寬內(nèi)的花生植株與第3期胡志超等：4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機的研制149兩側(cè)分開并扶起，同時挖掘鏟將花生主根鏟斷并松土，隨后植株進入輸送鏈，被拔起并夾持向上（后）輸送，在夾持輸送前段底部設(shè)有清土裝置，以去除植株根部的1.分禾器2.扶禾器3.挖掘鏟4.拔禾輸送鏈5.清土器6.液壓升降缸7.橡膠履帶底盤8.摘果輥9.彈性擋簾10.刮板輸送帶11.清選篩12.風(fēng)機13.橫向輸送帶14.藤蔓輸送帶15.主機架16.藤蔓拋送鏈17.垂直提升機圖14LH2型花生聯(lián)合收獲機側(cè)視圖Fig.1Side-viewof4LH2typepeanutcombine1.分禾器2.扶禾器3.挖掘鏟4.拔禾輸送鏈5.清土器7.橡膠履帶底盤15.主機架16.藤蔓拋送鏈17.垂直提升機18.集果箱19.限深裝置圖24LH2型花生聯(lián)合收獲機俯視圖Fig.2Top-viewof4LH2typepeanutcombine沙土。植株輸送到摘果段時，夾持輸送鏈下部安裝的對輥摘果裝置將果莢從植株上刷落摘下，花生隨后落入刮板輸送帶升運至振動清選篩上，在振動篩和下吹風(fēng)機的雙重作用下將莖葉和沙土等雜物分離并排出機外。分選出的花生果通過橫向輸送帶送入垂直提升機，送至集果箱，隨后進行裝袋作業(yè)。脫莢后的花生藤蔓繼續(xù)被夾持向后輸送，而后轉(zhuǎn)接到藤蔓拋送鏈，拋送鏈將藤蔓向后拋下落至藤蔓輸送帶而被排出機后。2結(jié)構(gòu)設(shè)計該設(shè)備主要由底盤、傳動系統(tǒng)和作業(yè)組件3大部分組成。2.1底盤底盤主要由發(fā)動機、變速系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和主控操作臺組成。本機采用450型半喂入稻麥聯(lián)合收割機底盤，發(fā)動機采用490柴油發(fā)動機，最大功率30.9kW，額定輸出速度2700r/min。變速系統(tǒng)由變速箱和液壓無級變速器組成，變速箱有3個檔位，一檔為低速作業(yè)檔，二檔為標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)檔，三檔為道路行駛檔，每檔均可由無級變速器調(diào)節(jié)速度或?qū)崿F(xiàn)倒車。行走系統(tǒng)采用橡膠履帶式，履帶中心距950mm，履帶接地長度1230mm，寬400mm，齒距90mm，節(jié)數(shù)45。主控操作臺包括腳踩主變速離合器兼剎車器、主變速桿、副變速桿、作業(yè)機離合器、左右轉(zhuǎn)向操縱桿、油門桿等，儀表包括油箱油量表、發(fā)動機水溫表、啟動開關(guān)及警示喇叭。2.2傳動系統(tǒng)該機采用分路傳動系統(tǒng)，兩路傳動均采用皮帶壓輪離合器；其中清土裝置、摘果裝置、刮板輸送、清選風(fēng)機、清選振動篩、提升機喂料輸送帶、提升機和拋秧輸送帶為一路傳動系統(tǒng)，動力從發(fā)動機直接輸出，其速度隨發(fā)動機速度增減而增減，與機器行走速度無關(guān)；夾持輸送系統(tǒng)和扶禾裝置為一路傳動系統(tǒng)，動力從變速箱輸出，其速度與機器行走速度關(guān)聯(lián)，和變速箱的檔位和無級變速有關(guān)。具體傳動系統(tǒng)配置見圖3。注：V1V21為帶輪序號；L1L16為鏈輪序號；C1C6為齒輪序號；0127為傳動軸序號；F1為飛輪圖3傳動系統(tǒng)配置圖Fig.3Schematicofthelayoutoftransmissionsystem150農(nóng)業(yè)工程學(xué)報2008年2.3作業(yè)組件該機作業(yè)組件主要有：分禾與扶禾裝置、挖掘裝置、拔禾輸送鏈、清土裝置、摘果裝置、清選系統(tǒng)、集果系統(tǒng)等組成。2.3.1分禾與扶禾裝置分禾裝置和扶禾裝置的作用是對花生拔起前進行處理工作，適當(dāng)分開各行或畦間的植株并扶起匍伏的藤蔓。該機分禾裝置為固定導(dǎo)引式，前端配置鶴咀尖型分禾器(見圖1、2)，分禾裝置裝在拔取夾送裝置的前方作引導(dǎo)用，作業(yè)時分禾器前端應(yīng)插入土中20mm用以挑起匍伏的植株，分禾寬度為700mm。實際作業(yè)時要注意扶起點及扶起角度，依畦型、土壤質(zhì)地、植株等條件上下調(diào)整分禾器。扶禾裝置如圖4所示，由左、右撥指鏈箱對稱配置，每組撥指箱內(nèi)裝有傳動鏈輪、張緊輪、滑輪、傳動鏈和撥指等?；ㄉN植的行距范圍一般在300400mm，株叢范圍在200250mm，設(shè)計扶禾裝置時，兩側(cè)對稱滑輪的軸中心距為492mm，對稱傳動鏈輪的軸中心距382mm。傳動鏈上裝有9個撥指，且可拆卸更換，根據(jù)實際需要選用適宜尺寸的撥指，收獲小行距、小株叢范圍的花生時選用較長尺寸的撥指，大行距、大株叢范圍的花生收獲選用較小尺寸的撥指，以便于將花生秧攏合并向上導(dǎo)扶。撥指轉(zhuǎn)動方向如圖中箭頭所示，其運動速度有兩個檔位，可根據(jù)收獲機前進快慢作相應(yīng)選擇?；ㄉ俾?jīng)分禾器挑起后，由扶禾器的撥指扶起向上引導(dǎo)進入拔禾輸送鏈入口。圖4扶禾裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.4Structuralschematicofstalkguidingequipment2.3.2挖掘裝置挖掘鏟的作用是預(yù)先將花生主根鏟斷及松土，減少拔株阻力和拔株掉莢損失，以提高拔株效果，松土雖可降低花生的拔取損失率，減少拔株力，但松土鏟大小及入土深度直接影響前進阻力，為達到松土效果及降低前進阻力，該機松土裝置采用長方形傾斜平面鏟的設(shè)計，如圖5所示，左右配置固定在拔取機構(gòu)機架兩側(cè)的固定座上，配合一畦兩行。固定座可在收獲臺機架上前后60mm的范圍內(nèi)移動，鏟柄在管座內(nèi)可上下移動、左右轉(zhuǎn)動，并通過螺釘與管座固定。該結(jié)構(gòu)能確保兩松土鏟前后、上下、左右調(diào)整挖掘點、入土深度及鏟間距，安裝時應(yīng)確認松土鏟尖在夾持拔取口稍前方，確保在拔取前可有效松土，減少拔取損失。主要設(shè)計參數(shù)為：平面鏟刃面寬度為250mm，入土角為30，鏟間距調(diào)節(jié)范圍為0450mm，挖掘?qū)挾日{(diào)節(jié)范圍為400950mm，挖掘深度范圍0120mm。1.固定管座2.右平面鏟3.緊固螺釘4.左平面鏟5.鏟柄6.加強筋圖5挖掘裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.5Structuralschematicofdiggingshovel2.3.3拔禾輸送鏈拔禾輸送鏈的作用是將梳株松土后的花生植株夾持拔起，并直接輸送經(jīng)過清土裝置和脫莢裝置。夾持裝置采用鏈條式，兩條鏈條靠張力夾壓，互相嵌合夾緊，將花生植株夾牢，避免因拍土和脫莢作用拉下藤蔓，鏈條前端具有V形開口，拔取點在收獲機的左前方，拔取后以20左右斜向上平行夾持輸送，為能調(diào)整植株拔取高度，設(shè)計有液壓升降機構(gòu)及限深機構(gòu)。2.3.4清土裝置該清土裝置為同向擺拍式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，偏心套安裝在鏈輪軸的一端，長搖桿一端與偏心套上的偏心軸連接，另一端與焊接在鏈輪A輪轂上的擺桿連接，鏈輪A與拍土板A固定連接，鏈輪B與拍土板B固定連接，鏈輪A與鏈輪B通過鏈條連接。清土裝置運轉(zhuǎn)時，鏈輪轉(zhuǎn)動使安裝在鏈輪軸一端上的偏心套和偏心軸旋轉(zhuǎn)運動，并通過長搖桿的連接使擺桿左右方向擺動，擺桿的連續(xù)左右擺動帶動鏈輪A和拍土板A來回擺動，在鏈輪B和鏈條的帶動下拍土板B也來回擺動。拍土板A、B的擺動方向相同，拍土板A、B對夾持輸送通過的花生秧根部進行拍打，拍落已松動的沙土。擺桿上設(shè)有兩個定位孔，通過調(diào)整長搖桿在擺桿上的安裝位置來調(diào)節(jié)拍土板的擺動幅度，拍力輕重視土壤性質(zhì)和落果損失來調(diào)整，使采收質(zhì)量更好。該結(jié)構(gòu)中拍土板的拍土段長度為585mm，角振幅為24.5，振動頻率331Hz，最大拍土線第3期胡志超等：4LH2型半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機的研制151速度為2.15m/s。1.飛輪2.鏈輪3.鏈輪軸4.偏心套5.軸套6.長搖桿7.鏈條8.鏈輪A9.擺桿10.張緊輪11.鏈輪B12.拍土板B13.拍土板A圖6清土裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.6Structuralschematicofclodremovingdevice2.3.5摘果裝置摘果裝置采用差相對輥組配式刷脫機構(gòu)實現(xiàn)脫莢作業(yè)，如圖7所示，滾筒全長為1000mm，脫莢滾筒由鋼管上面連接鋼板組成，左右兩脫莢鋼板互為反向，裝配時需定位，彼此互相錯開30，以增加脫莢效果及避免損傷果實?；ㄉ仓陫A持輸送經(jīng)過摘果滾筒時，摘果滾筒上的鋼板對花生莢果進行拍擊、刷拉，將其從植株上摘下，完成脫莢作業(yè)。軟膠片的一側(cè)固定在鋼板上，并沿鋼管表面鋪于兩鋼板槽底部，摘果滾筒運轉(zhuǎn)時軟膠片由于慣性和重力作用會向外側(cè)翻倒，將摘落在鋼板槽底部的花生果或濕土塊拋下進入底端的刮板輸送。本結(jié)構(gòu)中滾筒軸距為220mm，滾筒直徑為230mm，轉(zhuǎn)速290r/min，每組滾筒上裝有6片鋼板，鋼板尺寸為986mm2mm（長厚）。圖7脫莢滾筒結(jié)構(gòu)圖Fig.7Structuralschematicofpeanutpickingroller2.3.6清選系統(tǒng)花生脫莢后，其脫下物組成包括果莢、斷莖、殘莖葉、未成熟莢、土塊等，需要進行清選處理。本機清選系統(tǒng)如圖8所示，主要由風(fēng)機和振動篩組成，振動篩框上裝有篩體和導(dǎo)禾板組，篩體水平向下傾斜，導(dǎo)禾板組配置在篩體下端的上方，水平向上傾斜，導(dǎo)禾板組與篩體之間形成固定的間隙，使篩面上花生果莢通過，導(dǎo)禾板組由14片導(dǎo)禾板等間距排列組成，導(dǎo)禾板外端面做成鋸齒狀。振動篩框端頭的兩側(cè)邊分別與主動擺桿、從動擺桿的一端連接，主動擺桿中間部位通過偏心套安裝在傳動軸上。主動擺桿另一端與機架上的支撐桿連接，從動擺桿另一端通過軸承與機架連接。風(fēng)機配置在振動篩下方，吹風(fēng)口對準(zhǔn)導(dǎo)禾板組與篩體交界處的前方。工作時，帶輪帶動傳動軸運轉(zhuǎn)，在偏心套作用下主動擺桿的帶動篩體和導(dǎo)禾板組以特定的頻率振動。脫莢混合物經(jīng)刮板輸送帶輸送到篩體上，土