4UC—1型甘薯收獲機(jī)的研究設(shè)計(jì)

王山松

北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 102602

4UC—1型甘薯收獲機(jī)的研究設(shè)計(jì)

王山松

北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 102602

甘薯收獲是甘薯機(jī)械化中至關(guān)重要的最后環(huán)節(jié)，缺少適應(yīng)甘薯種植模式的收獲機(jī)械是當(dāng)今國內(nèi)甘薯機(jī)械化收獲技術(shù)發(fā)展中存在的突出問題。4UC━1型甘薯收獲機(jī)的研制，不論從解放生產(chǎn)力，降低農(nóng)民的勞動強(qiáng)度的角度出發(fā)，還是從加快甘薯機(jī)械化進(jìn)程來講，都有著及其重要的意義。本文對4UC━1型甘薯收獲機(jī)的研究設(shè)計(jì)理念做了詳盡的闡述。

甘薯；收獲機(jī)；設(shè)計(jì)；機(jī)械化

引言

隨著人們對甘薯營養(yǎng)價(jià)值了解的不斷深入，對甘薯產(chǎn)品的需求量也日益擴(kuò)大，甘薯種植面積迅速增加。2007年，大興區(qū)甘薯種植面積達(dá)到了4.5萬畝，已經(jīng)發(fā)展成為大興區(qū)的特色主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。甘薯種植從施肥、起壟、鋪膜到插秧、收獲，勞動強(qiáng)度較大，薯農(nóng)們對甘薯機(jī)械需求迫切。從傳統(tǒng)意義上講，甘薯產(chǎn)業(yè)是典型的勞動密集型產(chǎn)業(yè)，進(jìn)入新的歷史階段后，勞動力工價(jià)上漲和較重的勞動強(qiáng)度在一定程度上限制了甘薯生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展，在京郊這一矛盾尤其突出。每年的11月是大興甘薯收獲的季節(jié)，薯農(nóng)們不惜雇傭很多的勞動力用原始的方法來進(jìn)行甘薯的收獲，不僅費(fèi)用高，效率低，而且鮮薯破損率高。北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所針對這一現(xiàn)象，決定下大力氣組織開發(fā)甘薯收獲機(jī)械，從而降低薯農(nóng)勞動強(qiáng)度,增加薯農(nóng)收入，提高甘薯收獲效率，同時(shí)也為甘薯產(chǎn)業(yè)全程機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)。

1 當(dāng)前國內(nèi)外甘薯收獲機(jī)械概況

1.1 國外情況

在發(fā)達(dá)國家，甘薯種植早已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，美國每年種植甘薯的面積大約3.6萬hm2，甘薯收獲機(jī)械的研制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，甘薯的收獲已不再是耗時(shí)、費(fèi)工的作業(yè)。一些其他發(fā)達(dá)國家也基本實(shí)現(xiàn)甘薯收獲機(jī)械化。現(xiàn)在，國外甘薯收獲機(jī)械的發(fā)展進(jìn)入聯(lián)合收獲階段，出現(xiàn)了具有莖葉清除功能的甘薯聯(lián)合收獲機(jī)，可一次完成挖掘—輸送—分離—清選—升運(yùn)過程，與拖拉機(jī)配套，配有液壓控制系統(tǒng)，但是其缺點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格昂貴。

1.2 國內(nèi)情況

國內(nèi)甘薯收獲方法有人工收獲和機(jī)械收獲。由于紅薯收獲作業(yè)費(fèi)工耗時(shí)，勞動強(qiáng)度大，季節(jié)性強(qiáng)，在當(dāng)前我國農(nóng)村勞動力資源短缺的情況下，常因未能及時(shí)收獲而造成重大損失。采用人工收獲具有費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、破損多和漏薯多等缺陷;而機(jī)械收獲效率高，薯塊損傷率低，田間收獲進(jìn)度快，成本低。在挖掘機(jī)械上，中小型懸掛式集條甘薯收獲機(jī)械正處研制推廣階段，其基本原理和結(jié)構(gòu)多借鑒馬鈴薯和大蒜等根莖類作物挖掘機(jī)具。目前，國內(nèi)收獲甘薯的塊莖類作物收獲機(jī)械主要是小型挖掘機(jī)。

大興區(qū)薯農(nóng)用于甘薯收獲的方法大致有兩種：一種是傳統(tǒng)的純粹人工收獲甘薯，其缺點(diǎn)是耗費(fèi)大量的人工，收獲成本高，而且生產(chǎn)效率很低，易傷薯。另一種甘薯收獲方式為小型輪拖后附加一個(gè)簡單的起甘薯裝備，其不足之處就是工作狀態(tài)不穩(wěn)定，但是甘薯破損率較純?nèi)斯な斋@略好。

2 4UC━1型甘薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

(1)甘薯塊莖外表皮薄而細(xì),收獲時(shí)非常容易受損傷,收獲設(shè)備對塊莖的碰撞會損傷塊莖表皮,因此要盡可能使撞傷和擦傷降到最低,設(shè)計(jì)收獲設(shè)備時(shí)要充分考慮傷薯因素。要在滿足甘薯收獲農(nóng)藝條件的前提下，盡量擴(kuò)大零部件的通用性，簡化結(jié)構(gòu)以降低成本。

(2)做到一機(jī)多用，既可以收甘薯又可以進(jìn)行其它塊莖類農(nóng)作物的收獲，使農(nóng)民用最低的投入創(chuàng)造出最高的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 主要部件的選配設(shè)計(jì)

(1)挖掘部分：挖掘鏟的設(shè)計(jì)主要從鏟的受力，材料選取，強(qiáng)度，熱處理方式等方面考慮；

(2)懸掛方式：三點(diǎn)懸掛式能與多種小型拖拉機(jī)配套，掛接方便；

(3)配置方式：選擇正配置，整機(jī)受力均勻，剛性好。

(4)機(jī)架部分：國標(biāo)鋼材加工，強(qiáng)度高，抗震性能強(qiáng)，在田間作業(yè)中保證各工作部件不位移，不變形。

(5)輸送分離裝置∶選用直徑￠14圓鋼做輸送柵條，并用醫(yī)用硅膠管做外皮，這樣既保證了輸送裝置的強(qiáng)度，又解決了甘薯“傷皮”的難題。

(6)傳動部分：選用可靠的鏈傳動作為輸送方式。

2.2.2 輸送轉(zhuǎn)速計(jì)算

已知：一般小型輪拖后動力輸出軸轉(zhuǎn)速540 r／min，初級傳動為兩錐齒輪，一級主動鏈輪16齒，被動鏈輪24齒,二級主動鏈輪14齒，被動鏈輪36齒,輸送帶大爪鏈輪直徑￠210mm，工作時(shí)機(jī)組行進(jìn)速度為5 km／h。

(1)計(jì)算

故二級傳動大鏈輪轉(zhuǎn)速：N=540 r／min×(16／24)×(14／36)=140 r／min

輸送帶速度=大鏈輪最邊緣點(diǎn)線速度

機(jī)組行進(jìn)速度為55 km／h即1.39 m／s

(2)計(jì)算結(jié)論

通過上述計(jì)算可明顯看出：

傳送裝置速度V=1.54 m／s＞機(jī)組行進(jìn)速度為55 km／h即1.39 m／s

因此在進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí)不會產(chǎn)生塊莖作物傳動的雍堵現(xiàn)象，本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可行。

3 工作原理

3.1 設(shè)計(jì)圖樣

4UC-1甘薯收獲機(jī)裝配圖

圖1

3.2 工作原理

4UC━1型甘薯收獲機(jī)與主機(jī)輪拖采用三點(diǎn)懸掛連接，主機(jī)通過萬向連軸節(jié)把后動力輸出傳遞給收獲機(jī)的花鍵軸，再通過花鍵軸另一端的小錐齒輪和II軸上的大錐齒輪連接傳遞動力和扭矩，并初步降低轉(zhuǎn)速，II軸另一端是一個(gè)小鏈輪，它通過鏈條與大抓輪軸上的大鏈輪連接，傳遞動力及扭矩，并實(shí)現(xiàn)二級降速，大抓輪軸上有兩個(gè)直徑210mm的大爪輪，大爪輪軸轉(zhuǎn)動帶動與它嚙合的輸送帶向后輸送前端挖掘鏟入土挖掘出的薯塊和土壤，在輸送過程中，土壤從傳送柵條的空隙自動掉落地面，實(shí)現(xiàn)土壤與作物的分離。

4 主要技術(shù)關(guān)鍵及參數(shù)

4.1 技術(shù)關(guān)鍵

(1)結(jié)構(gòu)簡單，易于操作,耐用；

(2)解決甘薯漏挖，破損，壅堵的難題；

(3)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，既可收甘薯，也可以進(jìn)行其他塊莖農(nóng)作物的收獲。

4.2 主要技術(shù)參數(shù)(表1)

表1

5 實(shí)驗(yàn)測試總結(jié)與效益分析

5.1 實(shí)驗(yàn)測試總結(jié)

2008年～2009年的甘薯收獲季節(jié)，我們科研小組進(jìn)行了多臺多次改進(jìn)試驗(yàn)，終于達(dá)到了任務(wù)書的設(shè)計(jì)要求（表2）。在形成產(chǎn)品的過程中,我們解決了以下難題(1)框架強(qiáng)度不夠，(2)挖掘鏟入土角度問題，(3)傳動?xùn)艞l造成傷薯的問題，(4)換皮帶傳動為可靠的鏈傳動，(5)加裝浮動調(diào)節(jié)裝置(6)壅堵等諸多技術(shù)難題。

4UC-1甘薯收獲機(jī)工作圖 圖2

通過對10臺甘薯收獲機(jī)的抽樣跟蹤實(shí)測，與設(shè)計(jì)任務(wù)比較：

表2

5.2 效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益

采用4UC-1甘薯收獲機(jī)進(jìn)行收獲，提高了勞動生產(chǎn)率，大幅度的降低了人工成本，原來甘薯種植戶用的簡易機(jī)械不能把甘薯完好的挖出來，還要雇用人工帶著手套整個(gè)挖一遍，而且甘薯完好率比較差，漏挖率高；而4UC-1型收獲機(jī)可使甘薯完好率提高到99%以上，收凈率高達(dá)100%，在保證甘薯高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)，提高了甘薯的商品率，從而進(jìn)一步提高了甘薯種植的經(jīng)濟(jì)效益。4UC-1甘薯收獲機(jī)性價(jià)比好、投資回收率高。使用此機(jī)具可比傳統(tǒng)機(jī)具提高二倍以上的工作效率。每畝節(jié)省人工兩個(gè)，直接節(jié)約人工支出80元/畝。根據(jù)示范戶的實(shí)際工作效率（平均）和收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)（平均）計(jì)算。如果按商品價(jià)3000元/臺，平均每天作業(yè)面積30畝，作業(yè)服務(wù)費(fèi)40元/畝，畝耗油1.5升計(jì)算。3000÷（30畝/天×40元/畝-1.5升/畝×6.5元×30畝/天）＝3天經(jīng)測算最多4天即可收回購機(jī)成本。

（2）社會效益

甘薯收獲機(jī)械化技術(shù)推廣的實(shí)施，解決了甘薯種植戶在甘薯收獲過程中勞動強(qiáng)度大的后顧之憂，在提高甘薯機(jī)收面積的同時(shí)，使甘薯種植戶增加了擴(kuò)大種植面積的信心，也為甘薯實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化種植提供了機(jī)具保障，促進(jìn)了我區(qū)甘薯機(jī)械化的發(fā)展。

6 結(jié)語

2008年至2010年，4UC—1型甘薯收獲機(jī)在大興區(qū)龐各莊鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)完成了累計(jì)約3.5萬畝的甘薯收獲任務(wù)。用4UC—1型甘薯收獲機(jī)收獲后的甘薯傷薯率極低，明薯率高，而且主機(jī)油耗低，純工作小時(shí)生產(chǎn)率0.30 hm2/h，作業(yè)速度達(dá)到3.3km/h。4UC—1型甘薯收獲機(jī)在2009年已通過了北京市農(nóng)機(jī)新產(chǎn)品鑒定，現(xiàn)農(nóng)業(yè)部推廣鑒定也已經(jīng)完成，并成功申請國家專利。

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王山松，男，1971生。學(xué)歷：本科。職稱：工程師。從事農(nóng)業(yè)機(jī)械研究。）