全自動煙葉采收機的設計*

朱華俊，孔昭龍，王志明，王 維，白 煒

(云南昆船電子設備有限公司技術(shù)部，云南昆明 650236)

0 引言

煙草產(chǎn)業(yè)是我國一大經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，而煙葉采收是一項繁重而效率低的體力勞動，并且難以保證采收的及時性，采收耗時長。隨著我國人工勞動力成本的不斷上漲，煙葉采收投入勞動力和所得到的回報不平衡越發(fā)凸顯，已成為煙草生產(chǎn)上的一個瓶頸。而我國對煙葉采收機的研究較少，煙葉采收機械化相對較為落后，特別是進行實際應用的煙葉采收機基本上還處于空白。因此，開發(fā)一款性能可靠、適合國內(nèi)煙草生產(chǎn)的煙葉采收機，對加快我國煙葉采收作業(yè)機械化具有重要意義［1］。

1 工作原理

由于煙株各部分煙葉的成熟度、性狀及烘烤工藝不同，因此，將煙葉劃分為下部葉、中部葉、上部葉來進行采收。下部葉最先成熟，因此，先采收下部葉，之后再分別采收中部葉和上部葉。由于設備無法對煙葉各部分的成熟度、等級進行判別，只能進行同一高度的采摘，因此煙葉采收機主要是針對標準化、規(guī)?；?、規(guī)范化煙田的采收。此類煙田煙株的高度、收獲期及個體差異較小，煙葉劃分可通過規(guī)定高度的方法確定。

根據(jù)煙葉采收的特性，采收機在采摘下部葉和中部葉的方法是相同的，僅只需調(diào)節(jié)采收機構(gòu)的高度即可。在采摘下部葉時，采收機要將采煙通道對準煙株，煙株進入采煙通道后，通道兩側(cè)的螺旋形采葉刀快速旋轉(zhuǎn)將煙葉折下。采摘下來的煙葉通過兩側(cè)的輸送輥筒送至兩側(cè)的提升輸送機，提升輸送機將煙葉提升至上部由風機將煙葉風送至煙筐內(nèi)進行收集。當煙筐裝滿后，可將煙筐向后翻起，倒出煙葉。

采摘上部葉時，采用剛性網(wǎng)格快速上下往復式運動的方式，煙株可穿過網(wǎng)格，而煙葉則被網(wǎng)格打下，其采摘方式如圖1所示。

圖1 上部葉采摘示意圖

2 設備組成

全自動煙葉采收機的動力系統(tǒng)為柴油發(fā)動機，行走系統(tǒng)包括駕駛室、車架、車梁、前后輪等;采摘單元分為上下部葉采摘機構(gòu);輸送單元包括浮動式采摘臺、提升輸送系統(tǒng)及風送系統(tǒng)。上述各系統(tǒng)功能均通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)。煙葉采收機結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2．1 動力及行走系統(tǒng)

采收機采用柴油發(fā)動機作為整車的工作動力源，為節(jié)省空間，車體的4個行走輪是由4個單獨的液壓馬達帶動，發(fā)動機僅為液壓泵提供扭矩。

采收機的車架是設備的裝配基體，它將發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、驅(qū)動行走裝置、采葉機構(gòu)、操作系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等連接成一個整體。由于煙葉采收機主要是在非鋪裝道路低速運行，對行走系統(tǒng)的工況要求相對單一，因此可以大大簡化整機的懸掛結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)和走行機構(gòu)，為采收機構(gòu)和存儲機構(gòu)的布置提供空間。

圖2 煙葉采收機結(jié)構(gòu)

采收機的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓原理如圖3所示。轉(zhuǎn)向機構(gòu)操縱力由發(fā)動機驅(qū)動的液壓系統(tǒng)提供，轉(zhuǎn)向執(zhí)行由兩個轉(zhuǎn)向輪各自配置的液壓缸同步協(xié)調(diào)完成。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為泵空缸系統(tǒng)，實現(xiàn)液壓助力轉(zhuǎn)向。通過方向盤轉(zhuǎn)動帶動液壓泵輸出油液，并控制助力系統(tǒng)，使左右轉(zhuǎn)向液壓缸伸出或縮回，進而帶動轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)動，改變前輪方向以改變運動方向。當需要進行原地調(diào)頭時，只需打開回路中的截止閥，即可實現(xiàn)左右兩個轉(zhuǎn)向油缸的伸縮速度不同，使兩轉(zhuǎn)向輪不同速度轉(zhuǎn)向。

圖3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓原理圖

行走系統(tǒng)液壓原理如圖4所示。系統(tǒng)采用液壓馬達輪邊驅(qū)動方式，兩個前輪和兩個后輪不共軸，這樣輪子的旋轉(zhuǎn)中心不影響設備的底盤高度。整個行走系統(tǒng)采用變量泵控制4路定量馬達的閉式液壓系統(tǒng)。變量泵1為手動變量，通過操縱手柄控制液壓泵的進出油方向。當采收機不動時，可以通過液壓剎車裝置7、8制動兩個后輪，保證采收機在一定坡度上或受外力時能保持原位不動。

圖4 行走系統(tǒng)液壓原理圖

2．2 采葉機構(gòu)

采葉機構(gòu)主要用于對中、下部葉的采摘，煙株進入采葉通道后，通過在采葉通道兩側(cè)的螺旋采葉刀相向旋轉(zhuǎn)將煙葉折下，采葉刀為柔性材料，其外形及運動方式如圖5所示。煙葉折下后落于采煙通道兩側(cè)的輸送輥筒上，通過輥筒送至提升輸送機。在采葉刀上方裝有高度可調(diào)的煙葉隔板，煙葉隔板可以避免采葉刀對上方的煙葉誤采或損傷。

采收機構(gòu)的液壓原理如圖6所示。兩液壓馬達串聯(lián)連接，以保證采收刀運動馬達轉(zhuǎn)速相等［2］。

圖5 采葉刀外形及運動方式圖

圖6 采收機構(gòu)液壓原理圖

2．3 浮動式采葉臺

浮動式采葉臺由采葉機構(gòu)、提升機構(gòu)、風送機構(gòu)等組成。在采收不同部分的煙葉時，需要調(diào)整整個浮動式采葉臺的高度。同時，由于煙株不能保證正好進入采葉通道，因此須對每一顆煙株進行找正。當煙株偏向一端，設備行進時煙株則會觸碰到這一側(cè)的位置開關(guān)，使整個采葉機構(gòu)向這一側(cè)移動，直至煙株能正好進入采葉通道中。浮動式采葉臺的移動均由液壓缸實現(xiàn)，其左右移動液壓系統(tǒng)原理如圖7所示，上下移動液壓系統(tǒng)原理如圖8所示。

圖7 液壓缸左右移動液壓系統(tǒng)原理圖

圖8 液壓缸上下移動液壓系統(tǒng)原理圖

2．4 提升機構(gòu)

提升機構(gòu)位于浮動式采葉臺的兩側(cè)，每側(cè)主要由兩條輸送帶組成，其中外側(cè)是固定輸送帶，內(nèi)側(cè)是下端由拉伸彈簧連接的可活動的輸送帶。當煙葉由輸送輥筒送至提升機構(gòu)時，被兩條輸送帶夾住向上提升(如圖9)，提升機構(gòu)兩端的固定輸送帶分別由兩個液壓馬達帶動，可活動輸送帶由鏈條和固定輸送帶馬達連接帶動運轉(zhuǎn)。提升機構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理如圖10。

提升機構(gòu)采用閥控液壓馬達，兩液壓馬達串聯(lián)連接，轉(zhuǎn)速相等且可以雙向運轉(zhuǎn)。

2．5 風送機構(gòu)

當煙葉被提升機構(gòu)送至采收機上部后，由離心風機送至煙筐內(nèi)，其液壓系統(tǒng)原理如圖11所示。

2．6 往復式打葉機構(gòu)

往復式打葉機構(gòu)用于對上部葉的采摘，由液壓馬達帶動鏈條控制打葉網(wǎng)格進行快速上下往復運動，其液壓系統(tǒng)原理和提升機構(gòu)相同。

圖9 提升機構(gòu)工作原理圖

圖10 提升機構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖

圖11 風送機構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖

2．7 煙 筐

當煙筐滿后須將煙葉從內(nèi)倒出，煙筐的翻轉(zhuǎn)由兩個液壓缸帶動，通過控制三位四通電磁換向閥即可實現(xiàn)煙筐的工作。其液壓系統(tǒng)原理和浮動式采葉臺上下移動液壓系統(tǒng)原理相同。

3 結(jié)語

全自動煙葉采收機各功能均由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)，可進行自動或手動變速，性能穩(wěn)定，且設備操作方法簡單。針對我國煙草農(nóng)藝特點，實現(xiàn)了煙葉的分時、分部采收，且所采收煙葉破損率、造碎率小，不傷煙株，采凈率高、能大幅減輕勞動強度，使煙葉生產(chǎn)由傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代模式轉(zhuǎn)變。

［1］ 肖宏儒，申國民．發(fā)展我國煙草生產(chǎn)機械化的對策［J］．中國農(nóng)機化，2009(3):16-21．

［2］ 王積偉，章宏甲，黃 誼．液壓與氣壓傳動［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2009．