一種滾筒梳刷棍式花生摘果機的設計

(山東科技大學機械電子工程學院 山東 青島 266590)

一種滾筒梳刷棍式花生摘果機的設計

朱尚王國全文傲

(山東科技大學機械電子工程學院山東青島266590)

花生是一種出油率很高的油料作物和優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源，我國也是世界上極其重要的花生出口國家之一，因此花生的收獲和加工的機械化是非常重要的。在花生的收獲過程中，摘果是關鍵性的一項作業(yè)。使用機械摘果，可以提高工效，減少損失，同時對花生的及時摘果可減少花生的霉爛和蟲蝕?；ㄉ麑嵣L在植株的根莖部位，其中根莖部位有較多的泥土和碎石，故設計時結構不能太精密。花生植株一般長為：500-700mm，因此設計時應綜合考慮花生植株大小?；ㄉ麑嵰话汩L度為：30-40mm，寬度為10-13mm，故在設計時可根據(jù)此設計摘果原件和篩選原件。

對于花生摘果機的要求如下：

(1)摘果效率高，摘凈率高，果實破碎率低；

(2)摘果時，盡量不要使莖桿短碎，保證莖桿完整；

(3)摘果機要考慮多種復雜工作環(huán)境，堅固耐用，安全可靠，使用，保養(yǎng)，維修時簡單，適合在農(nóng)村推廣；

(4)結構不應過于復雜，功率消耗少。

根據(jù)不同的摘果原理，可以設計成不同的摘果機。故依據(jù)原理可分為以下幾種摘果方案：

揉搓摘果：花生果實和摘果原件之間以及果實之間，果實與莖桿之間的揉搓作用使果實脫落。如紋桿式滾筒摘果機。

梳刷摘果：花生果實和摘果原件之間產(chǎn)生拉力而使花生果實脫落。如釘齒式摘果機。

沖擊摘果：花生果實和摘果原件的相互沖擊使果實脫落。增大沖擊原件的沖擊速度，可提高生產(chǎn)率和凈摘率。如釘齒式滾筒摘果機。

雖然以上原理不同，但是在實際過程中進行設計花生摘果機時，不能使用一種單一的原理進行摘果，應該設計成其中一種原理為主，其它一種或者多種進行輔助，協(xié)同完成花生摘果作業(yè)。故選擇方案為：滾筒梳刷棍式花生摘果機，其工作原理為花生植株進入摘果部件后，在摘果桿的擊打下脫落下來果實，同時摘果桿的設計比較密集，同時具有一定的梳刷作用，同樣可以起到摘果作用。

花生摘果機主要有六部分組成：喂料部分，傳動部分，摘果部分，風選部分，果實收集部分，箱體部分。這六部分協(xié)同工作，共同完成花生摘果作業(yè)，其中摘果部分是花生摘果機的核心部件。

以下是對花生摘果機各部分的介紹：

喂料部分是花生植株通過喂料口進入花生摘果機機體的重要組成部分，同時也組成花生摘果機的整體上箱體。設計此部分時應先保證花生植株的順利進入，同時要保證植株在進入后不會在摘果滾筒的高速轉(zhuǎn)動下不會飛出喂料口。入料口不宜過大，保證花生摘果機的安全工作?？蓪⑽沽峡谠O計成喂入式漏斗狀。

傳動部分作用為將電動機的轉(zhuǎn)動傳遞到花生摘果部分。由于花生摘果機的工作環(huán)境較為復雜，花生植株身泥土碎石多。帶傳動具有結構簡單，傳動平穩(wěn)，價格低廉和緩沖吸震等特點，其中帶傳動還具有負載過大時打滑的特點，既能在三相異步電動機發(fā)生悶車時保護電動機不被燒壞，同時也能在人員或其它雜物鉸入時保護人身和財產(chǎn)安全。因此選擇V帶傳動最為合適。

摘果部分的作用為將果實與花生植株分離。摘果部分作為摘果機的核心部件可設計成滾筒狀，滾筒面焊接擊打果實的原件，可承梳式排列，既能保證擊打作用，亦能有一定梳刷作用。使用主要工作軸帶動滾筒旋轉(zhuǎn)，其實軸與滾筒可以使用鍵連接。并使用平鍵鏈接，優(yōu)點是結構簡單，拆裝方便，維護和維修簡單，對中性好等。支撐軸時可以選擇使用軸承，選擇合適的支撐方案。

風選部分的作用是將摘果部分傳來的果實與植株分離開來。風選部分通過風扇的鼓風作用將花生的植株吹出箱體而果實會透過篩網(wǎng)進入到花生果實的收集裝置中。篩選結構可以設計成網(wǎng)狀結構，應注意網(wǎng)格大小使花生果實能夠準確落入花生收集裝置中。風扇葉片也通過軸的轉(zhuǎn)動來完成旋轉(zhuǎn)，風扇葉片屬于不易損耗品，可將風扇葉片直接焊裝到軸上，通過三相異步電動機帶動軸轉(zhuǎn)動。

箱體的主要作用是支撐傳動，摘果和風選部分，這三部分能否穩(wěn)定且平穩(wěn)工作決定著花生摘果機的穩(wěn)定工作。同時下箱體還具有保護原件，防止雜物進入機體，保護操作人員安全的作用。

三項異步電動機選擇，由于磁極對數(shù)的不同，因此三項異步電動機的同步轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速也不同。即使實在相同額定電壓下，同容量電動機額定轉(zhuǎn)速也有很多種。額定轉(zhuǎn)速過低的話會大大提高電動機的制造成本和電機體積，額定轉(zhuǎn)速過高的話，與主要工作軸轉(zhuǎn)速相差太大，減速傳動裝置復雜。故在選擇三項異步電動機時要綜合考量技術與經(jīng)濟因素。農(nóng)業(yè)機械的轉(zhuǎn)速多數(shù)在1000r/min以下，因此可將花生摘果機的主要工作軸轉(zhuǎn)速選為750—850r/min。

三相異步電動機通過V帶傳動帶動工作主軸高速旋轉(zhuǎn)時，焊接在滾筒外表面的擊打原件也會隨之轉(zhuǎn)動，因此擊打原件的轉(zhuǎn)速為：

其中：V—擊打原件的轉(zhuǎn)速

N—主要工作軸轉(zhuǎn)速

L—擊打原件頂端到主軸軸心的距離

花生摘果機的主要工作軸和滾筒的功率為：

三項異步電動機的功率和轉(zhuǎn)速的確定，首先應該先確定電動機的功率，電動機的額定功率應該稍大于工作要求的功率。容量過小的話會導致摘果機無法正常工作或電動機長時間過載甚至損壞電機。故所需電動機功率為：

其中：Pd—電動機的輸出功率

Pw—花生摘果機的輸入功率

η—電動機到摘果原件的傳動裝置的總效率

總效率η由各個傳動效率組成，其中包括V帶傳動效率η1，滾動軸承效率η2(其中兩組軸承可選用同一傳動效率)，以及滾筒傳遞到擊打原件傳動原件的效率η3。

各效率取值如下：η1=0.97，(0.94～0.97)

η2=0.99，(0.98～0.995)

η2=1， (擊打原件焊接在滾筒上可取值為1)

即總效率η=0.97×0.99×0.99×1=0.9507

由于選擇V帶傳動，應選擇合適的傳動比V，帶傳動的傳動比一般范圍為i=2～4。主要工作軸的轉(zhuǎn)速為750r/min，因此三項異步電動機的轉(zhuǎn)速應為主軸轉(zhuǎn)速的2～4倍，即為1500～3000r/min。

花生摘果機的優(yōu)點是：摘果效率高，可以在短時間內(nèi)完成較大的花生摘果工作量，節(jié)約時間和大量的人力物力資源。結構上的優(yōu)點是設計簡單，安裝簡易，維護和維修簡單。工作平穩(wěn)，震動較少，安全系數(shù)高。在摘果方面的優(yōu)點是摘果破損率低，植株保證比較完整，通用性高，可適用于多種不同長度的植株。同時成本比較低，適合愛農(nóng)村推廣。

花生摘果機的缺點是：并未完全實現(xiàn)自動化話，仍需要人工喂料。摘果率并不是特別高，特別是對于果粒較小的果實，無法完全摘果。這種摘果機的體積和重量都比較大，并不適合頻繁移動。同時機構也有許多設計不合理的地方?？傮w來講，這臺花生摘果機是合適實際生活和生產(chǎn)中使用的，能夠在花生的收獲和加工環(huán)節(jié)起到相應的作用。

朱尚(1993-)，男，在讀碩士，山東科技大學機械電子工程學院，研究方向機電一體化設計。