SJ–100型自走式煙草上房機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

彭才望，孫松林，蔣蘋，石毅新，周菊林

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SJ–100型自走式煙草上房機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

彭才望，孫松林，蔣蘋，石毅新，周菊林

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128)

為實(shí)現(xiàn)煙草上房烘烤時(shí)煙草順利提取、輸送、有序擺放，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)研制了SJ–100型自走式煙草上房機(jī)。該機(jī)包括行走裝置、提取裝置、升降輸送裝置、擺放裝置。行走裝置為電機(jī)前驅(qū)后輪轉(zhuǎn)向的四輪底盤，兼具良好的操作性能和通過(guò)性能；提取裝置和擺放裝置均采用雙平行四邊形機(jī)構(gòu)，可在上下升降和前后推送擺放過(guò)程中始終保持煙草平衡狀態(tài)。工作時(shí)，提取裝置提取煙草后，經(jīng)升降輸送裝置移動(dòng)到擺放裝置，并在烤房上擺放。試驗(yàn)結(jié)果表明，作業(yè)過(guò)程中煙草提取平穩(wěn)且提取力足，輸送順暢，擺放整齊有序，測(cè)得行走速度3.11 m/s，單次提取質(zhì)量150 kg，輸送速度0.2 m/s，凈升降輸送高度1.9 m，作業(yè)質(zhì)量滿足烤房布局要求和作業(yè)要求。

煙草上房機(jī)；提??；升降；擺放

煙草烘烤需要大量的勞動(dòng)力，生產(chǎn)效率較低[1]。為提高煙草烘烤質(zhì)量和生產(chǎn)效率，許多學(xué)者針對(duì)煙葉烘烤環(huán)節(jié)和裝煙烘烤方式、密集烤房的改造進(jìn)行了大量的研究，豐富了烤煙烘烤的理論基礎(chǔ)，為煙草烘烤環(huán)節(jié)的發(fā)展提供了依據(jù)[2–4]。王景貴等[5]研制了一種鋼絲彈力煙夾，可有序整齊地?cái)[放煙草，防止煙草脫落；王衛(wèi)峰等[6]研制了快速籠式煙夾，改善了煙草裝夾現(xiàn)狀；馬欣等[7]利用固定方桿和鋼絲進(jìn)行編煙，提高了編煙效率；黃衛(wèi)東等[8]設(shè)計(jì)了一種擺動(dòng)鉤針式煙葉編織機(jī)，解決了人工編煙費(fèi)時(shí)費(fèi)力問(wèn)題。針對(duì)烤煙的普通烤房、普改密烤房、、散葉烤房、三層和四層密集烤房等，已有一些對(duì)比研究[9–12]。孫敬權(quán)等[13]對(duì)烤煙燃煤型密集烤房進(jìn)行改進(jìn)研究，推出新的成型密集烤房，具有節(jié)能、省工的特點(diǎn)。盧軍等[14]研究泡沫保溫材料的密集烤房，該種烤房提高了煙草烘烤質(zhì)量、節(jié)能、高效。從已有的相關(guān)煙草烘烤研究成果來(lái)看，主要集中在裝煙設(shè)備和烤房的設(shè)計(jì)、改進(jìn)方面，降低了裝煙勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了烤房烤煙質(zhì)量。但是，在煙草有序提取送入烤房并整齊擺放過(guò)程中仍然存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、煙草損傷率高等問(wèn)題。

基于此，按照現(xiàn)有密集烤房為長(zhǎng)4 m、寬2.7 m、高3.2 m、裝煙3層的結(jié)構(gòu)建造規(guī)格，筆者設(shè)計(jì)研制了SJ–100型自走式煙草上房機(jī)。該機(jī)采用電機(jī)后驅(qū)后輪轉(zhuǎn)向的四輪行走底盤結(jié)構(gòu)，操作較靈活、輕便，具有良好的通過(guò)性能和操作性能，能較好適應(yīng)烤房作業(yè)；升降輸送裝置和擺放裝置采用雙平行四邊形機(jī)構(gòu)，能有序、平穩(wěn)、快速實(shí)現(xiàn)煙草提取、輸送和擺放作業(yè)。同時(shí)，電機(jī)后驅(qū)后輪轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)前方煙草提取、升降、擺放操作無(wú)死角，適應(yīng)烤房作業(yè)要求，保證煙草順利整齊擺放在烤房上。現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1　總體結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

1.1　總體結(jié)構(gòu)及工作原理

SJ–100型自走式煙草上房機(jī)由煙草提取裝置、煙草升降輸送裝置、煙草擺放裝置、行走裝置、電控系統(tǒng)及電池組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1　高位液壓舉升桿；2　驅(qū)動(dòng)電機(jī)；3　前驅(qū)動(dòng)輪；4　低位液壓舉升桿；5　低位升降平衡連桿機(jī)構(gòu)；6　液壓動(dòng)力馬達(dá)；7　后轉(zhuǎn)向輪；8　車架；9　蓄電池；10　高位升降平衡連桿機(jī)構(gòu)；11　平衡支架；12　液壓推桿；13　托架；14　掛煙桿。

煙草上房機(jī)有序?qū)煵萆瞪戏孔鳂I(yè)過(guò)程為純電動(dòng)作業(yè)，無(wú)污染。該機(jī)能根據(jù)烤煙房的空間結(jié)構(gòu)，自動(dòng)仿行，煙草升降上房高度可調(diào)。后輪轉(zhuǎn)向，操作靈活簡(jiǎn)單。根據(jù)烤房的尺寸，烤房擺放煙草的最高位置為3.0 m，擺放煙草最低位置為1.2 m。整機(jī)為后輪轉(zhuǎn)向，前輪驅(qū)動(dòng)，機(jī)具前方為煙草懸掛，駕駛員坐于后方位置，便于操作煙草上房過(guò)程。機(jī)具作業(yè)前，人工將煙草整齊掛在待取煙架支柱上，調(diào)節(jié)高低位的液壓舉升桿長(zhǎng)度，控制煙草上房機(jī)掛煙桿的高度，使之能夠順利提取煙架上的煙草。在到達(dá)烤煙房前30 cm處，由液壓推桿推動(dòng)掛煙桿一端，調(diào)節(jié)掛煙桿左右橫向?qū)挾?，使左右掛煙桿寬度低于1.3 m，進(jìn)入烤房。機(jī)具進(jìn)入烤房后，根據(jù)所需的高度，低位液壓舉升桿先工作，高位液壓舉升桿后工作，在整機(jī)舉升高度高于3.0 m后，液壓推桿收縮工作，將進(jìn)入烤房前的變形掛煙桿復(fù)位到水平最大寬度，使左右掛煙桿前端平齊，待觀察煙架高于烤煙房壁槽10 cm時(shí)，高位液壓舉升桿收縮，將掛滿煙草的煙架擺放于烤房最高位，待擺放后，液壓推桿再次推送，將掛煙桿變形，左右寬度低于1.3 m，機(jī)具后退，移出烤煙房。依次從高到底，循環(huán)下個(gè)位置的煙草上房過(guò)程。

1.2　主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)GB/T 23219—2008 烤煙烘烤技術(shù)規(guī)程以及同類機(jī)型的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，SJ–100型自走式煙草上房機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1　SJ–100型自走式煙草上房機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

2　主要部件的設(shè)計(jì)

重點(diǎn)對(duì)提取裝置、升降輸送裝置和擺放裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

2.1　煙草提取裝置

煙草提取是煙草上房機(jī)工作過(guò)程中的第一道工序，直接影響煙草上房后續(xù)過(guò)程以及整個(gè)煙草上房效果。首先，人工將整理好的煙草有序掛在地面煙架上，待煙草上房機(jī)提取裝置提取，如圖1所示。機(jī)具作業(yè)時(shí)，掛煙桿在液壓推桿推力作用下前后伸縮，未收縮前，兩根掛煙桿平齊后寬度1.3 m，收縮后，寬度低于1.3 m。掛煙桿上有限位釘，限位釘能保證多桿掛煙橫梁不相互影響，且保障一定間隙，為30~40 cm。掛煙桿前面掛煙部分長(zhǎng)度為1.8 m，根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況(煙草烘烤前濕度情況)選擇煙夾數(shù)。為配合煙草上房機(jī)作業(yè)及烤房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，煙架支柱上有煙桿，煙桿上均勻分布有煙草，前后煙架支柱之間的間隔為30~40 cm，橫向煙架支柱之間間隔為1.3 m。煙草上房機(jī)提取煙草時(shí)，機(jī)具行駛至地面煙架前30 cm，液壓推桿工作，推動(dòng)煙草提取裝置，掛煙桿發(fā)生前后變形，調(diào)整掛煙桿左右兩端距離，使之變窄小于1.3 m，以進(jìn)入提取狀態(tài)。煙草提取裝置采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，其中有托架、平衡支架做輔助支撐，工作平穩(wěn)，擺動(dòng)較小，能夠?qū)崿F(xiàn)掛煙桿左右變窄進(jìn)入煙架后提取人工已經(jīng)擺放的煙草。根據(jù)烤房與煙桿尺寸計(jì)算，設(shè)計(jì)兩掛煙桿寬度擺正狀態(tài)下為1.2 m，偏擺狀態(tài)下寬度為1.1 m，推夾機(jī)構(gòu)沿中心定位銷的偏擺角23.56°。

1　液壓推桿；2　平衡支架；3　托架；4　掛煙桿；5　限位釘。

2.2　煙草升降輸送裝置

煙草升降輸送裝置采用雙平行四邊形機(jī)構(gòu)，雙平行四邊行機(jī)構(gòu)在升降工作中，能保證掛煙桿始終與地面保持相對(duì)水平，平衡性高，降低掛煙桿提升煙草作業(yè)中的上下偏晃程度。雙平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)高低液壓舉升桿作用，實(shí)現(xiàn)煙草從低到高的提升過(guò)程，提升過(guò)程先低位液壓舉升桿工作，后高位液壓舉升桿工作，下降過(guò)程則相反，如圖3所示。液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力由液壓電機(jī)提供：采用直流電機(jī)(TSZ112–1.5–30–4)，功率1.5 kW，轉(zhuǎn)速3 000 r/min；單次承受最大舉升負(fù)載質(zhì)量約為150 kg。雙平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)作業(yè)過(guò)程中具有很大的伸縮性與穩(wěn)定性，煙草上房機(jī)在保證作業(yè)高度的前提下，結(jié)構(gòu)更加緊湊與穩(wěn)定。雙平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)兩側(cè)各安裝1個(gè)位置傳感器，通過(guò)傳感器定位實(shí)現(xiàn)煙草升降高度的自動(dòng)定位，在掛煙桿的頂端安裝一個(gè)攝像探測(cè)頭，方便駕駛操作員通過(guò)影像判斷作業(yè)高度和作業(yè)完成情況。煙草上房機(jī)升降輸送裝置采用液壓控制系統(tǒng)和傳感器定位裝置，準(zhǔn)確、自適應(yīng)控制煙草上房所需的舉升高度，上房作業(yè)效率高、液壓系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠。

1　后轉(zhuǎn)向輪；2　液壓泵；3　推送液壓缸；4　掛煙桿；5　高位升降平衡連桿機(jī)構(gòu)；6　低位升降平衡連桿機(jī)構(gòu)；7　高位液壓缸；8　低位液壓缸；9　車架。

2.3　煙草擺放裝置

煙草擺放裝置和煙草提取裝置是同一結(jié)構(gòu)，工作原理相同，差別在于煙草擺放作業(yè)是在烤房中，烤房?jī)杀谥g距離1.3 m，液壓推桿推送掛煙桿，縮小掛煙桿左右寬度，進(jìn)入烤房(圖4)。液壓升降輸送機(jī)構(gòu)將煙草提升到指定高度后，液壓推桿工作，復(fù)位掛煙桿行程，掛煙桿恢復(fù)到水平最大寬度狀態(tài)，攝像探測(cè)頭在監(jiān)控?zé)煑U略高于烤房壁卡槽10 cm距離時(shí)，緩慢收縮高位液壓舉升桿，煙桿順利落入烤煙房壁卡槽中，液壓推桿收縮工作，煙草上房機(jī)退出烤房，繼續(xù)下一高度煙草上房作業(yè)?？痉勘诳ú圩畲蟾叨?.0 m，最低高度1.2 m。

1　液壓推桿；2　左掛煙桿；3　右掛煙桿。

4　樣機(jī)的研制與試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，采用UG軟件建立SJ–100自走式煙草上房機(jī)樣機(jī)模型，如圖5所示，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力學(xué)仿真以及干涉檢查，確保所設(shè)計(jì)研制的煙草上房機(jī)各零部件設(shè)計(jì)合理與裝配合理[15]。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的煙草上房機(jī)相關(guān)零部件參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，研制SJ–100自走式煙草上房機(jī)，如圖6所示。

圖5　SJ–100型自走式煙草上房機(jī)的三維模型

圖6　SJ–100型自走式煙草上房機(jī)

樣機(jī)研制完成后，在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行煙草上房試驗(yàn)。試驗(yàn)烤房長(zhǎng)4 m、寬2.7 m、高 3.2 m，可裝煙3層，密集烤房結(jié)構(gòu)。烤房最低層煙夾擺放位置和最高層煙夾擺放位置高度差1.8 m，其中，最低層煙夾擺放位置距離地面高為1.2 m，煙夾兩側(cè)水平寬度1.3 m。掛煙桿前端均勻加持10個(gè)煙夾，煙夾下方共懸掛煙草質(zhì)量150 kg。煙草上房效果如圖7所示。

圖7 煙草上房試驗(yàn)效果

試驗(yàn)結(jié)果表明：在尚無(wú)定量評(píng)價(jià)煙草上房質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的情況下，參考GB/T 23219—2008 烤煙烘烤技術(shù)規(guī)程以及同類型機(jī)型的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，煙草上房的作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)依據(jù)以煙草上房高度、煙草上房單次質(zhì)量、煙草上房機(jī)操作性能為準(zhǔn)。試驗(yàn)過(guò)程中，SJ–100自走式煙草上房機(jī)工作性能穩(wěn)定，各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，自行走速度3.11 m/s，水平舉升煙草速度0.2 m/s，舉升凈高度1.9 m，滿足烤煙房最高層位置煙夾上房需求；單次舉升質(zhì)量150 kg，滿足烤房煙夾一次性上房質(zhì)量要求；水平推送擺放煙草速度0.06 m/s，水平推送距離0.36 m，滿足煙夾水平寬度1.3 m內(nèi)左右調(diào)整擺放裝置的寬度，SJ–100型自走式煙草上房機(jī)可靈活前后進(jìn)退烤房，使用靈活，操作方便。

5　結(jié)論

基于現(xiàn)有密集烤房的建造規(guī)格，利用理論分析和三維軟件對(duì)SJ–100型自走式煙草上房機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一方面得到自走式煙草上房的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，另一方面證明了設(shè)計(jì)方案的可行性。在確定可行的前提下，按照設(shè)計(jì)方案對(duì)SJ–100型自走式煙草上房機(jī)進(jìn)行研制并在密集烤房中試驗(yàn)煙草上房過(guò)程。結(jié)果表明，該機(jī)較好地解決了煙草上房過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低的問(wèn)題；采用后輪轉(zhuǎn)向，可操作性好；該機(jī)升降高度、平移寬度、進(jìn)退距離和密集烤房的建造規(guī)格具有良好的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了有序提取、輸送、擺放，滿足煙草上房烘烤的規(guī)?；⒓s化要求。

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責(zé)任編輯：羅慧敏

英文編輯：吳志立

Design and experiment of SJ–100 self–propelled tobacco lifting machine

PENG Caiwang，SUN Songlin，JIANG Pin，SHI Yixin，ZHOU Julin

(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Aiming at achieving that tobacco was extracted, transported and ordered in an orderly manner and reducing labor intensity. the SJ–100 self–propelled tobacco lifting tobacco was designed. The tobacco lifting machine mainly composed of walking device，lifting device, delivering device and putting device. A four–wheel chassis of the motor drive and the rear wheel steering was used as walking device to achieve good performance of passing and operating. Both the lifting device and the putting device adopt the double parallelogram mechanism, which can always keep the tobacco in balance during the up–and–down lifting and the front and rear pushing. When the machine works, the tobacco on the ground was lifted from the lifting device and moved to the placement device via the lift conveyor and then placed on the grill. The test results show that the process of tobacco lifting and putting were smoothly and orderly, the walking speed was 3.11 m/s, the single lifting quality was 150 kg, the conveying speed was 0.2 m/s, the net elevating conveyor height was 1.9 m, It is shown that all working quality index can meet the requirements of the curing barn and the tobacco lifting.

tobacco lifting machine; grapping; lifting; placing

S225.99

A

1007-1032(2017)05-0556-04

2017–02–22

2017–08–05

中國(guó)煙草總公司重點(diǎn)項(xiàng)目(11–13Aa05)

彭才望(1988—)，男，湖南衡陽(yáng)人，博士研究生，講師，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動(dòng)化研究，15173125671@163.com

投稿網(wǎng)址：http://xb.hunau.edu.cn