洋蔥收獲機(jī)收集機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

張洪軍，鐘紫珊，何紫媚，嚴(yán)寶麟

（1.嶺南師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 湛江 524048；2.粵西機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工程技術(shù)研究中心，廣東 湛江 524048）

洋蔥是一種保健類型的蔬菜，它具有降低血壓、擴(kuò)張血管、降低血脂等功效。在我國(guó)被稱為“蔬菜國(guó)王”[1-2]。收獲過(guò)程是洋蔥機(jī)械化種植中重要的環(huán)節(jié)，洋蔥的機(jī)械化收獲水平也遠(yuǎn)低于其他作物，收獲過(guò)程的效率以及技術(shù)決定了農(nóng)作物的產(chǎn)量以及收獲質(zhì)量[3-4]。黑龍江省是我國(guó)洋蔥主產(chǎn)區(qū)之一，采用池種覆膜的種植方式，洋蔥的收獲主要以手工為主，工作效率低，農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度大[5]。因此，設(shè)計(jì)一款滿足地區(qū)生產(chǎn)需要的洋蔥收獲機(jī)，是我國(guó)洋蔥機(jī)械化種植過(guò)程中急需解決的問(wèn)題[6]。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)思路

該洋蔥收獲機(jī)根據(jù)齊齊哈爾市農(nóng)戶的種植方式，設(shè)計(jì)目標(biāo)為同時(shí)收獲兩排洋蔥池。根據(jù)實(shí)地測(cè)量，畦寬1080mm（行距120mm，株距120mm，每畦8行）。兩排洋蔥池中心間距為2600mm。洋蔥收獲機(jī)采用割臺(tái)前置式結(jié)構(gòu)，主要由動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、收獲裝置以及裝載裝置組成。以拖拉機(jī)作為動(dòng)力裝置為整機(jī)提供動(dòng)力，洋蔥收獲機(jī)設(shè)計(jì)采用前置偏心撥禾輪后置螺旋推運(yùn)器的方案，根據(jù)偏心撥禾輪安裝尺寸、位置和螺旋推運(yùn)器的尺寸及安裝要求對(duì)洋蔥收獲機(jī)割臺(tái)部分進(jìn)行動(dòng)力設(shè)計(jì)和三維建模設(shè)。偏心撥禾輪是收集裝置的主要部件，對(duì)偏心撥禾輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，在不同撥禾速比值情況下，分析撥板運(yùn)動(dòng)軌跡、工作方向位移、速度、加速度的變化情況，驗(yàn)證撥禾速比選取的可行性。

1.2 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

該洋蔥收獲機(jī)由拖拉機(jī)和收獲裝置組成，如圖1所示，包括車體，設(shè)置車體前端的收獲裝置和車體中部的傳送裝置；傳送裝置入口端設(shè)置在收獲裝置底部，出口端設(shè)置在裝載裝置頂部；車體上設(shè)置有液壓缸，收獲裝置上設(shè)置有第一液壓馬達(dá)，傳送裝置設(shè)置有第二液壓馬達(dá)，第一液壓馬達(dá)、第二液壓馬達(dá)均與所述液壓缸連接。車體前端的收獲裝置對(duì)洋蔥進(jìn)行收獲，通過(guò)傳送裝置將收獲到的洋蔥進(jìn)行傳送，通過(guò)裝載裝置對(duì)洋蔥進(jìn)行收集裝載，從而完成洋蔥的收獲，有效地減少收獲過(guò)程中對(duì)洋蔥的沖擊損壞。

圖1 前置式洋蔥收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 主要部件設(shè)計(jì)與分析

收獲機(jī)工作時(shí)的速度被稱作收獲速度。背負(fù)式收獲機(jī)的收獲速度一般為2～4km/h，結(jié)合所選拖拉機(jī)檔位。按照收獲機(jī)低檔速度，取：V=0.61m/s，生產(chǎn)率，Q=5.4畝/小時(shí)，喂入量約為35噸/小時(shí)。

2.1 撥禾輪設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真分析

偏心撥禾輪的優(yōu)點(diǎn)主要為撥板傾角可以調(diào)整，對(duì)農(nóng)作物的收獲適應(yīng)能力強(qiáng)，收獲過(guò)程中對(duì)作物的沖擊小。因此，本設(shè)計(jì)采用偏心撥禾輪結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 偏心撥禾輪結(jié)構(gòu)原理圖

在分析撥禾輪的工作過(guò)程時(shí)，為了保證“垂直入禾”、“穩(wěn)定推送”兩個(gè)要求，要合理設(shè)計(jì)撥禾輪直徑D[7-8]。在實(shí)際工作中，撥禾速比λ的大小影響撥禾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，是設(shè)計(jì)撥禾輪直徑的關(guān)鍵因素[9]。對(duì)撥禾輪進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，選取直徑D=600mm，采用Solidwoks軟件建立了三維模型，采用運(yùn)動(dòng)仿真模塊進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。對(duì)不同撥禾速比λ值進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)軌跡、位移、速度和加速度的仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比分析和測(cè)量，當(dāng)λ=1.6時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡扣環(huán)的寬度為120mm，確定收獲機(jī)構(gòu)中撥禾輪可以完成將洋蔥撥入割臺(tái)的工作。

圖3 撥禾輪機(jī)構(gòu)三維模型

圖6 撥板速度變化，此時(shí)λ=1.6

圖7 撥板加速度變化，此時(shí)λ=1.6

2.2 螺旋推進(jìn)器設(shè)計(jì)

螺旋推運(yùn)器主要由螺旋葉片及外殼組成，螺旋片采用橡膠材質(zhì)，降低洋蔥的損耗率。將撥禾輪收集的洋蔥從一端隨著螺旋片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)送至另一端。由輸送裝置送至料倉(cāng)，其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，在水平方向上動(dòng)作穩(wěn)定，可靠性高。

2.3 割臺(tái)設(shè)計(jì)

割臺(tái)設(shè)計(jì)，根據(jù)畦的高度、作業(yè)幅寬、同時(shí)對(duì)兩個(gè)種植池進(jìn)行收獲的工作需要與支架的連接方式確定割臺(tái)的尺寸和形狀。其結(jié)構(gòu)如圖8所示，主要由5mm鋼板與方管和矩形管焊接而成。割臺(tái)兩側(cè)打跑道型孔方便螺旋推運(yùn)器的安裝，在割臺(tái)后方的上橫梁上焊有安裝撥禾輪支架的方管，兩側(cè)割臺(tái)的兩端焊有橫板方便安裝分禾器，在割臺(tái)底板前端加工有光孔，為了安裝鏟齒如圖9所示。

圖8 割臺(tái)總體結(jié)構(gòu)

圖9 鏟齒結(jié)構(gòu)

3 三維建模裝配

收獲機(jī)構(gòu)的工作原理：在收獲機(jī)工作時(shí)割臺(tái)的鏟齒與撥禾輪的撥板共同作用將洋蔥送入割臺(tái)里，再由螺旋輸送器將洋蔥送入輸送機(jī)構(gòu)的入口處。為了保證在收獲機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)過(guò)干涉、裝配尺寸問(wèn)題，對(duì)收獲機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配檢查。通過(guò)三維建模裝配，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性，在工作過(guò)程中撥禾輪與螺旋推運(yùn)器不發(fā)生干涉，螺旋推運(yùn)器兩側(cè)軸承座安裝固定方式合理。收獲機(jī)構(gòu)裝配效果如圖10所示。

圖10 收集裝置三維結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

（1）為了降低洋蔥收獲的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，研制了一種操作方便、價(jià)格低廉的前置式洋蔥收獲機(jī)。

（2）收獲機(jī)的收集機(jī)構(gòu)選用撥禾輪，輸送機(jī)構(gòu)采用螺旋輸送，螺旋片選擇橡膠材質(zhì)，其耐磨性能好，使用壽命長(zhǎng)，并且不會(huì)破壞洋蔥的果肉。

（3）利用Solidwoks軟件對(duì)整機(jī)進(jìn)行了三維建模，對(duì)撥禾輪進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真分析，分析從結(jié)果可知，撥禾輪設(shè)計(jì)尺寸滿足收獲要求。

洋蔥收獲機(jī)的研制提高了洋蔥的收獲效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)洋蔥加工的機(jī)械化與規(guī)?；?，具有重要作用和意義。