貴州山地田間鮮煙葉搬運(yùn)機(jī)設(shè)計(jì)方案優(yōu)選

蔣宏婉，任仲偉，張富貴，袁森，秦輝，唐廷圓，齊正

(1.貴州理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003；2.貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；3.遵義市綏陽縣小輝農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社，貴州 遵義 563300)

0 引言

國內(nèi)在煙葉產(chǎn)業(yè)機(jī)械化研究中獲得一定成果，主要集中在管理系統(tǒng)、煙葉采摘、煙葉分揀、輪式煙葉收獲機(jī)、裝卸機(jī)械等方面的研究[1-4]。北京德邦大為科技有限公司[5]生產(chǎn)的煙葉采摘機(jī)在國內(nèi)屬于較為先進(jìn)的自走式煙草收獲機(jī)械。該機(jī)器可以準(zhǔn)確、快速地采摘煙葉，對(duì)煙葉的損傷率較低，能輕松地把煙葉從后方的存煙籃轉(zhuǎn)移到煙葉拖車上，但是該機(jī)器在國內(nèi)煙草采收時(shí)的適應(yīng)性并不是很好，機(jī)器作業(yè)完畢后收獲的煙葉還是會(huì)出現(xiàn)部分破損、破裂和攪碎的現(xiàn)象，無法再對(duì)煙葉進(jìn)行分級(jí)和處理，所收獲的煙葉的次品率有些大。 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)王玲等人[6]設(shè)計(jì)發(fā)明的“一種自動(dòng)行走的煙草收獲機(jī)”，解決了人工采收煙葉效率低下和少數(shù)半機(jī)械化收獲機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高、易堵塞等問題，提供了一種機(jī)構(gòu)簡單的自動(dòng)行走煙草收獲機(jī)。 通過后期機(jī)器在田間的煙葉采收試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該機(jī)器也存在著損傷煙葉的情況，而且較為嚴(yán)重，機(jī)器的適應(yīng)性也不是很好。 貴州大學(xué)的衛(wèi)韋等人[7]以貴州省晴隆縣為研究對(duì)象，分析制約南方丘陵山區(qū)煙葉生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的因素，從研發(fā)適宜的農(nóng)機(jī)裝備、完善農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼政策、改善煙農(nóng)生產(chǎn)基礎(chǔ)條件、提高農(nóng)機(jī)具成本回收率等方面，提出推進(jìn)南方丘陵山區(qū)煙葉生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的思路，但還未實(shí)現(xiàn)機(jī)械化設(shè)計(jì)研究。

本文針對(duì)鮮煙葉運(yùn)輸過程中人工效率低和煙葉二次損傷等難題，結(jié)合貴州煙葉種植實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一款環(huán)境友好型田間鮮煙葉搬運(yùn)機(jī)械，對(duì)于提高煙葉生產(chǎn)效率、促進(jìn)農(nóng)民增收有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)鮮煙葉種植地實(shí)地調(diào)研情況，因壟間距離最大尺寸僅30 cm，故提出整機(jī)結(jié)構(gòu)理論可行方案如圖1 所示。

圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)布置方案

A、B、C、D 方案轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為前或后單側(cè)操作方向盤控制，現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場農(nóng)民與技術(shù)人員反饋意見，將單側(cè)方向盤設(shè)計(jì)為前后雙側(cè)方向盤操作，前后雙側(cè)可控轉(zhuǎn)向即方案E。

2 驅(qū)動(dòng)行走方案

按照田間地形地貌及煙葉種植情況，設(shè)計(jì)了8 個(gè)搬運(yùn)機(jī)行走方案:

(1)三輪方案:雙驅(qū)前轉(zhuǎn)向(方案A)、后單驅(qū)前轉(zhuǎn)向(方案B)、前驅(qū)前轉(zhuǎn)向(方案C)、后雙驅(qū)前轉(zhuǎn)向(方案D)；

(2)兩輪方案:前后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向+左右雙側(cè)輔助輪(方案E)、前后輪同步驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向+左右雙側(cè)輔助輪(方案F)；

(3)四輪方案:后雙驅(qū)前雙轉(zhuǎn)向+左右雙側(cè)輔助輪(方案G)、左右同步驅(qū)動(dòng)前后獨(dú)立轉(zhuǎn)向+左右雙側(cè)輔助輪(方案H)。 所有理論可行方案如圖2 所示。

圖2 驅(qū)動(dòng)行走方案

為實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)壟端轉(zhuǎn)彎或調(diào)頭功能，方案A設(shè)計(jì)后輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為差速結(jié)構(gòu)。 但因壟間距離僅為30 cm，不便安裝差速器，故將該機(jī)構(gòu)取消，取而代之以軟件控制實(shí)現(xiàn)差速功能。

因煙葉種植地形與土壤情況較復(fù)雜，既有坡度又有粘土，因此驅(qū)動(dòng)輪需要雙驅(qū)或四驅(qū)以保證足夠動(dòng)力；同時(shí)考慮轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確協(xié)調(diào)控制，如將驅(qū)動(dòng)輪與轉(zhuǎn)向輪合二為一，會(huì)存在轉(zhuǎn)向輪回正困難等問題，因而為適應(yīng)貴州煙葉種植的復(fù)雜土地環(huán)境兼顧作業(yè)者的便利和效率，最終選擇方案G，即后雙驅(qū)前雙轉(zhuǎn)向+左右雙側(cè)輔助輪。

3 換壟方案

換壟方案擬定3 個(gè)如圖3 所示:整機(jī)移出壟端調(diào)頭換壟、壟中大間隔原位換壟、壟端斜身原向換壟。

圖3 搬運(yùn)機(jī)換壟方案

根據(jù)煙田實(shí)地調(diào)研情況，煙田壟中大間隔情況不多，因而方案B 實(shí)用性不好；而方案A 整機(jī)調(diào)頭換壟占用空間較大，煙田不能完全滿足條件；因而綜合考慮煙田實(shí)際情況和作業(yè)者操作便捷高效，最終優(yōu)選方案C，即整機(jī)壟端斜身原向換壟。

4 結(jié)語

結(jié)合貴州煙田種植和煙農(nóng)作業(yè)實(shí)際情況，對(duì)田間鮮煙葉搬運(yùn)機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)布置方案、驅(qū)動(dòng)行走方案和換壟方案進(jìn)行對(duì)比分析和擇優(yōu)，最終擇優(yōu)方案為:整機(jī)結(jié)構(gòu)布置優(yōu)選方案E 即操作者后位跟機(jī)雙側(cè)直進(jìn)直退；驅(qū)動(dòng)行走優(yōu)選方案G 即后雙驅(qū)前雙轉(zhuǎn)向+左右雙側(cè)輔助輪；搬運(yùn)機(jī)換壟優(yōu)選方案C 即整機(jī)壟端斜身原向換壟。