白菜收獲機切削機構(gòu)的設(shè)計

梁 遠，趙勝雪，姜凱巖，李文濤

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319; 2. 黑龍江省尖山農(nóng)場，黑龍江 黑河 161444)

0 引言

白菜、結(jié)球甘藍等都是結(jié)球葉菜的一種。在整個生產(chǎn)過程中，收獲工作占總體工作量的40%。一般收獲工作質(zhì)量的高低，往往會對白菜的貯藏、加工以及售賣產(chǎn)生較大影響。白菜具有易損傷、形狀和球高差異大、種植株距和行距差距較大、栽培整齊等特點。形狀分為筒形、圓形和平頭形。普通白菜結(jié)球的高度一般在20～80 cm左右，差距較大。受白菜的品種和各個地區(qū)耕種習(xí)慣的制約，白菜種植株距普遍在30～80 cm之間。白菜在耕作時，大多采用條播的耕作方式，生長整齊，白菜收獲是一種密集型勞動工作，采取人工收獲成本較高，價格約為白菜生產(chǎn)成本中的33%～50%。白菜收獲機重要部件切削機構(gòu)存在許多亟待解決的問題，對白菜收獲形成制約，其生產(chǎn)機械化仍然不是很高，目前切削機構(gòu)的設(shè)計在收割結(jié)球葉菜機械中十分重要。

1 切削刀的設(shè)計

在機械收獲過程中，切削機構(gòu)是收獲機械的主要部件，其切割性能的好壞會對后續(xù)工作產(chǎn)生很大影響。切削機構(gòu)主要作用是對拔取機構(gòu)所拔取的白菜切除根部，通常被安置于提升機構(gòu)后端。白菜收獲機的切削機構(gòu)類型主要包括循環(huán)式、往復(fù)式與圓盤式3種?，F(xiàn)在較為常用的為往復(fù)式與圓盤式，循環(huán)式切割器很少被使用。在我國一些非大型的收獲機械上，主要采用單圓盤切割器，這是由于單圓盤切割器具有功率消耗較小且工作幅寬大的特點，常用于收獲甘藍、白菜等莖稈較為粗壯的農(nóng)作物，工作時，刀軸可以在平面內(nèi)完成回轉(zhuǎn)運動，同時，刀片也可以完成切削工作，切除被傳入切削機構(gòu)白菜、甘藍的根部，由此便完成了白菜、甘藍與根莖和殘破外葉的分離，實現(xiàn)了切削工作。

國內(nèi)白菜收獲機的設(shè)計普遍以鋸齒狀雙圓盤切刀為主，這種機構(gòu)是通過吸收國外的先進收獲機械原理及理念設(shè)計出來的。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)自主研發(fā)一種圓形切割刀，與常規(guī)切割圓盤不同，把五個直刀片安裝在刀盤上(圖1)，通過這種方式來實現(xiàn)切削。

1.安裝螺釘；2.刀片；3.刀架圖1 切削刀

2 支撐機架的設(shè)計

由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院設(shè)計的白菜收獲機切根部件支架(圖2)，主要由框架、張緊導(dǎo)輪、切根馬達、聯(lián)軸器和帶輪驅(qū)動馬達等組成。帶輪驅(qū)動馬達和切根馬達安裝在支撐框架上，帶輪安裝在帶輪軸上。切根刀片固定安裝在切根馬達前端軸上，張緊導(dǎo)輪通過拉緊彈簧的作用始終使上下兩根皮帶保持張緊狀態(tài)，保證白菜在輸送和切根工序作業(yè)過程中不會出現(xiàn)滑移、甚至脫落現(xiàn)象。支撐框架通過液壓機構(gòu)控制高度，以適應(yīng)白菜生長高度。兩根切削刀軸相對旋轉(zhuǎn)，從而保證白菜切根時的受力平衡，達到良好的切根效果，利于切下白菜并完成輸送。

1.切根馬達；2.上固定架；3.刀軸；4.聯(lián)軸器；5.下固定架；6.刀片；7.固定螺母圖2 撐機架

3 液壓馬達的選取

液壓系統(tǒng)主要優(yōu)勢：實現(xiàn)無極調(diào)速，調(diào)速范圍大，且控制簡單，工作比較平穩(wěn)，換向時沖擊小，能夠?qū)崿F(xiàn)過載保護，容易實現(xiàn)自動化[1]。同等功率下液壓傳動的能量轉(zhuǎn)換元件體積小，質(zhì)量輕。白菜收獲機切削動力控制系統(tǒng)采用液壓動力系統(tǒng)(圖3)。柴油機給定量泵提供轉(zhuǎn)速和動力，經(jīng)分流器一路提供給收割臺的液壓油缸，另一路提供切根馬達及輸送馬達。液壓油缸用于收割臺調(diào)整和控制引拔鏟距離地面的高度，以及切根機構(gòu)的升起與下落，所以液壓缸的作用是通過換向閥和液壓鎖來實現(xiàn)對引拔鏟離地距離的控制，從而達到理想的根切位置。切根液壓馬達通過使切根刀片轉(zhuǎn)動，來完成對白菜的切根工序，每個切根液壓馬達都由單獨的調(diào)速閥進行調(diào)速，以保證工作需要；而帶輸送液壓馬達，可以把白菜運送到提升機構(gòu)上，通過帶動皮帶來實現(xiàn)這一操作；提升輸送馬達，可以把白菜運到平帶輸送部件上面去，通過驅(qū)動傳動鏈，把白菜運送到平帶輸送部上面去；而平帶輸送馬達，則可以通過驅(qū)動平帶輸送部件，保證平帶把已經(jīng)處理好的白菜同時輸送傾倒在后面的白菜收集斗里。溢流節(jié)流閥，或者可以選擇調(diào)速閥，來對液壓馬達進行速度調(diào)控，防止達不到液壓馬達正常工作時所需的正常轉(zhuǎn)速。

1.油箱；2.濾油器；3.定量泵；4.驅(qū)動軸；5.溢流閥；6.手動換向閥；7.切根馬達控制閥；8.分流閥 9.液壓鎖；10.割臺液壓缸；11.切根馬達；12.輸送馬達；13.切根馬達；14.安全閥；15.溢流閥；16.手動換向閥；17.溢流閥圖3 液壓動力系統(tǒng)

根切液壓馬達[2]：設(shè)計刀片長度100 mm。安裝刀盤直徑40 mm，因此根切刀工作回轉(zhuǎn)半徑r=120 mm，切削力F=100 N，根切馬達工作轉(zhuǎn)速n=400 r·min-1；負載轉(zhuǎn)矩為

T=F·r=12 N·m

需要消耗功率P為

P=2πnT

式中，T為負載轉(zhuǎn)矩，單位N·m，n為馬達工作轉(zhuǎn)速，單位r·min-1，計算工作功率P=0.50 kW；選取根切馬達型號為BMRW-50。表1為選取液壓馬達的基本參數(shù)。

表1 根切馬達技術(shù)參數(shù)

4 結(jié)論

通過借鑒國外的白菜收獲機械的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合我國東北地區(qū)白菜種植模式，設(shè)計白菜收獲機的切削機構(gòu)，主要包括切削刀的參數(shù)確定，結(jié)構(gòu)方案確定，動力驅(qū)動方案確定，采用液壓馬達驅(qū)動形式，確定液壓馬達的型號，進行了液壓動力系統(tǒng)的設(shè)計，通過樣機試驗，設(shè)計的結(jié)構(gòu)型式能夠適應(yīng)東北地區(qū)白菜種植模式的白菜收獲機械的應(yīng)用。

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