兩壟四行花生聯合收獲機橫向輸送裝置的設計與試驗

原魯明 , 王東偉，尚書旗

(1.青島農業大學 機電工程學院，山東 青島　266109；2.山東省根莖類作物生產裝備工程技術研究中心，山東 青島　266109

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兩壟四行花生聯合收獲機橫向輸送裝置的設計與試驗

原魯明1,2, 王東偉1,2，尚書旗1,2

(1.青島農業大學 機電工程學院，山東 青島266109；2.山東省根莖類作物生產裝備工程技術研究中心，山東 青島266109

摘要：為解決目前兩壟四行花生聯合收獲機中清選裝置重復設置的問題，設計了一種橫向輸送裝置，用以實現花生果在夾持輸送工序后的匯集，進而落入同一清選裝置完成莢果與雜質的分離，達到節省資源降低功耗的目的。該裝置主要由聯軸器、軸、軸承座、鏈輪、鏈條、刮板、柵條底板和機具護罩等組成。同時，通過試驗與分析確定了輸送裝置刮板的最優結構參數：刮板高度42mm，刮板安裝角度70°，刮板長度650mm。優化后的輸送裝置作業效果明顯提高。

關鍵詞：花生聯合收獲機；兩壟四行；橫向輸送；刮板

0引言

目前，花生聯合收獲機的發展趨勢是向著作業效率高的大型化方向發展，已有多種兩壟四行花生聯合收獲機完成了樣機的設計與田間試驗并通過鑒定。現在已有的兩壟四行花生聯合收獲機主要是將兩臺一壟兩行的花生聯合收獲機整合到一起，共用了動力輸出裝置，其他裝置都是相互獨立的。這樣不僅機器的體積、質量較大，而且造成了資源和功耗的浪費。由于現有四行機有2套清選裝置，所以采用增加1套輸送裝置取代1套清選裝置的方法來進行改進。安裝的清選裝置不僅體積、質量小，而且不會影響花生收獲機的作業質量，減少了不必要的資源浪費，因此橫向輸送裝置的設計與試驗研究具有重要的意義。

筆者設計的橫向輸送裝置，能將一側摘果輥摘下的花生輸送到另一側清選裝置，共同進行清選，提升了花生聯合收獲機整體的實用性。

2.4 兩組遠期并發癥的發生情況比較 陰道分娩組子宮破裂、盆腔粘連、慢性盆腔痛、子宮內膜異位癥、前置胎盤等遠期并發癥的發生率顯著低于剖宮產組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表4。

1結構及工作原理

1.1設計的原則

1)根據花生聯合收獲機單側摘果輥的摘果效率和另一側清選裝置參數要求，設計該橫向輸送裝置(見圖1)的相關參數。

圖1　橫向輸送裝置模型圖

⑤ 圖面配置，地圖整飾：合理安排附圖、附表、文字說明、圖例的位置，突出表達地圖主題，且生動活潑、靈活多變，并按統一設計要求進行地圖整飾。

花生果從拋出點到振動清選篩的運動軌跡可分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動，刮板式前輸送裝置刮板邊緣的線速度應能確保花生落到篩面中心2/3區域，如圖3所示。

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該裝置的結構主要是根據摘果輥的尺寸參數、摘果輥的作業效率，以及清選裝置的技術需求和完成的功能來確定的。輸送裝置要實現對摘果后的花生輸送到清選裝置，并且設計使用的帶有柵條的篩板也具有一定的清選功能。該橫向輸送裝置主要由機架、軸、軸承座、鏈輪、鏈條、帶橡膠帆布的刮板、柵條底板和外殼組成，如圖2所示。

1.3工作原理

在收獲機組前進作業過程中，花生植株被夾持輸送到摘果裝置，一側的摘果輥將花生果摘下，花生果掉落在輸送裝置上，輸送裝置的柵條底板起到一定的分離去土作用。輸送刮板與柵條底板之間有一定的間隙，采用下刮板式刮板，在鏈輪的帶動下鏈條與刮板運動，將被摘下的花生果向另一側的清選裝置輸送。為了與摘果輥配合，輸送裝置的前半段要有一定的傾角、后半段水平，鏈輪的轉速應與摘果量相配合；刮板以一定的線速度運動；落在柵條板上的花生被刮板推動輸送，一部分碎土從底板柵條之間落下。花生果到達輸送裝置的末端后有一定的水平初速度，被拋出到另一側的清選裝置，完成整個作業過程。

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1.刮板　2.機架　3.柵條底板　4.鏈條　5.收集板

2主要參數的設計及優化

2.1輸送裝置線速度

根據農業機械設計手冊了解到，一般刮板式的升運器的線速度為1～2m/s。

刮板式橫向輸送裝置刮板邊緣的最大線速度的確定，應考慮到花生果從摘果輥葉片脫離之后，是以一定的垂直向下初速度作用于刮板位置的運動軌跡，應滿足碰撞之后花生果的反彈高度不超過摘果葉片的最低高度。刮板式輸送裝置中刮板的最小線速度確定應考慮到刮板的最小間距。由于輸送裝置的前半段是傾斜的，如果刮板的速度過慢而刮板間距較大，就會使部分花生果滑下造成損失。

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1.2結構組成

S=v刮板t

式中S—拋出點到篩子1/3至2/3篩寬的距離；

V刮板—刮板式前輸送裝置刮板邊緣的線速度；

t—花生果自由下落的時間。

g—重力加速度；

H—拋出點到篩面的距離；

根據現有機具參數測得200mm

圖3　花生果運動軌跡圖

2.2柵條底板的設計

花生植株經過摘果輥后，花生果掉落到輸送裝置，在刮板的帶動下花生果在柵條底板上運動。柵條底板是由機架橫梁與柵條焊接形成的。為了使輸送裝置與摘果裝置之間保持一定的距離，并使被摘下的花生果不產生劇烈的反彈，將輸送裝置的前半段設計為向下傾斜與水平面的夾角為25°。整個底板采用柵條的形式不僅可以減輕整個輸送裝置的質量而且還可以起到部分清選的作用。但是，柵條間隙應取一個適合距離，距離太小清選效果不明顯，加工工藝反而不合理；距離過大則會使部分花生果落下造成損失，如圖4所示。以不同的柵條間隙為試驗因素，測得相應的輸送裝置的含雜率與損失率的情況如表1所示。

可以看到，傳統CSCOPF模型故障后把所有潮流約束考慮進去，約束條件的規模相比于基態OPF擴大了C+1倍，這會給大系統帶來極大的求解困難。考慮到實際系統故障后，無功就地補償可以快速控制節點電壓，因此本研究只考慮故障后潮流約束，即在上一節OPF模型的基礎上僅增加線性可靠性約束，相比傳統CSCOPF模型得到了簡化，優化問題求解將更為簡便。下面分別介紹基于轉移系數的可靠性約束和校正控制對可靠性約束的修正。

圖4　柵條間隙對輸送裝置工作效果的影響

%

柵條底板與刮板下沿之間有一定的距離，這樣會使靠在刮板一側的花生不僅在底板上滑動而且能滾動，也能使粘在花生果上的土壤從花生果上脫落，方便后續的清選作業。

2.3刮板的設計

刮板是由兩端固定在輸送鏈條上的刮板固定桿與尺寸固定的橡膠帆布組成的，采用下刮板式的輸送方式。其結構如圖5所示。

1.滾子　2.銷軸　3緊固螺栓　4.橡膠帆布刮板

摘果輥的有效工作區域在水平面的投影長度為650mm，所以設計的刮板長度B≤650mm。刮板的高度要根據摘果輥摘果量設計，根據多次試驗結果分析將刮板的高度定為H=36mm。因為輸送裝置的前半段是傾斜向下的且傾角為25°，所以可以近似計算單個刮板的輸送容積V1。

2.3.1刮板參數的確定

2)設計該裝置能將單側摘果輥摘下的花生輸送到另一側的清選裝置，減少了針對原有的1臺機器有2套輸送裝置的資源浪費，進一步提高花生聯合收獲機的實用性。

圖6　刮板容積示意圖

單個刮板的輸送容積為

每小時需要的刮板個數為

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式中G—花生聯合收獲機每小時收獲的鮮花生質量，G≈3 441kg；

ρ—鮮花生果的密度，365.5kg/m3。

W—輸送鏈運動阻力系數，如表2所示。

求得刮板間距386.67mm≤d≤654.08mm，但是刮板間距的確定應該考慮到輸送裝置兩端的特殊情況。在輸送裝置前端由于向下傾斜，應有一個刮板在摘果輥正下方時后面的刮板一定要保證不能將花生果滑出，這需要根據柵條底板的長度確定。輸送裝置后端為防止后端的刮板阻礙到落下花生的運動軌跡。d的取值應該大于拋出處鏈輪1/4圓周長。

2.3.2刮板式輸送裝置功率

輸送裝置在動力的驅動下工作，與摘果裝置配合將在一側摘下的花生果輸送到一套清選裝置后共同進行清選。這種方式不但減少了整機的質量，而且降低了功耗。刮板式輸送裝置所需用功率按下式計算，有

N=Qg(LW+H)×10-3

式中Q—刮板式輸送裝置每秒的升運量(kg)；

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L—輸送裝置的水平投影(m)；

H—輸送裝置的垂直高度(m)；

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表2　套筒滾子鏈鏈條運動阻力系數

所以設計的輸送裝置的功率為

N=Qg(LW+H)×10-3=0.0232kW

通過計算可以發現采用橫向輸送裝置的功率消耗相對于原來的驅動兩個清選裝置所消耗的功率要小得多，并且對作業效果和清選質量都沒有影響。

2.3.3刮板參數的設計優化

設計的橫向輸送裝置，改進了原有機型的不足。在具體參數的設定方面需要進行試驗進行優化選擇。根據對作業質量的影響，選出主要的影響因素，主要包括刮板的傾角α刮板，刮板的高度H刮板，刮板的長度B刮板。3個試驗因素各自有3個不同水平，如表3所示。橫向輸送裝置的性能指標的衡量標準根據輸送裝置的輸送能力的大小即每小時輸送裝置輸送鮮花生果的質量。

表3試驗因素及水平

水平α刮板/(°)H刮板/mB刮板/m1600.030.452650.0360.553700.0420.65

根據所選的試驗因素設計試驗，通過試驗結果分析最優組合。設計試驗方案結果如表4所示。

表4　試驗因素與結果

輸送能力計算公式為

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根據試驗結果分析，輸送刮板的水平傾角、刮板的高度與刮板的長度的增加都會提高輸送裝置的輸送能力。刮板與水平面夾角的增大會使花生在輸送裝置的傾斜前端不容易滑落到外面，有利于花生果的收集。刮板高度與長度的增加都相當于增加了刮板的容積，即提升了橫向輸送裝置的輸送能力。所以，設計的刮板的參數為刮板的高度H刮板=0.42m，長度B刮板=0.65m，刮板與水平面的夾角α刮板=70°。

3結語

1)在機組作業之前，應該先調整好刮板的位置，即在輸送裝置的前端第一個刮板的位置不能使花生滑落出輸送裝置造成浪費，保證輸送質量。

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2)摘果裝置與輸送裝置的傳動關系應該設計合理，摘果速度過快而輸送裝置較慢的情況下會使溢出刮板的工作范圍；反之會使花生更容易產生彈跳造成浪費。因此，應該選擇合適的傳動比。

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Abstract ID:1003-188X(2016)05-0083-EA

Design and Experiment of the Transverse Delivery Mechanism in the Two-ridges and Four-lines Peanut Combine Harvester

Yuan Luming1,2, Wang Dongwei1,2, Shang Shuqi1,2

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China; 2.Shandong Provincial Engineering Technology Research Center for Rootstalk Crop Production Equipment, Qingdao 266109, China)

Abstract：In order to solve the problem that the present two-ridges and four-lines peanut combine harvester with duplication cleaning mechanisms, this paper design a transverse delivery mechanism to realize the peanut to transport together then fall into the same cleaning device to complete the separation of pod and impurities,and to achieve the purpose of saving resources.this device is made up of coupling shaft bearing sprocket chain scraper grids and shells.optimize the structure and test analysis.Through the analysis of experimental data and processing, the scraper of the device determined the best structure and operating parameters:the height of the scraper is 42mm,the angle of it is 70°,the length is 650mm. After optimizing the quality of this device working improve significantly.

Key words：peanut combine harvester; two-ridges and four-lines; transverse delivery mechanism; scraper

文章編號：1003-188X(2016)05-0083-04

中圖分類號：S225.7+3

文獻標識碼：A

通訊作者：尚書旗(1958- )，男，山東青州人，教授，博士生導師。

作者簡介：原魯明(1990- )，男，山東煙臺人，碩士研究生，(E-mail)yuanluming@126.com。

基金項目：山東省科技發展計劃項目(2014GNC112002)；山東省現代農業產業技術體系花生機械崗位項目(SDAIT-05-022-09)；青島市民生科技計劃項目(14-2-3-33-nsh)

收稿日期：2015-04-17