小型葉菜收割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化

楊蘭玉　王加祥

（常熟理工學(xué)院，常熟 215500）

小型葉菜收割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化

楊蘭玉王加祥

（常熟理工學(xué)院，常熟 215500）

分析和研究葉菜收割的實際工況條件，設(shè)計了一種小型葉菜收割機(jī)。小型葉菜收割機(jī)對提高葉菜種植的勞動效率，降低生產(chǎn)成本、減輕勞動強(qiáng)度具有十分重要的意義。

葉菜 收割機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計 優(yōu)化

引言

隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，葉菜農(nóng)作物的種植面積越來越大。葉菜，泛指小青菜、菠菜等綠葉蔬菜，其在蔬菜中占有很大的比例。2011年的蔬菜播種面積達(dá)到1867萬公頃，蔬菜產(chǎn)量逾6億噸。葉菜類占蔬菜生產(chǎn)總量的30%～40%（由于生產(chǎn)條件、市場需求等差異，各地區(qū)葉菜類蔬菜生產(chǎn)面積和產(chǎn)量差異較大）。以上海為例，2010年郊區(qū)的葉菜類蔬菜種植面積在1萬公頃以上，播種面積4.6萬公頃/年，總產(chǎn)量約120萬噸，其中60%是小白菜類（青菜和雞毛菜）。只要溫度適宜，一般綠葉蔬菜的生長期只有十七八天，即使冬夏兩季，25天左右也就長成了。由于大棚種植面積的逐年擴(kuò)大，葉菜每一季的收割均需要基數(shù)龐大的勞動力。收割菜葉時，工人的工作方式主要為蹲坐，體力勞動強(qiáng)度大，工作效率低。加上大棚內(nèi)空氣不流通，甚至在夏天棚內(nèi)室溫可高達(dá)60°，嚴(yán)重危害著工人的健康。2009-2013年國內(nèi)農(nóng)作物種植面積統(tǒng)計圖如圖1所示。

圖1　2009-2013國內(nèi)農(nóng)作物種植面積統(tǒng)計圖

1　總體設(shè)計方案

1.1整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

該小型葉菜收割機(jī)為往復(fù)割刀自走式收割機(jī)，整機(jī)分為行走部分、收割部分以及輸送部分。行走部分采用的是四輪拖拉機(jī)；驅(qū)動形式為電機(jī)驅(qū)動，通過減速器進(jìn)行必要的速比變化，通過鏈傳動為整車提供動力；收割機(jī)前輪為可升降式輪，通過調(diào)節(jié)前輪調(diào)節(jié)手柄與支架配合螺紋的長度調(diào)節(jié)收割機(jī)的高度，以適應(yīng)不同的收割高度。收割部分設(shè)計為往復(fù)式割刀，通過曲柄滑塊把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成割刀的往復(fù)式直線運(yùn)動，達(dá)到切割的目的。在設(shè)計布置割刀工作部件與輸送帶的相互位置時，要注意割刀與輸送帶交接部分的過渡設(shè)計，同時在割刀與輸送帶過渡處設(shè)計一翻板，功能是通過翻板的翻轉(zhuǎn)把收割的葉菜傳送到輸送帶上，使收獲的葉菜能夠順利傳送到輸送帶，從而實現(xiàn)整個機(jī)構(gòu)的設(shè)計目的。整機(jī)三維圖如圖2所示。

圖2　整體結(jié)構(gòu)布置圖

1.2機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計

機(jī)架機(jī)構(gòu)的作用是固定安裝電瓶、電動機(jī)、輪子以及各種傳動機(jī)構(gòu)等，主要包括車架、擋板、把手、菜筐托板等部件。車架采用鋼管等根據(jù)需要進(jìn)行焊接和組裝。菜筐托板的一端用鉸鏈裝配在車架上，另一端用鏈條固定在把手上面。菜筐放在車架靠近后輪的菜筐托板上，在收割機(jī)作業(yè)時當(dāng)菜框裝滿后需人工替換菜筐。把手與機(jī)架處有一斜裝板料，用以固定把手。機(jī)架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖

1.3傳動機(jī)構(gòu)

傳動機(jī)構(gòu)主要采用電動機(jī)驅(qū)動，本設(shè)計選用電機(jī)為直流電機(jī)。根據(jù)各部分機(jī)構(gòu)要求的不同轉(zhuǎn)速，確定合適轉(zhuǎn)速比，合理選用齒輪減速箱。部分機(jī)構(gòu)同時選用鏈傳動進(jìn)行動力傳遞。需要鏈傳動的機(jī)構(gòu)有后輪驅(qū)動、輸送帶機(jī)構(gòu)以及翻板轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)；不需要鏈傳動的機(jī)構(gòu)為割刀運(yùn)動。

1.4行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)的作用是收割時保證機(jī)器的正常行走、田間轉(zhuǎn)移、緊急剎車和停止的功能。行走機(jī)構(gòu)由前輪、后輪、軸、軸承、軸承座、齒輪減速箱、鏈條鏈輪等部件組成。前輪輪距、后輪輪距與壟溝寬度相適配。后輪為主動輪，直徑為360mm。電動機(jī)與齒輪減速箱相配合，

齒輪減速箱固定安裝在機(jī)架上，通過鏈傳動帶動后輪運(yùn)動。前輪是從動輪，直徑為140mm。通過調(diào)節(jié)手柄與支架配合螺紋的旋和長度來調(diào)節(jié)收割機(jī)的高度，以適應(yīng)不同種蔬菜以及不同的收割環(huán)境。后輪傳動布置如圖4所示。

圖4　后輪傳動布置簡圖

2　結(jié)束語

設(shè)計的葉菜收割機(jī)主要包括機(jī)架機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)等組成。四個電動機(jī)分別作為割刀、刮板、輸送帶主動滾筒、后輪的動力源，電動機(jī)由電瓶供電。電瓶裝在車架靠近后輪的下面。該裝置適合寬度為700mm的壟地綠葉蔬菜的收割。小輪的支架帶有螺旋機(jī)構(gòu)，通過改變螺紋的配合長度來調(diào)整蔬菜的收割高度。這樣可以針對不同的葉菜品種、不同的收割高度進(jìn)行作業(yè)。

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Structural Design and Optimization for Small Leaf Vegetables Harvester

YANG Lanyu,WANG Jiaxiang
(Changshu Institute of Technology, Changshu 215500)

The actual working condition of the leaf vegetables harvest was analyzed and s tudied, and one s mall leaf vegetables harvester was designed. There were many parts such as f rame mechanism, transmission mechanism, travel mechanism, cutting mechanism and transmission mechanism. The small leaf vegetables harvester which was designed both improves the labor efficiency of leaf vegetables planting and r educes the intens ity of labor, wh ich has great significance to reduce the production cost.

Leaf vegetables, harves ter, s tructural des ign, optimization