草地蝗蟲吸捕機自動卸料裝置設計

烏蘭圖雅，閆建國，圖 雅，杜文亮

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學機電工程學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

0 引言

蝗災與旱災、水災并稱為“3 大自然災害”，它們的暴發(fā)會帶來嚴重危害及損失[1-2]。為了維護草地生態(tài)的良性循環(huán)，提高產(chǎn)草量，減少草地的化學農(nóng)藥污染，我國在控制蝗災方面做了大量的試驗研究和有益的探索，設法尋找草地滅蝗的新途徑[3-5]。草地蝗蟲吸捕機是一種采用物理方法防治草原蝗蟲的新型植物保護機械，主要適用于草原3～5 齡蝗蟲的吸捕或蟲情預報的采樣收集，以及蝗蟲養(yǎng)殖戶對蝗蟲的捕捉。該機能在不同品種和不同蟲口密度下控制蝗蟲對草原的危害，不受草原氣候的影響，不污染環(huán)境，幾乎不摧殘蝗蟲天敵，維護草原生態(tài)的良性循環(huán)，同時實現(xiàn)了對蝗蟲的無毒無害化捕集治理，是一種較為理想的蝗蟲防治與捕捉機械[6]。

課題組前期對蝗蟲吸捕機的吸嘴、吸頭、收集箱、卸料裝置及動力源等進行研究，發(fā)現(xiàn)卸料裝置的排料性能直接影響吸捕和后續(xù)加工質(zhì)量，同時也影響卸料裝置的能耗和效率。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的蝗蟲吸捕機主要存在卸料性能差、效率低、勞動強度大等問題[6-8]。綜合考慮蝗蟲的性質(zhì)、吸捕機吸捕特性及螺旋輸送原理，設計一種螺旋式自動卸料裝置。一方面提高蝗蟲吸捕機的卸料性能；另一方面提高整機的自動化程度，減輕勞動強度，提高效率。

1 整體結構與問題分析

1.1 草地蝗蟲吸捕機總體結構及工作原理

草地蝗蟲吸捕機的結構如圖1 所示，主要由吸捕裝置、收集裝置、卸料裝置、風機、動力部分、傳動裝置、液壓裝置、行走裝置和機架等部件組成。

工作時，拖拉機通過主牽引梁牽引吸捕機前進，柴油發(fā)動機帶動風機葉輪高速轉動，風機產(chǎn)生的正負壓氣流使吸頭吸口處產(chǎn)生回旋氣幕。蝗蟲在回旋氣幕和聚蟲擋板的作用下集結到吸頭處隨負壓氣流一起被吸入分離室，在導向板的作用下使蝗蟲沉降到卸料口，收集到一定量，人工操作卸料裝置進行卸料裝袋。

1.2 存在的主要問題

（1）收集箱底部和卸料裝置喂料斗直接連接，收集箱中的蝗蟲全部擠壓在喂料斗內(nèi)，導致喂入量過大且不可控，蝗蟲之間的擠壓力較大，影響卸料裝置的排料性能。

（2）無法直接獲取收集箱中蝗蟲的收集量，無法保證及時排料。

（3）現(xiàn)有的蝗蟲吸捕機卸料采用手搖式螺旋輸送裝置，勞動強度大、卸料效率低。

2 卸料裝置設計

2.1 主要參數(shù)

根據(jù)前期研究可知，當收集箱中的蝗蟲質(zhì)量達到60 kg 時需要卸料，預定在1 min 之內(nèi)卸料完成（原卸料裝置用3.3 min），則卸料螺旋輸送裝置的生產(chǎn)率為3.6 t/h[9]。

2.1.1 螺旋葉片外徑D

參照一般螺旋輸送機的設計與理論，并根據(jù)蝗蟲卸料的特殊使用條件，采用式（1）計算。

中心軸直徑過大，螺旋槽內(nèi)的空間變小，蝗蟲在狹小的空間內(nèi)運動時堆積量大，其通過性差，蟲體間的相互擠壓程度高，容易擠碎蝗蟲。中心軸直徑過小，其強度和剛度不能滿足使用需求。綜合考慮，取中心軸直徑d=60 mm。

2.1.3 螺旋葉片類型及螺距S

常用的螺旋葉片有實體表面、帶式、月牙式和鋸齒式4 種類型，其中實體螺旋葉片推送力大，生產(chǎn)率高，因此本設計選取實體螺旋面。

螺距按式（3）計算。

式中S—螺旋葉片螺距，mm

隨著螺距的增大，蝗蟲的運動速度增大，可以提高生產(chǎn)率。同時，螺距較大時，螺旋槽內(nèi)的空間變大，蝗蟲在松散的狀態(tài)下運動，其相互擠壓程度減弱，但此時輸送裝置所消耗的功耗增大。綜合考慮，螺距取S=200 mm。

2.1.4 螺旋軸轉速n

在滿足卸料要求的條件下，螺旋軸轉速不宜過高，以免物料與機殼和螺旋葉片撞擊，因此轉速不能超過某一極限轉速。

2.1.5其他參數(shù)確定

螺旋葉片與機殼間的間隙直接影響卸料裝置的輸送性能，間隙過大，機殼內(nèi)蝗蟲的殘留量較大，輸送效率低；間隙過小，對蝗蟲的擠壓力變大，容易擠碎。根據(jù)相關文獻及手冊選擇5 mm。

2.1.6填充系數(shù)φ驗算通過式（5）驗算卸料器的填充系數(shù)。

將相關參數(shù)代入式（6）得到螺旋卸料裝置所需功率為0.52 kW，考慮到蝗蟲在輸送過程中與螺旋葉片、機殼之間的摩擦及蝗蟲之間相互擠壓摩擦所消耗的功率與調(diào)速，選擇1.1 kW 變頻電動機。工作時，由電瓶提供電源，啟動電動機。

2.2 卸料裝置自動控制系統(tǒng)設計

螺旋卸料裝置的結構示意如圖2 所示。為了實時監(jiān)測沉降室內(nèi)蝗蟲的質(zhì)量并控制蝗蟲的排料量，在沉降室和螺旋卸料裝置喂料口中間安裝帶有插板的墊圈式環(huán)形測力傳感器。使用時，先標定沉降室內(nèi)蝗蟲質(zhì)量達到60 kg 時測力傳感器所受到的壓力，并以此壓力值設定傳感器卸料報警閾值。當測力傳感器測試系統(tǒng)報警后吸捕機停止工作，并打開插板，驅(qū)動電動機，帶動螺旋軸旋轉進行排料。通過插板開合的大小可以控制螺旋卸料裝置的喂入量，同時也能避免沉降室內(nèi)的蝗蟲直接集中擠壓在喂料斗。

圖2 螺旋卸料裝置Fig.2 Spiral discharging device

3 結束語

（1）通過前期試驗及分析總結了現(xiàn)有草地蝗蟲吸捕機卸料裝置存在的問題。針對存在的問題，對螺旋卸料裝置進行了改進設計，確定了核心參數(shù)。通過計算獲得螺旋葉片外徑為200 mm、螺距為200 mm、中心軸直徑取60 mm、螺旋軸極限轉速為111.86 r/min、運行轉速為90 r/min 及螺旋葉片與機殼間隙取5 mm。螺旋卸料裝置的生產(chǎn)率為3.6 t/h，比原卸料裝置提高43.5%。

（2）設計了卸料裝置自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了沉降室內(nèi)蝗蟲質(zhì)量的實時監(jiān)測、定量喂料及自動卸料功能。

（3）鑒于季節(jié)原因，樣機沒有在實地中進行吸捕試驗，還需進一步測試驗證。