玉米收獲機(jī)采摘系統(tǒng)設(shè)計(jì)

玉米收獲機(jī)采摘系統(tǒng)設(shè)計(jì)[摘要]割臺(tái)是玉米收獲機(jī)的核心部分，根據(jù)玉米的生長(zhǎng)特性，設(shè)計(jì)合適的玉米收獲機(jī)采摘系統(tǒng)，對(duì)采摘系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行了理論分析和設(shè)計(jì)，為玉米收獲機(jī)的制造提供了依據(jù)。割臺(tái)部分包括分禾器、拉莖棍、夾持輸送鏈。摘棍是玉米收獲機(jī)摘穗裝置的關(guān)鍵部件，因此，研究玉米莖稈在摘棍間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與摘穗各結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系十分重要。[關(guān)鍵詞]玉米；拉莖棍；摘穗裝置；分禾器

DesignofTheCornHarvesterPickingSystemAbstractCornCuttingtableisacorepartofthecornharvest,accordingtothegrowthcharacteristicsofmaize,designappropriatepickingsystem,themaincomponentsofthesystemofpickingatheoreticalanalysisanddesign,manufacturecornharvesterprovided.Cuttingtablesectionincludescropdividers,pullthestemsstick,grippingconveyor.Abstractstickisakeycomponentofcornharvestersnappingdevice,therefore,maizestalksinrelationsbetweenthestateofmotionAbstractsticksnappingeachstructureandmotionparametersisveryimportant.Keywords：corn；pullthestemstick；harvestingdevice；nearsidedivider目錄引言 玉米收獲機(jī)概述1.1國(guó)內(nèi)外玉米收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀1.1.1國(guó)內(nèi)玉米收獲機(jī)的研制狀況我國(guó)玉米收獲機(jī)械研制起步晚，水平低，玉米機(jī)械化收經(jīng)歷了從引進(jìn)國(guó)外樣機(jī)試用、仿制、改進(jìn)到消化吸收、自行設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，并取得了很好的成果。到目前為止，我國(guó)從事玉米收獲機(jī)研制生產(chǎn)的單位有60多家，已開(kāi)發(fā)研制出的機(jī)型有60多個(gè)產(chǎn)品。從整體情況看，目前生產(chǎn)玉米聯(lián)合收獲機(jī)除懸掛式(背負(fù)式)外，大都處于樣機(jī)研制或試驗(yàn)階段。各種機(jī)型仍需不斷改進(jìn)和完善，到大規(guī)模投入生產(chǎn)應(yīng)用尚需一段時(shí)間。我國(guó)生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機(jī)按收獲工藝可分為兩種：摘穗—?jiǎng)兤ぁ胧占o稈粉碎還田(或收集)；摘穗—果穗收集—莖稈粉碎還田(或收集)。玉米收獲工藝研制的機(jī)型有牽引式、懸掛式(背負(fù)式)、自走式和玉米割臺(tái)等四種機(jī)型。國(guó)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)果穗收獲、莖稈切碎一體化的技術(shù)已申報(bào)專利有很多，代表性的有：立式摘穗莖桿切碎裝置；在普通臥式摘穗輥式收獲機(jī)割臺(tái)下方安裝與摘穗輥平行的刀軸，在刀軸上安裝不同形式的切刀，通過(guò)動(dòng)定刀配合、動(dòng)動(dòng)刀配合等方式實(shí)現(xiàn)玉米收獲、秸稈粉碎一體化技術(shù)兩種技術(shù)類型。但總體說(shuō)來(lái)國(guó)內(nèi)的果穗收獲、莖稈切碎一體化的技術(shù)尚未成熟。我國(guó)玉米收獲機(jī)械化仍然存在著許多問(wèn)題。首先表現(xiàn)在基礎(chǔ)部件研究不足，很多單位只是注重整機(jī)的研制開(kāi)發(fā)，從而造成眾多機(jī)型在收獲工藝和機(jī)構(gòu)參數(shù)上大同小異、重復(fù)制造。其次是產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性差，機(jī)器故障頻繁，從而造成玉米籽粒破碎率、果穗損失率、高等問(wèn)題。我國(guó)目前從事玉米聯(lián)合收獲機(jī)研究和制造的單位有30多家，約20個(gè)產(chǎn)品，分為自走式、懸掛式、牽引式和谷物聯(lián)合收獲機(jī)配玉米割臺(tái)等四種形式，又分單行和多行。但各廠家的產(chǎn)量都不大，其主要原因就是如上所提到的機(jī)具的適應(yīng)性題、農(nóng)民的購(gòu)買力和玉米收獲機(jī)的關(guān)鍵部件的可靠性等問(wèn)題。因此必須加快對(duì)玉米聯(lián)合收獲機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備的研究，以加速玉米收獲機(jī)械化的進(jìn)程。在自動(dòng)化程度方面，由于國(guó)產(chǎn)玉米收獲機(jī)以實(shí)用為主，主要考慮降低制造成本，對(duì)自動(dòng)化要求不高，因此明顯落后于國(guó)外產(chǎn)品。目前，在已研制的機(jī)型中還有可靠性差、效率低、對(duì)作物的不同行距適應(yīng)能力不強(qiáng)等問(wèn)題，個(gè)別機(jī)型的損失率和破碎率還有待進(jìn)一步降低。國(guó)內(nèi)近期玉米收獲機(jī)械仍以價(jià)格較低的懸掛式機(jī)型為主，適應(yīng)多種行距的玉米收獲機(jī)具將會(huì)隨著技術(shù)的不斷完善迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。穗莖兼收型玉米聯(lián)合收獲機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)莖稈資源的回收利用，將是玉米聯(lián)合收獲機(jī)近期研究、開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，以適應(yīng)畜牧業(yè)發(fā)展的要求，在畜牧業(yè)發(fā)展就快的地區(qū)，這種機(jī)型有較好的發(fā)展前景，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將會(huì)出現(xiàn)比較實(shí)用的暢銷機(jī)型。[3]1.1.2國(guó)外玉米收獲機(jī)的研制趨勢(shì)目前國(guó)外玉米收獲機(jī)的研究與生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，目前在美國(guó)、德國(guó)、烏克蘭、俄羅斯等西方國(guó)家的玉米收獲(包括籽粒和秸稈青貯)已基本實(shí)現(xiàn)了全部機(jī)械化作業(yè)。國(guó)外多采用一年一作的種植方式，玉米收獲時(shí)含水率低，主要采用玉米摘穗直接脫粒的收獲工藝。如美國(guó)的Johndeere公司、Case公司、德國(guó)的Mengle公司、道依茨公司生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機(jī)，絕大部分是在小麥聯(lián)合收獲機(jī)上換裝玉米割臺(tái)，并通過(guò)調(diào)節(jié)脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速和脫粒間隙進(jìn)行玉米的收獲。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)特點(diǎn)：1．在保證良好性能的前提下，向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入量和高速發(fā)展。喂入量已由一般的5~6千克／秒發(fā)展到10~12千克／秒所配發(fā)動(dòng)機(jī)的功率最大到243千瓦，正在研發(fā)的有276千瓦；割臺(tái)最大割幅已超過(guò)9米。配谷物聯(lián)合收割機(jī)的玉米割臺(tái)由收割4~6行發(fā)展到收割8行。發(fā)動(dòng)機(jī)功率為19千瓦。最高作業(yè)速度超過(guò)3.6千米／小時(shí)。2．向擴(kuò)大機(jī)器的通用性和提高適應(yīng)性發(fā)展。除發(fā)展多種專用割臺(tái)（大豆、玉米、向日葵、水稻或捋穗型割臺(tái)）外，同一臺(tái)機(jī)器還可配不同割幅的割臺(tái)以適應(yīng)不同作物和不同單產(chǎn)的需要；改進(jìn)機(jī)體結(jié)構(gòu)（如收割臺(tái)的仿型機(jī)構(gòu)、清糧室的自動(dòng)調(diào)平裝置等），使其更好地適應(yīng)不同作物和傾斜地面，行走裝置配置多種寬度的輪胎、履帶，以提高工作的適應(yīng)能力。3．對(duì)保持收獲中低損失率、高清潔度的主要工作部件的研究更為深入新型脫粒分離裝置的研究，以提高生產(chǎn)率，減少谷粒損失為目標(biāo)，是現(xiàn)代玉米聯(lián)合收割機(jī)最主要的發(fā)展趨勢(shì)。在傳統(tǒng)的紋桿切流滾筒及鍵式逐鎬器的脫粒分離裝置之后，雙滾筒橫置的軸流式結(jié)構(gòu)廣為應(yīng)用，繼而又研制了單滾筒或雙滾筒縱置的軸流式脫粒分離結(jié)構(gòu)，大大提高了脫粒率。4．新材料和先進(jìn)制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用使產(chǎn)品性能更好，可靠性更高將玉米聯(lián)合收割機(jī)機(jī)架、割臺(tái)體加大壁厚或加強(qiáng)骨架、用大直徑薄壁鋼管作軸，紋桿進(jìn)行表面硬化處理、各種聯(lián)合收割機(jī)在易堵塞的部件上設(shè)置各種快速切離的安全裝置、傳動(dòng)膠帶采用新的結(jié)構(gòu)和材料、切割裝置都進(jìn)行8小時(shí)以上磨合試驗(yàn)和升溫運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)、重要工作部件裝機(jī)前的磨合試驗(yàn)或試運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)格保證體系。5．廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)，向舒適性、使用安全性、操作方便性方向發(fā)展為改善駕駛員工作條件，普遍裝有現(xiàn)代化的密閉駕駛室以隔熱、隔噪音；轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)速、收割機(jī)切割高度、谷物損失量、糧箱填充量、排草堵塞等配有信息顯示；自控裝置包括自動(dòng)對(duì)行、割茬高度自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)控制車速，自動(dòng)停車等；安全生產(chǎn)的警報(bào)輸出和互鎖補(bǔ)償系統(tǒng)有故障警報(bào)、信號(hào)報(bào)警或語(yǔ)音報(bào)警、啟動(dòng)耳鎖、單柄操作互鎖、運(yùn)輸與收獲互鎖等功能。6．向智能化收獲機(jī)發(fā)展集全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)和遙感系統(tǒng)于一身的"精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)"技術(shù)在智能化玉米收割機(jī)上的應(yīng)用是當(dāng)今收獲機(jī)械化最新、最重要的技術(shù)發(fā)展。通過(guò)以上的比較不難發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的玉米聯(lián)合收獲機(jī)械的現(xiàn)狀跟國(guó)外一些先進(jìn)技術(shù)相比還有相當(dāng)大的差距，我國(guó)的科研人員在機(jī)器的制造質(zhì)量和可靠性、發(fā)展模式及如何使農(nóng)藝和農(nóng)機(jī)相結(jié)合等科研課題上，應(yīng)該有很大的發(fā)展空間。[2]1.2課題的提出和意義我國(guó)玉米種植面積和總產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)居世界第二位。在我國(guó)玉米是僅次于小麥的主要糧食作物。全國(guó)玉米種植面積0.24億公頃(約3.6億畝)，約占全國(guó)總面積的21.1%。玉米年產(chǎn)量達(dá)11409萬(wàn)噸，按莖桿和產(chǎn)糧比為1.8計(jì)算將產(chǎn)生20536.2萬(wàn)噸的玉米莖桿。玉米在我國(guó)分布很廣，南自海南島，北至黑龍江省的黑河以北，東起沿海省份，西到新疆及青藏高原，都有種植。由于氣候差異和歷史傳統(tǒng)種植模式的影響，在我國(guó)玉米栽培模式千差萬(wàn)別，如有春玉米一年一作、春玉米一年兩作和兩年三作、夏玉米一年兩作以及小麥、玉米套種、一家一戶小規(guī)模種植等多種模式玉米植株的產(chǎn)量、高度等生長(zhǎng)特點(diǎn)也差異較大。這些模式都是基于傳統(tǒng)的手工作業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展和沿襲下來(lái)，較少地考慮到機(jī)械化作業(yè)方式的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平的提高和農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，在玉米生產(chǎn)中廣泛采用機(jī)械化生產(chǎn)方式明顯地受到玉米農(nóng)藝栽培技術(shù)的相互制約，還沒(méi)有一套系統(tǒng)的玉米機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)體系指導(dǎo)和應(yīng)用到玉米生產(chǎn)中。因此機(jī)械化技術(shù)的應(yīng)用和玉米栽培制度的改革成為缺少規(guī)范性的玉米機(jī)械化收獲技術(shù)體系這個(gè)矛盾中的兩個(gè)主要方面。由此農(nóng)民在生產(chǎn)中存在著機(jī)具有了怎么應(yīng)用的問(wèn)題（即適應(yīng)玉米種植模式），以及如何種植玉米來(lái)適應(yīng)機(jī)械化收獲的問(wèn)題，而不造成減產(chǎn)、減少收入等方面的問(wèn)題。為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的要求，玉米收獲機(jī)械化水平需要進(jìn)一步提高。玉米收獲是玉米種植中最繁重的體力勞動(dòng)，約占整個(gè)玉米種植投入勞動(dòng)量的55%，在玉米生產(chǎn)全過(guò)程中機(jī)械化占據(jù)舉足輕重的地位。利用機(jī)械收獲，不僅把農(nóng)民從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，還為農(nóng)民節(jié)省了費(fèi)用，更能節(jié)省時(shí)間，用于外出打工，增加收入。因此，機(jī)械收獲是減輕農(nóng)民“三秋”勞動(dòng)強(qiáng)度、為農(nóng)民增效、增收的有效途徑之一。農(nóng)業(yè)部2004年最新統(tǒng)計(jì)我國(guó)小麥機(jī)收率達(dá)82%比去年提高了10個(gè)百分點(diǎn)，而玉米的收獲機(jī)械化水平不到2%玉米機(jī)械化收獲問(wèn)題，已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的瓶頸，引起了各級(jí)政府和有關(guān)專家的高度重視，玉米收獲機(jī)械化被農(nóng)業(yè)部定為“十五”期間我國(guó)重點(diǎn)推廣的十大農(nóng)業(yè)機(jī)械化新技術(shù)之一，加大了科研和推廣的支持力度。山東、河南、河北、遼寧、吉林等主要玉米產(chǎn)區(qū)都把玉米機(jī)收列為重點(diǎn)發(fā)展方向。初步預(yù)測(cè)，若要實(shí)現(xiàn)玉米收獲機(jī)械化，全國(guó)共需玉米收獲機(jī)30萬(wàn)臺(tái)，工業(yè)產(chǎn)值可達(dá)240多億元。隨著人民生活水平的不斷提高城鄉(xiāng)人民的飲食結(jié)構(gòu)也在不斷變化，人均的食用口糧逐年下降，飼料糧的需求逐年增多，而飼料糧中首選的作物是玉米。玉米不僅是優(yōu)質(zhì)的飼料，而且是制藥、化工、食品等行業(yè)不可缺少的原料。在玉米產(chǎn)量不斷提高的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的莖桿。由于一直以來(lái)沒(méi)有合理的莖桿處理技術(shù)和機(jī)具，華北地區(qū)的玉米莖桿焚燒現(xiàn)象十分嚴(yán)重，每到秋收種麥季節(jié)，濃煙四起，60%～66%以上的莖桿被焚燒掉，只有14.7～20.1%的玉米莖桿經(jīng)機(jī)械粉碎還田，用于青貯的也只有20%～22%。這樣一來(lái)，大量的莖桿被付之一炬，不僅是巨大的浪費(fèi)，而且也造成了嚴(yán)重的空氣污染，還導(dǎo)致了諸如飛機(jī)不能起降、高速公路事故頻發(fā)等社會(huì)公害事件的發(fā)生。怎樣有效地處理這些莖桿已經(jīng)成為政府關(guān)注的問(wèn)題。玉米收獲機(jī)采摘系統(tǒng)作為整臺(tái)玉米收獲機(jī)的關(guān)鍵部分，對(duì)它的研究設(shè)計(jì)，將會(huì)大大促進(jìn)玉米收獲機(jī)的發(fā)展。如何保證玉米的完好率及如何與后續(xù)系統(tǒng)的銜接，是研究玉米收獲機(jī)采摘系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，本次課題也將順著這個(gè)難點(diǎn)步步深入研究設(shè)計(jì)。[4]1.3課題研究的主要內(nèi)容1.3.1主要內(nèi)容在課題中主要研究的是玉米收獲采摘系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)研究，主要研究應(yīng)用于南方及高原地區(qū)的收獲機(jī)，其作業(yè)強(qiáng)度較北方地區(qū)更為強(qiáng)而工作環(huán)境更為惡劣，這就對(duì)收割機(jī)的要求更高，而割臺(tái)作為整個(gè)收割機(jī)最為關(guān)鍵機(jī)構(gòu)之一，應(yīng)具有較強(qiáng)的強(qiáng)度和可靠性，因此本課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性高的與玉米收獲機(jī)割臺(tái)。1.3.2擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題在本課題中主要解決的關(guān)鍵問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：1．各個(gè)機(jī)構(gòu)的空間布局，其主要影響割臺(tái)的重量和生產(chǎn)成本，良好的布局可以使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，大大的提高了收割效率等。針對(duì)該問(wèn)題我查閱了有關(guān)的資料并向老師和技術(shù)人員請(qǐng)教，最終確定摘穗板式收割機(jī)割臺(tái)，其空間布局合理，使割臺(tái)的體積最小化并有較高的安全可靠性。2．傳動(dòng)方案的選擇問(wèn)題，對(duì)于傳動(dòng)方案可以說(shuō)是本課題最為關(guān)鍵部分之一，傳動(dòng)方案的好與壞直接影響到整臺(tái)玉米收割機(jī)的工作效率，對(duì)于玉米收割機(jī)收割時(shí)應(yīng)保持割臺(tái)的各個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定，以及固定的傳動(dòng)比，因此選用了鏈傳動(dòng)的方式，其具有良好的傳動(dòng)平穩(wěn)性，保證了割臺(tái)各機(jī)構(gòu)的速度穩(wěn)定性。3．架體的強(qiáng)度問(wèn)題，割臺(tái)的主架體的耐用性是直接影響割臺(tái)使用壽命的最關(guān)鍵問(wèn)題，因工作環(huán)境和工作強(qiáng)度的影響，割臺(tái)的架體就要求相對(duì)的高，而割臺(tái)的架體和側(cè)板等零件大部分是通過(guò)焊接連接的，所以選擇了Q3碳素結(jié)構(gòu)鋼材作為主架體和側(cè)板等零件。[5]2總體方案的設(shè)計(jì)2.1結(jié)構(gòu)功能要求玉米割臺(tái)結(jié)構(gòu)體分為分禾器、玉米輸送鏈、拉莖輥等部分組成。這些部分相互配合完成對(duì)玉米秸稈進(jìn)行收攏、夾持輸送、摘穗、導(dǎo)入等步驟。1．玉米秸桿對(duì)行收攏：由于玉米種植行距差異較大，有機(jī)播、人工播和半機(jī)械化播種等多種情況，行距株距，甚至不成行等均不同，給玉米生產(chǎn)機(jī)械化作業(yè)帶來(lái)困難，為保證能將玉米秸桿切割同時(shí)夾持輸送，而不致將玉米植株碰倒漏收，設(shè)計(jì)了收獲分禾器。2．玉米秸桿輸送：玉米莖桿較粗而且?guī)霠顟B(tài)時(shí)重量較重，夾持機(jī)構(gòu)采用鏈條輸送，并帶浮動(dòng)漲緊，以適應(yīng)不同直徑粗細(xì)的秸桿，不漏夾滑掉和不夾斷，且動(dòng)力消耗少。3．摘穗：玉米植株由夾持輸送機(jī)構(gòu)夾持的同時(shí)，在摘輥反向旋轉(zhuǎn)作用下將玉米穗摘下。2.2機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)其工作原理是玉米進(jìn)入分禾器后由夾持鏈夾持輸送，同時(shí)在拉莖輥和摘穗板的作用下將果穗摘掉；果穗被摘掉后，經(jīng)輸送鏈條的傳遞，最后進(jìn)入絞龍。玉米被摘穗后，其莖桿經(jīng)拉莖輥的作用進(jìn)入切碎器，將莖稈打碎還田。常用的玉米機(jī)割臺(tái)機(jī)構(gòu)大體可以分為四種：方案一：立式割臺(tái)、臥式滾刀方案，設(shè)計(jì)思路是，往復(fù)刀切斷植株→夾持鏈夾持輸送→立式摘輥摘穗→喂入輥組輸送→臥式滾刀切碎并拋送莖稈。是成熟的立式摘輥技術(shù)和青貯收獲機(jī)的滾刀秸稈切碎技術(shù)的組合，立式摘穗輥及夾持鏈成擴(kuò)張形式，利于不同行距的配置。缺點(diǎn)是從拉莖輥到滾刀，由三行變一束喂入滾刀，需加多對(duì)喂入導(dǎo)向輥，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。工作可靠性難以保證。方案二：輥刀切斷植株→臥式摘輥摘穗→螺旋輸送器匯集秸稈→喂入組輥喂入→臥式滾刀將莖稈切碎拋送的設(shè)計(jì)方案，本方案是借鑒烏克蘭生產(chǎn)的KCKY--7AC玉米收獲機(jī)技術(shù)。調(diào)查資料表明，技術(shù)成熟，玉米植株切斷采用滾刀，轉(zhuǎn)速高制造困難；各行秸稈需經(jīng)螺旋輸送匯集至切碎滾刀喂入輥，秸稈易錯(cuò)亂影響切碎長(zhǎng)度合格率。方案三：往復(fù)刀切斷植株→夾持鏈夾持輸送→立式摘輥摘穗→立式滾刀切碎莖稈并拋送→拋送器將切碎莖稈拋送的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)思路，立式割臺(tái)的立式摘輥配置立式滾刀的機(jī)構(gòu)屬創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，經(jīng)查新和查詢有關(guān)資料未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外報(bào)導(dǎo)，其特點(diǎn)立式摘穗輥拉莖棍兼作滾刀的喂入輥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，問(wèn)題是秸稈喂入與滾刀軸線的垂直性如何，需進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證；優(yōu)點(diǎn)是秸稈在切碎后輸送相對(duì)容易。方案四：臥式摘穗板摘穗→撥禾鏈完成撥送植株穗→攪龍輸送的設(shè)計(jì)方案，摘穗?yún)^(qū)內(nèi)工作機(jī)構(gòu)由三個(gè)工作層面聯(lián)動(dòng)完成三個(gè)作業(yè)動(dòng)作，一方面撥禾鏈撥齒繼續(xù)向后撥送玉米植株，與此同時(shí)導(dǎo)入錐將植株引入一對(duì)拉莖輥之間，植株在一對(duì)拉莖輥的作用下強(qiáng)制向下拉動(dòng)植株，在向下拉動(dòng)的同時(shí)玉米果穗被一對(duì)摘穗板擋住，玉米果穗與莖桿之間產(chǎn)生了分離應(yīng)力，果穗從莖桿上摘下，并被向后運(yùn)動(dòng)的撥齒帶入攪龍輸送器，摘穗后的植株被拉莖輥拉回地面。[5]本課題選擇方案四，摘穗部分工作原理圖如圖2-1和圖2-2。圖2-1摘穗部分工作原理圖圖2-2機(jī)器工作原理圖2.3摘穗裝置設(shè)計(jì)與分析玉米收獲機(jī)的研究起始于20世紀(jì)初，玉米的摘穗裝置先后經(jīng)歷了多種形式的演變，最后定型為臥式摘穗輥式、臥式摘穗板式和立式摘穗輥式三種形式。1.臥式摘穗輥式：主要由一對(duì)相對(duì)回轉(zhuǎn)的摘輥組成，摘輥配置前低后高，縱向傾斜，軸線與水平線成35度～40度夾角，兩輥的軸線基本平行，兩輥具有約35mm的高度差。摘輥分前、中、后三段，前段為帶螺紋的錐體，主要起引導(dǎo)莖稈和有利于莖稈進(jìn)入摘輥間隙的作用；中段帶有螺旋凸棱的圓柱體，起摘穗作用，兩對(duì)摘穗輥的螺旋旋向相反，并相互交錯(cuò)配置，在螺紋上相隔90度設(shè)有摘穗鉤：后段稱為強(qiáng)拉段，表面具有較高大的凸棱和溝槽，將摘完穗或已拉斷的莖稈快速輸送，以防堵塞。結(jié)構(gòu)原理如圖所示2-2。臥式摘穗輥的特點(diǎn)是割臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠，堵塞情況比立輥式玉米收獲機(jī)明顯減少，但是摘下的果穗與摘輥接觸的時(shí)間較長(zhǎng)，摘輥對(duì)果穗反復(fù)沖擊、擠壓和揉搓，造成了果穗籽粒損傷和落粒，加大了整機(jī)籽粒的損失率，從另一角度來(lái)說(shuō)摘輥可以將許多果穗苞葉剝下，在一定程度上起到剝苞葉的作用，雖然如此，由于臥輥下面及后面的空間較少，較難配置莖稈切碎裝置，目前使用臥輥配置莖稈切碎裝置的機(jī)型很少。圖2-2臥式摘穗輥摘穗機(jī)構(gòu)2.臥式摘穗板式：由一對(duì)縱向斜置式拉莖輥和兩個(gè)摘穗板組成。拉莖輥分為前后兩段，前段為帶螺紋的錐體，主要起引導(dǎo)和輔助喂入作用；后段為拉莖段，表面設(shè)有提高抓取能力的凸棱或葉片，其水平傾角與臥式摘輥相近。摘穗板位于拉莖輥上方，工作寬度與拉莖輥工作長(zhǎng)度相同，為減少對(duì)果穗的擠傷，邊緣制成圓弧形。結(jié)構(gòu)原理如圖2-3。圖2-3摘板式摘穗機(jī)構(gòu)臥式摘穗板的特點(diǎn)是工作可靠，果穗咬傷率小，籽粒破碎率低。此種摘穗裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了穗莖兼收，但是莖稈夾持輸送結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且果穗上帶有的的苞葉較多，容易拉斷莖稈，功率消耗較大。3.立式摘穗輥式：由一對(duì)傾斜(與垂直線成25°夾角)配置的摘輥和擋禾板組成。每個(gè)摘輥分上、下兩段，上段為主要部分，起摘穗作用，為了增加摘輥對(duì)莖稈的抓取能力和對(duì)果穗的擠落能力，該段的斷面為花瓣形；下段為輔助部分，起拉莖作用，該段的斷面或與上段相同或采用4～6個(gè)棱形。立式摘穗輥的特點(diǎn)是其配置沿前進(jìn)方向稍微向前傾斜，摘下的果穗迅速離開(kāi)摘輥，果穗與摘輥接觸的時(shí)間較短，減少了果穗籽粒的損傷和落粒，減少了整機(jī)的籽粒損失。另外莖稈通過(guò)摘輥后，莖稈已有較大的傾斜，并且莖稈與地面較高，易于布置莖稈切碎裝置和回收裝置。較低的割茬易于滅茬，但是立式玉米收獲機(jī)夾持輸送可靠性差，鏈條易損，割刀開(kāi)始切割莖稈和夾持鏈開(kāi)始夾持莖稈的的最佳時(shí)差難以掌握，立式玉米收獲機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，割臺(tái)部分質(zhì)量較大，對(duì)整機(jī)質(zhì)量和重心位置有一定影響，根據(jù)綜合考慮本課題決定選用臥式摘穗板式摘穗裝置。[6]

3主要部件設(shè)計(jì)3.1分禾器分析與設(shè)計(jì)分禾器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是對(duì)整機(jī)性能影響較大。一方面，玉米收獲機(jī)大都是對(duì)行作業(yè)，并且受到玉米植株參數(shù)影響，正常玉米植株參數(shù)如表3-1。但往往由于氣候條件、病蟲(chóng)害、風(fēng)災(zāi)以及植株過(guò)高過(guò)密等原因，導(dǎo)致部分莖稈倒伏或折斷。分禾器能夠起到將倒伏的莖稈挑起，導(dǎo)入夾持輸送裝置，以減少落粒損失的作用。另一方面，分禾器可以將2b范圍內(nèi)的玉米植株跟2b范圍外的分開(kāi)，并將范圍內(nèi)的玉米植株全部攏到夾持輸送裝置，從而莖稈被割斷和輸送。表3-1玉米植株數(shù)據(jù)名稱理論數(shù)據(jù)（mm）設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)(mm)玉米株高1000～25002000玉米莖粗15～3020結(jié)穗高度3/5玉米株高1200玉米穗直徑60～7060圖3-1分禾器示意圖分禾器前傾角、分開(kāi)角及其尖端與地面的垂直高度，都直接影響到植株的空間位置。由于分禾器的作用，植株接觸夾持輸送鏈時(shí)植株的傾斜度不同，夾持植株的部位不同，夾持的植株不均勻，容易導(dǎo)致夾持輸送鏈堵塞，影響機(jī)器的正常工作。還由于植株含水率、植株直徑及重心位置等特性的不同，在分禾器的作用下有時(shí)致使植株在切斷之前就折斷，不能被導(dǎo)入夾持輸送鏈，從而果穗被漏摘，增加了果穗損失率。在外力的作用下，玉米植株發(fā)生彎曲變形，在即將折斷的瞬間，植株與地面法線的夾角稱為玉米植株折斷臨界角，其大小影響分禾器的寬度和與地面的垂直距離。在玉米折斷這個(gè)臨界狀態(tài)下，為了保證將植株全部導(dǎo)入夾持輸送鏈而不會(huì)被遺漏，對(duì)植株的折斷臨界角進(jìn)行試驗(yàn)研究是非常有必要的。通過(guò)對(duì)植株高度、果穗高度、植株重心位置與莖稈含水量對(duì)臨界角影響：Y=0.9825x+20.1849（植株直徑）Y=-0.053x+34.089（自然高度）Y=-0.0639x+27.979（接穗高度）Y=-0.0404x+25.415（植株重心）Y=-0.1176x+31.864（莖稈含水量）因此植株直徑對(duì)臨界角影響程度最大，其次是莖稈含水率、結(jié)穗高度、植株自然高度，影響程度最小的是植株重心位置。由試驗(yàn)結(jié)果可知，植株的折斷臨界角一般分布在20度～30度之間。玉米植株折斷臨界角與分禾器張開(kāi)寬度l及高度h之間的關(guān)系：（3-1）h—分禾器尖端距地面的垂直距離；l—分禾器張開(kāi)寬度；a—玉米植株折斷臨界角。植株折斷臨界角一般在20度～30度之間。[2]當(dāng)結(jié)穗高度小于60cm時(shí)，從理論上推出分禾器張開(kāi)寬度小于22cm就會(huì)避免由于植株被折斷而漏摘。實(shí)際上，為了適應(yīng)不對(duì)行收獲，應(yīng)加大分禾器的分開(kāi)角度，同時(shí)加大撥禾鏈的運(yùn)行角度，而且減小分禾器尖角，試驗(yàn)表明40～83cm寬的行距照樣可以進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，適應(yīng)不同行距的需求。由理論分析知分禾器前傾角存在一臨界角(45度～50度)，當(dāng)前傾角小于臨界角時(shí)，相對(duì)于分禾器莖桿均勻速向后滑，當(dāng)前傾角大于臨界角時(shí)，莖桿均滑向分禾器尖端。當(dāng)前傾角小于臨界角時(shí)，機(jī)器前進(jìn)速度一定時(shí)，前傾角小，莖桿后移的速度越大，通常在10度～15度。[7]3.2摘穗裝置的計(jì)算3.2.1撥禾鏈線速度與拉莖棍線速度分析當(dāng)收獲機(jī)以Vj速度向前行駛時(shí)，玉米植株相對(duì)于機(jī)器向相反方向以Vb速度移動(dòng)，此時(shí)植株是穩(wěn)定的沒(méi)有傾倒的作用力，也就是說(shuō)撥禾齒在平行于機(jī)器行進(jìn)方向的線速度等于機(jī)器行進(jìn)速度時(shí)能夠最好地保持作物的穩(wěn)定性。對(duì)此要保持作業(yè)時(shí)植株受到的沖擊力最小，就必需達(dá)到撥禾鏈在平行于機(jī)器行進(jìn)方向的速度等于機(jī)器的行進(jìn)速度。由此得出撥禾鏈的最佳線速度：（3-2）α為機(jī)器行進(jìn)方向與導(dǎo)入部分撥禾鏈運(yùn)動(dòng)方向的夾角，該夾角一般為20度到25度，也就是說(shuō)如果機(jī)器在Vj速度下作業(yè)，那么撥禾鏈的線速度應(yīng)為:一般情況下玉米收獲時(shí)的常用作業(yè)速度為快二檔中油門，這時(shí)的作業(yè)行走速度在6.7千米每時(shí)左右，我們這時(shí)選擇了1.1千米每時(shí)，最終得出撥禾鏈的撥禾線速度為:=1.1×6.7×1000/3600(3-3)=2.05m·s-1式中：Vb——拔禾鏈的最佳線速度;Vj——收割機(jī)前進(jìn)速度。那么拉莖線速度與拉莖輥有效長(zhǎng)度、撥禾鏈速度以及玉米植株通過(guò)拉莖輥的長(zhǎng)度有關(guān)，它們之間的關(guān)系為：=2.5/0.6(3-4)=4.1m·s-1式中:Hvb——玉米植株通過(guò)拉莖輥的長(zhǎng)度（通過(guò)抽樣測(cè)定一般玉米植株高度為2.0～2.5m、割臺(tái)作業(yè)是離地高度一般為0.3～0.5m）;L——拉莖輥有效長(zhǎng)度（根據(jù)綜合性能測(cè)試一般取600～800mm）。拉莖輥直徑:根據(jù)抓取莖稈而不抓取果穗兩條件來(lái)確定。根據(jù)拉莖輥對(duì)莖稈抓取的條件，如圖3-2。（3-5）所以，即式中，α—拉莖輥對(duì)莖稈的抓取角;f0—拉莖輥與莖桿的摩擦系數(shù)。摘穗時(shí)拉莖輥不抓取果穗的條件：（3-6）式中，α—摘輥對(duì)莖稈的抓取角;fg—摘輥對(duì)莖稈的抓取系數(shù)。圖1圖2圖3-2拉莖輥對(duì)莖稈抓取示意圖摘輥主要參數(shù)：（3-7）要抓取莖稈，則代入上式得：摘輥不抓取果穗的條件為：式中，--果穗直徑；--莖稈直徑；--摘輥間隙；，--摘輥對(duì)果穗和莖稈的抓取系數(shù)（鑄鐵輥），則，≈0.7～1；通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)得出：D=80～95mm，取D=95mm。兩拉莖輥之間的間隙5～15mm可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)玉米莖桿直徑不同的碾壓。功率消耗Nz=5.05kw，功率消耗較小，滿足整機(jī)對(duì)功率分配需要。3.2.2鏈輪和鏈條選擇實(shí)際傳動(dòng)比i=1，根據(jù)n1=530r/min查表8-2.32[8]取p=31.75mm，設(shè)計(jì)功率Pd:（3-8）根據(jù)工作環(huán)境及結(jié)構(gòu)，載荷為中等沖擊，查表8-2-6[8]取工作情況系數(shù)KA=1.4根據(jù)Z1=6，查表8-2-23[8]，取KZ=1.34取P0=0.53kw鏈寬查表8-30[8]，選取20A型滾子鏈條:節(jié)距：31.75；滾子外徑：19.05;內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬：18.9;銷軸直徑9.54；鏈輪的參數(shù)：分度圓直徑D分（3-9）齒頂圓直徑D頂80.64≥D頂=da≥79.54,取D頂=80mm（3-10）齒根圓直徑D根D根=df=d-d1=60-19.05=40.05mm（3-11）分度圓弦齒高h(yuǎn)amm齒寬部分bf1bf1=0.95b1=0.95×18.9=18.05,取bf1=18mm（3-12）夾持輸送所需功率:消耗功率由鏈條夾持克服磨擦力，玉米莖桿垂直升高和水平輸送三部分消耗功率組成。（3-13）其中：Pz—夾持力；f—摩擦系數(shù)；Q—生產(chǎn)率；H—莖桿垂直升高；q0—鏈條每米重量；lo—鏈全長(zhǎng)；q—每米長(zhǎng)鏈條上玉米重量；K—阻力系數(shù)；l—夾持鏈上莖桿長(zhǎng)度。計(jì)算后Nj=2.0kw。本設(shè)計(jì)功率消耗小，達(dá)到理想效果。3.3分動(dòng)箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.3.1傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇由上述計(jì)算可得當(dāng)收獲機(jī)作業(yè)行走速度在6.7千米每時(shí)左右時(shí)，撥禾鏈的最佳撥禾線速度為:V鏈=2.05m·s-1，拉莖輥的最佳線速度為V輥=4.1m·s-1；因此2V鏈=V輥。如圖3-3，分動(dòng)箱主軸1可通過(guò)外部發(fā)動(dòng)機(jī)的變速進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，拉莖鏈軸2與主軸通過(guò)傳動(dòng)比i=1的一對(duì)錐齒輪進(jìn)行速度傳遞，拉莖輥軸3與主動(dòng)軸1通過(guò)傳動(dòng)比i=2的一對(duì)錐齒輪進(jìn)行速度傳遞。三根周相互垂直，分別位于x、y、z軸向上。圖3-3根據(jù)的機(jī)體的結(jié)構(gòu)和采摘的要求，確定兩拉莖鏈的中心距以及兩拉莖輥的中心距及總體結(jié)構(gòu)如圖3-4。圖3-4兩個(gè)拉莖輥的伸出軸與圖3-2的軸3通過(guò)3個(gè)一致的直齒輪相嚙合進(jìn)行傳動(dòng)的，由圖3-4可以看出其分布形式。3.3.2錐齒輪參數(shù)如圖3-3的軸上對(duì)應(yīng)的錐齒輪，它們的關(guān)系為;，具體參數(shù)如表3-2。表3-2錐齒輪尺寸名稱錐齒輪1錐齒輪2錐齒輪3大端分度圓直徑（mm）12012060齒數(shù)606030大端模數(shù)222分錐角45°45°45°外錐距（mm）84.8584.8542.43齒寬（mm）252525齒寬系數(shù)1/31/31/3齒頂高(mm)222.4齒頂圓直徑（mm）12312364.43.3.3直齒輪參數(shù)上述分析過(guò)了，三個(gè)直齒輪為同一型號(hào),其具體參數(shù)如表3-3。表3-3直齒輪參數(shù)名稱參數(shù)模數(shù)2.5齒數(shù)42分度圓直徑（mm）105齒頂高(mm)2.5齒根高(mm)3.13齒頂圓直徑(mm)110齒根圓直徑(mm)98.75中心距(mm)105齒距(mm)7.85

4主要零部件強(qiáng)度校核4.1軸的設(shè)計(jì)與校核軸是保證割臺(tái)正常工作的重要部件，軸連接了鏈輪輸送帶，是傳遞扭矩的零件，它的強(qiáng)度直接影響整個(gè)割臺(tái)的工作壽命，以下對(duì)本課題所設(shè)計(jì)的軸中受力最大的軸——主傳動(dòng)軸進(jìn)行計(jì)算校核。軸的結(jié)構(gòu)圖如4-1。圖4-1主軸的結(jié)構(gòu)圖根據(jù)計(jì)算可知主傳動(dòng)軸的與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的軸端直徑為30mm，錐齒輪處的軸徑為35mm。軸端上的力為工作情況系數(shù)，取=1.2=242.4N錐齒輪處軸上的力=1.2為工作情況系數(shù)，取=1.2=432N則兩小鏈輪受到的力（1）計(jì)算軸承支反力由V、H平面受力簡(jiǎn)圖如圖4-2（b）、（e）所示。易得如下等式：（4-1）式中(4-2)將式（4-2）代入式（4-1），解方程組得（2）彎矩圖V平面力圖、彎矩圖如圖4-2(c)、(d)所示。H平面力圖、彎矩圖如圖4-2(f)、(g)所示。V-H合成總彎矩如圖4-2(h)所示（3）扭矩圖T=9.55×10(4-3)式中——額定功率——主軸轉(zhuǎn)速T=19709N.mm扭矩圖如圖4-2(i)圖4-1主軸受力模型圖、力圖、彎扭圖（4）校核軸的強(qiáng)度確定危險(xiǎn)截面，從彎矩圖及扭矩圖不難看出，截面2和3為危險(xiǎn)截面。根據(jù)文獻(xiàn)[3]計(jì)算截面2和3所受彎、扭矩如下：（4-4）N·mmN·mmN·mm根據(jù)文獻(xiàn)[3]式（15-5）彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算如下：（4-5）式中——軸所受的彎矩，N·mm；——軸所受的扭矩，N·mm；——軸的抗彎截面系數(shù)，mm3；——折合系數(shù)——許用彎曲應(yīng)力查文獻(xiàn)[2]表15-1取=12.88MPa<55MPa，所以主軸強(qiáng)度校核安全。4.2鍵的選用與校核在果穗升運(yùn)器中鍵連接都是鏈輪與軸的連接。下面對(duì)果穗升運(yùn)器主動(dòng)軸上鏈輪連接處的鍵進(jìn)行強(qiáng)度校核。校核鍵的強(qiáng)度應(yīng)滿足文獻(xiàn)[2]式（6-1）普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為＝(4-8)(4-9)其中，——鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力；——鍵聯(lián)接的許用剪應(yīng)力；——鍵聯(lián)接的擠壓應(yīng)力；——鍵聯(lián)接的剪應(yīng)力；——轉(zhuǎn)矩N.mm；——軸的直徑mm；——鍵的寬度mm；——鍵的高度mm；——鍵的工作長(zhǎng)度mm，對(duì)于A型鍵，；——鍵與輪轂的接觸高度mm，對(duì)于平鍵，；在大鏈輪處，鍵的尺寸為：d=26mm,b=8mm,h=7mm,L=45mm；則＝；在小鏈輪處，鍵的尺寸為：d=36mm,b=10mm,h=8mm,L=28mm；則＝；結(jié)論：鍵的強(qiáng)度足夠4.3軸承的選用與校核計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果/軸承不受軸向載荷0<eX、Y查文獻(xiàn)[2]表13-5X＝1，Y＝0沖擊載荷系數(shù)查文獻(xiàn)[2]表13-6當(dāng)量動(dòng)載荷PP＝（X＋Y）(4-6)＝1.2189.1=227N預(yù)期使用壽命查文獻(xiàn)[8]表（3-3）農(nóng)業(yè)機(jī)械的軸承使用壽命一般為3000~8000h取=5000h由文獻(xiàn)[8]式（3-6）計(jì)算額定動(dòng)載荷=P(4-7)=947.3N查文獻(xiàn)[8]表（3-3）文獻(xiàn)[3]表6-7基本額定動(dòng)載荷60800N>結(jié)論：軸承滿足條件

結(jié)論經(jīng)過(guò)三個(gè)月的時(shí)間，我通過(guò)查閱資料和請(qǐng)教老師