自动行走式生姜收获机工作部分的设计文献综述

一、引言1.1研究生姜收货机的课题背景生姜作为我国重要的蔬菜品种，具有良好的药用和食用价值，其在我国的栽培历史悠久，种植范围很广，目前已形成许多著名产区，除东北、西北等寒冷地区不种植外，在我国的中部、东南部至西南部的各地区均有生姜产区。且以南方诸省居多。自98 年以来， 国际的生姜市场日趋活跃，呈现出供不应求、价格坚挺之势。 其中对中国的生姜需求逐渐增大。目前，因日韩美等国家对中国生姜需求旺盛，使得农民的种姜积极性增加，2011年全国各地的生姜种植面积都有不同程度的增加。经初步估算，2011年全国的生姜种植面积要比2010年多40左右。以山东部分地区为例，其生姜种植面积比2010年增加了50左右，全国各个生姜主产区的生姜种植面积都有不同程度增加，其产量增加了不少。在 随 着 生 姜 种 植 面 积的不断增加，以往传统而落后的人工收获方式已经不能满足当前的生姜收获的要求，因此生姜收获作业的高效性研究已经迫在眉睫。生姜种植农业机械化水平的高低会直接影响到生姜种植也在我国的发展，因此我们要抓紧对生姜收获机械的研制。1.2研究生姜收货机的课题意义生姜在种植的时候要求姜垄间的行间距不同，因此给生姜的机械化收获带来很大麻烦，很多地方仍然使用传统的起姜器具，存在收获质量差、效率低、劳动成本高等诸多缺陷。本课题采用了全新的设计理念，可以实现生姜多垄同时收获，并且适用于不同田垄间距的作业要求，使生姜收获达到方便，快捷，高效。目前国内生姜种植面积比较分散, 种植农艺参差不齐, 这既影响了生姜产量的提高, 也不利于生姜收获的机械统一化。生姜收获时劳动强度大，效率低，工作过程繁琐，作物果实块茎破碎量大等农艺问题亟待解决4。 改进后的生姜收获机械简化了机具并且简化了工作过程， 能减生姜姜块的破碎率，由于机械的结构简单，所以生产造价低廉，并且机具的生产效率高，通用性良好可以与家用拖拉机配套使用。1.3研究生姜收获机的课题目的随着科学技术的发展，高产量生姜品种研制的成功，使得现在生姜亩产量不断提高，所以在全国的各个地区生姜种植的面积在逐年增大，并且以生姜种植的周期短、经济效益高等优点渐渐的成为了这些农民家庭的最主要经济收入和一条新的致富路。但目前，国内生姜收获不能达到机械化的程度，这就很大程度上阻碍了生姜产业的发展3。为了适应农业发展，此次毕业设计，通过借鉴现有生姜收获机械，对机具简化改进降低机具成本，并且提高生产效率高,节省劳动力,降低收获成本,增加产量。二、 国内外相关研究的现状和研究方法生姜原产于东南亚(印度和马来西亚一带)热带雨林区的森林边沿地带。目前， 我国是世界上种植生姜面积最大的国家，其次分别是印度尼西亚、印度及澳大利亚等国。欧美发达国家及日本、韩国的生姜种植面积在逐年减少，但对生姜的需求却越来越旺盛，这些国家年需求量在400万吨以上，且每年以20% 以上的速度增长。由于生产技术及产业结构调整等原因，目前，全球生姜年生产量在2500万-2800万吨,市场需求缺口很大。2.1国内研究现状随着改革开放政策的实行，国内特种农业也在飞速的发展，以往的生姜只会被人当成是一种调味蔬菜，现在生姜的经济性已经逐渐被人所认可。在随着科学技术的发展，高产量生姜品种研制的成功，使得现在生姜亩产量不断提高，所以在全国的各个地区生姜种植的面积在逐年增大，并且以生姜种植的周期短、经济效益高等优点渐渐的成为了这些农民家庭的最主要经济收入方式和新的致富之路。由于国内生姜机械行业起步晚，导致了生姜种植及收获机械化程度很低，这严重拖慢了生姜种植产业在国内的发展速度。国内生姜收获机械主要分为两大类、三种型式。其中的一类是挖掘类，另一类是提拉秧类。挖掘类机械在生姜收获时，如果种植生姜的土壤过干，这样挖掘铲的工作阻力会很大，这样挖掘的效果就会很差，这样人工后期的作业时会造成姜块的损坏和姜块不能收获的困难，如果土壤湿度过大收获机械在行走时会变的很困难，挖掘铲的阻力变大挖掘效果变差；提拉秧类机械受土壤的干湿度的影响不是很大但主要会受到生姜的种植密集度的影响较明显，姜苗种植的过密、过疏或者是疏密不均等问题，都会影响收获效果。尽管现在国内已经有了不少形式的生姜收获机械，但是国内技术并不成熟，现有的机械并不能对生姜收获作业达到全机械化，大部分收获工作还是需要人工去完成。这样农民的收获劳动强度并没有减少，而且还会导致收获时间长和收获效率低等问题, 而且人工作业的随意性使生姜茎块的损失率、破碎率较高, 不利于生姜的贮存。因此, 急需改善和创新新生姜收获机械以解决目前国内生姜收获存在的不足。2.2国外研究现状生姜受生长环境以及种植农艺的影响导致它多分布于亚热带地区的国家，如中国、印度、东南亚的一些国家。国外从20 世纪40 年代开始根茎类作物收获机械的研究, 如美国、德国、日本、法国、意大利等发达国家均研制出了不同的收获机械。现已实现对长根作物( 萝卜、甜菜等) 和短根作物( 生姜、花生、大蒜、洋葱等) 的机械化收获，国外的根茎类作物收获机械正向大型化、机电一体化、智能化, 更可靠、更安全的方向发展。一些发达国家不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来, 农业机械正向智能化方向发展。 针对国产机型存在的不足之处，和对发达国家先进技术的借鉴，本次设计的生姜收获机通过添加清垄功能和运用轮叉式挖掘铲来解决上述问题，在保证机具达到所需工作标准，同时，要保证该机型的价格较为低廉，操作简便，通用性好等特点。生姜在种植的时候要求姜垄间的行间距不同，因此给生姜的机械化收获带来很大麻烦，很多地方仍然使用传统的起姜器具，存在收获质量差、效率低、劳动成本高等诸多缺陷。本课题采用了全新的设计理念，可以实现生姜多垄同时收获，并且适用于不同田垄间距的作业要求，使生姜收获达到方便，快捷，高效，研究与设计生姜收获机显得尤为重要。三、主要研究内容本设计要求完成自动行走式生姜收获机工作部的选型与设计方案优选，完成主运动传动系统、各种装置、润滑与密封等结构设计，使得整个设计完整。完成整机的三维设计及二维装配图，零件图。 设计要求满足： 1. 自动行走式生姜收获机工作部适应范围：多田垄可调式生姜收获； 2. 收获机最大外型尺寸：2000mm1500mm850mm； 3. 要求绘制自动行走式生姜收获机工作部的机械结构图。 具体工作内容如下： 查阅有关自动行走式生姜收获机工作部的资料，学习了解有关自动行走式生姜收获机工作部组成及控制方面的知识。 学习消化所阅资料，整理出文献综述，进行自动行走式生姜收获机工作部总体布局设计的方案论证并完成开题报告。 学习自动行走式生姜收获机工作部主要结构部件的设计及其计算方法，确定主传动系统、松土装置、拨秧装置、拔姜装置和断秧装置的设计计算和对应机械部件的尺寸确定。 学习Pro/E三维实体造型软件。完成自动行走式生姜收获机工作部总体布局设计图A0一张。完成自动行走式生姜收获机工作部的三维装配图一张（A0）。完成关键零部件的图纸（与A0相当）。 说明书一份， 1.5万字。 外文翻译一份， 2000词。四、研究方案3.1研究内容本课题针对目前现有技术的不足，通过对传统收获机械的革新，提供一种能够减轻人的劳动强度，提高工作效率，并且能适应不同地域工作环境，收获效果好的生姜收获机械。 3.2研究目标本次设计的生姜收获机主其组成主要有松土装置，拨秧装置，拔姜装置，断秧装置等组成。挖掘铲的挖掘深度可以通过限深轮来调节而割刀的切割高度通过割刀高度调节杆装置来实现，从而使机具可以适应不同的种植农艺方式。3.3研究方法充分了解现有的生姜收获方式的优缺点，总结经验，克服不足。设计一种结构简单而且可以与拖拉机配套使用，能适应不同的工作环境的生姜收获机械，从而减轻农民购买时的经济负担和生姜收获时的劳动强度，并且提高生姜收获作业的效率。设计过程中要用到农业机械学、机械制造、机械设计、材料力学、动力传动装置设计等课程方面的知识。3.4技术路线调查研究资料写出开题报告确定总体方案机架、轮子和轮叉铲等的装置设计传动设备计算选型切割装置整体方案设计绘制生姜收获机总装图及零件图撰写设计说明书3.5解决的问题主要解决生姜收获作业时劳动强度大，效率低，工作过程繁琐，作物果实块茎破碎量大，以及生姜收获机具的造价太高机具的闲置的等问题。3.6色与创新点本次设计的生姜收获机，相对以往的传统收获机械来说结构更简单，生产造价更低廉，可以与家用手扶拖拉机配套使用。五、生姜收获机的分类查阅有关自动行走式生姜收获机工作部的资料，学习了解有关自动行走式生姜收获机工作部组成及控制方面的知识。此次设计的设计方案的选定是通过对目前现有几种生姜收获机械的调研，参照自己的设计方案的要求，对比各个的优缺点来实现机具的设计。 图1 4JZL-2生姜收获机1、发动机 2、变速箱 3、皮带轮 4、液压操纵机构 5、油缸 6、横拉杆7、松土铲 8、限深轮 9、支架 10、支撑履带 11、支重轮 12、护板 13、驱动轮 14、机架总成（1）工作原理：通过松土装置使生姜的底部和四周的土壤松动，再用人工方法使生姜拔出地面，减轻了劳动强度，使用操作容易，生产效率提高（2）性能分析：通过在类似于手扶拖拉机行走系统的基础上来加挂生姜的挖掘系统制成的。自身采用了履带式行走机构，其优点在于既增大了牵引力，又增大了离地间隙。此设计比较适合高垄作物田间作业。可以完成对浇水34天后的生姜进行挖掘收获5。 工作原理：手扶拖拉机前进时,可先由立式割台将姜苗切除, 并传送到一侧清垄, 随后由环形深松犁将地下生姜根茎松挖, 生姜块被整体移出土而不被翻动,保证了生姜块的完整性该机整体设计思路新颖、性能稳定、操作方便、损失率小及作业成本低。主要是可以完成清垄作业，符合这次设计的要求，故此次设计以此机型为原型。 图3 日产生姜收获机 1. 驱动轮2. 机架3. 发动机4. 拨禾轮5. 分禾器 六、自动行走式生姜收获机整体结构的设计6.1收获机与拖拉机的连接设计收获机与拖拉机直接联接和牵引式两种联接方式，本课题设计主要运用后置式固定联接。直接连接式用螺母固定在拖拉机后面，其结构如如图6-1所示：图6-1 收获机与拖拉机的连接6.2传动部分设计收获机主要靠带传动和链轮传递动力。因为链传动无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率高，需要的张紧力小，径向压轴力小；并能在高温及低速。有油污等恶劣环境下工作，另外链传动制造精度和安装度要求较低，成本低廉，可远距离传动，结构简单。带传动是一种常用的、成本较低的动力传动装置，在各类机械中应用十分广泛。它具有传动平稳、噪声低、清洁（无需润滑）的特点，具有缓冲减震和过载保护的作用，并且维修方便。6.3 筛选单元的设计自动行走式生姜收获机的清土装置目前主要有抖动升运链式和振动筛式两种，振动筛式结构紧凑、清土效果好、伤果率低等特点，但较抖动升运链式整体震动较大。综合考虑本设计采用振动筛式清土装置，振动筛栅条为纵向排布，栅条中心距可以根据当地生姜品种（主要是生姜果大小）来确定，为便于将生姜成条铺放到远离未收取区的已收区，该机构与偏心轮通过杆相联。振动筛的振动频率和振幅大小对设备的清土效果、输送顺畅性及机具震动性、可靠性等影响很大。振动筛对掘起物的抛掷力与筛动频率的二次方和振幅的一次方成正比，综合考虑，并比照多种同类机型，本设计采用大振幅低频率型振动筛结构形式，振动筛的振幅选定为30mm，偏心套偏心距I为4mm。如图3-2振动筛随着偏心轮的转动带动振动筛不断的抖动，完成抖落泥土，分离果实的动作。图6-2 筛选单元6.4 挖铲单元的设计挖掘铲的作用是铲断生姜主根、掘起秧土，并将掘起的土壤和生姜传输到清土装置上。对挖掘铲的要求是前行阻力小、挖掘深度稳定、耐磨损、碎土性好、自洁性好、制作工艺方便等。并且能根据需要进行调节；保证土垄能沿铲面顺利通过；对用于粘重土壤的挖掘铲应有较强的碎土能力，为分离作物中的泥土提供有力条件；为了避免工作时出现缠草和壅土，要求挖掘部分能够自动进行清理；牵引阻力小，刃口的耐磨性要好。收获机挖掘部件上采用的挖掘铲有平面铲、曲面铲和槽型铲等。本设计采用平面多铲。平面铲的铲面为平面，结构简单，制造容易。为了保护铲刃的自动清理和良好的入土性能，带斜刃的三角形铲得到广泛的应用。平面铲按铲的数量可分为单铲、双铲和多铲三种。平面单铲常用在单行收获机上，根据挖掘断面和滑切性能的要求，铲刃夹角可取不同的值。平面双铲由左、右两个铲组成，常用在双行收获机上，铲的固定方式有两种：一种是铲直接固定在横梁上；另一种是将左、右两个铲分别通过托架悬臂固定在机架上，并在两铲之间留有滑草奸细。有时在两铲之间放置一个小铲，以减少主铲的宽度和保证铲的滑草能力。平面多铲是由3个或者3个以上的相同或相似的铲组成。由于铲的个数较多，每个铲的铲刃斜角有可能取得小些，从而使铲具有良好的滑切性能，可用在单行或双行收获机上。铲的固定方式有两种：一种是铲直接固定在横梁上；另一种是每个铲分别通过自己的铲柄悬臂固定在升运链从动边底部的横梁上并且在各铲之间留有滑草间隙。前一种固定方式结构简单，但在工作时横梁上容易挂草。通过分析对比国内外现有挖掘铲的结构形状，结合中粘壤土作物种植特性，收获要求和土壤性质，考虑到经济性，本产品挖掘装置采用带斜刃的三角形平面多铲，并在其后端设有碎土栅，以增加其破碎土功能，保证铲刃的自动清理和良好的入土性能及碎土能力。也是生姜从挖掘铲升运到振动筛的衔接部件。七、参考文献1纪名刚. 机械设计M. 高等教育出版社，2010. 2王绍江,张仁君,宗金成. 生姜收获机械化作业的研究与探讨. 山东农化,2010,(06):31-443初旭宏,王俊发,马浏轩. 根茎类中药材收获机械的研究现状与发展趋势. 现代化农业,2008,(10):32-334吴峰,胡志超,张会娟, 等. 生姜种植与机械化收获概况. 农业机械,2008,(19):33-345 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