洋葱收获机收集机构设计与分析

2020-04-30张洪军钟紫珊何紫媚严宝麟

时代农机 2020年1期

张洪军，钟紫珊，何紫媚，严宝麟

（1.岭南师范学院机电工程学院，广东湛江 524048；2.粤西机电产品设计与制造工程技术研究中心，广东湛江 524048）

洋葱是一种保健类型的蔬菜，它具有降低血压、扩张血管、降低血脂等功效。在我国被称为“蔬菜国王”[1-2]。收获过程是洋葱机械化种植中重要的环节，洋葱的机械化收获水平也远低于其他作物，收获过程的效率以及技术决定了农作物的产量以及收获质量[3-4]。黑龙江省是我国洋葱主产区之一，采用池种覆膜的种植方式，洋葱的收获主要以手工为主，工作效率低，农民劳动强度大[5]。因此，设计一款满足地区生产需要的洋葱收获机，是我国洋葱机械化种植过程中急需解决的问题[6]。

1 总体设计方案

1.1 设计思路

该洋葱收获机根据齐齐哈尔市农户的种植方式，设计目标为同时收获两排洋葱池。根据实地测量，畦宽1080mm（行距120mm，株距120mm，每畦8行）。两排洋葱池中心间距为2600mm。洋葱收获机采用割台前置式结构，主要由动力装置、传动装置、收获装置以及装载装置组成。以拖拉机作为动力装置为整机提供动力，洋葱收获机设计采用前置偏心拨禾轮后置螺旋推运器的方案，根据偏心拨禾轮安装尺寸、位置和螺旋推运器的尺寸及安装要求对洋葱收获机割台部分进行动力设计和三维建模设。偏心拨禾轮是收集装置的主要部件，对偏心拨禾轮进行运动仿真分析，在不同拨禾速比值情况下，分析拨板运动轨迹、工作方向位移、速度、加速度的变化情况，验证拨禾速比选取的可行性。

1.2 主要结构及工作原理

该洋葱收获机由拖拉机和收获装置组成，如图1所示，包括车体，设置车体前端的收获装置和车体中部的传送装置；传送装置入口端设置在收获装置底部，出口端设置在装载装置顶部；车体上设置有液压缸，收获装置上设置有第一液压马达，传送装置设置有第二液压马达，第一液压马达、第二液压马达均与所述液压缸连接。车体前端的收获装置对洋葱进行收获，通过传送装置将收获到的洋葱进行传送，通过装载装置对洋葱进行收集装载，从而完成洋葱的收获，有效地减少收获过程中对洋葱的冲击损坏。

图1 前置式洋葱收获机结构示意图

2 主要部件设计与分析

收获机工作时的速度被称作收获速度。背负式收获机的收获速度一般为2～4km/h，结合所选拖拉机档位。按照收获机低档速度，取：V=0.61m/s，生产率，Q=5.4亩/小时，喂入量约为35吨/小时。

2.1 拨禾轮设计及运动仿真分析

偏心拨禾轮的优点主要为拨板倾角可以调整，对农作物的收获适应能力强，收获过程中对作物的冲击小。因此，本设计采用偏心拨禾轮结构，如图2所示。

图2 偏心拨禾轮结构原理图

在分析拨禾轮的工作过程时，为了保证“垂直入禾”、“稳定推送”两个要求，要合理设计拨禾轮直径D[7-8]。在实际工作中，拨禾速比λ的大小影响拨禾轮的运动轨迹，是设计拨禾轮直径的关键因素[9]。对拨禾轮进行初步设计，选取直径D=600mm，采用Solidwoks软件建立了三维模型，采用运动仿真模块进行了运动学分析。对不同拨禾速比λ值进行了运动轨迹、位移、速度和加速度的仿真实验，通过对比分析和测量，当λ=1.6时，运动轨迹扣环的宽度为120mm，确定收获机构中拨禾轮可以完成将洋葱拨入割台的工作。

图3 拨禾轮机构三维模型

图6 拨板速度变化，此时λ=1.6

图7 拨板加速度变化，此时λ=1.6

2.2 螺旋推进器设计

螺旋推运器主要由螺旋叶片及外壳组成，螺旋片采用橡胶材质，降低洋葱的损耗率。将拨禾轮收集的洋葱从一端随着螺旋片的旋转运送至另一端。由输送装置送至料仓，其机构简单，在水平方向上动作稳定，可靠性高。

2.3 割台设计

割台设计，根据畦的高度、作业幅宽、同时对两个种植池进行收获的工作需要与支架的连接方式确定割台的尺寸和形状。其结构如图8所示，主要由5mm钢板与方管和矩形管焊接而成。割台两侧打跑道型孔方便螺旋推运器的安装，在割台后方的上横梁上焊有安装拨禾轮支架的方管，两侧割台的两端焊有横板方便安装分禾器，在割台底板前端加工有光孔，为了安装铲齿如图9所示。

图8 割台总体结构

图9 铲齿结构

3 三维建模装配

收获机构的工作原理：在收获机工作时割台的铲齿与拨禾轮的拨板共同作用将洋葱送入割台里，再由螺旋输送器将洋葱送入输送机构的入口处。为了保证在收获机构在工作过程中不会出现过干涉、装配尺寸问题，对收获机构进行装配检查。通过三维建模装配，验证了设计方案的可行性，在工作过程中拨禾轮与螺旋推运器不发生干涉，螺旋推运器两侧轴承座安装固定方式合理。收获机构装配效果如图10所示。