王山松

北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 102602

4UC—1型甘薯收獲機(jī)的研究設(shè)計(jì)

王山松

北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 102602

甘薯收獲是甘薯機(jī)械化中至關(guān)重要的最后環(huán)節(jié)，缺少適應(yīng)甘薯種植模式的收獲機(jī)械是當(dāng)今國(guó)內(nèi)甘薯機(jī)械化收獲技術(shù)發(fā)展中存在的突出問(wèn)題。4UC━1型甘薯收獲機(jī)的研制，不論從解放生產(chǎn)力，降低農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度的角度出發(fā)，還是從加快甘薯機(jī)械化進(jìn)程來(lái)講，都有著及其重要的意義。本文對(duì)4UC━1型甘薯收獲機(jī)的研究設(shè)計(jì)理念做了詳盡的闡述。

甘薯；收獲機(jī)；設(shè)計(jì)；機(jī)械化

引言

隨著人們對(duì)甘薯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值了解的不斷深入，對(duì)甘薯產(chǎn)品的需求量也日益擴(kuò)大，甘薯種植面積迅速增加。2007年，大興區(qū)甘薯種植面積達(dá)到了4.5萬(wàn)畝，已經(jīng)發(fā)展成為大興區(qū)的特色主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。甘薯種植從施肥、起壟、鋪膜到插秧、收獲，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，薯農(nóng)們對(duì)甘薯機(jī)械需求迫切。從傳統(tǒng)意義上講，甘薯產(chǎn)業(yè)是典型的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，進(jìn)入新的歷史階段后，勞動(dòng)力工價(jià)上漲和較重的勞動(dòng)強(qiáng)度在一定程度上限制了甘薯生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展，在京郊這一矛盾尤其突出。每年的11月是大興甘薯收獲的季節(jié)，薯農(nóng)們不惜雇傭很多的勞動(dòng)力用原始的方法來(lái)進(jìn)行甘薯的收獲，不僅費(fèi)用高，效率低，而且鮮薯破損率高。北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所針對(duì)這一現(xiàn)象，決定下大力氣組織開發(fā)甘薯收獲機(jī)械，從而降低薯農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度,增加薯農(nóng)收入，提高甘薯收獲效率，同時(shí)也為甘薯產(chǎn)業(yè)全程機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)。

1 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外甘薯收獲機(jī)械概況

1.1 國(guó)外情況

在發(fā)達(dá)國(guó)家，甘薯種植早已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，美國(guó)每年種植甘薯的面積大約3.6萬(wàn)hm2，甘薯收獲機(jī)械的研制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，甘薯的收獲已不再是耗時(shí)、費(fèi)工的作業(yè)。一些其他發(fā)達(dá)國(guó)家也基本實(shí)現(xiàn)甘薯收獲機(jī)械化?，F(xiàn)在，國(guó)外甘薯收獲機(jī)械的發(fā)展進(jìn)入聯(lián)合收獲階段，出現(xiàn)了具有莖葉清除功能的甘薯聯(lián)合收獲機(jī)，可一次完成挖掘—輸送—分離—清選—升運(yùn)過(guò)程，與拖拉機(jī)配套，配有液壓控制系統(tǒng)，但是其缺點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格昂貴。

1.2 國(guó)內(nèi)情況

國(guó)內(nèi)甘薯收獲方法有人工收獲和機(jī)械收獲。由于紅薯收獲作業(yè)費(fèi)工耗時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，季節(jié)性強(qiáng)，在當(dāng)前我國(guó)農(nóng)村勞動(dòng)力資源短缺的情況下，常因未能及時(shí)收獲而造成重大損失。采用人工收獲具有費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、破損多和漏薯多等缺陷;而機(jī)械收獲效率高，薯塊損傷率低，田間收獲進(jìn)度快，成本低。在挖掘機(jī)械上，中小型懸掛式集條甘薯收獲機(jī)械正處研制推廣階段，其基本原理和結(jié)構(gòu)多借鑒馬鈴薯和大蒜等根莖類作物挖掘機(jī)具。目前，國(guó)內(nèi)收獲甘薯的塊莖類作物收獲機(jī)械主要是小型挖掘機(jī)。

大興區(qū)薯農(nóng)用于甘薯收獲的方法大致有兩種：一種是傳統(tǒng)的純粹人工收獲甘薯，其缺點(diǎn)是耗費(fèi)大量的人工，收獲成本高，而且生產(chǎn)效率很低，易傷薯。另一種甘薯收獲方式為小型輪拖后附加一個(gè)簡(jiǎn)單的起甘薯裝備，其不足之處就是工作狀態(tài)不穩(wěn)定，但是甘薯破損率較純?nèi)斯な斋@略好。

2 4UC━1型甘薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

(1)甘薯塊莖外表皮薄而細(xì),收獲時(shí)非常容易受損傷,收獲設(shè)備對(duì)塊莖的碰撞會(huì)損傷塊莖表皮,因此要盡可能使撞傷和擦傷降到最低,設(shè)計(jì)收獲設(shè)備時(shí)要充分考慮傷薯因素。要在滿足甘薯收獲農(nóng)藝條件的前提下，盡量擴(kuò)大零部件的通用性，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)以降低成本。

(2)做到一機(jī)多用，既可以收甘薯又可以進(jìn)行其它塊莖類農(nóng)作物的收獲，使農(nóng)民用最低的投入創(chuàng)造出最高的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 主要部件的選配設(shè)計(jì)

(1)挖掘部分：挖掘鏟的設(shè)計(jì)主要從鏟的受力，材料選取，強(qiáng)度，熱處理方式等方面考慮；

(2)懸掛方式：三點(diǎn)懸掛式能與多種小型拖拉機(jī)配套，掛接方便；

(3)配置方式：選擇正配置，整機(jī)受力均勻，剛性好。

(4)機(jī)架部分：國(guó)標(biāo)鋼材加工，強(qiáng)度高，抗震性能強(qiáng)，在田間作業(yè)中保證各工作部件不位移，不變形。

(5)輸送分離裝置∶選用直徑￠14圓鋼做輸送柵條，并用醫(yī)用硅膠管做外皮，這樣既保證了輸送裝置的強(qiáng)度，又解決了甘薯“傷皮”的難題。

(6)傳動(dòng)部分：選用可靠的鏈傳動(dòng)作為輸送方式。

2.2.2 輸送轉(zhuǎn)速計(jì)算

已知：一般小型輪拖后動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速540 r／min，初級(jí)傳動(dòng)為兩錐齒輪，一級(jí)主動(dòng)鏈輪16齒，被動(dòng)鏈輪24齒,二級(jí)主動(dòng)鏈輪14齒，被動(dòng)鏈輪36齒,輸送帶大爪鏈輪直徑￠210mm，工作時(shí)機(jī)組行進(jìn)速度為5 km／h。

(1)計(jì)算

故二級(jí)傳動(dòng)大鏈輪轉(zhuǎn)速：N=540 r／min×(16／24)×(14／36)=140 r／min

輸送帶速度=大鏈輪最邊緣點(diǎn)線速度

機(jī)組行進(jìn)速度為55 km／h即1.39 m／s

(2)計(jì)算結(jié)論

通過(guò)上述計(jì)算可明顯看出：

傳送裝置速度V=1.54 m／s＞機(jī)組行進(jìn)速度為55 km／h即1.39 m／s

因此在進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生塊莖作物傳動(dòng)的雍堵現(xiàn)象，本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可行。

3 工作原理

3.1 設(shè)計(jì)圖樣

4UC-1甘薯收獲機(jī)裝配圖

圖1

3.2 工作原理

4UC━1型甘薯收獲機(jī)與主機(jī)輪拖采用三點(diǎn)懸掛連接，主機(jī)通過(guò)萬(wàn)向連軸節(jié)把后動(dòng)力輸出傳遞給收獲機(jī)的花鍵軸，再通過(guò)花鍵軸另一端的小錐齒輪和II軸上的大錐齒輪連接傳遞動(dòng)力和扭矩，并初步降低轉(zhuǎn)速，II軸另一端是一個(gè)小鏈輪，它通過(guò)鏈條與大抓輪軸上的大鏈輪連接，傳遞動(dòng)力及扭矩，并實(shí)現(xiàn)二級(jí)降速，大抓輪軸上有兩個(gè)直徑210mm的大爪輪，大爪輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與它嚙合的輸送帶向后輸送前端挖掘鏟入土挖掘出的薯塊和土壤，在輸送過(guò)程中，土壤從傳送柵條的空隙自動(dòng)掉落地面，實(shí)現(xiàn)土壤與作物的分離。

4 主要技術(shù)關(guān)鍵及參數(shù)

4.1 技術(shù)關(guān)鍵

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作,耐用；

(2)解決甘薯漏挖，破損，壅堵的難題；

(3)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，既可收甘薯，也可以進(jìn)行其他塊莖農(nóng)作物的收獲。

4.2 主要技術(shù)參數(shù)(表1)

表1

5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試總結(jié)與效益分析

5.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試總結(jié)

2008年～2009年的甘薯收獲季節(jié)，我們科研小組進(jìn)行了多臺(tái)多次改進(jìn)試驗(yàn)，終于達(dá)到了任務(wù)書的設(shè)計(jì)要求（表2）。在形成產(chǎn)品的過(guò)程中,我們解決了以下難題(1)框架強(qiáng)度不夠，(2)挖掘鏟入土角度問(wèn)題，(3)傳動(dòng)?xùn)艞l造成傷薯的問(wèn)題，(4)換皮帶傳動(dòng)為可靠的鏈傳動(dòng)，(5)加裝浮動(dòng)調(diào)節(jié)裝置(6)壅堵等諸多技術(shù)難題。

4UC-1甘薯收獲機(jī)工作圖 圖2

通過(guò)對(duì)10臺(tái)甘薯收獲機(jī)的抽樣跟蹤實(shí)測(cè)，與設(shè)計(jì)任務(wù)比較：

表2

5.2 效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益

采用4UC-1甘薯收獲機(jī)進(jìn)行收獲，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，大幅度的降低了人工成本，原來(lái)甘薯種植戶用的簡(jiǎn)易機(jī)械不能把甘薯完好的挖出來(lái)，還要雇用人工帶著手套整個(gè)挖一遍，而且甘薯完好率比較差，漏挖率高；而4UC-1型收獲機(jī)可使甘薯完好率提高到99%以上，收凈率高達(dá)100%，在保證甘薯高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)，提高了甘薯的商品率，從而進(jìn)一步提高了甘薯種植的經(jīng)濟(jì)效益。4UC-1甘薯收獲機(jī)性價(jià)比好、投資回收率高。使用此機(jī)具可比傳統(tǒng)機(jī)具提高二倍以上的工作效率。每畝節(jié)省人工兩個(gè)，直接節(jié)約人工支出80元/畝。根據(jù)示范戶的實(shí)際工作效率（平均）和收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)（平均）計(jì)算。如果按商品價(jià)3000元/臺(tái)，平均每天作業(yè)面積30畝，作業(yè)服務(wù)費(fèi)40元/畝，畝耗油1.5升計(jì)算。3000÷（30畝/天×40元/畝-1.5升/畝×6.5元×30畝/天）＝3天經(jīng)測(cè)算最多4天即可收回購(gòu)機(jī)成本。

（2）社會(huì)效益

甘薯收獲機(jī)械化技術(shù)推廣的實(shí)施，解決了甘薯種植戶在甘薯收獲過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度大的后顧之憂，在提高甘薯機(jī)收面積的同時(shí)，使甘薯種植戶增加了擴(kuò)大種植面積的信心，也為甘薯實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化種植提供了機(jī)具保障，促進(jìn)了我區(qū)甘薯機(jī)械化的發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

2008年至2010年，4UC—1型甘薯收獲機(jī)在大興區(qū)龐各莊鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)完成了累計(jì)約3.5萬(wàn)畝的甘薯收獲任務(wù)。用4UC—1型甘薯收獲機(jī)收獲后的甘薯傷薯率極低，明薯率高，而且主機(jī)油耗低，純工作小時(shí)生產(chǎn)率0.30 hm2/h，作業(yè)速度達(dá)到3.3km/h。4UC—1型甘薯收獲機(jī)在2009年已通過(guò)了北京市農(nóng)機(jī)新產(chǎn)品鑒定，現(xiàn)農(nóng)業(yè)部推廣鑒定也已經(jīng)完成，并成功申請(qǐng)國(guó)家專利。

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王山松，男，1971生。學(xué)歷：本科。職稱：工程師。從事農(nóng)業(yè)機(jī)械研究。）