王華準+方衛(wèi)山+牛憲偉+湯瑞學+楊云福

摘 要 本文針對甘蔗田間人工灌溉作業(yè)效率低、勞動強度大、生產(chǎn)成本高的生產(chǎn)實際，設計了一種新型的田間灌溉機械，經(jīng)性能試驗和測試表面，研制的小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組操作便利，整機工作可靠，且該機實現(xiàn)了一機多用，滿足了農(nóng)機通用化的技術要求，設計達到了預期目標。

關鍵詞 收割機 抽水機 結(jié)構(gòu)設計 性能試驗

Development of small-scale sugarcane harvester multi-purpose machines pumping unit

Wang Huazhun，F(xiàn)ang Weishan，Niu Xiangwei，Tang Ruixue，Yang Yunfu

（Yunnan Agricultural Machinery Research Institute， Kun Ming 650031，China）

Abstract：In this paper， according to the actual production of sugarcane field artificial irrigation low work efficiency，large labor intensity， high production cost， the design of a new type of field irrigation machinery， through the performance test and the test surface， minitype sugarcane harvester developed multi-purpose machines pumping unit operation is convenient， the work is reliable， and the machine to achieve a multi use machine， to meet the agricultural generic technology requirements， design to achieve the expected goal.

Key words：reaping machine water pump；architectural；design；performance test

基金項目：社會發(fā)展科技計劃 云南省科技計劃項目（項目編號：2012CF012）

作者簡介：王華準（1984-），男，云南昆明市人，助理工程師，學士，研究方向農(nóng)業(yè)機械設計，E-mail： whzwolf_men@126.com。

0 引言

“小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組”是屬于云南省科技計劃項目（項目編號：2012CF012）中的一項，其主要目的是在小型往復式甘蔗收割機研制成果的基礎上，研制開發(fā)可與小型往復式甘蔗收割機配套的多用途配套機具，使該機型除具備收割功能之外，還可實現(xiàn)旋耕、開溝、灌溉及田間運輸?shù)裙δ?，實現(xiàn)蔗田不同時期生產(chǎn)作業(yè)，及滿足非蔗農(nóng)田作業(yè)需求，確保在全年生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，減輕農(nóng)民勞動強度，降低生產(chǎn)成本，提高其性價比，研制開發(fā)適合云南甘蔗等粗桿莖類作物種植、收割所需的小型作業(yè)機械，并滿足云南甘蔗品種特點和農(nóng)藝要求。本文詳細介紹了小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組的設計方法、原理、試驗結(jié)果等。

目前，國內(nèi)外對于小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組的研究未見報道。本文采取集成創(chuàng)新方法，對灌溉技術進行集成，在原已開發(fā)成功的小型甘蔗收割機基礎上，應用現(xiàn)代設計方法對小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組進行創(chuàng)新設計。

1 整機的設計要求與主要技術參數(shù)

1.1 設計要求

（1）配套動力：由小型甘蔗收割機提供動力，通過傳動箱把動力提供給抽水機組；

（2）整機與配套動力的連接方式：花鍵套；

（3）工作地塊：滿足小型甘蔗收割機收割甘蔗的地塊；

（4）各執(zhí)行機構(gòu)的動作可靠耐用；

（5）水泵流量：≥10 m3/h；最大揚程：≥12 m ；最大吸程：≥3 m。

1.2 主要技術參數(shù)

配套動力：小型甘蔗收割機〔柴油發(fā)動機186F（6.6 kW，3600 r）〕、動力輸出形式：花鍵軸（z=8；m=1.75；αD=30°）；動力輸出轉(zhuǎn)速：800～900 r/min；

長×寬×高：≤550×350×250（抽水機組外形尺寸）；

燃油消耗率：≤200 g/kW·h；

可靠性：≥95%；

水泵流量：≥10 m3/h；

最大揚程：≥12 m ；

最大吸程：≥3 m。

2 整機的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 整機的結(jié)構(gòu)

抽水機組主要由甘蔗收割機、變速箱體、機架、水泵、花鍵軸、大錐齒輪、傳動軸、小錐齒輪、帶輪等組成，如圖1所示。

1.甘蔗收割機 2.變速箱體 3.機架 4.水泵 5.花鍵軸 6.大錐齒輪 7.傳動軸 8.小錐齒輪 9.帶輪 10.皮帶

圖1 抽水機組結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 工作原理

抽水機組工作前，通過花鍵套把小型甘蔗收割機動力輸出軸與抽水機組的花鍵軸連接在一起，然后用螺栓、螺母把抽水機組傳動箱體與小型甘蔗收割機連接，啟動甘蔗收割機的發(fā)動機即可，發(fā)動機把動力傳遞到動力輸出軸上，通過變速箱部件把動力傳遞到水泵上，為水泵的工作提供動力，通過調(diào)節(jié)油門的大小來控制抽水機組的流量、揚程等。

3 傳動系統(tǒng)的設計

3.1 傳動路線

甘蔗收割機動力輸出軸—花鍵套—花鍵軸—大錐齒輪—小錐齒輪—傳動軸—大皮帶輪—三角皮帶—抽水機組，如圖2所示。endprint

1.甘蔗收割機動力輸出軸 2.花鍵套 3.花鍵軸 4.大錐齒輪 5.小錐齒輪 6.傳動軸 8.大皮帶輪 9.抽水機組

圖2 抽水機組傳動示意圖

3.2 設計計算

首先根據(jù)設計要求，水泵流量Q≥10 m3/h、最大揚程H≥12 m、最大吸程h≥3 m，在市場上購買了較成熟的水泵產(chǎn)品，水泵的具體參數(shù)如表1所示。小型甘蔗收割機的動力輸出轉(zhuǎn)速：n總=800～900 r/min，因此需要通過傳動系統(tǒng)把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為3600 r/min。

小型甘蔗收割機的動力輸出轉(zhuǎn)速：n輸出=800～900 r/min；

齒輪傳動比：i1=Z大Z小=3417=2

皮帶輪傳動比：i2=n大n小=2

計算結(jié)果：n=n輸出×i1×i2=（800～900）×2×2=3200～3600 r/min>3000 r/min

所以此傳動機構(gòu)滿足水泵的技術要求。

4 性能試驗

4.1 試驗結(jié)果

2013年11月～2014年2月，項目組在云南省文山州平遠街、以及云南省紅河州蒙自等地進行了田間試驗與性能測試，試驗場地都是適合小型甘蔗收割機進行收割作業(yè)的地塊，且甘蔗地塊周圍有水塘或水溝，試驗結(jié)果如表2。

4.2 實驗結(jié)果分析與討論

（1）抽水機組切實可行，經(jīng)測試，符合設計要求；

（2）可以節(jié)約人工3～5人，減少水溝、渠道修建成本，加大水流速度，增加輸水能力，輸水時間可縮短40%～50%；

（3）根據(jù)甘蔗地塊甘蔗長勢情況，通過控制油門的大小，可以改變抽水機組的流量以及揚程，可滿足不同生長周期甘蔗所需水量的多少；

（4）按使用要求正確操作，不會對甘蔗地里的甘蔗有任何損傷，幾來年，根據(jù)對甘蔗長勢進行觀測，沒有受到任何影響；

（5）改變了傳統(tǒng)的勞作方式，大幅度降低了作業(yè)成本，提高了勞動生產(chǎn)率。

通過試驗結(jié)果表明，該機具有良好的市場前景，該機不僅適用于甘蔗農(nóng)田的灌溉作業(yè)，同時也適用于具有更多的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物的灌溉作業(yè)，如烤煙、馬鈴薯、蔬菜等。

5 結(jié)束語

小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組適用于適合甘蔗收割機收割作業(yè)地塊的田間灌溉作業(yè)。該機實現(xiàn)了一機多用，滿足了農(nóng)機通用化的技術要求，為經(jīng)濟作物灌溉提供了便利條件。由于該機結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、作業(yè)可靠，且適用范圍廣，通用性好，因此具有廣闊的推廣應用前景。

我國人多水少，且水資源分布極不均衡，水資源的低效使用進一步加劇了水資源短缺的嚴重程度。農(nóng)業(yè)是我國的用水大戶，盡管近年來農(nóng)業(yè)用水受到了其他部門的擠占，但還是主要的耗水主體，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的比重達60%以上，而在整個的農(nóng)業(yè)用水中，灌溉用水又占了90%以上的比重。特別是近五年來，云南一直屬于干旱年份，提高水的利用效率成為了政府部門一直關注的重點問題，因此，小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組，將成為今后農(nóng)田灌溉的一個新的技術領域。另外，應加強對不同經(jīng)濟農(nóng)作物的種植的農(nóng)業(yè)要求規(guī)范管理，以便該機能滿足更多經(jīng)濟農(nóng)作物的灌溉技術要求。

參考文獻：

[1] 任巖，王金龍.石頭河灌區(qū)灌溉工程自動化控制系統(tǒng)綜評[J].黑龍江水利科技，2009，37（1）：11.

[2] 劉紅梅，王克強，黃智俊.影響中國農(nóng)戶采用節(jié)水灌溉技術行為的因素分析[J]. 中國農(nóng)村經(jīng)濟，2008（04）.

[3] 韓青. 農(nóng)戶灌溉技術選擇的激勵機制——一種博弈視角的分析[J].農(nóng)業(yè)技術經(jīng)濟，2005（06）.

[4] 于素花.農(nóng)村社區(qū)水價變化對農(nóng)業(yè)節(jié)水技術推廣的影響[J].農(nóng)業(yè)技術經(jīng)濟，2001（06）.

[5] 余安.農(nóng)戶節(jié)水灌溉技術采用意愿及影響因素[D]. 浙江大學，2012.

[6] 謝西玲.農(nóng)戶采納節(jié)水灌溉技術的影響因素及其對策研究[D].華中農(nóng)業(yè)大學， 2008.

[7] 歐陽良璧.新時期浦城農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展對策的探討[J]. 福建農(nóng)機，2005（03）.

[8] 許郎，黃鶯.農(nóng)業(yè)灌溉用水效率及其影響因素研究——基于安徽省蒙城縣的實地調(diào)查[J].資源科學，2012（01）.

[9] 陳海清.湘北山區(qū)農(nóng)機化發(fā)展的調(diào)查與思考[J]. 湖南農(nóng)機，1999（02）.endprint

1.甘蔗收割機動力輸出軸 2.花鍵套 3.花鍵軸 4.大錐齒輪 5.小錐齒輪 6.傳動軸 8.大皮帶輪 9.抽水機組

圖2 抽水機組傳動示意圖

3.2 設計計算

首先根據(jù)設計要求，水泵流量Q≥10 m3/h、最大揚程H≥12 m、最大吸程h≥3 m，在市場上購買了較成熟的水泵產(chǎn)品，水泵的具體參數(shù)如表1所示。小型甘蔗收割機的動力輸出轉(zhuǎn)速：n總=800～900 r/min，因此需要通過傳動系統(tǒng)把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為3600 r/min。

小型甘蔗收割機的動力輸出轉(zhuǎn)速：n輸出=800～900 r/min；

齒輪傳動比：i1=Z大Z小=3417=2

皮帶輪傳動比：i2=n大n小=2

計算結(jié)果：n=n輸出×i1×i2=（800～900）×2×2=3200～3600 r/min>3000 r/min

所以此傳動機構(gòu)滿足水泵的技術要求。

4 性能試驗

4.1 試驗結(jié)果

2013年11月～2014年2月，項目組在云南省文山州平遠街、以及云南省紅河州蒙自等地進行了田間試驗與性能測試，試驗場地都是適合小型甘蔗收割機進行收割作業(yè)的地塊，且甘蔗地塊周圍有水塘或水溝，試驗結(jié)果如表2。

4.2 實驗結(jié)果分析與討論

（1）抽水機組切實可行，經(jīng)測試，符合設計要求；

（2）可以節(jié)約人工3～5人，減少水溝、渠道修建成本，加大水流速度，增加輸水能力，輸水時間可縮短40%～50%；

（3）根據(jù)甘蔗地塊甘蔗長勢情況，通過控制油門的大小，可以改變抽水機組的流量以及揚程，可滿足不同生長周期甘蔗所需水量的多少；

（4）按使用要求正確操作，不會對甘蔗地里的甘蔗有任何損傷，幾來年，根據(jù)對甘蔗長勢進行觀測，沒有受到任何影響；

（5）改變了傳統(tǒng)的勞作方式，大幅度降低了作業(yè)成本，提高了勞動生產(chǎn)率。

通過試驗結(jié)果表明，該機具有良好的市場前景，該機不僅適用于甘蔗農(nóng)田的灌溉作業(yè)，同時也適用于具有更多的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物的灌溉作業(yè)，如烤煙、馬鈴薯、蔬菜等。

5 結(jié)束語

小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組適用于適合甘蔗收割機收割作業(yè)地塊的田間灌溉作業(yè)。該機實現(xiàn)了一機多用，滿足了農(nóng)機通用化的技術要求，為經(jīng)濟作物灌溉提供了便利條件。由于該機結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、作業(yè)可靠，且適用范圍廣，通用性好，因此具有廣闊的推廣應用前景。

我國人多水少，且水資源分布極不均衡，水資源的低效使用進一步加劇了水資源短缺的嚴重程度。農(nóng)業(yè)是我國的用水大戶，盡管近年來農(nóng)業(yè)用水受到了其他部門的擠占，但還是主要的耗水主體，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的比重達60%以上，而在整個的農(nóng)業(yè)用水中，灌溉用水又占了90%以上的比重。特別是近五年來，云南一直屬于干旱年份，提高水的利用效率成為了政府部門一直關注的重點問題，因此，小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組，將成為今后農(nóng)田灌溉的一個新的技術領域。另外，應加強對不同經(jīng)濟農(nóng)作物的種植的農(nóng)業(yè)要求規(guī)范管理，以便該機能滿足更多經(jīng)濟農(nóng)作物的灌溉技術要求。

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[4] 于素花.農(nóng)村社區(qū)水價變化對農(nóng)業(yè)節(jié)水技術推廣的影響[J].農(nóng)業(yè)技術經(jīng)濟，2001（06）.

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[8] 許郎，黃鶯.農(nóng)業(yè)灌溉用水效率及其影響因素研究——基于安徽省蒙城縣的實地調(diào)查[J].資源科學，2012（01）.

[9] 陳海清.湘北山區(qū)農(nóng)機化發(fā)展的調(diào)查與思考[J]. 湖南農(nóng)機，1999（02）.endprint

1.甘蔗收割機動力輸出軸 2.花鍵套 3.花鍵軸 4.大錐齒輪 5.小錐齒輪 6.傳動軸 8.大皮帶輪 9.抽水機組

圖2 抽水機組傳動示意圖

3.2 設計計算

首先根據(jù)設計要求，水泵流量Q≥10 m3/h、最大揚程H≥12 m、最大吸程h≥3 m，在市場上購買了較成熟的水泵產(chǎn)品，水泵的具體參數(shù)如表1所示。小型甘蔗收割機的動力輸出轉(zhuǎn)速：n總=800～900 r/min，因此需要通過傳動系統(tǒng)把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為3600 r/min。

小型甘蔗收割機的動力輸出轉(zhuǎn)速：n輸出=800～900 r/min；

齒輪傳動比：i1=Z大Z小=3417=2

皮帶輪傳動比：i2=n大n小=2

計算結(jié)果：n=n輸出×i1×i2=（800～900）×2×2=3200～3600 r/min>3000 r/min

所以此傳動機構(gòu)滿足水泵的技術要求。

4 性能試驗

4.1 試驗結(jié)果

2013年11月～2014年2月，項目組在云南省文山州平遠街、以及云南省紅河州蒙自等地進行了田間試驗與性能測試，試驗場地都是適合小型甘蔗收割機進行收割作業(yè)的地塊，且甘蔗地塊周圍有水塘或水溝，試驗結(jié)果如表2。

4.2 實驗結(jié)果分析與討論

（1）抽水機組切實可行，經(jīng)測試，符合設計要求；

（2）可以節(jié)約人工3～5人，減少水溝、渠道修建成本，加大水流速度，增加輸水能力，輸水時間可縮短40%～50%；

（3）根據(jù)甘蔗地塊甘蔗長勢情況，通過控制油門的大小，可以改變抽水機組的流量以及揚程，可滿足不同生長周期甘蔗所需水量的多少；

（4）按使用要求正確操作，不會對甘蔗地里的甘蔗有任何損傷，幾來年，根據(jù)對甘蔗長勢進行觀測，沒有受到任何影響；

（5）改變了傳統(tǒng)的勞作方式，大幅度降低了作業(yè)成本，提高了勞動生產(chǎn)率。

通過試驗結(jié)果表明，該機具有良好的市場前景，該機不僅適用于甘蔗農(nóng)田的灌溉作業(yè)，同時也適用于具有更多的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物的灌溉作業(yè)，如烤煙、馬鈴薯、蔬菜等。

5 結(jié)束語

小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組適用于適合甘蔗收割機收割作業(yè)地塊的田間灌溉作業(yè)。該機實現(xiàn)了一機多用，滿足了農(nóng)機通用化的技術要求，為經(jīng)濟作物灌溉提供了便利條件。由于該機結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、作業(yè)可靠，且適用范圍廣，通用性好，因此具有廣闊的推廣應用前景。

我國人多水少，且水資源分布極不均衡，水資源的低效使用進一步加劇了水資源短缺的嚴重程度。農(nóng)業(yè)是我國的用水大戶，盡管近年來農(nóng)業(yè)用水受到了其他部門的擠占，但還是主要的耗水主體，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的比重達60%以上，而在整個的農(nóng)業(yè)用水中，灌溉用水又占了90%以上的比重。特別是近五年來，云南一直屬于干旱年份，提高水的利用效率成為了政府部門一直關注的重點問題，因此，小型甘蔗收割機多用途配套機具抽水機組，將成為今后農(nóng)田灌溉的一個新的技術領域。另外，應加強對不同經(jīng)濟農(nóng)作物的種植的農(nóng)業(yè)要求規(guī)范管理，以便該機能滿足更多經(jīng)濟農(nóng)作物的灌溉技術要求。

參考文獻：

[1] 任巖，王金龍.石頭河灌區(qū)灌溉工程自動化控制系統(tǒng)綜評[J].黑龍江水利科技，2009，37（1）：11.

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[3] 韓青. 農(nóng)戶灌溉技術選擇的激勵機制——一種博弈視角的分析[J].農(nóng)業(yè)技術經(jīng)濟，2005（06）.

[4] 于素花.農(nóng)村社區(qū)水價變化對農(nóng)業(yè)節(jié)水技術推廣的影響[J].農(nóng)業(yè)技術經(jīng)濟，2001（06）.

[5] 余安.農(nóng)戶節(jié)水灌溉技術采用意愿及影響因素[D]. 浙江大學，2012.

[6] 謝西玲.農(nóng)戶采納節(jié)水灌溉技術的影響因素及其對策研究[D].華中農(nóng)業(yè)大學， 2008.

[7] 歐陽良璧.新時期浦城農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展對策的探討[J]. 福建農(nóng)機，2005（03）.

[8] 許郎，黃鶯.農(nóng)業(yè)灌溉用水效率及其影響因素研究——基于安徽省蒙城縣的實地調(diào)查[J].資源科學，2012（01）.

[9] 陳海清.湘北山區(qū)農(nóng)機化發(fā)展的調(diào)查與思考[J]. 湖南農(nóng)機，1999（02）.endprint