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番茄收獲機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生 郭毅 指導(dǎo)老師 王紅飆 1 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 阿拉爾 843300 摘要 目前中國(guó)已成為繼美國(guó)之后世界第二大加工番茄生產(chǎn)基地 其加工番茄的種植面積約 占世界總種植面積的 28 是我國(guó)最大的加工番茄生產(chǎn)基地 其具有發(fā)展加工番茄生產(chǎn)得 天獨(dú)厚的農(nóng)業(yè)資源 晝夜溫差大 日照時(shí)間長(zhǎng) 干燥炎熱 病蟲(chóng)害少 獨(dú)特的自然條件為大規(guī) 模發(fā)展加工番茄產(chǎn)業(yè)提供了非常有利的條件 約占中國(guó)加工番茄的種植面積的 80 左右 2009 年番茄種植面積已達(dá) 158 萬(wàn)畝 番茄產(chǎn)量達(dá)到 744 萬(wàn)噸 生產(chǎn)番茄制品 101 46 萬(wàn)噸 然而 目前的加工番茄普遍采用人工采收 勞動(dòng)強(qiáng)度大 生產(chǎn)效率低 費(fèi)時(shí)費(fèi)力 采收費(fèi)用高 且常由于采收不及時(shí) 造成大量的加工番茄腐爛在地里 而正值的秋收季節(jié)之時(shí) 致使勞 動(dòng)力極為緊缺 但經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展 的 紅色產(chǎn)業(yè) 發(fā)展迅猛 產(chǎn)量逐年遞增 關(guān)鍵詞 收獲機(jī) 自走式 番茄 中圖分類(lèi)號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 0 引言 目前中國(guó)已成為繼美國(guó)之后世界第二大 加工番茄生產(chǎn)基地 其加工番茄的種植面積 約占世界總種植面積的 28 是我國(guó)最 大的加工番茄生產(chǎn)基地 其具有發(fā)展加工番 茄生產(chǎn)得天獨(dú)厚的農(nóng)業(yè)資源 晝夜溫差大 日照時(shí)間長(zhǎng) 干燥炎熱 病蟲(chóng)害少 獨(dú)特的 自然條件為大規(guī)模發(fā)展加工番茄產(chǎn)業(yè)提供了 非常有利的條件 約占中國(guó)加工番茄的種植 面積的 80 左右 2009 年番茄種植面積 已達(dá) 158 萬(wàn)畝 番茄產(chǎn)量達(dá)到 744 萬(wàn)噸 生 產(chǎn)番茄制品 101 46 萬(wàn)噸 然而 目前的 加工番茄普遍采用人工采收 勞動(dòng)強(qiáng)度大 生產(chǎn)效率低 費(fèi)時(shí)費(fèi)力 采收費(fèi)用高 且常 由于采收不及時(shí) 造成大量的加工番茄腐爛 在地里 而正值的秋收季節(jié)之時(shí) 致使 勞動(dòng)力極為緊缺 但經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展 新 疆的 紅色產(chǎn)業(yè) 發(fā)展迅猛 產(chǎn)量逐年遞增 大力發(fā)展番茄產(chǎn)業(yè) 加快發(fā)展步伐 就 促使番茄收獲實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 番茄收獲是農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié) 目前大都是人工采 收 生產(chǎn)效率低 而番茄成熟季節(jié)與棉花成 熟季節(jié)相同 由于是棉花大省 占用勞 動(dòng)力很多 往往都是因?yàn)閯趧?dòng)力不足 影響 了番茄的最佳成熟時(shí)節(jié) 嚴(yán)重影響了番茄的 品質(zhì) 造成了一定的損失 由于進(jìn)口番茄收 獲機(jī)存在價(jià)格昂貴服務(wù)周期長(zhǎng)和收費(fèi)高等問(wèn) 題 對(duì)我國(guó)番茄機(jī)械化采收技術(shù)的推廣和普 及造成很大障礙 嚴(yán)重影響了和兵團(tuán)番 茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 為此 設(shè)計(jì)一種番茄 收獲機(jī) 并對(duì)該機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行研制 該 機(jī)可同時(shí)完成番茄秧的切割 果秧分離和輸 送等工作 1 總體設(shè)計(jì)思路 我國(guó)研究葵花籽去殼機(jī)起步較晚發(fā)展緩 慢 和發(fā)達(dá)國(guó)家相比只能望其項(xiàng)背 目前市 場(chǎng)上流行的一些機(jī)具中 存在一些問(wèn)題 因 此 難以大范圍推廣應(yīng)用 是我國(guó)番茄 主要種植地區(qū) 目前機(jī)械化程度也已越來(lái)越 高 但要實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化還需要很長(zhǎng)一段時(shí) 間的努力 目前番茄收獲機(jī)械化存在的 問(wèn)題主要有一下幾個(gè)方面 1 番茄品種還不能完全適應(yīng)機(jī)械化收獲 2 缺乏與機(jī)械化收獲相適應(yīng)的科學(xué)種植 和田間管理規(guī)范 3 缺乏機(jī)械化收獲番茄的收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn) 4 缺乏適用的番茄收獲機(jī) 5 番茄種植戶(hù)規(guī)模較小 6 番茄收獲時(shí)間過(guò)于集中 因此 在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi) 人工采摘 仍將是地區(qū)番茄收獲的主要方式 相對(duì) 于人工收獲來(lái)說(shuō) 番茄收獲機(jī)明顯是一個(gè)良 好的選擇 是既可以節(jié)約勞動(dòng)力又可以節(jié)約 成本的一種機(jī)械 1 1 設(shè)計(jì)原理 根據(jù)我國(guó)番茄收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在 問(wèn)題以及未來(lái)番茄收獲機(jī)發(fā)展要求 設(shè)計(jì)農(nóng) 用番茄收獲機(jī) 農(nóng)用番茄收獲機(jī)主要由動(dòng)力 輸入裝置 傳動(dòng)裝置 切割裝置 果秧分離 裝置和輸送裝置組成 其中 動(dòng)力裝置是通 過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)三角帶傳遞 切割裝置將番茄秧 割斷 經(jīng)由輸送帶的一系列輸送 經(jīng)過(guò)果秧 分離裝置實(shí)現(xiàn)果實(shí)和果秧的分離 最后由輸 送帶進(jìn)行運(yùn)輸 通過(guò)本機(jī)能一次性完成對(duì)番 茄的收獲 先確定我國(guó)已有番茄收獲機(jī)的類(lèi)型 根據(jù)已 有大型番茄收獲機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新型的 番茄收獲機(jī) 使番茄收獲機(jī)能滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 的要求 也就是番茄收獲機(jī)要能工作穩(wěn)定 保證收獲率高 番茄完整率高 果秧分離效 果好等優(yōu)點(diǎn) 1 2 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu) 該機(jī)動(dòng)力源于發(fā)動(dòng)機(jī) 通過(guò)帶輪 三角 帶實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳輸 番茄通過(guò)采摘頭 輸送 裝置 分離裝置等實(shí)現(xiàn)一次性完成對(duì)番茄的 收獲 圖 1 番茄收獲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖 1 割刀 2 果秧輸送帶 3 駕駛室 4 格柵 5 梳齒 6 分離滾筒 7 秧苗輸送帶 8 果實(shí)裝車(chē)輸送帶 9 秧苗輸送架 10 機(jī)架 11 果實(shí)輸送帶 12 主動(dòng)帶輪 13 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 14 從動(dòng)帶輪 15 輪胎 2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) 2 1 梳齒滾筒式分離裝置的設(shè)計(jì) 梳齒滾筒式分離機(jī)構(gòu)是果秧分離裝置的 核心部件 主要由滾筒主軸 分離滾筒 分 離彈齒 傳動(dòng)輪等零件組成 被割臺(tái)切割的 果秧由輸送帶 6 輸送至果秧分離裝置 通過(guò) 滾筒的作用 番茄進(jìn)行果秧分離 分離后的 番茄果實(shí)從格柵落下進(jìn)入下面果實(shí)輸送帶 剩余果秧被滾筒彈齒拋出 2 2 分離滾筒的設(shè)計(jì) 分離滾筒是果秧分離裝置的主體 滾筒 的直徑和長(zhǎng)度決定著分離轉(zhuǎn)速和工作效率等 工作參數(shù) 其直徑還間接影響了分離彈齒的 長(zhǎng)度范圍 因此 對(duì)其直徑和長(zhǎng)度的確定具 有一定意義 目前現(xiàn)有的適合機(jī)械采收 的加工番茄種植模式為寬窄行 40cm 80cm 株距 35 40 cm 國(guó)外進(jìn)口的番茄收獲機(jī)生 產(chǎn)率為 20 35t h 機(jī)車(chē)行走速度為 1 5 3km h 本裝置設(shè)計(jì)所配套機(jī)車(chē)行走速 度為 2 5 km h 滾筒轉(zhuǎn)速范圍由下式確定 2 na 2 5km h 7m s 式中 n 為滾筒轉(zhuǎn) 速 r s a 為撥桿長(zhǎng)度與滾筒半徑之和 m 設(shè)計(jì)滾筒的半徑為 180mm 材料選擇為 鋼 長(zhǎng)度為 1400mm 2 3 分離彈齒撥桿的設(shè)計(jì) 分離彈齒是分離果秧的主要部件 其直 接作用在果秧上 因此 彈齒的形狀和分布 為設(shè)計(jì)的要點(diǎn) 根據(jù)目前已有分離彈齒的造 型和田地采集的番茄果秧的尺寸以及番茄果 實(shí)尺寸 該分離撥桿采用直徑為12mm的橡膠 棒 撥桿間距為82mm 分離彈齒與滾筒相結(jié) 合 根據(jù)滾筒半徑確定彈齒的長(zhǎng)度為350mm 撥桿與滾筒采用焊接的連接方式 2 4 切割裝置的設(shè)計(jì) 根據(jù)我國(guó)番茄種植現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi)外相關(guān)技 術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上 充分考慮到各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指 標(biāo) 我與導(dǎo)師經(jīng)過(guò)討論提出兩種番茄收獲機(jī)割 臺(tái)設(shè)計(jì)方案 方案一圓盤(pán)式割刀切斷植株 利用圓盤(pán)式 割刀切割番茄莖桿 圓盤(pán)式割刀的運(yùn)動(dòng)是刀盤(pán) 的水平旋轉(zhuǎn)與機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動(dòng)所合成的 刀片 某一點(diǎn)對(duì)地面的軌跡為余擺線(xiàn) 刀片刃線(xiàn)對(duì)地 面所掃過(guò)的面積為余擺帶 其帶寬與刃部長(zhǎng)度 相近似 但是固定盤(pán)式割刀功耗大 使用不 方便甩刀回轉(zhuǎn)式割刀果實(shí)損失較多 使用不夠 經(jīng)濟(jì) 方案二往復(fù)割刀切斷植株 經(jīng)輸送鏈輸送 莖桿 割臺(tái)配置分禾器 輸送帶 結(jié)構(gòu)緊湊 碎 莖桿容易收集 本設(shè)計(jì)采用第二種切割裝置 2 5 輸送帶的設(shè)計(jì) 輸送帶是由尼龍帶與橫桿鉚接組成 橫桿 之間的間隙設(shè)計(jì)是根據(jù)番茄的截面直徑設(shè)計(jì) 的 橫桿是 10 號(hào)鋼筋截得 根據(jù)收獲要求番茄最小直徑 28mm 根據(jù) 受力分析設(shè)計(jì)間隙為 25mm 如果按要求設(shè)計(jì) 28mm 會(huì)擠壓受力 番茄會(huì)變型 所以間隙要比 要求小 果秧分離后 由于有可能番茄依舊在果 秧上 沒(méi)有脫落到下方果實(shí)輸送帶上 故果 秧輸送帶橫桿之間的間隙應(yīng)該大于番茄的最 大直徑 92mm 設(shè)計(jì)為 100mm 在輸送過(guò)程中 由于機(jī)體的震動(dòng)使番茄能夠掉落到果實(shí)輸送 帶中故需要橫桿中間的帶中空 果秧分離后 果實(shí)輸送帶橫桿之間的間 隙應(yīng)該大于番茄的最大直徑 92mm 設(shè)計(jì)為 100mm 高度為 80mm 3 總結(jié) 本文是圍繞農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品 番茄收獲機(jī) 的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)了番茄收獲的機(jī)械化 此機(jī)器 使用后 改變了以前人工勞動(dòng)強(qiáng)度大 效率 低的缺點(diǎn) 節(jié)省了廣大農(nóng)民群眾的勞動(dòng)量 提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量 此番茄收獲機(jī) 的研制滿(mǎn)足了大部分用戶(hù)的需要 該機(jī)器果 秧分離率高 番茄的損傷率低 也解放了勞 動(dòng)力 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化收獲的全過(guò)程 該機(jī)的關(guān)鍵部分是果秧分離結(jié)構(gòu)與秧苗 撿拾切割結(jié)構(gòu) 因?yàn)榉咽斋@的整個(gè)過(guò)程都 是由這兩部分完成的 分離后的番茄損傷情 況 完全是看果秧分離結(jié)構(gòu)的性能能不能達(dá) 到要求 本文也介紹了目前各種番茄收獲機(jī) 分離裝置和切割撿拾裝置的原理及裝備 并 對(duì)番茄收獲機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景作 出了簡(jiǎn)明的概括和分析 參考文獻(xiàn) 1 江英蘭 梁榮慶 坎雜 李成松 譚洪洋 馮 玉磊 番茄收獲機(jī)果秧分離裝置液壓系統(tǒng) 能耗分析 J 農(nóng)機(jī)化研究 2012 2 李成松 坎雜 譚洪洋 張若宇 孫日賓 陳 端鳳 4FZ 30 型自走式番茄收獲機(jī)的研制 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2012 3 江英蘭 李成松 馮玉磊 坎雜 番茄收獲機(jī) 割臺(tái)特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀 J 安徽農(nóng)業(yè)科 學(xué) 2012 4 高治國(guó) 齊偉 王玲玲 鄧成偉 程蘭蘭 高 愛(ài)弟 郭健 國(guó)產(chǎn) 4FZ 2 型自走式番茄收獲 機(jī) J 農(nóng)機(jī)化 2012 5 李成松 坎雜 譚洪洋 4FZ 30 型自走式番 茄收獲機(jī)的研制 J 農(nóng)機(jī)化 2012 6 高治國(guó) 鄒邦權(quán) 齊偉 郭健 王玲玲 高愛(ài) 弟 鄧成偉 程蘭蘭 番茄收獲機(jī)采摘頭的 改進(jìn)設(shè)計(jì) J 農(nóng)機(jī)化 2012 7 高治國(guó) 齊偉 郭健 4FZ 2 型自走式番茄 收 獲機(jī)的總體設(shè)計(jì) J 農(nóng)機(jī)化研究 2013 8 周軍平 郝朝會(huì) 楊學(xué)軍 金鑫 孫星 王錦 江 番茄收獲機(jī)喂入機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性分析與 參數(shù)優(yōu)化 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2013