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專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 院
姓 名
指導(dǎo)教師
設(shè)計(jì)題目
馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)前期工作小結(jié)
認(rèn)真地查閱了馬鈴薯收獲機(jī)設(shè)計(jì)的有關(guān)論文，并通過大量的查閱相關(guān)資料使我更加熟悉馬鈴薯收獲機(jī)的工作方式，較全面的了解收獲機(jī)的分類，對(duì)其結(jié)構(gòu)和挖掘部分設(shè)計(jì)情況有了一定的了解。根據(jù)掌握的材料對(duì)收獲機(jī)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)與計(jì)算，確定該設(shè)計(jì)的研究步驟。確定主要性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的選用原則。同時(shí)根據(jù)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)， 并查找資料初步確定各部件的尺寸。
畢業(yè)設(shè)計(jì)中期工作小結(jié)
經(jīng)過前期大量的資料收集后選擇了各個(gè)性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)也能夠快速的進(jìn)行設(shè)計(jì)。整理數(shù)據(jù)向指導(dǎo)教師匯報(bào)，并總結(jié)目前收集的資料來比較自己設(shè)計(jì)中存在的不足，修改不足將設(shè)計(jì)方案盡量合理化，同時(shí)將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)整理后畫出總裝配草圖。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽名：
2007屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期匯表
填表日期：
本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
論文題目
馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)院名稱
工程學(xué)院
姓名
專業(yè)班級(jí)
指導(dǎo)教師
課題類型
研究設(shè)計(jì)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的內(nèi)容摘要
1、馬鈴薯收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)；
2、作業(yè)行數(shù)為2行，配套動(dòng)力為80-100馬力；
3、作業(yè)深度為200mm，作業(yè)寬度為1800mm；
4、根據(jù)上述要求，確定收獲機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)形式，研究和設(shè)計(jì)該機(jī)械的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基本要求及工作量要求
根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求，查找資料，確定該設(shè)計(jì)的研究步驟，主要性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成設(shè)計(jì)總裝圖1份，主要部裝圖2份，設(shè)計(jì)說明書1份。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的主要階段計(jì)劃（分前期、中期、后期）
1、前期階段：查閱資料，編寫開題報(bào)告，時(shí)間：2周；
2、中期階段：理論設(shè)計(jì)與計(jì)算，完成全部參數(shù)的設(shè)計(jì)，完成總裝圖1份，主要部裝圖2份，設(shè)計(jì)說明書1份，時(shí)間為9周；
3、后期階段：整理畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，畢業(yè)答辯，時(shí)間2周。
任務(wù)下發(fā)日期
完成日期
系主任 主管教學(xué)院長(zhǎng)審批（簽字）：
黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)
專 業(yè)：
設(shè)計(jì)(論文)題目： 馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師：
200 年 月 日
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2002年4月26日”或“2002-04-26”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
文 獻(xiàn) 綜 述
1．課題研究的目的和意義
馬鈴薯是我國(guó)主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)，對(duì)調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快脫貧致富及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產(chǎn)物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機(jī)為主。馬鈴薯收獲機(jī)可以大大提高收獲效率, 降低勞動(dòng)強(qiáng)度, 減少損失, 為馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展。為促進(jìn)馬鈴薯生產(chǎn)地發(fā)展，解決機(jī)械化收獲問題勢(shì)在必行。馬鈴薯收獲機(jī)械化的關(guān)鍵矛盾是配套動(dòng)力與機(jī)具性能要求之間的矛盾。鑒于動(dòng)力的限制，與14kw一下拖拉機(jī)配套機(jī)具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。從發(fā)展看這類機(jī)械作為與目前農(nóng)村具有的小型拖拉機(jī)相配套哦阿德過渡性機(jī)型予以開發(fā)、推廣。隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對(duì)馬鈴薯收獲的機(jī)械化水平的需求越來越大。
2．國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，水平和發(fā)展趨勢(shì)
2.1國(guó)外現(xiàn)狀
從農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展較遲緩，只是近50年才發(fā)展到較高水平。美國(guó)在1948年以前用收獲機(jī)來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾。直到1967年，開始使用聯(lián)合收獲機(jī)，勞動(dòng)生產(chǎn)率達(dá)到100kg/（h·人）。20世紀(jì)80年代初期，聯(lián)合收獲機(jī)和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的85%，其中聯(lián)合收獲已經(jīng)達(dá)到50%以上、20世紀(jì)到90年代，美國(guó)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。原蘇聯(lián)是生產(chǎn)收獲機(jī)最早的國(guó)家。1960年，馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)保有量是3萬臺(tái)，1976年，保有量是6萬臺(tái)，1979年，馬鈴薯收獲機(jī)械工業(yè)化程度達(dá)到77%，到20世紀(jì)90年代除，馬鈴薯收獲機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合收獲機(jī)，其中勞動(dòng)生產(chǎn)率比其他2行收獲機(jī)提高1-2倍。德國(guó)20世紀(jì)在40年代主要生產(chǎn)和使用拋擲式收獲機(jī)。50年代主要生產(chǎn)和使用升運(yùn)鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)和撿拾裝載機(jī)，進(jìn)行分段收獲，到1970年保有量達(dá)到6205臺(tái)，90年代開始生產(chǎn)收獲-撿拾裝載機(jī)和具有自動(dòng)分選裝置的聯(lián)合收獲機(jī)。日本在1955年以前使用畜力挖掘機(jī)，1955年到1965年生產(chǎn)懸掛式的拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)。70年代開始引進(jìn)英國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的聯(lián)合收獲機(jī)，并研制適合日本國(guó)情的聯(lián)合收獲機(jī)。
總之，在國(guó)外幾個(gè)主要生產(chǎn)馬鈴薯的發(fā)達(dá)國(guó)家，都形成了用聯(lián)合收獲機(jī)直接收獲，或用挖掘-撿拾裝載機(jī)加固定分選裝置來進(jìn)行分段收獲的兩種全面實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)械化的配套系統(tǒng)，基本上實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。
2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)
解放初期, 我國(guó)收獲馬鈴薯采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。直到 20 世紀(jì) 70 年代中期, 由于手扶拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用, 國(guó)內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機(jī)配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī), 但受當(dāng)時(shí)的配套動(dòng)力限制, 未能生產(chǎn)和推廣。到 20 世紀(jì) 90 年代中期, 由于國(guó)產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用, 研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要日程。而此后, 市場(chǎng)需求旺盛, 先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場(chǎng), 以及新型農(nóng)用液壓挖掘機(jī), 操作簡(jiǎn)單、性能可靠、實(shí)用性強(qiáng)。以新型馬鈴薯收獲機(jī), 配有兩種傳動(dòng)鏈輪, 使柵條輸送帶實(shí)現(xiàn)高低兩種運(yùn)行速度, 適宜不同土質(zhì)的作業(yè); 兩側(cè)不設(shè)切土圓盤, 避免一般機(jī)具進(jìn)行不對(duì)壟作業(yè)時(shí), 嚴(yán)重破碎土豆現(xiàn)象; 兩側(cè)設(shè)有分薯板, 可將土豆推向側(cè)邊, 避免壓損。該機(jī)具有在濕潤(rùn)、干旱和多石地塊實(shí)現(xiàn)平作、壟作作業(yè)功能, 很大程度上占據(jù)了市場(chǎng)份額。為農(nóng)田基本建設(shè)和低產(chǎn)田改造提供了高效快捷的新機(jī)具, 減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度, 促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 增加農(nóng)民收入。
我國(guó)馬鈴薯種植面積大幅攀升，對(duì)我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械生產(chǎn)是一個(gè)非常好的機(jī)遇，但是同時(shí)也是一種挑戰(zhàn)。
2.1.1在我國(guó)，馬鈴薯收獲機(jī)向集機(jī)電和液壓技術(shù)為一體的大型化方向發(fā)展，從而提高自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
2.1.2 向聯(lián)合作業(yè)方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)多功能作業(yè)，降低作業(yè)成本和設(shè)備投入費(fèi)用。
2.1.3 向自走式發(fā)展，裝有分級(jí)裝置，實(shí)現(xiàn)互換性。
2.1.4 提高生產(chǎn)企業(yè)的加工工藝水平，保證設(shè)備制造質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 張偉 徐樹來 秦春蘭.《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》下冊(cè) 東北林業(yè)大學(xué)出版社 2000
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社 2000
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容摘要
1、馬鈴薯收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)；
2、作業(yè)行數(shù)為2行，配套動(dòng)力為80-100馬力；
3、作業(yè)深度為200mm，作業(yè)寬度為1800mm；
4、根據(jù)上述要求，確定收獲機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)形式，研究和設(shè)計(jì)該機(jī)械的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)。
2 課題研究方案與可行性分析
2．1設(shè)計(jì)方案
根據(jù)論文設(shè)計(jì)說明書的要求首先分析馬鈴薯成熟特點(diǎn)，確定具體要求，了
解收獲過程的特點(diǎn)各種挖掘過程對(duì)收獲有什么要求，對(duì)現(xiàn)有收獲機(jī)的類型、結(jié)
結(jié)特點(diǎn)進(jìn)行比較分析，研究收獲機(jī)的工作原理及工作過程，確定機(jī)器總體參數(shù)
及性能參數(shù)，然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)任務(wù)。
2．2 待解決的問題及解決方法
2.2.1 挖掘部件的設(shè)計(jì)：對(duì)挖掘鏟的設(shè)計(jì)要求是:①將所有薯塊掘起,保證挖凈且不鏟薯。②能流暢地將掘起物送往分離裝置。③盡早漏土,減小挖掘阻力,避免機(jī)前壅土,且減小篩分部件負(fù)荷,提高整機(jī)收獲的明薯率。馬鈴薯挖掘鏟的主要功用在于掘出薯塊并將薯塊輸送給分離裝置，且盡量減少進(jìn)入機(jī)具的泥土量和能量消耗，同時(shí)還要防止挖掘鏟纏草和壅土。對(duì)鏟刃張角和鏟的寬度、鏟面的水平傾角及鏟的末端離地高度鏟的長(zhǎng)度及選用的材料等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.2.2 分離部件的設(shè)計(jì)：收獲機(jī)的分離部件在工作時(shí)承受的負(fù)荷很大，一般要求分離掉的土壤達(dá)60%以上，并要求其工作可靠，對(duì)署塊的損傷小，分離的同時(shí)把剩余部分向后、側(cè)輸送，以便進(jìn)一步清選和分離。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)保證機(jī)器機(jī)構(gòu)緊湊、重量輕、分離能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
2.2.3 減震軸承的設(shè)計(jì)：減震軸承是擺動(dòng)篩式挖掘機(jī)的關(guān)鍵部位，由于挖掘機(jī)振動(dòng)較為劇烈，為提高工作可靠性應(yīng)采用減震軸承，它可以減小機(jī)器的振動(dòng)，提高機(jī)器的壽命。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證使用壽命長(zhǎng)、性能可靠、穩(wěn)定的特點(diǎn)。
3 可能存在的問題：
由于加工工藝和所用材料的影響，以及材料熱處理的方式的選用，減震
軸承的使用壽命可能偏短。
4 研究進(jìn)度
第一階段（2007.3. 6-2007.3.31）材料的搜集整理查閱相關(guān)資料
本階段需要完成與課題相關(guān)的調(diào)研工作，并對(duì)相關(guān)的文章進(jìn)行搜集、整理
，選出與設(shè)計(jì)有關(guān)的資料備用，并且找出自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外的不同之處，說明其優(yōu)點(diǎn)所在，擬定設(shè)計(jì)步驟，采用多方案設(shè)計(jì)，通過比較，選出最佳方案。
第二階段（2007.4.1-2007.5.10）理論與計(jì)算設(shè)計(jì)，全部參數(shù)的設(shè)計(jì)
本階段主要清楚的表達(dá)出挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)，及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，總體布置設(shè)計(jì).如果有不合適的地方應(yīng)進(jìn)行修改，計(jì)算，使之滿足生產(chǎn)要求。
第三階段 (2007.5.11-2007.6.10) 完成總裝圖，主要部裝圖，撰寫設(shè)計(jì)說明書
本階段主要完成與方案相符合的文章的撰寫，包括摘要、前言、設(shè)計(jì)步驟、內(nèi)容、參考文獻(xiàn)等。圖紙的繪制、總裝圖、部裝圖。本階段由于涉及知識(shí)點(diǎn)多，覆蓋面廣，故所需要的時(shí)間較長(zhǎng)。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
8
黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要： 馬鈴薯為地下產(chǎn)物，且是塊莖繁殖， 其收獲受季節(jié)和天氣限制。由于馬鈴薯的收獲費(fèi)時(shí)費(fèi)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大且季節(jié)性強(qiáng)，因此給農(nóng)民造成極大的困難。為了解決上述問題，本文就國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)現(xiàn)狀、馬鈴薯收獲機(jī)的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計(jì)了組合分離式馬鈴薯收獲機(jī)。對(duì)該機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論計(jì)算。
關(guān)鍵詞：馬鈴薯，設(shè)計(jì)，挖掘鏟
The design of potato harvester
Abstract： Potato is an under ground plant. Its harvest is limited by the crown of the year and weather. Since the potato harvesting process has some difficult problems for farmers such as being strenuous and time consuming, great in labor intensity and urgent in seasonal demand, the paper analyses the present situation of potato harvest, and a combined separation potato digger has been developed through selection of principal parameters and theoretical calculation for the design of essential parts.
Kewords: potato, design, digging shovel
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目錄 III
1.緒論 1
1.1馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展概況 2
1.2 我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3馬鈴薯收獲機(jī)械的類型及技術(shù)要求 4
1.4馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展的主要制約因素 5
1.5馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展建議 5
2. 機(jī)具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及性能參數(shù) 6
2.1總體結(jié)構(gòu) 6
2.2主要工作原理 6
2.3 主要性能參數(shù) 6
3. 主要部件的設(shè)計(jì) 7
3.1挖掘部件的設(shè)計(jì) 7
3.2分離部件的設(shè)計(jì) 13
4結(jié)論 21
參考文獻(xiàn) 22
致 謝 23
前言
馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值非常高，市場(chǎng)潛力巨大。在國(guó)外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)。在國(guó)內(nèi)，一向被國(guó)人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突然間在市場(chǎng)上風(fēng)靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國(guó)大中城市，以馬鈴薯?xiàng)l、馬鈴薯泥為基本原料的麥當(dāng)勞、肯德基食品已占據(jù)我國(guó)快餐市場(chǎng)的半壁江山，而從各種渠道進(jìn)口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而來。中國(guó)農(nóng)科院副院長(zhǎng)屈東玉博士在日前召開的中國(guó)馬鈴薯學(xué)術(shù)年會(huì)上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值大的作物，應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國(guó)家糧食商品糧基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財(cái)稅待遇，這將是保證我國(guó)糧食安全的有效手段?！?
馬鈴薯作為經(jīng)濟(jì)作物，種植面積越來越大，而傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲手段費(fèi)時(shí)費(fèi)事，勞動(dòng)強(qiáng)度大且季節(jié)性強(qiáng)，因此給農(nóng)民造成極大的困難。馬鈴薯種植區(qū)大部分在潛山和腰山地區(qū)，落后的人工收獲方式造成馬鈴薯凍害和減產(chǎn)等不必要的損失，農(nóng)民對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)械的要求十分迫切。為了解決上述問題，推廣應(yīng)用小型馬鈴薯收獲機(jī)勢(shì)在必行。應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)可以大大提高收獲效率，降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，增產(chǎn)增收，減少收獲損失，為我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械多年研制生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可以看出， 日本、意大利、美國(guó)等國(guó)外機(jī)具適應(yīng)壟作，很難適應(yīng)我國(guó)平作種植形式。各類型機(jī)械需要進(jìn)行多地域、多收獲季節(jié)的田間試驗(yàn)和多輪改進(jìn)，才能提高適應(yīng)性。
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1 緒論
馬鈴薯是我國(guó)主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)，對(duì)調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快脫貧致富及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產(chǎn)物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機(jī)為主。馬鈴薯收獲機(jī)可以大大提高收獲效率, 降低勞動(dòng)強(qiáng)度, 減少損失, 為馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展。為促進(jìn)馬鈴薯生產(chǎn)地發(fā)展，解決機(jī)械化收獲問題勢(shì)在必行。馬鈴薯收獲機(jī)械化的關(guān)鍵矛盾是配套動(dòng)力與機(jī)具性能要求之間的矛盾。鑒于動(dòng)力的限制，與14kw一下拖拉機(jī)配套機(jī)具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。從發(fā)展看這類機(jī)械作為與目前農(nóng)村具有的小型拖拉機(jī)相配套的過渡性機(jī)型予以開發(fā)、推廣。隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對(duì)馬鈴薯收獲的機(jī)械化水平的需求越來越大.
1.1 馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展概況
馬鈴薯是我國(guó)北方主要糧食作物之一， 在內(nèi)蒙、甘肅、寧夏、河北、山西、黑龍江、河南等省大面積種植，特別是內(nèi)蒙、甘肅、河北北部等地因常年干旱少雨，氣候寒冷，沙質(zhì)土壤多，不利于其它作物的生長(zhǎng)，馬鈴薯使成為這些地區(qū)的主產(chǎn)糧食作物。近幾年來，馬鈴薯迅速以經(jīng)濟(jì)作物走向市場(chǎng)，大量銷售到北京、天津、上海、廣州等各大城市，美國(guó)百事食品有限公司等國(guó)外企業(yè)也紛紛在我國(guó)以承包大面積種薯地形式而參與到馬鈴薯種植和深加工行業(yè)。隨著馬鈴薯向規(guī)?；N植的發(fā)展，農(nóng)民要求機(jī)械化收獲的愿望日趨強(qiáng)烈。由于各地土壤、氣候、地形及種植習(xí)慣的差異，種植機(jī)械發(fā)展相對(duì)滯后，多采用犁翻人工點(diǎn)播種植，行距不統(tǒng)一。小行距平作與大行距壟作形式共存，平作行距在400-550mm 之間，壟作在600—900mm之間。近幾年，隨著早上市鮮薯需求量的增加，收獲季節(jié)提前，馬鈴薯莖葉生長(zhǎng)旺盛，薯皮鮮嫩，機(jī)械收獲更易破皮和纏繞擁土，使農(nóng)藝要求與機(jī)械收獲適應(yīng)性的矛盾更加突出。機(jī)械化收獲馬鈴薯技術(shù)，關(guān)鍵問題是收獲機(jī)械適應(yīng)性差，傷薯率高。因此，研制開發(fā)性能優(yōu)良，適應(yīng)性強(qiáng)，傷薯率低，多型號(hào)，價(jià)格適中，并能同大中馬力拖拉機(jī)配套的收獲機(jī)械是非常必要的。
1.1.1 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展概況
新中國(guó)成立初期, 我國(guó)收獲馬鈴薯采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。直到20世紀(jì)60年代中期,馬鈴薯收獲機(jī)具的研制工作才逐步發(fā)展起來。研究人員在研究原西德、原蘇聯(lián)、日本、瑞士等國(guó)外機(jī)具的基礎(chǔ)上，研制成功了升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)，但是由于受當(dāng)時(shí)歷史條件的限制，沒能實(shí)現(xiàn)大面積推廣和使用。
20世紀(jì)70年代中期，由于手扶拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用, 國(guó)內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機(jī)配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī), 但受當(dāng)時(shí)的配套動(dòng)力限制, 未能生產(chǎn)和推廣。1979年，12國(guó)農(nóng)機(jī)展覽會(huì)后，國(guó)家將全部馬鈴薯收獲機(jī)樣機(jī)都投放在黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，從而為馬鈴薯收獲機(jī)的研究工作創(chuàng)造了良好的條件。
到 20 世紀(jì) 90 年代中期, 由于國(guó)產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用, 研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要日程。而此后, 其市場(chǎng)需求旺盛, 先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場(chǎng),并占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額。
1.1.2 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展概況
從農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展較遲緩，只是近50年才發(fā)展到較高水平。國(guó)外馬鈴薯機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。在2O世紀(jì)4O年代初前蘇聯(lián)、美國(guó)就開始研制推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)了，5O年代末期全面實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)機(jī)械化。7O～8O年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國(guó)亦相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化。國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械的技術(shù)水平相當(dāng)高，不但生產(chǎn)率高而且高新技術(shù)已融于機(jī)具之中。如采用振動(dòng)、液壓技術(shù)進(jìn)行挖掘；采用傳感技術(shù)控制土壤喂人量、馬鈴薯傳運(yùn)量以及分級(jí)裝載；采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進(jìn)行碎土和分離及利用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控操作等。
原蘇聯(lián)是生產(chǎn)收獲機(jī)最早的國(guó)家。1960年，馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)保有量是3萬臺(tái)，1976年，保有量是6萬臺(tái)，1979年，馬鈴薯收獲機(jī)械工業(yè)化程度達(dá)到77%（其中國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)為84%，集體農(nóng)莊為73%）；到20世紀(jì)90年代除，馬鈴薯收獲機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合收獲機(jī)，其中勞動(dòng)生產(chǎn)率比其他2行收獲機(jī)提高1-2倍。
美國(guó)在1948年以前用收獲機(jī)來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾。直到1967年，開始使用聯(lián)合收獲機(jī)，勞動(dòng)生產(chǎn)率達(dá)到100kg/（h·人）。20世紀(jì)80年代初期，聯(lián)合收獲機(jī)和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的85%，其中聯(lián)合收獲已經(jīng)達(dá)到50%以上、20世紀(jì)到90年代，美國(guó)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。
德國(guó)20世紀(jì)在40年代主要生產(chǎn)和使用拋擲式收獲機(jī)；50年代主要生產(chǎn)和使用升運(yùn)鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)和撿拾裝載機(jī)，進(jìn)行分段收獲；到1970年保有量達(dá)到6205臺(tái)；70年代開始生產(chǎn)聯(lián)合收獲機(jī)，機(jī)型有20多種，均是原聯(lián)合收獲機(jī)的變型，其保有量達(dá)到6萬臺(tái)；90年代開始生產(chǎn)收獲-撿拾裝載機(jī)和具有自動(dòng)分選裝置的聯(lián)合收獲機(jī)。
日本在1955年以前使用畜力挖掘機(jī)，1955年到1965年生產(chǎn)懸掛式的拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)。70年代開始引進(jìn)英國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的聯(lián)合收獲機(jī)，并研制適合日本國(guó)情的聯(lián)合收獲機(jī)。
目前，國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械大多采用升運(yùn)鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。由于國(guó)外馬鈴薯采用機(jī)械化壟作種植形式，適應(yīng)這種特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的收獲機(jī)械在中國(guó)難以適應(yīng)平作收獲。以內(nèi)蒙百事食品(中國(guó))有限公司種薯基地進(jìn)口機(jī)為例，其全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，種植方式采用壟作，行距為900mm，收獲機(jī)械為牽引式雙行聯(lián)合作業(yè)，多級(jí)鏈輸送，配套動(dòng)力在59．7kW以上，一次完成挖掘，土、石、薯、秧分離，并可實(shí)現(xiàn)薯塊大小自動(dòng)分撿、自行裝車等功能該機(jī)為全液壓操縱，各機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折疊運(yùn)輸，傷薯率極低。機(jī)體與薯塊可能接觸部位均用橡膠件保護(hù)。又如，芬蘭康克公司生產(chǎn)的雙行馬鈴薯收獲機(jī)為牽引式，配套動(dòng)力為33．6kW以上，在拖拉機(jī)右側(cè)實(shí)現(xiàn)挖掘，土、薯、莖葉分離，薯塊直接裝袋裝箱。同時(shí)，該機(jī)可作為撿拾機(jī)使用，后部工作臺(tái)為液壓升降式，薯塊或石頭可直接運(yùn)至田地頭。日本生產(chǎn)的主要為單行履帶自走式聯(lián)合作業(yè)機(jī)，行走與輸送鏈HST無級(jí)變速，發(fā)動(dòng)機(jī)為水冷4沖程3缸柴油機(jī)。
1.2 我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 馬鈴薯生產(chǎn)現(xiàn)狀
馬鈴薯原產(chǎn)于南美洲的安第斯山，17世紀(jì)由荷蘭人帶到我國(guó)臺(tái)灣。它是重要的糧食兼用和工業(yè)原料作物。目前，全世界主要種植馬鈴薯的國(guó)家有148個(gè)，總面積達(dá)1838萬hm，總產(chǎn)量3億噸。近年來，種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、馬鈴薯加工業(yè)的蓬勃發(fā)展、西式快餐大量興起、方便食品的不斷涌現(xiàn)、加工產(chǎn)品的大量開發(fā)以及經(jīng)濟(jì)效益的提高，極大地調(diào)動(dòng)了農(nóng)民的種植積極性。我國(guó)馬鈴薯種植面積以10萬hmm /年的增長(zhǎng)速度逐年增加，2001年達(dá)到472萬hm，產(chǎn)量居世界第一位；2003年，黑龍江省種植面積60萬hm產(chǎn)量達(dá)到960萬噸。所以從機(jī)械化角度來看，馬鈴薯種植和收獲機(jī)械蘊(yùn)涵著巨大的商機(jī)。
1.2.2 馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
（1） 在我國(guó)，馬鈴薯收獲機(jī)向集機(jī)電和液壓技術(shù)為一體的大型化方向發(fā)展，從而提高自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
（2） 向聯(lián)合作業(yè)方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)多功能作業(yè)，降低作業(yè)成本和設(shè)備投入費(fèi)用。
（3） 向自走式發(fā)展，裝有分級(jí)裝置，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
（4） 注重產(chǎn)品質(zhì)量，提高可靠性，實(shí)現(xiàn)互換性。
1.2.3 我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)全程機(jī)械化的發(fā)展趨勢(shì)
（1） 要加大公關(guān)力度，提高機(jī)具性能指標(biāo)，使其盡快達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。實(shí)現(xiàn)定型生產(chǎn)，占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，替代進(jìn)口產(chǎn)品。
（2） 提高“三化”水平，增加作業(yè)功能，以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。
（3） 提高機(jī)電、液壓一體化和檢測(cè)水平，開展聯(lián)合作業(yè)機(jī)具的研制。
（4） 提高生產(chǎn)企業(yè)的加工工藝水平，保證設(shè)備制造質(zhì)量。
我國(guó)馬鈴薯種植面積大幅攀升，這對(duì)我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)械生產(chǎn)無疑是一個(gè)非常好的機(jī)遇，但同時(shí)也是一種挑戰(zhàn)?？偟膩碚f，馬鈴薯收獲市場(chǎng)潛力巨大，如果能充分抓住這個(gè)大好時(shí)機(jī)，認(rèn)清國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)械的應(yīng)用現(xiàn)狀，有選擇地引進(jìn)和吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，并及時(shí)開發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，將為我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。
1.3 馬鈴薯收獲機(jī)械的類型及技術(shù)要求
1.3.1 馬鈴薯收獲機(jī)械的類型
目前，國(guó)產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械較成熟的產(chǎn)品主要有兩種類型：一是升運(yùn)鏈桿條式，該類型機(jī)是目前國(guó)際通用型式，美國(guó)、芬蘭、德國(guó)、俄羅斯等國(guó)大型收獲機(jī)， 日本自走式、韓國(guó)懸掛式收獲機(jī)普遍采用該型式，特點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)單雙行收獲和聯(lián)合作業(yè)；二是柵條擺動(dòng)分離篩式收獲機(jī)．該類型機(jī)是意大利、日本的早期結(jié)構(gòu)型式，不易實(shí)現(xiàn)雙行收獲和聯(lián)合作業(yè)。目前，國(guó)產(chǎn)機(jī)還不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作業(yè)。以上兩種類型機(jī)也有不足之處，就是只能實(shí)現(xiàn)挖掘、土薯分離和集條功能，還不能完成排石、去秧、集箱或直接裝車等功能。
1.3.2 馬鈴薯收獲機(jī)的技術(shù)要求
國(guó)內(nèi)馬镥薯收獲機(jī)械技術(shù)發(fā)展還處于起步階段，但各類型機(jī)均應(yīng)具備以下技術(shù)要求：
(1)挖凈率
要求挖深在150—200ram之間，每行挖掘?qū)挾仍?50—500ram之間，挖凈率應(yīng)不低于98％。
(2)明薯率
收獲機(jī)必須具有良好的分離機(jī)構(gòu)，能將薯塊與土壤分離，使分離后的薯塊集堆或集條以便于人工撿拾．明薯率應(yīng)達(dá)95％。
(3)破損率
收獲時(shí)應(yīng)盡量減少馬鈴薯破皮、切傷等損失，破損率應(yīng)小于5％ 。
(4)生產(chǎn)率
機(jī)械收獲的目的在于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，適時(shí)收獲。因此，收獲機(jī)作業(yè)時(shí)應(yīng)具有一定的作業(yè)速度。
(5)其它要求
馬鈴薯收獲機(jī)在盡可能減少自身動(dòng)力消耗的情況下，其配套動(dòng)力應(yīng)具有一定
的儲(chǔ)備。分離機(jī)構(gòu)應(yīng)具有排石、去秧功能，以適應(yīng)土壤、地形等方面的變化，以及收獲后田地應(yīng)平整，不能影響以后農(nóng)田作業(yè)要求。
1.4 馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展的主要制約因素
1.4.1 動(dòng)力配套問題
11—14kW拖拉機(jī)雖是目前農(nóng)村擁有量最多的動(dòng)力機(jī)械，但問題的核心是小型拖拉機(jī)不適宜于配套單行收獲機(jī)，動(dòng)力不能滿足一次完成挖掘、分離、薯塊集堆或集條作業(yè)，更談不上完成去秧、排石、裝箱等功能。實(shí)踐表明，不管收獲機(jī)械如何改進(jìn)，馬鈴薯收獲仍然需要較高動(dòng)力消耗，現(xiàn)在與小型拖拉機(jī)配套的收獲機(jī)普遍存在動(dòng)力不足的問題。雖然與18—22kW以上拖拉機(jī)配套的單行收獲機(jī)和38kW 以上拖拉機(jī)配套的雙行收獲機(jī)克服了動(dòng)力不足、適應(yīng)性差的問題，作業(yè)質(zhì)量也較好，但農(nóng)戶擁有該類型拖拉機(jī)數(shù)量有限，在一定程度上制約了馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展。
1.4.2 生產(chǎn)規(guī)模與種植形式
目前，農(nóng)村小規(guī)模生產(chǎn)方式制約了大中型馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展，收獲機(jī)市場(chǎng)出現(xiàn)了先小型，后小中型并舉的現(xiàn)象。馬鈴薯種植形式不統(tǒng)一也直接影響收獲機(jī)作業(yè)性能。
1.4.3 機(jī)具性能問題
目前我國(guó)各地研制的收獲機(jī)普遍存在可靠性差，作業(yè)質(zhì)量不穩(wěn)定，適應(yīng)性不強(qiáng)，功能不全等問題。
1.5 馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展建議
(1) 機(jī)具類型多樣化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。
我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)開發(fā)要適合國(guó)情，不但要適應(yīng)我國(guó)廣大農(nóng)村現(xiàn)有的配套動(dòng)力條件，還要適應(yīng)各地不同的農(nóng)藝要求。
(2) 提高機(jī)具可靠性。
馬鈴薯收獲機(jī)械在惡劣的條件下工作，零部件易腐蝕、磨損或斷裂，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從結(jié)構(gòu)特性、制造工藝和材料處理等幾方面綜合分析，改善零件的可靠性，進(jìn)而提高整機(jī)的可靠性。
(3) 多功能聯(lián)合收獲。
目前許多機(jī)型只有挖掘功能，沒有分離清選和輸送功能，生產(chǎn)率相對(duì)較低，實(shí)際收獲時(shí)的成本較高。因此，要通過消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化挖掘、分離、清選和輸送功能，提高生產(chǎn)率。同時(shí)要提高機(jī)具的適應(yīng)能力，完善根茬、殘膜的收集功能，使其真正實(shí)現(xiàn)多功能聯(lián)合作業(yè)。
(4) 加強(qiáng)基礎(chǔ)性能的研究。研究土壤性質(zhì)，可準(zhǔn)確確定機(jī)具的受力特性，理地選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)；研究馬鈴薯性狀，可減少其破損量，提高分選效率。深入研究土壤和馬鈴薯特性有助于優(yōu)化機(jī)器結(jié)構(gòu)，提高其使用性能。
2 機(jī)具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及性能參數(shù)
2.1 總體結(jié)構(gòu)
本任務(wù)設(shè)計(jì)的馬鈴薯挖掘機(jī)與80-100馬力的拖拉機(jī)配套作業(yè)，掛接方式為后懸掛，作業(yè)時(shí)需對(duì)行。該機(jī)主要由懸掛機(jī)架、轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩、挖掘鏟及鏟架、切土圓盤刀、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)篩等機(jī)構(gòu)組成。鏟架通過螺栓安裝在懸掛機(jī)架的側(cè)板上，在鏟架上安裝有挖掘鏟。在機(jī)架上焊有2點(diǎn)懸掛的地方，與拖拉機(jī)的懸掛機(jī)構(gòu)相連。在機(jī)架中部安裝有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由傳動(dòng)箱、一對(duì)錐齒輪和傳動(dòng)軸組成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過傳動(dòng)軸與拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸連接，拖拉機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)到轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩和擺動(dòng)分離篩上，使轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩轉(zhuǎn)動(dòng)，將挖掘出的馬鈴薯輸送到擺動(dòng)篩上達(dá)到分離效果。轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩的主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)作用由鏈條帶動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)動(dòng)篩達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)的效果。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)末端上有一偏心輪，偏心輪使與其相連的連桿一端作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在連桿另一端帶動(dòng)擺動(dòng)篩使其擺動(dòng)，使馬鈴薯和土壤達(dá)到分離的效果。
2.2 主要工作原理
拖拉機(jī)通過懸掛機(jī)構(gòu)牽引馬鈴薯收獲機(jī)前進(jìn)，拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸與收獲機(jī)的機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過傳動(dòng)軸相連接，在拖拉機(jī)啟動(dòng)后，結(jié)合動(dòng)力輸出軸使其轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳送動(dòng)力，使轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)篩轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)；在拖拉機(jī)前進(jìn)過程中，挖掘鏟挖出土垡，土垡沿挖掘鏟傳到轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩上進(jìn)行初次分離，然后由傳動(dòng)篩輸送到擺動(dòng)分離篩上再次分離，在擺動(dòng)篩的擺動(dòng)作用下薯塊和泥土分離，并將薯塊成條狀鋪放在挖掘機(jī)的后面，以便撿拾。
2.3 主要性能參數(shù)
馬鈴薯主要性能參數(shù)見表1所示：
表1 馬鈴薯主要性能參數(shù)
工作寬度
1800 mm
作業(yè)行數(shù)
2 行
作業(yè)深度
200 mm
主軸轉(zhuǎn)速
540 r/min
配套動(dòng)力（拖拉機(jī)）
80-100 馬力
作業(yè)速度
0.6 ～ 1 m/s
純小時(shí)生產(chǎn)率
0.25 ～ 0.60 hm·h
集薯類型
鋪條
理論明薯率
> 95%
理論挖凈率
> 98%
理論破損率
< 3%
行距
700 ～ 900 mm
3 主要部件的設(shè)計(jì)
3.1 挖掘部件的設(shè)計(jì)
挖掘部分的作用是把薯塊和土壤一起挖起，并把薯塊和土壤輸送到分離篩上。對(duì)挖掘部件的要求如下：
a 在盡量少挖取土壤的情況下挖凈薯塊；
b 挖掘深度穩(wěn)定不損傷薯塊，并可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；
c 挖掘鏟應(yīng)有較強(qiáng)的碎土能力，對(duì)粘重土壤保證土垡能順利通過，以便為分離薯塊中的土壤提供有利條件；
d 要求挖掘部件的牽引阻力小，刃口的耐磨性好。
為滿足上述要求，采用了組合式挖掘部件。這種挖掘部件由三角平面多鏟、鏟架和切土圓盤刀組成。挖掘鏟與鏟架通過螺釘連接，鏟架固定在機(jī)架上。切土圓盤刀安裝高度可調(diào)節(jié)。
3.1.1 挖掘鏟的設(shè)計(jì)
挖掘鏟是挖掘機(jī)的主要部件，而挖掘鏟的參數(shù)的選擇是馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
3.1.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)
主要依據(jù)是薯塊的分布寬度、結(jié)薯深度和薯塊成簇性等生長(zhǎng)狀況（圖1）, 以及土壤土質(zhì)和根系的抓土程度。
按收獲農(nóng)藝相關(guān)指標(biāo)——挖凈率、傷薯率、明薯率等, 對(duì)挖掘鏟的設(shè)計(jì)要求是:
a 將所有薯塊掘起, 保證挖凈且不鏟薯。
b 能流暢地將掘起物送往分離裝置。
c 盡早漏土, 減小挖掘阻力, 避免機(jī)前壅土,且減小篩分部件負(fù)荷, 提高整機(jī)收獲的明薯率。
圖1 馬鈴薯根系和薯塊一般分布狀況
固定式三角平面多鏟是挖掘機(jī)的主要工作部件之一，結(jié)構(gòu)比振動(dòng)式挖掘鏟和主動(dòng)圓盤挖掘部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，不需要?jiǎng)恿鲃?dòng)。其缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生壅土現(xiàn)象。
壅土現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：
a 土壤板結(jié)，有大土塊、大石塊和雜草纏繞；
b 懸掛連接尺寸不正確，挖掘鏟工作傾角過大或過??；
c 挖掘深度和前進(jìn)速度超過設(shè)計(jì)值。
但在土壤條件好的情況下，正確使用挖掘機(jī)是可以避免和減少壅土現(xiàn)象發(fā)生的。因此，固定式三角平面多鏟在國(guó)內(nèi)外仍得到廣泛應(yīng)用。
3.1.1.2 平面鏟主要參數(shù)的確定
三角平面多鏟的鏟面為平面，且常用在鏈桿式挖掘機(jī)上。因此，該機(jī)采用三角平面多鏟，由11個(gè)三角平面鏟組成，材料為65Mn。固定方式是通過鏟柄固定在鏟架上，并在各鏟之間留有滑草間隙。
挖掘鏟主要參數(shù)：圖2、圖3
γ--鏟刃斜角
α--鏟的傾角
L--鏟的長(zhǎng)度
B--鏟的寬度
h—鏟后端高度
圖2 挖掘鏟參數(shù)1
圖3 挖掘鏟參數(shù)2
受力分析：
鏟刃斜角γ為了保證鏟刃的自動(dòng)清理，可由圖4的受力分析確定。
圖四 受力分析
圖5 鏟尖受力分析
由公式 P sin(90° ?γ ) ＞ F （1）
使土壤在鏟刃上的滑切能力克服摩擦力，土壤與鏟刃做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
公式中
P — 作用在鏟刃的阻力(N)
F — 土壤對(duì)鏟刃的摩擦力(N)
F = Ntg
— 土壤對(duì)鏟刃的摩擦角
由摩擦定律知
F = Ntg
N = Pcos(90°- γ)，
將其代入(1)式得
γ＜ 90°- (2)
一般土壤對(duì)鏟刃的摩擦角為 =26.5°～35°，故取γ =55°為易。γ過大，莖桿和雜草不能被切斷，而且會(huì)引起鏟前堵塞；但是γ減小時(shí)，要達(dá)到同樣的挖掘?qū)挾?，則必須增加鏟的長(zhǎng)度，這會(huì)增加工作阻力，并且需加強(qiáng)鏟的強(qiáng)度。
挖掘鏟的傾角α和鏟的長(zhǎng)度L可由圖(4)的受力分析求得。
根據(jù)土壤在挖掘鏟上的受力分析可建立如下平衡方程式：
Pcosα?F?Gα=0 (3)
N ? Gcosα ? Psinα = 0 (4)
F = tg (5)
式中
P — 沿著挖掘鏟移動(dòng)掘起物所需的力(N)
N — 鏟對(duì)土壤的反作用力(N)
G — 鏟面上土壤的重力(N)
F — 土壤對(duì)鏟的摩擦力(N)
— 土壤對(duì)鏟的摩擦系數(shù)
將式(3)、(4) 、(5)聯(lián)立解得
(6)
P=Gtg(α+) (7)
挖掘鏟在工作過程中必然受到阻力的影響，工作阻力不僅只是由于鏟起的土壤沿鏟移動(dòng)而產(chǎn)生的，同時(shí)，由于切割土壤的作用也會(huì)產(chǎn)生阻力，因此這部分力為
P =KA (8)
如果不考慮土壤沿著鏟面移動(dòng)速度的影響，則鏟的總阻力為
R=P+ P
=Gtg(α+)+KA (9)
式中
— 土壤對(duì)鋼的摩擦角
= tg
K — 犁溝土壤比阻（N/m）
輕質(zhì)土K =16000～20000N/m
中等輕質(zhì)土K =20000 ～24000N/m
中等堅(jiān)實(shí)土K =24000 ～30000N/m
A —鏟面上土壤的橫斷面積（m）
鏟面的水平傾角α的理論值可由圖6中對(duì)鏟面移動(dòng)的掘起物作用力的平衡方程確定。
圖6 鏟面水平傾角及鏟的末端離地高度示意圖
P cosα-T -G sinα =0
R -Gcosα-P sin =0
式中
P — 沿鏟面移動(dòng)掘起物所需的力
R — 鏟面對(duì)土壤的反作用力
G — 掘起物的重力
T — 鏟面對(duì)掘起物的摩擦力
T = R (為土壤對(duì)鋼的摩擦系數(shù))
由此可得
α =arctg（ P － G）/（ P + G）
如果超過上述值，則掘起物就會(huì)壅在鏟面上，使薯塊從鏟側(cè)滾落，同時(shí)也加大了工作阻力。實(shí)際中，α角根據(jù)挖掘鏟需要提升掘起物的高度和對(duì)松碎土壤的要求來確定，α角增大，有利于破碎土塊，但鏟的工作阻力增加；α角過小，影響入土深度。根據(jù)試驗(yàn)，取α=18°～ 25°。
鏟的長(zhǎng)度L可由挖掘深度h與傾角α計(jì)算，
即：
L = h / sinα （10）
鏟的寬度B為130mm，邊鏟取寬度B=165mm，總鏟寬度B=1800mm。由條件可知，所要求的挖掘深度h =200mm，在此深度條件下馬鈴薯才能完全從土壤里挖掘出來，且不致鏟壞馬鈴薯。
取鏟的傾角α= 23°， = 30°（中等輕質(zhì)土），則鏟的長(zhǎng)度L =355～650mm，取L =340mm；鏟的總阻力R =35～42kN。
挖掘鏟主要參數(shù)見表2：
表2 挖掘鏟主要參數(shù)
鏟的傾角α
23°
鏟的寬度B
130 mm
邊鏟寬度B
165 mm
總鏟寬度B
1800 mm
三角平面鏟個(gè)數(shù)
11個(gè)（包括邊鏟2個(gè)）
鏟間隙
27 mm
鏟的長(zhǎng)度L
340 mm
鏟刃斜角γ
55°
挖掘阻力受土壤類型、挖掘深度、鏟的形狀和鏟的傾角等影響很大，因此該機(jī)采用三角平面多鏟，由11個(gè)三角平面鏟組成，各單鏟之間留有27mm的間隙，間隙過大，易漏掉馬鈴薯，間隙過小會(huì)增大挖掘阻力。
3.1.2 切土圓盤的設(shè)計(jì)
在工作時(shí)，平面鏟挖起的土垡容易散落在機(jī)器兩側(cè)，造成薯塊丟失。為了客服這一缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的挖掘鏟兩側(cè)裝有切土圓盤。圓盤不僅能阻擋薯塊丟失，而且還切斷莖葉和雜草，防止在鏟側(cè)堵塞。該機(jī)切土圓盤設(shè)計(jì)直徑為D =530mm，厚度t=6mm，用65Mn鋼制成。切土圓盤可以將壟兩側(cè)切割為土垡，切斷互相纏繞的草蔓，避免在工作時(shí)平面鏟挖起的土垡散落在機(jī)器兩側(cè)，造成薯塊丟失，同時(shí)還可通過調(diào)整切土圓盤的安裝高度來調(diào)節(jié)挖掘深度。如果調(diào)高切土圓盤的高度，挖掘深度增加；反之，則挖掘深度隨之減少。
3.2 分離部件的設(shè)計(jì)
配置在挖掘鏟后面的分離部件在工作時(shí)承受的負(fù)荷大，其單位寬度的喂入量達(dá)100～150kg/s.m，且要求分離掉的土壤達(dá)70%～80%。該部件工作可靠，對(duì)薯塊的損傷小，并在分離的同時(shí)把剩余部分向后輸送，以便進(jìn)行下一步的清選和分離。
作業(yè)時(shí)為了防止石塊卡在挖掘鏟和轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩之間，避免轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩喂入口堵塞，在挖掘鏟和轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩之間設(shè)計(jì)了防石裝置。被分離物料的成份主要有土壤、薯塊、莖秧、雜草等。根系土壤交織粘合在一起，要想在較小的結(jié)構(gòu)尺寸下提高分離明薯率，亦是設(shè)計(jì)難題之一。
本設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩和擺動(dòng)篩組合式分離裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩為有效分離面積較大的桿式鏈組成，它相當(dāng)于柵格式閉合回轉(zhuǎn)篩。在輸送篩上輸送邊的中部設(shè)有偏心抖動(dòng)輪，起到邊輸送邊抖動(dòng)掉土壤的效果。擺動(dòng)篩連接在輸送鏈的后部, 垂直機(jī)器前進(jìn)方向振擺, 完成二次篩分和向機(jī)后鋪放薯塊的作用。
3.2.1 轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩式分離裝置
轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩分離裝置（運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見圖7）具有較強(qiáng)的分離性能，并且在傾角達(dá)30°時(shí)仍有良好的輸送能力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是金屬用量較大，金屬鏈磨損較快。
輸送篩是由桿條和連接這些桿條的平膠帶、被動(dòng)式抖動(dòng)輪、側(cè)壁、架子等部分組成。桿條是由直徑為10mm的圓鋼，按一定間距固定在兩條帶子上組成。在輸送篩上工作面的桿條下，設(shè)置有隨動(dòng)型的抖動(dòng)輪，抖動(dòng)輪直接與輸送篩的升運(yùn)鏈工作面的桿條相接，由升運(yùn)鏈桿條帶動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周速度與輸送篩的工作速度相同，橢圓形抖動(dòng)器的長(zhǎng)半徑和短半徑之差使輸送篩工作面的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生瞬時(shí)的周期性變化，從而抖動(dòng)輸送篩上的掘起物。
圖7輸送篩運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
決定抖動(dòng)強(qiáng)度的因素有抖動(dòng)器長(zhǎng)短半徑之比、抖動(dòng)器的數(shù)量以及輸送篩的緊度和強(qiáng)度等。輸送篩工作過程中并不完全作直線運(yùn)動(dòng)，在抖動(dòng)器作用的某一瞬間可視為圓周運(yùn)動(dòng)。拋起土塊時(shí)抖動(dòng)器所需的最低轉(zhuǎn)速由輸送篩速度來決定。在粘土地工作時(shí)，最佳速度為2m/s。
被動(dòng)式抖動(dòng)輪在工作時(shí)由輸送篩的帶條帶動(dòng)。抖動(dòng)輪的形狀設(shè)計(jì)為橢圓形，其振幅由前至后逐漸增大。橢圓形抖動(dòng)輪工作較溫和，產(chǎn)生的沖擊力小，制造方便，工作穩(wěn)定，可以滿足在正常工作條件下的使用要求。
被動(dòng)式抖動(dòng)輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是調(diào)節(jié)振幅和頻率時(shí)必須更換不同形狀的抖動(dòng)輪。
初選橢圓形抖動(dòng)輪參數(shù)：
R=65mm; r=45mm
式中：R — 抖動(dòng)輪大節(jié)圓半徑
r — 抖動(dòng)輪小節(jié)圓半徑
橢圓形抖動(dòng)輪的周長(zhǎng)L按以下近似公式計(jì)算：
L=
=
=688 mm
能拋起物體的輸送篩最低線速度計(jì)算公式：
式中
K — 小節(jié)圓半徑r與大節(jié)圓半徑R之比
即 K==0.69
— 輸送篩最低線速度
g — 重力加速度
經(jīng)驗(yàn)表明，K值取0.6～0.7時(shí)可獲得較好的分離效果。因此選取R=65mm，r=45mm較為合理。
那么
=1.1 m/s （11）
在收獲機(jī)最大收獲速度（1m/s）情況下，如能順利輸送，輸送篩在此條件下最低輸送速度應(yīng)滿足：
=
式中：
— 在收獲機(jī)最大收獲速度下輸送篩最低輸送速度
v — 收獲機(jī)最大收獲速度
α — 輸送篩工作傾角（本設(shè)計(jì)輸送篩傾角為20°）
那么 =
=0.94 m/s （12）
由式（11）、（12）得：
=1.1m/s
為提高輸送篩的輸送和分離能力，應(yīng)適當(dāng)加大輸送篩的線速度。而線速度過大會(huì)使工作功率提高，且容易傷薯。取：
V=1.6m/s
被動(dòng)式抖動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速與輸送篩線速度和抖動(dòng)輪的周長(zhǎng)有以下關(guān)系：
n=
=
=134 r/min
式中
n — 抖動(dòng)輪轉(zhuǎn)速
L — 抖動(dòng)輪周長(zhǎng)
V — 升運(yùn)鏈線速度
抖動(dòng)輪抖動(dòng)頻率f可按下式計(jì)算：
f =Zn/60
=8134/60
=18 Hz
式中
Z — 抖動(dòng)輪的凸頂數(shù)
n — 抖動(dòng)輪轉(zhuǎn)速
抖動(dòng)輪結(jié)構(gòu)見表3
表3 抖動(dòng)輪結(jié)構(gòu)
抖動(dòng)輪類型
橢圓形
轉(zhuǎn)速（r/min）
134
抖動(dòng)頻率Hz
18
大節(jié)圓半徑（mm）
85
小節(jié)圓半徑（mm）
60
系數(shù)K(K=r/R)
0.69
輸送篩線速度（m/s）
1.6
轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩結(jié)構(gòu)見表4
長(zhǎng)度(軸距)（mm）
1542
寬度（兩帶中心距）（mm）
1756
桿條直徑（mm）
10
桿條間隙（mm）
50
工作傾角（°）
15
抖動(dòng)輪個(gè)數(shù)
2
表4 輸送篩結(jié)構(gòu)
平膠帶式輸送鏈?zhǔn)且詭ё拥膹椥宰冃蝸泶娼饘俚慕唤幽Σ?，因此使用壽命長(zhǎng)，工作時(shí)噪音小。帶式輸送篩是由鏈輪撥動(dòng)桿條，因而造成桿條的磨損。為了提高膠帶的強(qiáng)度，帶中有用合成纖維制成的筋。
轉(zhuǎn)動(dòng)輸送篩式分離裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且在完成分離工作的同時(shí)還可以進(jìn)行與水平成20°的升運(yùn)工作。
3.2.2 擺動(dòng)篩式分離裝置
偏心輪式擺動(dòng)篩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，非常適合作輔助清理部件。
篩子采用有效分離面較大的條桿篩, 篩架由曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。除了篩子結(jié)構(gòu)和安裝角度外，影響擺動(dòng)篩分離和輸送能力的主要?jiǎng)恿σ蛩厥呛Y體的加速度。由平面篩的運(yùn)動(dòng)分析可知, 篩體加速度的大小與篩面的傾角有關(guān), 傾角加大則所需的加速度也應(yīng)加大。
初選擺動(dòng)篩參數(shù)見表5：
表5 擺動(dòng)篩參數(shù)
篩面傾角
10°～15°
篩條長(zhǎng)度
490～520 mm
振幅
26～38 mm
篩總寬
1760～1850 Hz
擺動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見圖8：
擺動(dòng)篩的主要參數(shù)有：曲軸轉(zhuǎn)速、曲軸偏心半徑、篩面傾角、篩子擺動(dòng)方向與水平之間的夾角、篩子擺動(dòng)方向與篩面之間的夾角。
物料在篩面上一面后滑移，一面被拋起，物料只有被拋起才能達(dá)到振動(dòng)的效果，以使得土塊和馬鈴薯分離。
物料在篩面上的運(yùn)動(dòng)形式和方向是由篩子加速度的大小和方向決定的。篩子加速度由下式?jīng)Q定：
a =ωRcosωt
土壤在篩上向下移動(dòng)的條件為
式中
ω — 曲柄角速度(rad/s)
R — 區(qū)柄偏心半徑(m)；
t — 區(qū)柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間(s)；
g — 重力加速度(m/s2)；
f — 滑動(dòng)摩擦系數(shù)，土壤和薯塊對(duì)金屬篩面的摩擦系數(shù)分別為0.5～0.8 和0.43
γ — 篩子擺動(dòng)方向與水平面間的夾角(°)
α — 篩面傾角(°)
β — 篩子擺動(dòng)方向與篩面之間的夾角(°)
為了在篩面上拋起土垡，必須具備下列條件：
（1）篩子速度的法向分量(即對(duì)篩面垂直線的投影)應(yīng)該向上；
（2）是篩子加速度的法向分量α應(yīng)該向下，并且其絕對(duì)值應(yīng)等于或大于重力加速度的法向分量，即：
a≥ g cosα （12）
或 α=ωR cosωt ≥ （13）
篩面傾角的確定：
圖8 擺動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
查《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）》可知，對(duì)于對(duì)于放置在機(jī)器后部的輔助分離篩可選定為α=15°；為了保證良好的輸送能力，篩子擺動(dòng)方向與篩面之間的夾角可選定為=20°；選定曲軸偏心半徑R=35mm。
曲軸轉(zhuǎn)速的確定：
將選定的參數(shù)帶入（12）或（13），取cosωt=0.5可計(jì)算曲軸轉(zhuǎn)速：
n==465 r/min
取主軸轉(zhuǎn)速 n=540r/min
擺動(dòng)篩結(jié)構(gòu)如圖9所示：
圖9 擺動(dòng)篩結(jié)構(gòu)
結(jié)論
中國(guó)作為世界的制造中心，正在由制造大國(guó)向創(chuàng)造大國(guó)邁進(jìn)，同時(shí)制造業(yè)又是整個(gè)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基石。制造也和農(nóng)業(yè)的結(jié)合會(huì)給中國(guó)經(jīng)濟(jì)插上騰飛的翅膀。馬鈴薯收獲機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中起著日益重要的作用。我國(guó)加入WTO之后，馬鈴薯種植和收獲農(nóng)業(yè)將面臨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時(shí)也面臨著更好的發(fā)展機(jī)遇。為了能夠真正的抓住這個(gè)機(jī)遇，就需要馬鈴薯種植機(jī)和收獲機(jī)的幫助，就必須用一些技術(shù)先進(jìn)、挖掘效率高且傷薯率低的設(shè)計(jì)制造技術(shù)來提高我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)制造行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力和綜合經(jīng)濟(jì)效益。
本文的對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)的主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且參考了一些現(xiàn)有的馬鈴薯收獲機(jī)，對(duì)前人的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，期間主要完成了如下工作：
1.材料的搜集整理查閱相關(guān)資料
查閱相關(guān)文章，并對(duì)相關(guān)的文章進(jìn)行搜集、整理，選出與設(shè)計(jì)有關(guān)的資料備用，并且找出自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外的不同之處，說明其優(yōu)點(diǎn)所在，擬定設(shè)計(jì)步驟，采用多方案設(shè)計(jì)，通過比較，選出最佳方案。
2.理論與計(jì)算設(shè)計(jì)，全部參數(shù)的設(shè)計(jì)
清楚的表達(dá)出挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)，及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，總體布置設(shè)計(jì)。
3. 完成總裝圖，主要部裝圖，撰寫設(shè)計(jì)說明書
主要完成與方案相符合的文章的撰寫，包括摘要、前言、設(shè)計(jì)步驟、內(nèi)容、參考文獻(xiàn)等。圖紙的繪制、總裝圖、部裝圖。
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致謝
本論文是張偉老師悉心指導(dǎo)下完成的。
在論文的設(shè)計(jì)過程中，張偉老師給于了極大的幫助。由于這是我第一次接觸馬鈴薯收獲機(jī)，沒有試驗(yàn)條件，對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)的性能和工作狀況了解還不是很全面，所以在做課題的過程中遇到了不少困難。是張偉老師的認(rèn)真和耐心的指導(dǎo)，以及傳授給我諸多知識(shí)和學(xué)習(xí)方法，我才得以順利完成設(shè)計(jì)。在此，謹(jǐn)向張老師表示衷心的感謝和誠摯的敬意。
同時(shí)，在學(xué)習(xí)和研究中，還得益于與李巖同學(xué)等的探討中獲益匪淺；在生活中，還受到寢室兄弟的關(guān)照，在此向他們表示深深的謝意。
感謝我的母親、朋友他們多年來在學(xué)習(xí)和生活上給予的支持和鼓勵(lì)。沒有他們的理解、支持和無私的奉獻(xiàn)，我是很難完成學(xué)業(yè)的。
最后，謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心和幫助過我的人們!