蓖麻收獲機結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

蓖麻收獲機結(jié)構(gòu)設(shè)計研究摘要：目前我國蓖麻耕種及收獲的機械化率較低，大部分工作仍然以人工為主，整體的勞動效率較低，同時造成了環(huán)境和資源的極大浪費，針對目前的蓖麻收獲機進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)蓖麻的栽培方式與種植模式，同時結(jié)合蓖麻于收獲階段相關(guān)物理性質(zhì)的基本特征數(shù)據(jù)，完成輪鋸式切刀、卷入裝置、脫粒滾筒機構(gòu)等結(jié)構(gòu)功能部件的改良設(shè)計，經(jīng)樣機試驗測試，設(shè)計的蓖麻收獲機具有切除蓖麻植株主莖、卷斷支莖枝葉，脫粒果穗、果穗集放地上、排出莖葉等功能，平均采收率達(dá)到67.1%，果穗外殼損壞率最大值僅為11.8%，蓖麻籽損壞率為0%，整機的性能指標(biāo)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。關(guān)鍵詞：生質(zhì)柴油；蓖麻；收獲機；結(jié)構(gòu)設(shè)計在全球變暖的環(huán)境下，世界許多國家都致力于減少二氧化碳排放，努力在未來減少使用石化燃料，逐年提高生物能源的使用比例，并研發(fā)各種可替代石化燃料的生物能源。以設(shè)備能源取代終將耗竭的石化燃油，是未來各國在能源發(fā)展上的主要目標(biāo)之一【1】。蓖麻由于高產(chǎn)油性，被眾多研究者關(guān)注，蓖麻主要產(chǎn)物是蓖麻籽，目前收獲方式皆為人工采收，其程序為：選別曬干脫殼收集，占了極大的生產(chǎn)成本，故有適用的蓖麻專屬采收機械，將能減少人工并提高收獲速度，除可降低生產(chǎn)成本外，更能進(jìn)一步地提高產(chǎn)品質(zhì)【2】。目前國內(nèi)外學(xué)者針對相關(guān)或近似類型的作物開發(fā)了多種收獲機械，綜合目前各類相似植物收割機械的研發(fā)現(xiàn)狀，本研究對目前蓖麻收獲機進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，研究重點在開發(fā)蓖麻果穗利用機械化收獲處理技術(shù)與設(shè)備，并分析關(guān)鍵參數(shù)與進(jìn)行機構(gòu)研發(fā)。1蓖麻收獲機的結(jié)構(gòu)設(shè)計本試驗機為聯(lián)合某高校所育種蓖麻進(jìn)行開發(fā)，故以某高校試驗田所栽種的試驗品種為樣本，根據(jù)蓖麻的栽培方式，確定了蓖麻的種植特征參數(shù)。根據(jù)給出的蓖麻種植的重要特征參數(shù)，研制完成的蓖麻收獲機的機構(gòu)組成如圖1及圖1中說明符號所示，將含有果穗串的蓖麻植株支莖，用人工方式喂入蓖麻收獲機（圖2）進(jìn)行試驗，測量脫粒效果與檢查殘留于果梗上的果穗數(shù)量。作業(yè)功能與順序為：切斷植株主莖卷入植株及攪碎支莖與葉片蓖麻果穗與果梗的分離蓖麻果穗排放，主要機構(gòu)及其與蓖麻物性的操作說明如下：1.1輪鋸式切刀。作用在將蓖麻植株的主莖與根部分離。為配合種植位置上的可能差異與主莖粗細(xì)差異，單片切刀半徑（r）175mm，弧形部切刀半徑（rd）采用主莖直徑最大值的1.5倍，半徑為35mm。以切斷主莖為設(shè)計，兩片切刀總長為650mm，重疊部分距離（d0）為50mm。其他參數(shù)包括h：切刀厚度20mm、：切刀角度，25、hd：切刀離地高度300mm。1.2卷入裝置。作用在將蓖麻植株向內(nèi)拉，配合蓖麻植株的株冠高度，卷入裝置采長（l）1200mm、傾斜角度（i）為60?？紤]支莖果穗的物性防止卷入堵塞，兩卷入器相距（w）100mm、丁柱長（ld）50mm，卷筒半徑（ri）為100mm，單一卷入器有6排丁柱，兩具卷入器的丁柱采交叉方式排放。考慮果穗離地高度的最小值，卷入裝置離地高度（hd1）為700mm。其他參數(shù)包括d1：左卷入器第一丁柱間格50mm、右卷入器一丁柱間格100mm、w1：所有丁柱間格距離100mm。1.3脫粒滾筒。作用在將卷入后的蓖麻植株經(jīng)拍打方式，將果穗串上果穗與果梗分離。配合卷入裝置的卷入角度，脫粒滾筒采傾斜角度（2）60，滾筒半徑（r2）150mm、滾筒寬度總長（w2）630mm，脫粒滾筒間距（d）200mm。單一滾筒有12片頁柱，上下滾筒的頁柱采用交叉方式排放，頁柱高（h）60mm，頁柱缺口長度（d4）50mm、深（d5）25mm?？紤]果穗生長范圍與果穗離地高度最小值，脫粒滾筒離地高度為：下滾筒（h1）700mm與上滾筒（h2）1050mm。由于果穗拉斷力的最大值僅需0.85kgf，頁柱撃打力在減速比1：90的情況下會遠(yuǎn)大于果穗拉斷力（馬達(dá)額定扭力為0.65kg/m）。2蓖麻收獲機的試驗測試2.1蓖麻收獲率試驗結(jié)果。整植株送入本機進(jìn)行試驗，經(jīng)輪鋸式切刀切除主莖，由卷入裝置卷入支莖、葉片與果穗，試驗次數(shù)為30次。其結(jié)果如表1所示。滾筒的順時針（向上）拍打達(dá)到脫粒效果，其平均收獲率為67.16.8%。探討收獲率低下主因為卷入裝置與脫粒滾筒相距過遠(yuǎn)，使卷入后的植株無法受到拍打，若縮短兩機構(gòu)間距，將可增加受拍打面積提高收獲率。2.2排出機構(gòu)性能試驗結(jié)果。將植株喂入本機試驗，測試收獲作業(yè)時支莖是否會纏繞運轉(zhuǎn)中的卷入裝置或脫粒滾筒，造成排出口阻塞，試驗次數(shù)為20次。結(jié)顯示，單株其支莖的纏繞率最高為33.3%，當(dāng)蓖麻植株支莖數(shù)超過3支時，纏繞現(xiàn)象發(fā)生率較高，主要纏繞于卷入裝置上的丁柱，卷入裝置仍可繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)，收獲機仍可繼續(xù)作業(yè)并無卡住或停止轉(zhuǎn)動等情況，改進(jìn)方法為卷入裝置后方加裝擋版。2.3蓖麻籽損壞率結(jié)果。蓖麻果穗經(jīng)過脫粒試驗，因脫粒滾筒與其他機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)拍擊，造成果穗外殼受力而碎裂，檢查碎裂的果殼與蓖麻籽，試驗結(jié)果表2所示，果穗外殼損壞率最大值為11.8%，而蓖麻籽損壞率為0%。成熟后的蓖麻因外殼與籽殼堅硬，不易受外力而損壞，而外殼的如受力損壞也不影響其內(nèi)的蓖麻籽。3結(jié)語本研究對目前蓖麻收獲機進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，研究重點在開發(fā)蓖麻果穗利用機械化收獲處理技術(shù)與設(shè)備，并分析關(guān)鍵參數(shù)與進(jìn)行機構(gòu)研發(fā)，通過試驗樣機測試顯示，各機構(gòu)已達(dá)原先設(shè)計的功能，但收獲設(shè)計上需做部分改良。本機平均收獲率為67.1%6.8，果殼損壞率為5.7%，蓖麻籽損壞率為0%。參考文獻(xiàn)