联合花生收割机毕业设计

青岛理工大学
毕业设计（论文）题目：收获机械加持输送机构设计
院别：汽车与交通学院
专业班级：09车辆工程2班
学生姓名：***
学号：*********
指导教师：***
2013年5月28日
摘要
针对国内花生种植面积相当大以及主要以人力畜力为主进行收获的现状，来设计香型的花生收割机械来提高效率解放人力。

本文主要设计研究了办喂入式联合花生收割机的各主要机构。

该机器的摘果、抖土及清选部件主要是由摘果滚筒、刮板输送带、清选风机、振动筛、螺旋输送器、抖土装置等组成。

主要的工作过程是：花生通过夹持装置喂入摘果滚筒，摘果后花生果经过抖土装置抖土后，再经过刮板输送带输送到振动筛，在振动筛和清选风机的联合作用下对花生进行清选，经淸选的花生果落入螺旋输送器被输送到一侧，最后输送进入收获箱箱。

本文的滚筒采用差相对辊组配式，抖土装置采用震动四边形结构，清选采用风筛组合式。

文中主要分析了各部件的工作原理，动力传递过程，论述了其工作过程，并做出了相应的理论分析，计算了每个零部件的结构尺寸、转速和功率。

Abstract
For so large area planting about peanut in China,.We harvest them depending on labour power and animal power. I feel like designing some machine to increase the efficiency.The stripping and cleaning parts of half feeding peanut combine have been designed and researched in the paper.The stripping and cleaning parts include picking cylinder,vibrated picker,air blower, crew conveyor and so on.The working process of the stripping and cleaning system is that :the unpicked peanut is conveyed to picking roller by holding device then the picked peanut is delivered to vibrated picker by paddle-type elevator,at last ,it is conveyed by crew conveyor with holes to classified box. In this paper the picking cylinder is back-roll type and the cleaning system is combined with vibrated picker and air blower. This paper mainly analyses the working principle of components,calculates the structure size ,speed and needed power of every parts,it also discusses the working process,and makes the corresponding theoretical analysis.
目录
摘要 (I)
Abstract (I)
目录 (1)
1 前言 (3)
1.1 设计的目的和意义 (3)
1.2 花生收获机的国内外发展现状 (4)
2 总体设计 (7)
2.1摘果及清选装置的研究现状 (7)
2.2 摘果、抖土及清选部件的主要研究内容及设计要求 (7)
2.2.1 研究内容 (8)
2.2.2 设计过程 (8)
3 抖土机构设计 (9)
3.1抖土部分的主要研究内容及设计要求 (9)
3.1.1 研究内容 (9)
3.1.2 设计要求 (9)
3.2抖土部分工作原理及动力传递计算 (9)
3.3抖土部分图纸 (11)
4 摘果机构的设计 (13)
4.1摘果机构的主要研究内容及设计要求 (13)
4.1.1 研究内容 (13)
4.1.2 设计步骤 (13)
4.1.3 设计要求 (14)
4.2摘果滚筒长度的确定 (14)
4.3摘果滚筒转速的计算 (14)
4.4摘果滚筒直径计算 (15)
4.5摘果部分图纸 (16)
4.6摘果滚筒的功率计算 (17)
5 扶禾器和输送带的设计 (18)
5.1结构分析 (18)
5.2输送器部分 (19)
5.2.1刮板输送器升运量的计算 (19)
5.2.2 输送器功率计算 (20)
5.3输送器链传动的设计计算 (21)
5.3.1 链轮设计 (21)
5.3.2 链轮轮廓计算 (23)
5.4 卸粮开口的长度 (24)
6 风机、筛子清选机构设计 (25)
6.1 振动筛的设计计算 (25)
6.2 逐稿器的设计计算 (26)
6.3 清选风机的设计选用 (26)
7 总结与展望 (28)
7.1 总结 (28)
7.2 展望 (28)
参考文献 (30)
1 前言
1.1 设计的目的和意义
花生是世界上广泛栽培的油料作物，同时也是主要创汇的农产品之一，我国自古至今就有大面积种植花生的传统，主要为人民提供食用油以及食用用。

它的生产主要分布在亚洲、非洲和美洲,其中亚洲的种植面积最大,约占60%[1]。

我国的花生种植面积居世界第2位，占世界总面积的20%，预计2015年花生种植面积将达到600万hm2以上[2]。

花生的种植覆盖了我国绝大多数地区，除西藏、青海、宁夏、香港等省区外都有种植。

在长江以北，它的产地主要集中在北部华北平原、渤海湾沿岸地区。

而在长江以南，其主要产地则分布在南部华南沿海地区及四川盆地等。

以山东、河南、河北、广东、四川、江苏、安徽等7省为主，花生面积占全国72％，总产占全国79％。

这种集中的大面积种植主要和地形有关，花生主要在平原丘陵及盆地种植。

花生种植虽然不可避免受到天气的影响，不过作为一种高产作物，它的价格高于水稻、小麦、大豆、油菜等，经济效益相对较好，所以种植面积自古特别大。

所以在科技发展的今天，对机器解放人力的要求更加热切，加入ＷＴＯ后，其它作物的经济效益进一步下降，花生的比较效益优势却更加明显[2]。

所以具有良好性能的联合花生收割机的制造是符合大众需求的，也是市场急需的。

发展花生种植及加工，提高其收获效率，从而最大限度的解放人力，实现机械化生产，是调整农业产业结构和增加农民收入的有效手段。

当前的现状是我国大部分花生产区仍以人力和畜力作业方式为主, 耗时耗力且效率低。

由于长期以来花生被看作是经济作物，花生收获的机械化只不过是区域性的问题，花生收获的机械化没有得到足够的重视，导致其机械化生产发展速度比较缓慢，而花生种植者却早已盼望有专门的机器来帮助他们解放人力，提高效率。

使我国的花生机械化收获出现了一些突出的问题：第一，人工收获劳动强度大，效率低下。

随着社会发展及城市化的加速，近年来大量的农村劳动力进城务工谋生，这一矛盾更加突出，从而依靠机械的心情更加热切。

据初步估算，整个花生生产过程中，花生的收获所用工时为整个过程的三分之一以上。

这一阶段的作业成本为整个花生生产成本的二分之一以上，而通过机械收获则可大大降低。

第二，生产成本高。

目前的花生收获无论是人工还是畜力以及简易的机械，整个收获过程都不是一次
性完成的，都要经过两道以上的工序，首先是将花生从土里挖掘，然后人工除土，这种生产方式的主要问题是造成较多的果实掉落，绝大多数果实遗落在地里，需要进行二次复收。

而此次的收货工程却需要付出相当的劳动强度与大量的劳动时间，而收获成果却颇微。

第三，耽误农时。

花生的收获季节，正值金秋农忙时节，劳动力更显珍贵，如果能缩短花生的收获日期，会对小麦播种打下一个良好基础[4]。

通过查阅资料，有些学者到农村实地考察，在山东省莱阳市，一般的沙壤地收花生(只完成花生的挖掘和去土两道工序)，一个劳力每天工作8h，可收花生0.06hm2；借助畜力或者是简单的机力(用手扶拖拉机先耕出花生)每天可收花生面积也仅为0.13～0.2 hm2。

因此，解决花生收获过程中的机械化问题，设计研制新型的符合中国国情的花生收获装置是提高中国花生生产机械化水平，解放人力并提高收获效率的关键，大力发展花生收获机械化，对推进农业产业结构调整，促进农业增效、农民增收和提高农产品的竞争力，使得农村劳动力转移结构更加合理，实现农业现代化，全面建设小康社会都具有重要的意义。

在例如美国等农业大国机械化生产早已司空见惯，不仅可以及高效率，而且降低成本，从而出口创汇更加有利。

我国早日实现花生的收获机械化将更加有利于花生的创汇，无疑对我国农业发展和经济发展意义巨大。

而且随着广大农民群众对生产效率的要求越来越高，农民对集挖掘、输送、分离泥土、摘果、分离清选和集果功能于一身的花生联合收获机的需求也越来越迫切。

为此，本课题拟设计一种新型，高效，成本合理的花生联合收获机来满足农村对花生收获机械的实际需求。

花生联合收获机具有挖掘、输送、分离泥土、摘果、分离清选和集果的复合功能，该种机型成熟后，机器适用于较大面积的地块作业，具有生产效率高、收获损失率低等特点。

本课题为半喂入式花生联合收获机，整体采用侧向配置式，作业组件包括扶禾装置、挖掘装置、夹持输送装置、清土装置、摘果装置、清选系统和集果系统等。

摘果及清选部件是联合收获机的重要工作部件,直接影响收获后的花生质量。

因此，摘果及清选部件的性能直接影响着整个联合收获机的性能。

此次毕业设计希望能在导师的帮助下，利用自己的所学，通过了解国内外花生摘果及清选机械的现状与发展动态完成半喂入花生联合收获机摘果及清选部件的设计，满足摘净率、破损率、含杂率等方面的要求。

希望能解决目前花生收获过程中的一些问题并为自己以后的学习打下良好的基础。

1.2 花生收获机的国内外发展现状
花生收获经历了撅刨、犁耕和机械收获等过程,收获作业包括挖掘花生、除土、铺条晾晒、
捡拾、摘果和清选等作业。

由于世界各地经济、生产力发展不平衡,发达国家和地区的花生收获已全部实现机械化作业,而欠发达国家基本还是以人工和畜力为主[3]。

发达国家在花生生产机械化方面的研究较早，与其它农业机械相比，几乎是同步发展的，机械制造与应用技术己比较先进、完善。

美国、加拿大等发达国家已实现了花生生产全过程的机械化作业，在收获环节早已发展到联合收获水平，并且正依照本国的种植特点，向着大型化、机电一体化、智能化、高可靠、高安全的方向发展.一些发达国家还不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来，农业机械正向智能化方向发展[4]。

发达国家（地区）的机械化花生收获主要有两种技术模式，一种是以美国为代表的大型全程机械化分段收获技术集成模式，由挖掘机、捡拾机、摘果机和秧蔓处理等设备分别完成挖掘、清土、摘果和秧蔓处理等作业；另一种是以日本和中国台湾省为代表的小型自走式联合收获技术模式，由一台设备一次性完成花生收获中的挖掘、清土、摘果和秧蔓处理等作业[5]。

图1-1~图1-3是发达国家（地区）两种技术模式下比较成熟的花生收获机机型：
图1-1 花生挖掘机图1-2 花生捡拾机
在中国，花生播种机械化技术已基本成熟，根据中国农业人口多、土地分散，而中小动力拖拉机保有量多的特点，该类机械以小四轮拖拉机为牵引动力，较好地解决了花生人工或畜力播种劳动量大和生产率低下的问题[6]。

近几年，系列化的多功能花生覆膜播种机已在花生产区得到了大面积的推广应用。

相比之下，中国花生收获的机械化水平仍然不高则极大地影响了花生产业的发展。

目前，我国的花生的收获基本还是靠人工、畜力完成，花生收获机械正处于发展期,目前以分段收获为主,部分地区采用的中小型花生收获(挖掘)机技术已经有了一定的突破，技术水平相对比较的成熟，例如：青岛农业大学等单位研制了4H―2型花生
收获机,该机突破了以往机型挖掘铲与分离链相配合的传统工作方式,创建摆动挖掘原理,将挖掘与除土分离两大机构融为一体;收获部件利用反平行四边形机构传动,实现了两工作部件的等角度、反方向摆动,使机架承受的侧向力相互平行,机组工作平稳;收获部件摆动前进,工作阻力小[7]。

但是由于小型花生收获机的作业效率，收获损失率的控制有一定的发展空间，因此花生联合收获技术就成了现在花生收获主要的研究方向。

由于受到我国特有的农业生产方式的限制以及对花生联合收获机的研究起步比较晚,技术还有待于完善, 而从国外引进、消化吸收的机型则由于不符合中国国情或动力消耗大、作业效果较差等原因，没有形成较大的生产和使用规模，这就使中国的花生收获机械与装置与世界发达国家存在很大的差距[3]。

基于上述的一些原因目前我国花生联合收获机的研究仍以中小型机械为主。

到目前为止我国的花生联合收获机的研制已经取得了一定的成果，已经研制出了一些相对成熟的联合收获机机型。

例如：农业部南京农业机械化研究所等研制的4LH2型半喂入自走式花生联合收获机，青岛农业大学等研制的4HQL-2型花生联合收获机，青岛弘盛汽车配件有限公司设计的半喂入式花生联合收获机都能基本满足我国现有的农田作业要求。

图1-4~图1-7是上文中介绍的几种花生收获机机型：
图1-3 4HQL-2型花生联合收获机图1-4青岛弘盛半喂入花生联合收获机
2 总体设计
2.1摘果及清选装置的研究现状
西方发达国家花生的种植方式大都为大面积农场种植模式，花生植株的形态多为蔓生型，其摘果机械大都为大型高效的机械，一般采全喂入式摘果方式。

其花生收获多采用分段收获法，即先采用花生挖掘机挖、铺条晾晒、用花生捡拾摘果机捡拾摘果，所以其花生捡拾摘果机较为先进，如美国利斯顿1580型花生拾摘果机。

此机采用篦梳式摘果系统，利用弹齿的篦梳与打击作用，花生果基本上被摘干净；此机采用弹簧齿，要求动齿与定齿间有较大的重叠。

清选机构由振动筛和风扇组成，利用水平搅龙与气流管道衔接处产生的真空度，花生果粒地被输送至集果箱。

待集果箱装满后，通过油缸将集果箱提升，翻转卸入拖车中。

机械在结构上采用大量弹齿，这种齿强度高、有弹性，如遇到砖头等杂物进入机器时，会发生断裂和较大的变形。

此外，该机设有独特的去梗器，提高了花生的清洁度[8]。

我国是一个传统农业大国，由于历史的原因，对农业机械的研究起步较晚，花生摘果机械也是近几年才发展起来的，而且只是在一些发达地区才应用，大部分地区依然靠人工摘果。

花生摘果机按喂入方式可分为全喂入式和半喂入式[9-10]。

分段收获下的花生摘果目前都采用全喂入方式，而半喂入方式一般用于花生联合收获机上。

半喂入的花生摘果方式是在夹持过程中摘果，按花生夹持方向又可分为立式和卧式。

半喂入花生摘果机消耗的动力小，摘果质量好，破碎率低，但结构和传动较复杂，制造成本较高，功效比全喂入式要低。

目前，国内的花生清选机构多为风扇和筛子组合式的清选机构[11]。

选用风机、振动筛作为清选机构，筛子的配置方式为倾斜式配置即筛面与水平面成一定的夹角，这样可以充分利用花生果粒在下落过程中的风选作用，提高了清选的效果，另外，在筛子的后端加设了逐稿器可以将风机吹出的杂余通过逐稿器与振动筛的振动排除机外。

2.2 摘果、抖土及清选部件的主要研究内容及设计要求
2.2.1 研究内容
主要是半喂入式花生收获机摘果抖土及清选部件的研究，以实现花生联合收获过程中的摘果及清选为目标，通过对论文要求及已有资料进行分析，把初步的设计方案敲定，进行理论上的分析，并对主要参数进行测绘与初步的计算。

对花生摘果及清选的过程进行合理的分析并设计出各部分主要机构。

针对摘果的全部过程中出现的摘果易堵塞、破碎率高等问题进行研究分析，进一步优化摘果机构的设计，以达到高收获率与经济性统一的目的。

2.2.2 设计过程
1.在机械资料方面查询相关花生收割机部分。

确定摘果、抖土及清选机构的功能后设计出其相应的机构。

分析理顺花生收割机整个作业过程后对各个机构机型合理的布置，确定各机构的布置及动力传输路线。

在对整体布置设计完后，然后在接下来各机构设计过程中对相关尺寸进行计算，对各机构主要参数进行优化使其摘果速率，破碎率，清洁度等进行优化使其满足要求。

1.机架
2.摘果滚筒
3.弹性挡板
4.刮板升运器
5.振动筛
6.从动摆杆
7.清选风机 8.输送搅龙 9.集果挡板 10.主动摆杆 11.吊杆 12.逐稿器
3 抖土机构设计
3.1抖土部分的主要研究内容及设计要求
3.1.1 研究内容
半喂入式联合花生收割机的抖土部分研究内容，根据其对产出的花生秧上果实的清洁抖土功能，来设计相应机构。

通过对国内已有的的技术成果进行参考及改进优化，设计初步的抖土装置方案，进行理论分析，确定最终应用方案，并对主要参数进行初步计算进行整体匹配。

3.1.2 设计要求
1. 能够与联合收获机的后半部分很好的结合，保证花生在被摘果前已经抖去绝大部分泥土；
2.抖土机构的抖土速率能与后续的摘果速率很好的匹配。

3.2抖土部分工作原理及动力传递计算
（1）主要工作原理：将发动机传递过来的动力通过锥齿轮将横向转动变为纵向，然后根据曲柄连杆的原理实现其左右摆动，通过此运动带动花生来回高速运动抖掉其上面的泥土。

为后续的摘果工序做准备。

（2）基本结构设计：主要机构是根据偏心轮和四杆机构原理进行改进的机构，把偏心轮机构和四杆机构相连接，通过偏心轮的转动实现四杆机构的来回摆动，实现其抖土的功能（下面
图纸中可以看出）。

（3）工作过程说明：动力传递过程：发动机的动力通过2输入，带动1转动，然后1通过链传动带动4转动把动力传递给3，然后通过链传动把动力传递给5，5通过转动把动力传递给同轴上的锥齿轮然后把动力输入到抖土装置。

动力传递简图
1．动力传动链轮1 2.动力输入链轮 3.动力传动链轮2 4.动力传动链轮3
5.6 锥齿轮
抖土装置速度计算：
假定线速度用Vl，角速度用Vn表示
据图可知：
Vn2=Vn1,，因同轴上角速度相同，同一链条上线速度相同。

据此原理可以求出：Vd6=(Vl2*d1*d3)/(d2*d4*π*d5)
又因6转一圈抖土装置来回两次，所以抖土装置的速度为
V=2Vd6
3.3抖土部分图纸
抖土机构主视图
抖土机构俯视图
抖土机构三维图
4 摘果机构的设计
4.1摘果机构的主要研究内容及设计要求
4.1.1 研究内容
联合花生收割机的摘果机构的研究主要是是为了满足其摘果功能而进行设计的，通过对论文课题的把握及国内现状的了解并参考国内外此机构的发展现状，设计出初步的方案并进行可行性分析，确定设计方案，并对主要参数进行初步计算与匹配。

对花生摘果机构的摘果过程进行分析，然后根据计算设计出主要机构的零部件。

对于摘果过程中出现的摘果易堵塞、破碎率高等现实中出现的问题进行研究分析，进一步优化摘果机构的设计，以达到较高的收获率与较低的破碎率的统一。

4.1.2 设计步骤
1．在图书馆和网上查询关于花生收获机械的相关资料，确定花生联合收获机摘果部件设计的主要目的。

2．初步确定摘果机构的总体设计方案以及优化改进。

注重摘果滚筒和风筛组合清选的匹配与设计研究。

3．对摘果过程进行分析并计算，对相关的参数进行匹配分析，完成最终方案的设计。

4．进行摘果机构进行尺寸的设计，使其满足摘果破碎率与摘果速率的要求。

5．绘制摘果机构的相关图纸。

4.1.3 设计要求
1. 使摘果机构能够与联合收获机的前半部分的抖土机构、加持装置等很好的结合，确保被夹持喂入的花生能够顺利的被摘果机构摘净；
2. 摘果过程中能够保证摘果速率，保证摘果机构不沾带太多泥土并保证机构不堵塞，同时要保证摘果间隙可以调节，以确保摘果率、生产率、破碎率等达到最优结合的设计要求；
4.2摘果滚筒长度的确定
查询农机设计有关的资料，可知滚筒的长度满足：
L=vt 公式（3-1）
式中 v—联合花生收割机的工作速度（m/s）；
t—摘果机构的摘果时间（s）。

可见，滚筒的长度与工作的速度和摘果时间有关，摘果时间越长，长度越长，花生果的漏摘率越少，根据夹持输送装置的设计计算，摘果机构的摘果时间定为2s左右，联合花生收割机的工作速度为0.5m/s。

据此可以计算出滚筒的长度为1m。

4.3摘果滚筒转速的计算
摘果机构工作效率不仅与摘果时间有关系，还与摘果速度有关系。

为了提高摘果速度，提高滚筒的转速是显而易见的；但是如果滚筒的转速太高，便会导致更高的花生破碎率，而不利于达到最优收获状态。

因此需要通过计算分析来找出一个既能够满足高的收获速度，又能满足较低的破损度的最佳转速。

通过查询研究花生收割机方面的资料，可求得滚筒的速度：
A
mv A W a k 22
==α；v=
m
A k
∂2 公式（3-2） 可得滚筒的转速为：
n=
m
A r r v k
∂=
23030ππ 公式（3-3） 式中： a W —花生果针在冲断时所吸收的功（Kw ）;
m —摘果动刀的质量（Kg ）。

v —滚筒冲击时的线速度（m/s ）； A —花生果针的截面积（m 2）； n —滚筒转速（r/min ）；
据上式可计算出滚筒的最佳转速为300r/min 。

4.4摘果滚筒直径计算
摘果机构滚筒半径的大小直接关系到两滚筒上刮板之间的间隙的大小，直接影响到花生破碎率和摘果的摘净率。

通过查询相关农业书籍及网上有关资料可知，在中国花生结果的直径范围一般在200mm 以内[16]， 据此绘制出图4-1，为了使花生能够被顺利摘下，在梳刷过程不出花生现果荚的漏摘方面问题，所以要求滚筒初始接触果荚的位置在果荚最外端的A 点所作的垂直线AH 上；又为了提高果荚的摘果效率，使该装置可以将果荚梳刷下来，而且可以充分利
图4-1滚筒摘果示意图
用其动能，将部分果荚以冲击的形式摘取下来，以减少梳刷的负荷，所以滚筒的中心点必须过果荚外端与主茎的中心线EF 上。

从而有：
AH=
GB
AG
AB ]
cos[arctan 公式（3-4）
根据国内花生的生长的一般情况取GB=100mm ，AG=100mm 。

代入上述所查询到的公式可得出AH=200mm 即花生收割机摘果滚筒的直径为200mm 。

为了保证不同品种花生摘果的需求，最终确定定刮板可在180~220mm 内可调，两个摘果滚筒的轴距为180mm 。

摘果机构用于焊接钢板的钢管的尺寸为1000⨯5mm ，定刮板的尺寸为长宽1000⨯2mm 。

4.5摘果部分图纸
根据以上计算得出滚筒各部分的尺寸绘出如图所示图纸。

主要包括钢管，传递动力的锥齿轮，刮板固定装置，刮板。

图3—1 摘果滚筒
4.6摘果滚筒的功率计算
摘果滚筒在摘果过程中，主要是克服花生茎蔓、根蔓的拉力才能将花生果摘下。

据在网上查询到的有关花生茎蔓、果结合处抗剪、根蔓抗拉试验数据可得知在刚开始成熟时期，花生果柄与花生果之间力较小，断裂较容易，在花生慢慢成熟阶段，花生果柄与花生根之间的拉伸力较小，在花生成熟后期，花生柄与根部和果与柄拉伸的力几乎相等，而且所用的力相对较稳定，一般在10~15N 左右[18]。

因此，一块刮板对一株花生在摘果时消耗的功率据查询的资料可求：
P 1=Fv=F
30r n π=12⨯30
r
n π=37.68w 公式（3-5） 花生挖掘后的夹持喂入速度为0.78m/s ，花生蔓在夹持喂入时的株距在10mm 左右，所以在摘果滚筒的1m 的长度内大约会有10颗花生同时摘果。

摘果滚筒在工作时的2s 内滚筒转过10圈，即每个滚筒连续工作10次。

所以，摘果滚筒消耗的总功率为： P=1010⨯⨯P 1=3.768Kw 。