一种多功能烟草种植管理作业车的研发

一种多功能烟草种植管理作业车的研发
杨潇;朱玉波
【摘要】设计了一种多功能烟草种植管理作业车.通过设计计算,选择三菱GB-130空气冷却汽油发动机为行走、载人、采收、药剂喷洒装置提供动力.采用四连杆机
构保证移栽机构的运动轨迹.
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2019(000)005
【总页数】3页(P146-147,150)
【关键词】管理作业车;移栽机;多功能;模块化
【作者】杨潇;朱玉波
【作者单位】云南烟草机械有限责任公司,昆明 650106;云南烟草机械有限责任公司,昆明 650106
【正文语种】中文
【中图分类】TH122;S22
0 引言
我国烟草种植区地势绝大多数是以山地、丘陵为主，大部分烟区经济发展落后，多数田间无机耕道路，且田块小、不规则，田与田之间高差大，有的地块坡度较大，有农机但下不了田。

从国内烟叶生产实际及使用情况来看，大多设备地域适应性差、功能单一、使用率低，不利于大范围推广和使用，尤其是对多功能通用型机械的研
究和使用还比较少。

所以根据烟区实际地势条件，生产适合山地使用、动力强的自走式小型烟草农用机械才能提高烟草生产效率。

在研发过程中要针对烟草机械的薄弱环节，尽量让部件具有一定的通用性，各机型之间尽量采用模块化设计，实现“功能集成、一机多能”的研发方向。

1 研发内容
研制适应于山地丘陵地带作业的田间管理机械；满足国内多山地区复杂气候不同的农艺要求，适应性及通过性强，行驶平稳，操作简便,并且实现功能模块化的特点：1）运用人机工程，解放双手，降低操作人员的工作强度，独特的多层采收架设计，满足烟叶不同种植时期的需求。

2）研发桥式工作平台，使其能适应烤烟生长不同时期作业，并且具有承载能力强、空间尺寸大、适应不同功能拓展的需求；发动机及传动系统各轴采用横向布置，利于在烟田间通行。

3）增加药剂喷洒装置总成单元，简化装配过程，模块化功能更加突出，进一步提高作业效率和工作稳定性。

4）带自动旋转苗盘的单嘴移栽机构，极大地节省劳动力，提高工作效率，并且实现膜上膜下不同农艺需求的移栽方式。

2 方案制定
1）功能模块化整合方案。

多功能烟草种植管理作业车包含单嘴移栽机构、喷洒装置、动力及控制总成、采收装置，以及待开发功能模块。

2）动力传动系统布置方案。

发动机布置在桥式车架右前部下方，驾驶位置低，操纵视野好，将其宽度控制在450 mm以内，既可保证从烟行间隙中通过时不拉伤
烟叶，又可以降低整机质心，提高行走稳定性。

发动机及传动系统采用偏置布置会引起整机质心略偏左，可通过将药箱布置在右侧进行平衡，确保质心在横向基本居中，以提高其稳定性，同时保证整机驾驶的安全感和舒适度。

传动系统采用横向布置，发动机及传动系统各轴布置采用横向布置，有利于缩短发动机及传动系统的横向尺寸，“∩”形桥架平台有利于在烟行中通过。

3）喷洒装置总体布置方案。

喷洒动力单元布置在桥式车架左前部下方,药液从储药罐里经由进水管进入动力单元，加压后从出水口流向水平喷管和竖直喷管，操作人员可以控制喷水阀门喷洒农药，多余的药液可由回水管流回储药罐里。

3 关键技术
3.1 动力系统设计
移栽机行走参数：车体最大行走速度为0.9 m/s，驱动轮直径为160 mm，车身预计质量400 kg；设计正向爬坡角为20°；爬坡所需要的牵引力
F=m×g×（sina+cosa×f）=400×9.8×（sin20°+cos20°×0.2）=2077.44 N。

爬坡时需要最大转矩
T=F×D/2=（2077.44×160/2）×1000=166.2 N·m。

爬坡时需要的功率
移栽预计功率W2=800 W。

驱动轮转速
发动机所需功率
根据市场上的发动机的转速，选择n=1800 r/min，确定行走减速比
发动机输出给行走机构的转矩
根据以上参数我们选择了三菱GB-130空气冷却汽油发动机，其性能完全可以满
足设计需要。

3.2 四连杆机构在移栽中的应用
移栽机构最终动力要传给鸭嘴，鸭嘴运动轨迹要求：第一鸭嘴向上接烟苗和向下运动插入土中且直立；第二鸭嘴打开丢烟苗；第三鸭嘴相对于地面在行走方向速度为零。

根据这几个要求，我们设计了图1所示结构，保证鸭嘴的运动轨迹。

图1 四连杆机构及鸭嘴运动轨迹
4 方案实施
1）管理作业车及采收装置——烟草种植管理作业车（如图2）的发动机及变速箱安装在机器的右侧下方，动力输入从发动机出发经过变速箱减速增矩后将一部分动力传输到右侧的行走机构上，再将另一部分动力经过桥式机架传递给左侧的行走机构上，再由齿轮箱传递给移栽模块,右侧链传动箱、桥架轴、左侧链传动箱随桥式
机架完成“∩”形动力传递。

座椅可以180°水平旋转，60°调节座椅的高低，在采收过程中，操作人员可以调节舒适的座椅方向及高度，乘坐在座椅上可以解放双手，从而将采收下来的烟叶放置在侧部采收框、辅助采收架和顶部采收架上；控制机构与发动机、变速箱、电瓶相连，控制机器的启停、转向、前进、后退及速度。

图2 管理作业车及采收装置
2）药剂喷洒装置——药剂喷洒装置（如图3）,工作时,喷洒装置动力输入单元将
药液通过出水管输送到水平喷杆、垂直喷杆、中间喷杆上，完成喷洒工作；垂直喷杆固定在挂杆上并通过大横杆固定在收放支架上；水平喷杆通过大横杆固定在收放支架上；中间喷杆通过小横杆连同收放支架固定在支杆上，支杆与桥式机架相连；收放控制机构通过拉索与收放支架连接，当机器需要行驶时，可以收起收放支架以增加通过性，当机器需要喷洒时，可以放下收放支架，让喷杆尽可能覆盖更大的面积；防护棚采用金属边框和有机玻璃制造，可以在很大程度上抵挡农药在喷洒时对操作人员的危害。

图3 药剂喷洒装置
3）单嘴式移栽装置——单嘴式移栽装置（如图4）包括机架、主轴、凸轮、开塘器、主传动机构、四连杆机构、鸭嘴开穴机构、苗盘、升降调节机构、苗杯、底盖等部件。

将连轴套与齿轮箱连接，动力由主轴、离合器传到主传动机构上，一部分动力经凸轮控制开塘器完成打塘工作；另一部分动力经齿轮箱、四连杆机构控制鸭嘴开穴机构近似椭圆的运动轨迹，完成不停歇连续插植工作,同时鸭嘴开穴机构随
插值动作开闭合，完成放苗工作。

图4 单嘴式移栽装置
5 农艺指标
1）工作效率。

栽植效率1.04亩/h；乘坐多功能作业车采收烟叶，按8 h工作计算，每天可以采收8.8亩；使用药剂喷洒装置进行防除工作，按8 h工作计算，每天可以维护烟田15亩。

2）移栽适应性。

能在已经起垄覆膜或不覆膜的缓坡丘陵烟田上，完成自动移栽烟苗的工作；能在已经起垄打塘或不打塘的缓坡丘陵烟田上，完成自动移栽烟苗的工作；可调节移栽深度和角度以适应不同农艺要求的烟田。

3）栽植质量。

膜上移栽质量测试表如表1所示。

4）栽植精度。

膜上移栽精度测试表如表2所示。

6 结语
该机结构简单可靠，维护保养方便，使用成本低廉；零件大多采用通用型配件或标准件，更换方便，费用低；可乘坐式设计减轻操作人员的劳动强度；方便，费用低；可乘坐式设计减轻操作人员的劳动强度；作业效率1.13亩/h，是原先手工移栽的8～10倍，大大提高了工作效率；且操作简单、控制灵敏、挡位清晰；危险部件
均有警示标识和防护罩，材料符合国家安全标准，配有安全制动机构和安全防护机构，整机安全性能较高。

表1 膜上移栽质量测试表项目试验1 试验2 试验3 平均值测定总株数 153 154 154 153.67测定段长度/m 80 80 80 80漏栽株数 0 0 0 0重栽株数 0 0 0 0倒伏株数 5 3 0 2.67露苗株数 4 2 1 2.33伤苗株数 0 0 0 0合格株数 135 144 146 139.67images/BZ_154_1031_1987_1393_2551.png
表2 膜上移栽精度测试表项目试验1 试验2 试验3 平均值合格株数 135 144 146 139.67株距平均值/cm 53.12 52.32 51.93 52.41标准差/cm 3.01 3.03 3.49 3.84变异系数/% 5.7 5.8 10.6 7.3栽植深度总株数 153 154 154 153.67合格株数 134 147 146 142.33合格率/% 87.6 95.5 94.8 92.6
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