4HZ_2型自走式花生联合收获机的设计研究
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1.行走底盘 2.挖掘落土装置 3.输送装置 4.操纵装置 5.集果箱 6.提升机 7.摘果机 8.风机 9.筛选机 图 1 4HZ-2 型自走式花生联合收获机结构简图 Fig．1 Model 4HZ－2 self－propelled peanut combine harvester structure diagram
由于种植制度的不同， 国外多采用两段式收 获 方 法 ， 其 中 美 国 John Deere 公 司 和 Kelley Manufacturing 公司研制生产的花生分段收获机械
收稿日期：2014－12－25 修回日期：2015－2－12
代表了世界最先进水平。 中国花生机械化收获水 平在 30%左右， 花生联合收获机械可以一次性完 成挖掘、抖土、输送、摘果、清选、装袋（箱）多项作 业过程，目前，部分产品已经定型生产，并有两种 联合收获机进入国家农机支持和购置补贴目录。 但从整体上看中国大部分地区花生收获是以人工 收获和机械化挖掘收获为主， 花生联合收获机仅 在局部地区进行了试验示范和推广[4-5]。 为此，我们 在充分认知有关花生收获机械行业技术规范的基 础上，总结了前期研制完成的 4HB-2 型背负式花 生 联合收果机 的成果经验 ，认真研究 了 “4HQL-2 型全喂入花生联合收获机” 等机型的行走系统、 “4HJL-2 型花生捡拾摘果联合收获机” 等机型的 摘果装置， 并进行优化设计和试验分析， 研制了 4HZ-2 型自走式花生联合收获机。
4HZ-2 型 自 走 式 花 生 联 合 收 获 机 采 用 V 带 传动、链传动以及齿轮传动等传动型式，以满足该 机收获作业质量为设计依据， 将动力进行合理分
配， 保证各个部件装置正常运转并具有较高的传 动效率，使行走速度、输送速度、摘果绞龙转速、提 升运料速度之间协调合理。 该机动力从柴油机输 出后，经中间传动轴分为两大部分，一路为底盘行 走系统提供动力， 另一路为收获作业系统提供动 力。 具体传动系统配置见图 2。
第 53 卷 第 4 期 V第ol．5533卷第No4． 4期
农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING
2015 年 4 月 April 2015
doi：10．3969 ／ j．issn．1673－3142．2015．04．016
4HZ-2 型自走式花生联合收获机的设计研究
2 主要工作部件选型与设计
2.1 行走底盘系统的设计选型 由于花生种植一般土壤较松软， 通常行走机
构下陷量较大。 为此，该机行走底盘采用履带式底 盘，履带宽度 400 mm，与地面接触面积大，附着力 强， 克服了目前国内轮式拖拉机配套机型作业时 轮胎下陷严重、行走阻力大，消耗功率多，行走困 难的缺点。 该底盘适应性能好，性能可靠，且与水 稻收获机底盘具有通用性。 该机设计为自走式，前 置操纵系统使得操作者视野开阔， 便于驾驶和收 获作业；操纵机构为液压操控，准确、轻便、灵活， 而且易于实现对挖掘深度的控制。 2.2 挖掘落土装置的设计
铲 面 对 土 壤 的 反 作 用 力 ；G— ——掘 起 物 的 重 力 ；
T— ——铲面对掘起物的摩擦力；α— ——铲的倾角。
α 角应随挖掘铲需要提升掘起物的高度和对
松碎土壤的要求而定， 该机调整范围为 15°～30°。
同时，挖掘铲两侧设计有限深器，通过调整限深器
高度来限制挖掘深度。
R
T
P
α
α
G 图 4 铲面作用力分析简图 Fig．4 Analytical diagram of shovel surface force
［中图分类号］ S225．7＋3
［文献标志码］ A
［文章编号］ 1673-3142(2015)04-0067-04
Design and Research on Model 4HZ－2 Self－Propelled Peanut Combine Harvester
Fu Hualiang （Liaocheng Institute of Agricultural Machinery Science， Liaocheng City， Shandong Province 252000， China） ［Abstract］ Through analyzing and studying the specification characteristics and quality evaluation techniques of peanut harvest mechanization， Model 4HZ －2 self －propelled peanut combine harvester is designed， which can finish digging， soil shaking， conveying， fruit picking， cleaning， packing and so on by one time． As to optimize the design of digging device， the performance of soil vibration falling is improved； and the design of the new two－grade fruit picking roller， effectively improves the quality of fruit picking． Through field test， main performance index of the machine can reach the national standard， with high working efficiency， saving time and labor， and can effectively alleviate the mechanical production bottleneck in harvest production area． ［Key words］ self－propelled； peanut； combine； design and research
该机前置挖掘落土装置采用双铰点四连杆悬
第 53 卷第 4 期
付华良： 4HZ－2 型自走式花生联合收获机的设计研究
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1.限深器 2.挖掘铲 3.驱动杆 4.落土筛 5.喂入辊
6.双作用液压缸 7.输送装置 8.机架
图 3 挖掘落土装置结构简图
Fig．3 The digging device structure diagram
付华良
（252000 山 东 省 聊 城 市 聊 城 市 农 业 机 械 科 学 研 究 所 ）
［摘要］ 通过分析研究花生机械化收获的特性及其质量评价技术规范，设计了 4HZ-2 型自走式花生联合收获
机，该机可以一次性完成挖掘、抖土、输送、摘果、清选、装箱等多项作业。 该机前置挖掘落土装置采用双铰点
斗式提升机
40．0 kW 发动机 2 600 r ／ min
i＝1 i＝1．57
i＝0．33
i＝0．6
振动落土筛 输送装置 摘禾辊 摘果机 风机
i＝0．35
行走系统 清选筛
i＝1
i＝1．22
i＝0．38
i＝0．66 i＝0．5
图 2 4HZ-2 型自走式花生联合收获机传动系统图 Fig．2 Model 4HZ－2 self－propelled peanut combine harvester drive system diagram
挖掘落土装置是该机设计的重点、难点之一， 是整个机器能否成功的关键。 4HZ-2 型自走式花 生联合收获机采用挖掘式全喂入形式， 收获作业 时， 挖掘铲将花生果蔓和附带土壤一同送入振动 筛装置落土，然后送入输送装置。 它克服了拔取式 收获机拾取形式对花生蔓形态及对行要求较高的 缺陷，同时落果数量少，农艺适应性广。 但也存在 振动筛和摘果机处理工作量大的缺陷， 需要将两 者的结构形式进行优化设计。 该机挖掘落土装置 结构见图 3。
1.2 工作原理 该机的挖掘落土装置和输送装置位于整机的
左侧， 收获作业时， 前置挖掘铲将花生从地下挖 出，进入振动落土筛去土后，在喂入辊的辅助作用 下到达输送装置， 输送到达摘果机的一级滚筒粗 略摘果，然后进入二级滚筒精细摘果，摘果后的花 生蔓经二级滚筒一侧排出， 落叶及轻质杂尘被风 机吹出， 从摘果机落下的花生果和湿土碎石进入 筛选机， 振动去杂后的花生果由斗式提升机输送 到集果箱。 整个作业过程集成度高，有效提高了生 产效率。 1.3 传动系统的设计
四连杆悬挂机架，升降高度由双作用液压缸控制，挖土铲入土角调整角度大，对土地的适应能力强；并且设计
了全新的二级摘果滚筒，分级调整摘果滚筒与落果筛的间隙参数，有效地提高了摘果质量。 经过田间试验，该
机的主要性能指标达到有关行业标准的规定，作业效率高，省时省力，可有效缓解花生产区机械化生产瓶颈。
［关键词］ 自走式；花生；联合收获；设计研究
该机采用自走式履带底盘， 自动化程度高，操 纵方便， 前置挖掘铲与振动落土结构合理配置，摘 果装置设计为全新的二级滚筒机构，适应我国主要 花生种植地区的农艺要求，作业效率高，省时省力，
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农业装备与车辆工程
2015 年
可有效解决花生主产区花生机械化生产瓶颈[6-11]。
1 整机结构及工作原理
1.1 整机结构 4HZ-2 型花生联合收获机为自走式， 主要由
输送装置是将挖掘后经过落土筛处理过的花 生果蔓送到摘果机的中间环节，要求运行平稳，对 花生果蔓的物理撞击小，不堵塞，输送装置结构见 图 5。 该机输送装置采用链式、钉齿输送，运行可 靠，输送能力强，结构简单，便于维修。 整个输送通 道为封闭式设计，对花生茎蔓进行适当收敛，减少 了花生果漏损和其它部件及外部因素的干涉，安 全可靠。 由于将输送钉齿设计成具有一定圆弧度 的形状，且与输送方向一致，有效地减少了花生茎 蔓的缠绕现象。 在输送装置与摘果机衔接处设计 了摘蔓机构， 将花生果蔓准确抛撒入摘果机进行 摘果处理，防止花生果蔓的回带现象。
0 引言
花生是重要的经济作物，是食品的重要原料， 也是我国为数不多的具有国际竞争力的大宗出口 农产品。 目前我国花生种植面积已达 4.3×106 hm2， 总产约 1.4×107 t，占世 界近 40%，居首位 ；平均 单 产 3 300 kg/ hm2，是世界平均水平的两倍以上。 由 于花生具有种植效益高、产油率高、油脂品质好、 国际竞争力强等特点， 因而能够有效地促进农民 增收，具有较大的消费潜力、生产潜力和出口贸易 潜力 。 [1-2] 然而与主要粮食作物相比，我国花生生 产主要环节机械化水平低，生产手段落后，严重制 约了花生生产面积的扩大和效益的提高[3]。 随着农 业种植结构的调整， 花生机械化生产越来越受到 重视，农民对花生联合收获机的需求十分迫切。
落土筛是将花生果蔓与附带土壤分离的机 构，因此首先要求落土筛有碎土功能，通过振动将 花生果蔓与附带土壤分离， 减轻输送装置与摘果 装置的负荷，并且形成一定的向上输送能力。 为了 改善落土筛与后续输送装置的衔接能力， 该机设 计了辅助喂入辊， 能够有效地将花生果蔓送入输
送通道。 落土筛振动频率设计为 245 次/min，振幅 为 80 mm，经实验，落 土振动筛的 碎土、落土效 果 良好。 2.3 输送装置的设计
挂机架，升降高度由双作用液压缸控制，挖土铲入
土角调整角度大，对土地的适应能力强。 铲面作用
力分析见图 4， 挖掘铲铲面的水平倾角 α 的理论
值可按以下公式计算：
Pcosα-T-Gsinα = 0
R-Gcosα-Psinα = 0
α=artg
P-μg μP+G
式 中 ：P— ——沿 铲 面 移 动 掘 起 物 所 需 的 力 ；R— ——
行走底盘、挖掘落土装置、输送装置、操纵装置、集 果箱、提升机、摘果机、风机、筛选机以及动力系统 等组成，发动机标配 40.4 kW 优质名牌柴油机。 该 机为挖掘式全喂入联合作业， 能够一次完成花生 的挖掘、落土、输送、果秧分离、清选去杂、集果等 作业。 该设计对花生农艺适应性好，可用于不同地 块的花生收获。 其结构简图如图 1 所示。
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1.行走底盘 2.挖掘落土装置 3.输送装置 4.操纵装置 5.集果箱 6.提升机 7.摘果机 8.风机 9.筛选机 图 1 4HZ-2 型自走式花生联合收获机结构简图 Fig．1 Model 4HZ－2 self－propelled peanut combine harvester structure diagram
由于种植制度的不同， 国外多采用两段式收 获 方 法 ， 其 中 美 国 John Deere 公 司 和 Kelley Manufacturing 公司研制生产的花生分段收获机械
收稿日期：2014－12－25 修回日期：2015－2－12
代表了世界最先进水平。 中国花生机械化收获水 平在 30%左右， 花生联合收获机械可以一次性完 成挖掘、抖土、输送、摘果、清选、装袋（箱）多项作 业过程，目前，部分产品已经定型生产，并有两种 联合收获机进入国家农机支持和购置补贴目录。 但从整体上看中国大部分地区花生收获是以人工 收获和机械化挖掘收获为主， 花生联合收获机仅 在局部地区进行了试验示范和推广[4-5]。 为此，我们 在充分认知有关花生收获机械行业技术规范的基 础上，总结了前期研制完成的 4HB-2 型背负式花 生 联合收果机 的成果经验 ，认真研究 了 “4HQL-2 型全喂入花生联合收获机” 等机型的行走系统、 “4HJL-2 型花生捡拾摘果联合收获机” 等机型的 摘果装置， 并进行优化设计和试验分析， 研制了 4HZ-2 型自走式花生联合收获机。
4HZ-2 型 自 走 式 花 生 联 合 收 获 机 采 用 V 带 传动、链传动以及齿轮传动等传动型式，以满足该 机收获作业质量为设计依据， 将动力进行合理分
配， 保证各个部件装置正常运转并具有较高的传 动效率，使行走速度、输送速度、摘果绞龙转速、提 升运料速度之间协调合理。 该机动力从柴油机输 出后，经中间传动轴分为两大部分，一路为底盘行 走系统提供动力， 另一路为收获作业系统提供动 力。 具体传动系统配置见图 2。
第 53 卷 第 4 期 V第ol．5533卷第No4． 4期
农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING
2015 年 4 月 April 2015
doi：10．3969 ／ j．issn．1673－3142．2015．04．016
4HZ-2 型自走式花生联合收获机的设计研究
2 主要工作部件选型与设计
2.1 行走底盘系统的设计选型 由于花生种植一般土壤较松软， 通常行走机
构下陷量较大。 为此，该机行走底盘采用履带式底 盘，履带宽度 400 mm，与地面接触面积大，附着力 强， 克服了目前国内轮式拖拉机配套机型作业时 轮胎下陷严重、行走阻力大，消耗功率多，行走困 难的缺点。 该底盘适应性能好，性能可靠，且与水 稻收获机底盘具有通用性。 该机设计为自走式，前 置操纵系统使得操作者视野开阔， 便于驾驶和收 获作业；操纵机构为液压操控，准确、轻便、灵活， 而且易于实现对挖掘深度的控制。 2.2 挖掘落土装置的设计
铲 面 对 土 壤 的 反 作 用 力 ；G— ——掘 起 物 的 重 力 ；
T— ——铲面对掘起物的摩擦力；α— ——铲的倾角。
α 角应随挖掘铲需要提升掘起物的高度和对
松碎土壤的要求而定， 该机调整范围为 15°～30°。
同时，挖掘铲两侧设计有限深器，通过调整限深器
高度来限制挖掘深度。
R
T
P
α
α
G 图 4 铲面作用力分析简图 Fig．4 Analytical diagram of shovel surface force
［中图分类号］ S225．7＋3
［文献标志码］ A
［文章编号］ 1673-3142(2015)04-0067-04
Design and Research on Model 4HZ－2 Self－Propelled Peanut Combine Harvester
Fu Hualiang （Liaocheng Institute of Agricultural Machinery Science， Liaocheng City， Shandong Province 252000， China） ［Abstract］ Through analyzing and studying the specification characteristics and quality evaluation techniques of peanut harvest mechanization， Model 4HZ －2 self －propelled peanut combine harvester is designed， which can finish digging， soil shaking， conveying， fruit picking， cleaning， packing and so on by one time． As to optimize the design of digging device， the performance of soil vibration falling is improved； and the design of the new two－grade fruit picking roller， effectively improves the quality of fruit picking． Through field test， main performance index of the machine can reach the national standard， with high working efficiency， saving time and labor， and can effectively alleviate the mechanical production bottleneck in harvest production area． ［Key words］ self－propelled； peanut； combine； design and research
该机前置挖掘落土装置采用双铰点四连杆悬
第 53 卷第 4 期
付华良： 4HZ－2 型自走式花生联合收获机的设计研究
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1.限深器 2.挖掘铲 3.驱动杆 4.落土筛 5.喂入辊
6.双作用液压缸 7.输送装置 8.机架
图 3 挖掘落土装置结构简图
Fig．3 The digging device structure diagram
付华良
（252000 山 东 省 聊 城 市 聊 城 市 农 业 机 械 科 学 研 究 所 ）
［摘要］ 通过分析研究花生机械化收获的特性及其质量评价技术规范，设计了 4HZ-2 型自走式花生联合收获
机，该机可以一次性完成挖掘、抖土、输送、摘果、清选、装箱等多项作业。 该机前置挖掘落土装置采用双铰点
斗式提升机
40．0 kW 发动机 2 600 r ／ min
i＝1 i＝1．57
i＝0．33
i＝0．6
振动落土筛 输送装置 摘禾辊 摘果机 风机
i＝0．35
行走系统 清选筛
i＝1
i＝1．22
i＝0．38
i＝0．66 i＝0．5
图 2 4HZ-2 型自走式花生联合收获机传动系统图 Fig．2 Model 4HZ－2 self－propelled peanut combine harvester drive system diagram
挖掘落土装置是该机设计的重点、难点之一， 是整个机器能否成功的关键。 4HZ-2 型自走式花 生联合收获机采用挖掘式全喂入形式， 收获作业 时， 挖掘铲将花生果蔓和附带土壤一同送入振动 筛装置落土，然后送入输送装置。 它克服了拔取式 收获机拾取形式对花生蔓形态及对行要求较高的 缺陷，同时落果数量少，农艺适应性广。 但也存在 振动筛和摘果机处理工作量大的缺陷， 需要将两 者的结构形式进行优化设计。 该机挖掘落土装置 结构见图 3。
1.2 工作原理 该机的挖掘落土装置和输送装置位于整机的
左侧， 收获作业时， 前置挖掘铲将花生从地下挖 出，进入振动落土筛去土后，在喂入辊的辅助作用 下到达输送装置， 输送到达摘果机的一级滚筒粗 略摘果，然后进入二级滚筒精细摘果，摘果后的花 生蔓经二级滚筒一侧排出， 落叶及轻质杂尘被风 机吹出， 从摘果机落下的花生果和湿土碎石进入 筛选机， 振动去杂后的花生果由斗式提升机输送 到集果箱。 整个作业过程集成度高，有效提高了生 产效率。 1.3 传动系统的设计
四连杆悬挂机架，升降高度由双作用液压缸控制，挖土铲入土角调整角度大，对土地的适应能力强；并且设计
了全新的二级摘果滚筒，分级调整摘果滚筒与落果筛的间隙参数，有效地提高了摘果质量。 经过田间试验，该
机的主要性能指标达到有关行业标准的规定，作业效率高，省时省力，可有效缓解花生产区机械化生产瓶颈。
［关键词］ 自走式；花生；联合收获；设计研究
该机采用自走式履带底盘， 自动化程度高，操 纵方便， 前置挖掘铲与振动落土结构合理配置，摘 果装置设计为全新的二级滚筒机构，适应我国主要 花生种植地区的农艺要求，作业效率高，省时省力，
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农业装备与车辆工程
2015 年
可有效解决花生主产区花生机械化生产瓶颈[6-11]。
1 整机结构及工作原理
1.1 整机结构 4HZ-2 型花生联合收获机为自走式， 主要由
输送装置是将挖掘后经过落土筛处理过的花 生果蔓送到摘果机的中间环节，要求运行平稳，对 花生果蔓的物理撞击小，不堵塞，输送装置结构见 图 5。 该机输送装置采用链式、钉齿输送，运行可 靠，输送能力强，结构简单，便于维修。 整个输送通 道为封闭式设计，对花生茎蔓进行适当收敛，减少 了花生果漏损和其它部件及外部因素的干涉，安 全可靠。 由于将输送钉齿设计成具有一定圆弧度 的形状，且与输送方向一致，有效地减少了花生茎 蔓的缠绕现象。 在输送装置与摘果机衔接处设计 了摘蔓机构， 将花生果蔓准确抛撒入摘果机进行 摘果处理，防止花生果蔓的回带现象。
0 引言
花生是重要的经济作物，是食品的重要原料， 也是我国为数不多的具有国际竞争力的大宗出口 农产品。 目前我国花生种植面积已达 4.3×106 hm2， 总产约 1.4×107 t，占世 界近 40%，居首位 ；平均 单 产 3 300 kg/ hm2，是世界平均水平的两倍以上。 由 于花生具有种植效益高、产油率高、油脂品质好、 国际竞争力强等特点， 因而能够有效地促进农民 增收，具有较大的消费潜力、生产潜力和出口贸易 潜力 。 [1-2] 然而与主要粮食作物相比，我国花生生 产主要环节机械化水平低，生产手段落后，严重制 约了花生生产面积的扩大和效益的提高[3]。 随着农 业种植结构的调整， 花生机械化生产越来越受到 重视，农民对花生联合收获机的需求十分迫切。
落土筛是将花生果蔓与附带土壤分离的机 构，因此首先要求落土筛有碎土功能，通过振动将 花生果蔓与附带土壤分离， 减轻输送装置与摘果 装置的负荷，并且形成一定的向上输送能力。 为了 改善落土筛与后续输送装置的衔接能力， 该机设 计了辅助喂入辊， 能够有效地将花生果蔓送入输
送通道。 落土筛振动频率设计为 245 次/min，振幅 为 80 mm，经实验，落 土振动筛的 碎土、落土效 果 良好。 2.3 输送装置的设计
挂机架，升降高度由双作用液压缸控制，挖土铲入
土角调整角度大，对土地的适应能力强。 铲面作用
力分析见图 4， 挖掘铲铲面的水平倾角 α 的理论
值可按以下公式计算：
Pcosα-T-Gsinα = 0
R-Gcosα-Psinα = 0
α=artg
P-μg μP+G
式 中 ：P— ——沿 铲 面 移 动 掘 起 物 所 需 的 力 ；R— ——
行走底盘、挖掘落土装置、输送装置、操纵装置、集 果箱、提升机、摘果机、风机、筛选机以及动力系统 等组成，发动机标配 40.4 kW 优质名牌柴油机。 该 机为挖掘式全喂入联合作业， 能够一次完成花生 的挖掘、落土、输送、果秧分离、清选去杂、集果等 作业。 该设计对花生农艺适应性好，可用于不同地 块的花生收获。 其结构简图如图 1 所示。