番茄收获机的设计

前言目前中国已成为继美国之后世界第二大加工番茄生产基地，其加工番茄的种植面积约占世界总种植面积的28%。

新疆是我国最大的加工番茄生产基地，其具有发展加工番茄生产得天独厚的农业资源。

昼夜温差大、日照时间长、干燥炎热、病虫害少、独特的自然条件为大规模发展加工番茄产业提供了非常有利的条件，约占中国加工番茄的种植面积的80%左右。

2009年新疆番茄种植面积已达158万亩，番茄产量达到744万吨，生产番茄制品101.46万吨。

然而，目前新疆的加工番茄普遍采用人工采收，劳动强度大，生产效率低，费时费力，采收费用高，且常由于采收不及时，造成大量的加工番茄腐烂在地里，而正值新疆的秋收季节之时，致使劳动力极为紧缺。

但经过十几年的发展，新疆的“红色产业”发展迅猛，产量逐年递增。

大力发展番茄产业，加快发展步伐，就促使番茄收获实现机械化。

番茄收获是农业生产过程中的重要环节，目前大都是人工采收，生产效率低，而番茄成熟季节与棉花成熟季节相同，由于新疆是棉花大省，占用劳动力很多，往往都是因为劳动力不足，影响了番茄的最佳成熟时节，严重影响了番茄的品质，造成了一定的损失!由于进口番茄收获机存在价格昂贵服务周期长和收费高等问题，对我国番茄机械化采收技术的推广和普及造成很大障碍，严重影响了新疆和兵团番茄产业的可持续发展。

为此，设计一种番茄收获机，并对该机的关键部件进行研制，该机可同时完成番茄秧的切割、果秧分离和输送等工作。

关键词：自走式；收获机；番茄目录1绪论 (1)1.1课题研究的意义 (1)1.2国内外番茄收获机发展状况 (1)1.3国内外番茄收获机存在的问题 (1)1.4研究的内容和方法 (2)1.5预期目标 (2)1.6重点研究的关键问题及解决思路 (2)1.7工作条件及解决方法 (3)2果秧分离的典型方法及果秧分离机构方案的选择 (3)2.1几种典型分离装置 (3)2.2果实分离装置方案的选择 (4)3番茄分离装置的总体设计 (4)3.1番茄种植模式及物理机械特性 (4)3.2梳齿滚筒式分离装置的设计 (5)3.3番茄果秧分离机构工作原理 (6)3.4分离滚筒主轴的设计 (6)4切割装置的设计 (7)4.1切割捡拾装置 (7)4.2往复性割刀的结构特点总成设计 (7)4.3割刀运动和速度分析 (8)5输送带的设计与整机参数 (11)6机架总成设计及整机主要参数指标 (12)6.1 机架总成设计 (12)6.2整机主要参数指标 (13)7轴的校核 (13)总结 (15)致谢 (16)参考文献 (17)1绪论1.1课题研究的意义目前中国已成为继美国之后世界第二大加工番茄生产基地，其加工番茄的种植面积约占世界总种植面积的28%。

新疆是我国最大的加工番茄生产基地，其具有发展加工番茄生产得天独厚的农业资源。

昼夜温差大、日照时间长、干燥炎热、病虫害少、独特的自然条件为大规模发展加工番茄产业提供了非常有利的条件，约占中国加工番茄的种植面积的80%左右。

2009年新疆番茄种植面积已达158万亩，番茄产量达到744万吨，生产番茄制品101.46万吨。

然而，目前新疆的加工番茄普遍采用人工采收，劳动强度大，生产效率低，费时费力，采收费用高，且常由于采收不及时，造成大量的加工番茄腐烂在地里，而正值新疆的秋收季节之时，致使劳动力极为紧缺。

但经过十几年的发展，新疆的“红色产业”发展迅猛，产量逐年递增。

大力发展番茄产业，加快发展步伐，就促使番茄收获实现机械化。

番茄收获是农业生产过程中的重要环节，目前大都是人工采收，生产效率低，而番茄成熟季节与棉花成熟季节相同，由于新疆是棉花大省，占用劳动力很多，往往都是因为劳动力不足，影响了番茄的最佳成熟时节，严重影响了番茄的品质，造成了一定的损失！由于进口番茄收获机存在价格昂贵服务周期长和收费高等问题，对我国番茄机械化采收技术的推广和普及造成很大障碍，严重影响了新疆和兵团番茄产业的可持续发展。

为此，设计一种番茄收获机，并对该机的关键部件进行研制，该机可同时完成番茄秧的切割、果秧分离和输送等工作。

1.2国内外番茄收获机发展状况美国是世界上加工番茄生产第一大国，采用机械化收获以后，不但促进了番茄种植规模的扩大，而且使番茄收获费用从占生产总费用的50%降低到16%。

种植面积的扩大和收获费用的降低对提高美国番茄产业的竞争力起到了极大的促进作用。

美国加工番茄机械化收获与其它作物机械化收获发展过程的最大区别是，加工番茄机械化收获的发展充分体现了农艺与机械化技术的结合；它是首先通过选育出适于机械化收获的品种之后，才着手研制番茄收获机的。

1962年以后，适于机械化收获的番茄品种达到成熟之后，番茄机械化收获才逐渐得到推广应用。

到1968年，美国加工番茄机械化收获水平就达到了80%。

美国番茄收获过程已经实现了向自走式大型化自动化方向的发展，从早期人工辅助作业的半机械化番茄收获机过渡到牵引式番茄收获机, 再发展装有光电识别选果的自走式大型化收获机[2]。

1.3国内外番茄收获机存在的问题我国研究葵花籽去壳机起步较晚发展缓慢，和发达国家相比只能望其项背，目前市场上流行的一些机具中，存在一些问题，因此，难以大范围推广应用。

新疆是我国番茄主要种植地区，目前机械化程度也已越来越高，但要实现完全自动化还需要很长一段时间的努力，目前新疆番茄收获机械化存在的问题主要有一下几个方面：（1）番茄品种还不能完全适应机械化收获（2）缺乏与机械化收获相适应的科学种植和田间管理规范（3）缺乏机械化收获番茄的收购标准（4）缺乏适用的番茄收获机（5）番茄种植户规模较小（6）番茄收获时间过于集中因此，在很长的一段时间内，人工采摘仍将是新疆地区番茄收获的主要方式。

相对于人工收获来说，番茄收获机明显是一个良好的选择，是既可以节约劳动力又可以节约成本的一种机械。

1.4研究的内容和方法根据我国番茄收获机的发展现状和存在问题以及未来番茄收获机发展要求，设计农用番茄收获机。

农用番茄收获机主要由动力输入装置、传动装置、切割装置、果秧分离装置和输送装置组成。

其中，动力装置是通过发动机经三角带传递，切割装置将番茄秧割断，经由输送带的一系列输送，，经过果秧分离装置实现果实和果秧的分离，最后由输送带进行运输。

通过本机能一次性完成对番茄的收获。

先确定我国已有番茄收获机的类型，根据已有大型番茄收获机的原理及结构设计新型的番茄收获机，使番茄收获机能满足农业生产的要求，也就是番茄收获机要能工作稳定，保证收获率高，番茄完整率高，果秧分离效果好等优点。

1.5预期目标（1）番茄收获机操作方便，结构简单，通用性好，使用寿命长。

（2）被分离的番茄果秧分离率高、番茄完整率高、果秧分离效果好。

（3）收获效率高，人工劳动量少，同时动力上要消耗少。

（4）制造价格便宜，容易普及，能满足农业使用的要求。

1.6重点研究的关键问题及解决思路该机动力源于发动机，通过带轮、三角带实现动力的传输，番茄通过采摘头、输送装置、分离装置等实现一次性完成对番茄的收获。

（1）选择合适动力传递方式，设计工作装置和传动装置。

（2）运用Auto CAD软件，绘制二维零件图和装配图。

（3）利用有限分析和Solidworks进行虚拟样机设计，完成整机各零部件的三维建模。

1.7工作条件及解决方法塔里木大学位于南疆中心位置，校内有实习工厂、土槽实验室、农业工程重点实验室等，设计条件较好，为项目开展提供了场地和基本条件。

校内拥有优良的硬件环境，机械电气化工程学院拥有先进的实验设备和机械加工制造设备，并且师资力量雄厚，完全可以满足番茄的工作条件。

2果秧分离的典型方法及果秧分离机构方案的选择2.1几种典型分离装置（1）从动梳齿式果秧分离装置是一种强制性分离机构，当机器沿行垄行驶时，梳齿插入番茄秧茎，强制性地把果实从果枝上捋下来，实现果实与茎杆的分离。

该机型的分离过程对西红柿果实带来很大损伤，并且它只是把果实分下来，茎秆仍长在地里，除去他们还需要其他后续的工作[10]。

（2）滚筒式分离装置是果秧被送至倾斜的滚筒式分离装置中，滚筒通过回转，对西红柿果秧进行多次起落摔打，从而使果实脱落，实现果实的分离。

该分离机构在进行果秧分离的过程中无法保证分离的效果，当滚筒回转速度过快或过慢时，分离效果都不理想。

转速过慢，分离不完全；过快时被分离下来的果实来不及落下，与番茄秧一块被抛甩在田地里，造成收获损失[10]。

（3）摘果实分离装置是先由收获机把整株番茄茎秧拔出来，固定在输送带上，再由分离机构敲打植株，使植株振动。

依据果实质量集中同时惯性较大的特点，使果实脱落，从而实现果实的分离。

该机构果茎分离的工序过多，果实分离结束还要将茎秧取下。

生产率过低，不符合高效率作业的要求[10]。

（4）振动分离机勾大多为转动机构，保证单向转动的同时，来实现速度大小的周期性变化。

通过速度大小变化产生的惯性力，将西红柿果实甩落下来。

因此可以通过改变转速变化的快慢，来实现不同的分离效果，同时可以很方便地实现连续作业。

这种机型在番茄联合收获机领域应用最为广泛。

由意大利FMC公司所生产的SZ系列的西红柿收获机上的果秧分离机构就属于此类。

该分离机构包括分离滚筒和分离驱动机构。

分离弹齿结构简单，通过它拨动西红柿茎秧，分离驱动机构则是弹齿滚筒的动力源，用来带动滚筒的旋转，滚筒以变化的速度进行转动从而实现对西红柿果秧的抛甩。

西红柿果秧通过抛甩作用，果实分离下来落到果实输送带上，输送到集果器中。

而果秧通过抛秧链抛洒到田间[10]。

（5）键式果实分离器的分离装置由10个键体连接成两组，利用键和曲柄形成平行四杆装置，键上各杆均做半径相同的圆周运动来实现分离。

这种机型结构复杂，体积庞大，生产效率低，没有得到广泛应用[10]。

2.2果实分离装置方案的选择经过方案的比较及选择，在设计要求内能够满足设计的要求条件，本文设计了一中能够适应新疆番茄种植模式的梳齿滚筒分离装置，同时对该装置主要的结构参数、运动参数进行了参数化设计。

3番茄分离装置的总体设计3.1番茄种植模式及物理机械特性在番茄收获过程中，一般采取收获机切割组件将番茄果秧从根部切除，然后将切除后的果秧输送至分离机构进行分离。

分离装置的阻秧板，栅格间距等基本设计参数依据来源植株特性，故需对加工番茄的植株相关特性进行测量，实测加工番茄植株的主茎杆直径和高度、植株重量、侧枝直径和长度、果实数量等参数，加工番茄的种植主要有两种滴灌机械采收栽培模式：（1）宽窄行间距100cm+40cm，1膜1管布置，滴灌带间距1.4m；（2）宽窄行间距80cm+40cm，1膜1管布置，滴灌带间距1.52m；（3）株距为35～40cm。

这两种栽培模式的窄行滴灌带距均为20cm，以利于水的测向渗透并使水及早被番茄根系吸收利用，中间行距为100cm或120cm的行距有利于番茄收获机的行走。