花生捡拾摘果装备设计说明书

本科生毕业论文
题目
花生捡拾摘果装备的设计
系别机械设计
班级机制111班
姓名祖力阿牙提·努尔东学号113731145
答辩时间2016年 5 月
新疆农业大学机械交通学院
目录
1 绪论 (1)
1.1研究的目的和意义 (1)
1.1.1 国内花生生产现状 (2)
1.1.2 国内花生的种植方式 (3)
1.1.3 花生捡拾收获机械发现状 (4)
1.2本题目研究目标与内容 (6)
2花生捡拾装备的设计原理 (6)
2.1设计依据 (7)
2.2设计方案与分析 (7)
2.3作业原理 (8)
3 主要参数确定与关键部件设计 (9)
3.1主要参数确定 (9)
3.1.1 花生捡拾收获机的功率计算 (9)
3.1.2 捡拾装置主要参数的确定 (10)
3.1.3输送装置的主要参数确定 (12)
3.1.4大带轮的主要参数确定 (13)
3.1.5传动轴 (14)
3.2总体装配 (17)
4 结语 (17)
参考文献 (18)
致谢 (19)
花生捡拾摘果装备的设计
祖力阿牙提·努尔东指导老师:唐学鹏
1. 绪论
1.1 研究的目的和意义
目前花生捡拾，摘果机械化程度低，收获率低，劳动强度大，生产成本高，等问题突出。

本文介绍了几种典型的花生收获机械，概述了国内外花生摘果机械的发展现状，总结了目前针对分段收获收获的花生建设装置的结果和优点，指出了花生机械化捡拾作业过程中存在的问题。

研制花生收获机械对花生产业的快速发展和农民增收有重要意义。

花生不仅是优质油料作物，而且是主要的蛋白资源，加工品类多，产业链条长，现已成我国重要的出口创汇产品和农业结构调整重点发展和扶持的种植品种。

在消费结构和出口结构不断调整和优化的双重拉动下，花生生产得到长足发展，并逐渐向主产区相对集中，优势产业带基本形成。

但是我国花生生产机械化发展却严重滞后，作业成本占生产总成本1/2的收获作业。

目前主要依靠人工完成，劳动强度大、作业成本高、效率低、损失大、成本高已成为生产发展与产业成长的主要瓶颈，我国对国内对花生机械化收获技术装备的需求日趋迫切。

花生是我国重要的经济作物和油料作物，在国际范围内的众多国家及地区被广泛的种植，中国的花生种植面积约占到世界总花生种植面积的1/4总产量约占到世界花生总产量的50%，位居世界的第一位。

在中国，虽然在总体上花生的种植面积很大，但是在大部分地区，花生的收获始终需要大量的人力、物力，不仅效率低下，而且相应的增加了劳动成本。

目前的花生联合收获机虽能减轻劳动强度，但挖掘装置对不同土壤类型的适应性较差，不能满足花生在收获时的要求，制约着我国花生整体产业的健康发展。

我国的总体生产状况来看，花生摘果作业仍然主要靠人工完成，劳动力耗费大，损失率高,效率低,劳力紧张,如果使用高效的花生摘果机械将比人工作业提高50倍以上，大大缩短了花生的摘果日期，为后继作物的播种作业打下了坚实的基础。

然而，我国的花生收获机械化与稻麦联合收获机械等传统农业机械相比存在着起步晚、投入少、发展慢、水平低等问题，严重制约了花生产业的发展。

该
机主要由捡拾装置，输送装置、摘果装置、清选装置、升运集果装置等部分组成，采用背负式结构设计，配套动力为充州29拖拉机，机组前进速度50m/min,捡拾输送速度55 m/min,输送装置倾角200,可一次完成花生捡拾、输送、摘果、清选、集果等作业，减少人工投入由于花生收获期正值农村“三秋”生产的大忙季节，劳动力不足，加之花生收获的投工量大，劳动强度高，如果不能及时收获晒干，特别在有些地方多雨地区，花生很容易霉烂变质。

造成严重损失。

我国南方有些地区甚至已经出现了丰产不丰收、种而不收的严峻现象，因此加快发展花生收获机械十分急迫。

目前我国花生在收获后普遍由人工进行捡拾、摘果，收获效率低、劳动强度大、生产成本高等问题突出。

花生适应性强、稳产高产和经济效益高等优势，成为中国广大农村普遍种植的重要经济作物。

花生机械化收获难度较大，成了制约花生生产规模化和产业化的瓶颈。

本文根据新疆花生收获机械化发展的状况，从花生种植方式以及花生收获机械的性能两方面详细分析了制约花生收获机械化发展的因素，提出加快花生收获机械化技术发展的建议和措施。

发达国家对花生收获技术与装备的研究开发，起步早、投入大、发展快，早已实现了专用化、标准化和系列化。

中国对花生机械化收获的研制虽较早，但发展十分缓慢，近年来，随着我国花生收获机械市场需求的不断趋旺，花生收获机械的研究开发进入了一个新的突出。

可实现挖掘、清土、铺放功能的花生收获机，具有无需自带动力、结构简单、价格低廉、使用成本低等特点，较适合现阶段中国农村经济条件，具有较好的市场需求。

但是近期以来，由于对花生机械化收获技术缺乏深入系统的研究，适应性差、损失率高等机械化收获中存在的技术难题始终未能得到很好解决。

花生的种植历史悠久，地域广阔，是世界公认的半干旱作物，是国际上上广泛栽培的主要油料和经济作物，同时也是主要的创汇农产品之一。

花生以它独有的优势，在全世界油料生产和国际贸易中仅次于大豆而居第二位，在亚洲、非洲、澳洲及南北美洲的绝大多数国家和地区均有花生的种植和生产，其中，中国是世界上主要的花生生产国和花生消费国，同时也是最大的花生出口国。

1.1.1 中国花生生产现状
目前，国际经济趋于全球化，我国农业机械面临着新的机遇和考验。

了解国
内外花生生产机械化的现状与发展动态，对研究和促进我国花生生产机械化的发展有重要作用。

但是，中国花生收获机械的发展与农业种植结构的迅速调整远不适应。

花生生产机械化发展严重滞后，尤其是种植(移栽)与收获，用工量占生产全过程4/6以上，作业成本占生产总成本72%左右。

目前主要依赖人工和半机械化完成，机械化联合收获几乎还是空白，劳动强度大，作业成本高，效率低，损失大，己成为该行业生产发展与产业成长的主要“瓶颈”。

收获是花生生产过程的重要环节，用工量占生产全过程的1 /2以上，作业成本占总成本的50%以上。

由于人工挖掘和捡拾劳动强度大，用工多，效率低，损失大，因此国内对花生机械化收获技术设备的需求日趋迫切。

我国有些发达的省在花生收获技术装备研究开发与应用方面水平也比较高，有不少成熟产品投入生产应用，其花生收获机械现己成为包括内陆在内的亚洲许多国家借鉴和效仿的重点，如台湾大地菱公司生产的允全牌43型履带自走式半喂入落花生联合收获机。

自20世纪以来，中国随着农业结构调整的不断深入，花生生产和整体效益增长很快。

花生一直是中国主要的经济作物和油料作物，种植面积位于印度之后居世界第二位总产居世界第一。

虽然中国花生产区发展不平衡，但是花生种植、生产的发展是显而易见的，其主要原因有两点:一是在国内种植花生的效益较种植其它作物要高;二是在际市场上具有价格竞争优势。

加入WTO后，国外机械化程度高、生产规模大的农作物，如小麦、玉米、大豆等都将涌入国内而冲击国内市场，但作为劳动密集型生产的花生仍具有强劲的国际竞争力。

中国花生生产仍有较大的发展潜力。

1.1.2 中国花生的种植方式
我国花生的种植方式有裸地栽培和地膜覆盖栽培两种。

裸地栽培是传统的常规种植方式，地膜覆盖栽培是进行高产栽培的新技术，技术性较强。

这两种栽培方式根据整地方法又分为以下三种；
（1）平作
平作是北万和南方早薄地花生产区的一种种植方式。

在无灌溉条件、土壤肥力低的旱地或山坡地，土壤保水性差，水分容易流失，花生不易封行采用平作和
密植，有利于抗早保墒，争取全苗，在土地多劳力少的情况下可以减少整地工作量。

（2）垄种
垄种是北方中肥田和肥水地的一种种植方式。

在地势平坦、土层深厚、排灌条件齐全的大田，垄种有利于花生合理密植，有利于田间通风透光，获得高产。

花生垄种需要在播前整地时起垄，在垄上开沟或开穴播种，垄种根据具体操作方式分为单行垄种和双行垄种两种。

（3）高畦种植
中国南方地区春季雨量充足，为了能排能灌，防止花生田积水，农民往往起畦种植花生，一般采用直行条播，每畦种植4～8行。

中国北方地区春、秋季节花生播种期间，普遍干旱少雨、温度低，且无霜期短，南方春季则低温多雨。

为了实现花生的丰产和丰收，各生产部门普遍改变种植方式，采用花生覆膜的种植方式，最终实现了抗早、保墒、提温、防雨、排涝，减少苗期管理的效果，为花生的早熟增产提供了保障。

地膜覆盖是近年来兴起的一项种植技术，它是传统农业技术与现代农业技术相结合的一项重大的技术改革，是大幅度提高花生单产的一项有效措施。

这项技术的应用，解决了北方地区低温、干早和无霜期短，南方春季低温多雨等不利自然气候条件，开创了中国花生生产的新局面。

目前，花生地膜覆盖栽培技术己在华北、东北大面积推广应用，并取得了明显增产效果，经济效益显著，深受群众欢迎。

但花生覆膜播种的种植方式在使花生增产的同时，也引发了影响农业生态环境的“白色污染”。

目前所用的塑料薄膜，大多是聚乙烯或聚氯乙烯为原料的高分子化合物，在自然中塑料薄膜极难被土壤微生物分解、消化，可存在400年之久，农田使用的塑料薄膜老化后，破碎遗留在田间，使得地下的残膜数量逐年增多，遗留在田间的残余地膜，污染土壤，降低了土壤的透气性及肥力，阻碍了植物吸收水分及根系生长，直接影响了农作物的收成和品质。

1.1.3 花生收获机械发展现状
随着花生种植面积的不断扩大和农村劳动力的转移，花生生产机械化的问题就显得尤为重要。

西方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。

在我国，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。

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低下则极大地影响了花生产业的发展。

目前，花生的收获基本是靠人工、畜力或半机械化(如手扶拖拉机牵引挖掘铲)完成，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多年来一直徘徊不前，与世界发达国家存在很大的差距。

总之，中国现阶段花生收获方法的落后带来了各方面的问题，大体上表现为以下三个方面：
第一，人工收获劳动强度大，效率低下。

长期以来，花生的收获都是靠人工完成的，特别是近几年来随着农村剩余劳动力的转移，这一矛盾更加突出。

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(作业成本包括从花生耕地播种开始到收获摘果为止，所需的种子，肥料、地膜、机具及人工费用等，人工费按同时期普通劳动者的工时费来计算)。

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英果的较多损失，并且这种损失大部分情况下，英果埋到地里，需要进行二次复收，不仅劳动强度大，而且生产成本高。

第三，耽误农时。

花生的收获季节，正值“三秋”大忙之际，劳力紧张，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。

据研究者到农村的
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0.0046hm2；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。

所以，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的关键
1.2 研究目标与内容
本文的研究目标为：
以配用中小动力的花生收获装置为研究对象，针对中国农村分散经营的生产体制和中小型拖拉机拥有量大的特点，适应国内的花生种植方式，重点设计花生收获装置的挖掘及分离原理，探索新的工作方式和新的结构设计，在充分了解花生植株各组成部分收获时的生长状态及田间特性的基础上，简介新型传动机构的工作机理和结构优化设计，设计工作部件的运动特点、所受阻力及对花生与植株的施力方式等。

以简化结构，降低功耗，减少成本，提高作业质量为目标，重点研究花生收获装置及其传动部件的运动机理及最佳工作参数。

研究的具体内容为：
（1）设计花生挖掘与分离的新的工作原理及结构形式。

基本设想是用平行连杆机构实现花生的振动式挖掘与分离，采取将两项功能通过一个工作部件来完成的全新结构，以最大程度地减少动力功耗和收获装置的总体结构尺寸；
（2）针对不同花生品种、不同地区及土壤条件，优化传动与工作部件的结构，使其结构参数和运动参数达到最优。

2. 花生捡拾收获装置的设计原理
中国对花生收获机械装置的研究正处在发展时期，花生收获机械大面积的推广还需要一段时间，农村分散经营的生产体制和农民的消费水平，东部与西部地区的差别，对产品、技术需求的递进趋势以及广大农村中小型拖拉机拥有量大的特点，决定了在今后一段时期内，中国仍然要以中小型花生收获机械与装置为主要的研究和推广对象。

但是，国内对花生收获装置的理论研究有待深入，研究工作还基本停留在试制与试验阶段，对花生收获装置的工作原理、结构优化、具体的工作情况及规律性的深入研究尚没有报道;而现有的花生收获技术的理论著作过于老化，新理论和学术研究性文章比其它农业机械技术理论相对偏少，且深度不够，学术价值较
低，致使收获机械与装置有效供给不足，小型机具多，优质机械过少，大中型农机具跟不上发展需要，收获装置不能满足花生生产实际的需求，影响了新装置的开发改进，最终影响了花生种植业户购买机具的积极性。

因此，加强理论研究，加快理论与实践的结合速度，研制出适合中国当前国情、性能稳定、高效优质的新型花生收获装置，以满足国内现阶段广大花生种植用户及市场的迫切需求，应当是现阶段中国花生生产机械化研究的主要方向。

2.1 设计依据
（1）符合中国国情
中国农村人口多、土地少，且分散经营，大型农机具.保有量少，而中小型拖拉机拥有量大。

所以，针对中国现阶段农村生产的实际状况，所设计的花生收获装置应以配用中小型动力为主。

（2）作业可靠、减少收获损失
根据山东省质量监督局发布的《农业机械作业质量花生机械收获地区标准》和农艺要求，所设计的花生收获装置应达到的性能指标为:
配套动力:11-13.2kw小型四轮拖拉机
生产率:0.1～0.13hm2/h
损失率:≤3%
荚果破碎率:≤1%
（3）结构紧凑，降低成本
针对目前中国花生种植模式和效率低、劳动强度大、生产成本高等问题，本文设计了一种花生捡拾摘果联合收获机，并进行了田间试验。

该机可一次完成花生捡拾、输送、摘果、清选、集果等作业，减少人工投入，大大提高了花生收获的效率，填补了中国花生捡拾摘果联合收获机的空白。

2.2 设计方案的选择与分析
传统的花生收获装置大多采用挖掘铲和抖动链相组合的方式。

这种装置是20世纪70年代推广应用的，不仅结构复杂、制造成本高、动力消耗大、可靠性差，而且收获损失偏高、花生蔓铺放杂乱，不便于人工拣拾。

本文所设计的收获装置拟采用将挖掘和分离两项功能溶为一体的全新结构，以减少功耗、机体尺寸以及收获损失;并对动力传递系统和操纵装置进行合理配
置，确保动力传递高效可靠，操纵调整简便。

由于花生的种植模式是两行垄作，所以收获装置的挖掘部件应为两个挖掘铲，在收获装置作业过程中拟使挖掘铲以一定的频率摆动前进，即摆动式挖掘。

这样，可以最大限度地减少土壤对工作机组的阻力，降低机组功耗。

为减少机构尺寸，简化结构，收获装置的分离部件拟附着在挖掘部件上，在作业时，通过挖掘部件的摆动使分离机构将花生与泥土分离。

所以，设计方案的选择主要是传动系统的选择和挖掘分离装置的确定。

2.3 作业原理
型花生捡拾摘果联合收获机传动系统的设计应满足结构紧凑，功率消耗少，动力分配合理，从而使捡拾装置、螺旋圆弧面板式摘果装置、清选装置和升运集果装置获得合适的速度，保证各部分工作协调，从而保证准确传动比和较高的传动效率，满足花生捡拾摘果联合收获的要求。

该机采用分路传动系统。

动力从发动机输出后，一路经带传动到达提升装置，为提升装置提供动力;另一路通过链传动传递到主轴，为作业组件提供工作动力。

主轴直接带动摘果搅龙的旋转，并通过锥齿轮带动风机运动。

主轴的动力通过带传动到达振动筛连杆，使振动筛做往复运动。

具体传动系统配置及参数见图2。

图2 花生检拾摘果联合收获机传动系统图
3. 主要参数确定与关键部件设计
3.1 主要参数确定
参照相关花生收获机的技术参数和马铃薯挖掘机功率选定原则，本设备适配动力功率为11～14 kw 的拖拉机，每次收两行，预期生产率为：0.07～0.1 hm 2/h ，根据花生主产区种植的宽窄行距实际情况，选定作业幅宽为550mm ，因此确定挖掘铲的宽度为450mm ，同时采用入土角与振动筛升运角一致设计原则，选定挖掘铲入土角为25°。

挖掘深度设计为100～150mm 可调，通过调节行走轮在机架上的上下安装位置实现。

振动筛组振动由偏心轮带动，偏心距为2cm 。

3.1.1 花生收获机的功率计算
花生收获机所需的总功率可分为3部分，即捡拾装置及地轮行走所需的功率d N 振动筛所需的功率s N 和机械传动消耗的功率n N 。

d s n N N N N =++
（1）
2123m P P P P fG KaB aBV ε=++=++ （2）
式中 P ～平均牵引阻力，P=4808.7N ；
G ～花生收获机质量，G=2234N ；
f ～综合摩擦系数，f=0.25～0.5；
K ～土垡抵抗变形的性能系数 K=0.2～l ；
ε～动态阻力系数，取3ε=kg/s 2·cm 4；
m V ～机组前进速度， 1.83m V m s =；
a ～挖掘深度，a=l2cm ；
B ～挖掘幅宽，B=60cm ；
1P ～摩擦阻力，包括挖掘铲和沟底、沟壁之间及轮轴之间的阻力，地轮对土壤的滚动阻力及摩擦阻力，156P fG N ==；
2P ～土垡变形的阻力，2144P KaB N ==；
3P ～动力变化阻力，即土壤动量变化时所产生的阻力，372.33m P aBV N ε==；
6.1102m d PV N kw μ
== （3）
式中 μ～牵引阻力利用系数，取μ=0.8-0.9。

sin 102
s f N V aB βλγ
= （4）
式中 λ～分离链上土壤的百分含量；
γ～土壤的容重。

(1)n s N N η=-
（5）
式中 η～机械传动效率。

则花生收获机所需的总功率为：
(2)sin 102102f m d s n V aB PV N N N N ηλγβμ+=++=+=8.1kw （6） 故采用8.8kw 以上的四轮拖拉机作为配套动力。

所以11～13.2kw 的拖拉机作为动力配套装置可以使用。

通过传动部件的运动机理与参数分析，得到了该部件主要参数间的关系表达式与传动部件的运动规律，为进一步的分析研究提供了理论依据。

3.1.2 捡拾装置主要参数的确定
链式尼龙弹齿捡拾装置在对花生进行捡拾作业时，弹齿与花生会突然接触，导致链式尼龙弹齿捡拾装置瞬间受到冲击。

且在捡拾的过程中，弹齿与花生之间的摩擦会发生响应，使求解难以收敛，对捡拾效果产生影响。

所以，有必要对链式尼龙弹齿捡拾装置进行接触应力分析。

链式尼龙弹齿捡拾装置具有如下优点:
1)指杆采用增韧尼龙6，强度适宜，不但保证了能够完成捡拾作业，而且减少了对作物的冲击，保证了果实的完整性;
2)由于指杆具备良好的柔韧性、抗冲击能力强，在作业中遇到石块等障碍物时往往不会由于撞击而断裂，确保了捡拾作业的正常进行，减少了设备维护的次数;
3)指杆包括直线型的指杆前端和圆弧状的指杆根部，采用直线型的指杆前端将作物从地上铲起，然后随着收获机械的运行作物进入指杆根部，减少作物的滑落，降低了漏检率。

1.指杆
2.托板
3.螺母
4.螺钉
图3链式尼龙弹齿检拾装置结构简图
1.指杆
2.托板
3.螺母
4.螺钉
图4尼龙弹齿结构简图
3.1.3 输送装置的主要参数确定
输送装置是将捡拾后的花生输送到摘果装置。

其中，提升板安装在输送链上，用来固定捡拾装置，并在输送链的带动下连续运动。

外罩位于输送装置的外面，减少风等外界因素对花生输送的干扰。

具体结构运动如图5。

a.主视图
b.俯视图
1.提升板
2.输送链
3.外罩
4.心轴
图5偷送装置
注:v.为输送速度，m/s ，箭头表示运动方向t.
3.1.4 大带轮的主要参数确定
所以符合要求（1）确定计算功率c P ，已知P=7.5kw
P K P A c ==1.1×7.5=8.25kw （14）
（2）确定V 带型号为普通V 带A 型，小带轮节圆直径d p1=125mm
（3）确定带轮基准直径d 1和d 2
根据所选V 带型号查表及带轮直径标准系列值，得到d 1=130.5mm ；验算带速v ，应保证v 在5～25m/s 之间，若不能满足这一要求应重选d 1；
11
601000d d n v π=⨯=5.2m/s （15）
取d 1=130.5mm 。

小带轮如图（3-5）所示。

图3-5 小带轮
（4）根据公式d 2=i d 1 (1-ε)算出大带轮直径，并圆整成标准值，ε取为0.02。

2d =3.5×125×0.98=428.75mm
（16）
大带轮如图（3-6）所示。