自走式亞麻脫粒翻鋪機底盤及撿拾和夾持輸送裝置的設計計算

曹海峰+公衍峰+焦國鵬

摘要自走式亞麻脫粒翻鋪機是國家科技支撐計劃的研究成果，能完成亞麻原莖的柔性撿拾、無損傷碾壓脫粒、有序輸送、翻轉及鋪放工作。本文介紹了自走式亞麻脫粒翻鋪機的底盤、撿拾裝置、夾持輸送裝置的設計與計算說明，通過田間試驗表明，其結構合理，能滿足亞麻翻麻脫粒作業(yè)的農藝要求。

關鍵詞自走式亞麻脫粒翻鋪機底盤撿拾裝置夾持輸送裝置

基金項目：“國家科技支撐計劃項目‘多功能農業(yè)裝備與設施研制資助”（2006BAD11A07）；“2012年度國家農業(yè)科技成果轉化資金項目項目‘4YFZ-140型自走式亞麻脫粒翻鋪機”（2012G B2B200133）

0引言

自走式亞麻脫粒翻鋪機是“十一五”國家科技支撐計劃“多功能農業(yè)裝備與設施研制”重大項目的重要研究成果，能完成亞麻原莖的柔性撿拾、無損傷碾壓脫粒、有序輸送、翻轉及鋪放工作，已在亞麻生產中得到了示范應用。亞麻生產環(huán)節(jié)多，作業(yè)要求高，翻麻脫粒環(huán)節(jié)是亞麻機械化生產的重要環(huán)節(jié)之一。亞麻翻麻脫粒作業(yè)，要求亞麻籽粒收獲率高、不損傷亞麻原莖、翻轉后的麻鋪規(guī)則整齊，利于后續(xù)的機械打捆作業(yè)。同時，對于機器作業(yè)速度的變化，要求撿拾速度、夾持輸送速度能隨之同步調整。為了滿足亞麻機械翻麻作業(yè)的要求，需設計底盤、撿拾裝置、夾持輸送裝置的結構并計算運動參數，通過理論計算和田間試驗，優(yōu)化其技術參數，進而找到最適合亞麻翻麻脫粒作業(yè)要求的參數，為自走式亞麻脫粒翻鋪機提供科學合理的工作部件。

1整機結構

自走式亞麻脫粒翻鋪機主要由底盤、撿拾裝置、夾持輸送裝置、齊根裝置、翻鋪裝置、脫粒裝置、清選裝置、籽粒輸送裝置、籽粒箱、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

1.撿拾部裝 2.操縱系統(tǒng) 3.脫粒系統(tǒng) 4.夾持輸送系統(tǒng) 5.糧箱 6.底盤 7.亞麻部裝

圖1自走式亞麻脫粒翻鋪機示意圖2底盤的設計與計算說明

21發(fā)動機功率的確定

機器在田間作業(yè)時,最高行走所需功率Nx:

Nx=mgvmfη×10-3(kW）

式中m—整機滿載質量/kg，估計本機滿載質量約為7500 kg左右；

g—重力加速度，98 m/s2；

vm—最高作業(yè)速度/m·s-1，本機按75 km/h計；

η—行走裝置的傳動效率，本機取09；

f—滾動阻力系數，較干實的地面取01，較松軟的地面取02，濕軟的地面取03，本機按02計。

經計算可得Nx=34 kW。

一般自走式聯(lián)合收獲機的最高行走所需功率占整機功率的40%～50%，由此可知發(fā)動機所需功率約為68～85 kW，考慮到發(fā)動機需要具備有足夠的儲備功率，因此確定本機發(fā)動機功率為84 kW，轉速為2400 r/min。

現發(fā)動機功率為84 kW，超過課題任務書中對本機的功率要求441～588 kW，原因是自走式亞麻脫粒翻鋪機與國內一般自走式谷物聯(lián)合收獲機有較大差異，整機結構復雜、質量較大，作業(yè)速度較高，且本機作業(yè)時撿拾、夾持輸送、麻果碾壓、麻莖齊根、翻轉鋪放等工作部件的工作速度需要與機器的行走速度同步調整，如采用機械傳動，則傳動機構很復雜，較難滿足要求，所以本機采用全液壓驅動，消耗功率較大。

22底盤方案的確定

由于本機作業(yè)流程的需要，整機總體結構布置時重心偏后，因此機器的驅動輪配置在后，轉向輪配置在前。通過對本機整體配置及結構、配套動力、主要工作部件等因素分析，整機質量將在6～7 t，我國滿足這一載重要求的底盤只有“東風5”谷物聯(lián)合收獲機底盤，因此，課題選用了“東風5”谷物聯(lián)合收獲機底盤的驅動橋進行改造，采用液壓馬達直接驅動其變速箱，達到液壓無級變速的目的。由于本機總體布置時，籽粒箱配置在機器的最上面，因此底盤機架設計時需盡量降低重心高度，底大梁的最小離地高度確定為200 mm，因而也需降低轉向橋的離地高度，不能借用已有的轉向橋，轉向橋需重新設計。由于要求本機的作業(yè)幅寬范圍為1300～1500 mm，設計時確定驅動輪輪距為1590 mm，轉向輪的輪距為1510 mm；根據整機配置，確定前后輪軸距為3080 mm，軸距稍大，轉彎半徑4800 mm。本機質量較大，雖重心偏后，但轉向輪承重也不小，同時考慮到為降低底盤重心高度，故確定驅動輪型號為125/80-18，轉向輪型號為115/80-153。底盤機架主梁選用110×75×5的16Mn冷拔矩形管焊接而成，抗彎強度大、剛性好、質量相對較輕，滿足本機的載重需要。由于整機總體結構布置時，需要清選篩配置在底盤機架的左側，故將發(fā)動機配置在底盤的右側，安裝在底大梁上。液壓油箱配置在底盤的后面。

為方便駕駛員操縱，轉向器總成設計有前中后3個操作位置，可通過擺動、鎖緊機構固定位置，符合人機工程設計要求。監(jiān)控儀表采用組合式儀表，安裝在轉向器總成上，便于駕駛員觀察機器工作狀況。組合開關安裝也在轉向器總成上，便于駕駛員操作。電控旋鈕、行走和工作部件操縱桿、液壓油缸操縱桿、手油門等設置在駕駛員右側的控制箱上，易于操縱。

3撿拾裝置的設計與計算說明

31撿拾裝置方案的確定

麻鋪撿拾裝置需解決的核心技術是必須保證作業(yè)時麻鋪整齊、有序、連續(xù)的喂入。根據課題任務合同書要求，采用伸縮扒指式撿拾裝置，伸縮扒指式撿拾裝置能有效防止傷麻現象的發(fā)生，減少麻籽損失，杜絕纏麻現象，并能保證麻鋪的連續(xù)有序喂入。

撿拾裝置主要由撿拾滾筒、伸縮扒指、滑套、夾持等組成（見圖2），作業(yè)時，伸縮扒指隨著撿拾滾筒的轉動，將麻鋪連續(xù)拾取并有序喂入到撿拾裝置的夾持輸送部件。

1撿拾器扒指軸 2撿拾滾筒 3輻板 4伸縮扒指 5支臂 6滑套 7中間固定套 8中間固定軸 9夾塊 10伸縮扒指固定板

圖2自走式亞麻脫粒翻鋪機撿拾器簡圖32撿拾裝置滾筒、扒指及扒指固定結構的設計

如圖2所示，撿拾裝置滾筒的結構大小主要與撿拾裝置的線速度有關，撿拾裝置的線速度決定了撿拾裝置的作業(yè)效果，如果撿拾線速度過慢，會造成麻鋪撿拾不連續(xù)、不整齊的現象，影響作業(yè)質量，如果撿拾線速度過快，這樣就會造成擁堵現象，嚴重時會造成機器無法正常作業(yè)。根據對國內外伸縮扒指式撿拾裝置的分析研究結果及本機的理論作業(yè)速度，確定撿拾裝置滾筒直徑 Φ394 mm、長度為 340 mm、轉速為108 rpm左右。撿拾滾筒的主體部分為一帶有 10 個長孔的圓筒采用無縫鋼管切削加工，滾筒外側布置有兩條環(huán)形滑道，均為鋼板加工而成，環(huán)道由內徑為Φ382 mm、外徑為Φ410 mm、厚度為 5 mm的兩塊環(huán)形板和一條沿滾筒圓周的墊板組成。墊板厚度為5 mm，兩個環(huán)道的間距根據麻鋪撿拾工藝要求確定為124 mm，環(huán)道與滾筒焊合后加工周圍布置的長孔及環(huán)道尼龍墊固定孔，在兩個環(huán)道中間進行掛膠處理，形成一個膠帶輪面，構成整個撿拾裝置的動力傳動部件。撿拾扒指采用45#鋼鍛件，撿拾扒指固定結構為偏心輪結構。

33撿拾裝置工作轉速的計算

自走式亞麻脫粒翻鋪機的正常作業(yè)速度一般為Vm= 6～8 km/h，要求麻鋪為連續(xù)均勻鋪放，在Vm取上下極限值的條件下，機器正常作業(yè)時，要求撿拾裝置均能實現對麻鋪連續(xù)有序的撿拾作業(yè)。

撿拾裝置連續(xù)均勻撿拾的條件：機器正常作業(yè)時，為保證麻鋪連續(xù)均勻有序地撿拾及輸送，撿拾裝置的線速度應略大于或等于機器的前進速度，且要求撿拾裝置的線速度與機器的前進速度同步變化，通過分析和試驗確定：

Vj= 12Vm

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式中Vm—機器作業(yè)速度；

Vj—撿拾裝置的線速度。

則撿拾裝置的工作轉速nj（r/min）為：

nj=VjπD=97～130 r/min

在機器正常作業(yè)速度情況下，撿拾裝置的工作轉速滿足連續(xù)正常撿拾作業(yè)轉速為108 r/min左右的要求，即撿拾裝置滿足可連續(xù)均勻撿拾的條件。田間試驗結果表明，撿拾裝置的工作轉速是合適的，達到工藝流程連續(xù)通暢。

4夾持輸送裝置的設計與計算說明

根據機器總體布置及亞麻翻鋪的工藝要求，亞麻翻鋪需要錯一個鋪的位置，避免機器作業(yè)時輪胎壓在麻鋪上，因此夾持輸送裝置沿與機具軸線106°方向布置。夾持輸送裝置分為前、主、后三段。前段輸送裝置完成從撿拾裝置到主夾持輸送段之間的輸送任務，采用帶撥齒的硫化橡膠帶輸送方式，由主動帶輪、被動帶輪、帶撥齒的硫化橡膠帶、導向條及支架等組成。主夾持輸送段是夾持輸送裝置的核心部分，夾持輸送帶采用剛性較好、相對耐磨的硫化橡膠帶，橡膠帶上有V型帶形導向筋，上下夾持輸送帶的動力由主變速箱輸出的上下兩個主動帶輪軸所提供，上主動帶輪軸還為后段輸送裝置提供動力，上主動帶輪為掛膠橡膠輪，上被動帶輪又將動力傳遞給前段輸送裝置，主夾持輸送帶的下橡膠帶配置有三組雙聯(lián)張緊輪，主夾持輸送帶的上橡膠帶配置有線性均布裝有五個張緊輪的張緊機構，下夾持輸送橡膠帶還配置有由液壓缸操縱的張緊輪，下夾持輸送橡膠帶的張緊機構也由液壓缸操縱完成。后段輸送裝置完成從主夾持輸送段到翻鋪裝置之間的輸送任務，采用兩組平行布置的帶撥齒的硫化橡膠帶輸送方式，保證麻鋪整齊輸送，交接有序連續(xù)可靠、不散亂，后段輸送裝置由主動帶輪、被動帶輪、帶撥齒的硫化橡膠帶、導向條及支架等組成，麻鋪在后段輸送裝置部分還由齊根裝置完成麻莖根部的齊根作業(yè)。

目前，國內亞麻機械的夾持帶寬度一般為100 mm，課題研制的自走式亞麻脫粒翻鋪機，麻鋪夾持輸送裝置的夾持帶寬度也確定為100 mm。機器正常作業(yè)時，為保證麻鋪連續(xù)均勻有序地輸送，夾持輸送帶的線速度Vs應略大于或等于撿拾裝置的線速度（或機器的前進速度），且要求夾持輸送帶的線速度與機器的前進速度同步變化，通過分析和試驗確定：

Vs =1055Vj

即：Vs=1266Vm

自走式亞麻脫粒翻鋪機的作業(yè)速度一般為Vm= 6～8 km/h，設計時取夾持輸送帶主動帶輪的直徑D=235 mm，則夾持輸送帶主動帶輪的工作轉速nS(r/min)為：

nS=VSπD=172～230

田間試驗結果表明，夾持輸送帶主動帶輪的工作轉速滿足機器流程連續(xù)通暢的要求。該夾持輸送裝置，不傷麻，不易纏麻，工作有序連續(xù)可靠，前段輸送速度、主夾持輸送速度及后段輸送速度均滿足設計要求。

5結論

經田間試驗結果表明，自走式亞麻脫粒翻鋪機整機結構和參數配置合理，撿拾裝置、夾持輸送裝置在任何作業(yè)速度下達到工藝流程連續(xù)通暢，操作方便可靠，能滿足亞麻翻麻脫粒作業(yè)的農藝要求。

參考文獻：

[1]趙文才，公衍峰，王志遠，等.自走式亞麻脫粒翻鋪機的脫粒機構［J］.農機化研究，2010(2)：78-84.

[2]張立明，曹海峰，公衍峰，等.5YF-150型牽引式亞麻翻麻脫粒機的研究設計［J］.農機化研究， 2008(9)：78-80.

[3]公衍峰，袁玉龍，趙文才.自走式亞麻脫粒翻鋪機的研究［J］.現代化農業(yè)，2010(5)：41-42.

[4]公衍峰，曹海峰，趙文才.評價亞麻翻麻脫粒機作業(yè)質量的指標及檢測方法［J］.農機使用與維修，2010（1）：42-44.

[5]曹海峰，公衍峰. 自走式亞麻脫粒翻鋪機的液壓系統(tǒng)［J］.農機使用與維修，2014（1）：10-13.

[6]黑龍江省農業(yè)機械運用研究所.國家科技支撐計劃項目《多功能農業(yè)裝備與設施研制》特種經濟作物生產關鍵技術裝備研究與開發(fā)，〈自走式亞麻脫粒翻鋪機〉.黑龍江省農業(yè)機械運用研究所，2010.5.

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式中Vm—機器作業(yè)速度；

Vj—撿拾裝置的線速度。

則撿拾裝置的工作轉速nj（r/min）為：

nj=VjπD=97～130 r/min

在機器正常作業(yè)速度情況下，撿拾裝置的工作轉速滿足連續(xù)正常撿拾作業(yè)轉速為108 r/min左右的要求，即撿拾裝置滿足可連續(xù)均勻撿拾的條件。田間試驗結果表明，撿拾裝置的工作轉速是合適的，達到工藝流程連續(xù)通暢。

4夾持輸送裝置的設計與計算說明

根據機器總體布置及亞麻翻鋪的工藝要求，亞麻翻鋪需要錯一個鋪的位置，避免機器作業(yè)時輪胎壓在麻鋪上，因此夾持輸送裝置沿與機具軸線106°方向布置。夾持輸送裝置分為前、主、后三段。前段輸送裝置完成從撿拾裝置到主夾持輸送段之間的輸送任務，采用帶撥齒的硫化橡膠帶輸送方式，由主動帶輪、被動帶輪、帶撥齒的硫化橡膠帶、導向條及支架等組成。主夾持輸送段是夾持輸送裝置的核心部分，夾持輸送帶采用剛性較好、相對耐磨的硫化橡膠帶，橡膠帶上有V型帶形導向筋，上下夾持輸送帶的動力由主變速箱輸出的上下兩個主動帶輪軸所提供，上主動帶輪軸還為后段輸送裝置提供動力，上主動帶輪為掛膠橡膠輪，上被動帶輪又將動力傳遞給前段輸送裝置，主夾持輸送帶的下橡膠帶配置有三組雙聯(lián)張緊輪，主夾持輸送帶的上橡膠帶配置有線性均布裝有五個張緊輪的張緊機構，下夾持輸送橡膠帶還配置有由液壓缸操縱的張緊輪，下夾持輸送橡膠帶的張緊機構也由液壓缸操縱完成。后段輸送裝置完成從主夾持輸送段到翻鋪裝置之間的輸送任務，采用兩組平行布置的帶撥齒的硫化橡膠帶輸送方式，保證麻鋪整齊輸送，交接有序連續(xù)可靠、不散亂，后段輸送裝置由主動帶輪、被動帶輪、帶撥齒的硫化橡膠帶、導向條及支架等組成，麻鋪在后段輸送裝置部分還由齊根裝置完成麻莖根部的齊根作業(yè)。

目前，國內亞麻機械的夾持帶寬度一般為100 mm，課題研制的自走式亞麻脫粒翻鋪機，麻鋪夾持輸送裝置的夾持帶寬度也確定為100 mm。機器正常作業(yè)時，為保證麻鋪連續(xù)均勻有序地輸送，夾持輸送帶的線速度Vs應略大于或等于撿拾裝置的線速度（或機器的前進速度），且要求夾持輸送帶的線速度與機器的前進速度同步變化，通過分析和試驗確定：

Vs =1055Vj

即：Vs=1266Vm

自走式亞麻脫粒翻鋪機的作業(yè)速度一般為Vm= 6～8 km/h，設計時取夾持輸送帶主動帶輪的直徑D=235 mm，則夾持輸送帶主動帶輪的工作轉速nS(r/min)為：

nS=VSπD=172～230

田間試驗結果表明，夾持輸送帶主動帶輪的工作轉速滿足機器流程連續(xù)通暢的要求。該夾持輸送裝置，不傷麻，不易纏麻，工作有序連續(xù)可靠，前段輸送速度、主夾持輸送速度及后段輸送速度均滿足設計要求。

5結論

經田間試驗結果表明，自走式亞麻脫粒翻鋪機整機結構和參數配置合理，撿拾裝置、夾持輸送裝置在任何作業(yè)速度下達到工藝流程連續(xù)通暢，操作方便可靠，能滿足亞麻翻麻脫粒作業(yè)的農藝要求。

參考文獻：

[1]趙文才，公衍峰，王志遠，等.自走式亞麻脫粒翻鋪機的脫粒機構［J］.農機化研究，2010(2)：78-84.

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[3]公衍峰，袁玉龍，趙文才.自走式亞麻脫粒翻鋪機的研究［J］.現代化農業(yè)，2010(5)：41-42.

[4]公衍峰，曹海峰，趙文才.評價亞麻翻麻脫粒機作業(yè)質量的指標及檢測方法［J］.農機使用與維修，2010（1）：42-44.

[5]曹海峰，公衍峰. 自走式亞麻脫粒翻鋪機的液壓系統(tǒng)［J］.農機使用與維修，2014（1）：10-13.

[6]黑龍江省農業(yè)機械運用研究所.國家科技支撐計劃項目《多功能農業(yè)裝備與設施研制》特種經濟作物生產關鍵技術裝備研究與開發(fā)，〈自走式亞麻脫粒翻鋪機〉.黑龍江省農業(yè)機械運用研究所，2010.5.

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式中Vm—機器作業(yè)速度；

Vj—撿拾裝置的線速度。

則撿拾裝置的工作轉速nj（r/min）為：

nj=VjπD=97～130 r/min

在機器正常作業(yè)速度情況下，撿拾裝置的工作轉速滿足連續(xù)正常撿拾作業(yè)轉速為108 r/min左右的要求，即撿拾裝置滿足可連續(xù)均勻撿拾的條件。田間試驗結果表明，撿拾裝置的工作轉速是合適的，達到工藝流程連續(xù)通暢。

4夾持輸送裝置的設計與計算說明

根據機器總體布置及亞麻翻鋪的工藝要求，亞麻翻鋪需要錯一個鋪的位置，避免機器作業(yè)時輪胎壓在麻鋪上，因此夾持輸送裝置沿與機具軸線106°方向布置。夾持輸送裝置分為前、主、后三段。前段輸送裝置完成從撿拾裝置到主夾持輸送段之間的輸送任務，采用帶撥齒的硫化橡膠帶輸送方式，由主動帶輪、被動帶輪、帶撥齒的硫化橡膠帶、導向條及支架等組成。主夾持輸送段是夾持輸送裝置的核心部分，夾持輸送帶采用剛性較好、相對耐磨的硫化橡膠帶，橡膠帶上有V型帶形導向筋，上下夾持輸送帶的動力由主變速箱輸出的上下兩個主動帶輪軸所提供，上主動帶輪軸還為后段輸送裝置提供動力，上主動帶輪為掛膠橡膠輪，上被動帶輪又將動力傳遞給前段輸送裝置，主夾持輸送帶的下橡膠帶配置有三組雙聯(lián)張緊輪，主夾持輸送帶的上橡膠帶配置有線性均布裝有五個張緊輪的張緊機構，下夾持輸送橡膠帶還配置有由液壓缸操縱的張緊輪，下夾持輸送橡膠帶的張緊機構也由液壓缸操縱完成。后段輸送裝置完成從主夾持輸送段到翻鋪裝置之間的輸送任務，采用兩組平行布置的帶撥齒的硫化橡膠帶輸送方式，保證麻鋪整齊輸送，交接有序連續(xù)可靠、不散亂，后段輸送裝置由主動帶輪、被動帶輪、帶撥齒的硫化橡膠帶、導向條及支架等組成，麻鋪在后段輸送裝置部分還由齊根裝置完成麻莖根部的齊根作業(yè)。

目前，國內亞麻機械的夾持帶寬度一般為100 mm，課題研制的自走式亞麻脫粒翻鋪機，麻鋪夾持輸送裝置的夾持帶寬度也確定為100 mm。機器正常作業(yè)時，為保證麻鋪連續(xù)均勻有序地輸送，夾持輸送帶的線速度Vs應略大于或等于撿拾裝置的線速度（或機器的前進速度），且要求夾持輸送帶的線速度與機器的前進速度同步變化，通過分析和試驗確定：

Vs =1055Vj

即：Vs=1266Vm

自走式亞麻脫粒翻鋪機的作業(yè)速度一般為Vm= 6～8 km/h，設計時取夾持輸送帶主動帶輪的直徑D=235 mm，則夾持輸送帶主動帶輪的工作轉速nS(r/min)為：

nS=VSπD=172～230

田間試驗結果表明，夾持輸送帶主動帶輪的工作轉速滿足機器流程連續(xù)通暢的要求。該夾持輸送裝置，不傷麻，不易纏麻，工作有序連續(xù)可靠，前段輸送速度、主夾持輸送速度及后段輸送速度均滿足設計要求。

5結論

經田間試驗結果表明，自走式亞麻脫粒翻鋪機整機結構和參數配置合理，撿拾裝置、夾持輸送裝置在任何作業(yè)速度下達到工藝流程連續(xù)通暢，操作方便可靠，能滿足亞麻翻麻脫粒作業(yè)的農藝要求。

參考文獻：

[1]趙文才，公衍峰，王志遠，等.自走式亞麻脫粒翻鋪機的脫粒機構［J］.農機化研究，2010(2)：78-84.

[2]張立明，曹海峰，公衍峰，等.5YF-150型牽引式亞麻翻麻脫粒機的研究設計［J］.農機化研究， 2008(9)：78-80.

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[4]公衍峰，曹海峰，趙文才.評價亞麻翻麻脫粒機作業(yè)質量的指標及檢測方法［J］.農機使用與維修，2010（1）：42-44.

[5]曹海峰，公衍峰. 自走式亞麻脫粒翻鋪機的液壓系統(tǒng)［J］.農機使用與維修，2014（1）：10-13.

[6]黑龍江省農業(yè)機械運用研究所.國家科技支撐計劃項目《多功能農業(yè)裝備與設施研制》特種經濟作物生產關鍵技術裝備研究與開發(fā)，〈自走式亞麻脫粒翻鋪機〉.黑龍江省農業(yè)機械運用研究所，2010.5.

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