4FZ-2自走式番茄收獲機風機的改進設計

齊 偉，王玲玲，郭 健

（1.石河子貴航農機裝備有限責任公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子職業技術學院）

4FZ-2自走式番茄收獲機風機的改進設計

齊 偉1，王玲玲1，郭 健2

（1.石河子貴航農機裝備有限責任公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子職業技術學院）

為了提高番茄收獲機的使用性能，對4FZ-2番茄收獲機風機進行改進設計，從而有效提升番茄收獲機的作業效率和番茄收獲質量。

番茄收獲機；風機；改進；設計

目前，國內番茄以人工采收為主，勞動強度大、生產效率低、采收成本高，并且因收獲時間集中和采收不及時，造成了大量的浪費，已成為制約番茄產業規模化發展的瓶頸問題[1]。國外對番茄收獲機的研究始于20世紀初，研發單位以FMC、CTM、Pomac、Pik Rite公司為代表，這些公司起步早且技術成熟，但進口的收獲機價格昂貴，服務周期長，僅依靠進口難以滿足國內番茄收獲的現狀[2]。石河子貴航農機裝備有限責任公司研制出已達到國內先進水平的自走式番茄收獲機，該番茄收獲機采用電液控制系統，自動化程度高，操作簡便，性能穩定。但由于新疆地理條件的特殊性，下地試驗后發現風機使用壽命較短，嚴重影響了番茄收獲機的作業效率，為了有效解決這一問題，本文提出了一種風機改進方案。

1 總體結構及工作過程

1.1 總體結構

本番茄收獲機可一次完成番茄秧的切割、果秧分離、成熟度選擇和輸送等工作[1]，該機主要由采摘頭、輸送裝置、振動分離裝置、色選裝置、風機、驅動和控制系統等組成（圖1）。

1.2 工作過程

采摘頭前部的割刀將番茄秧切斷，再通過采摘頭中部揀拾裝置將番茄秧及果實拾起，通過一級輸送裝置將其送往二級輸送裝置；再通過二級輸送裝置將秧及果實送入果秧振動分離裝置進行果秧分離作業；分離后的果實落入內部傳輸裝置；落入內部傳輸裝置的番茄果實再經橫向傳輸裝置及果實提升傳輸裝置送入色選裝置進行分選，不符合要求的果實、土塊、雜物等被色選裝置的彈齒彈落;符合要求的果實被送入人工撿拾傳送帶，進一步清理雜物，經人工檢查后的果實再通過伸縮臂裝車[1]。

圖1 自走式番茄收獲機結構

2 風機在番茄收獲機工作過程中的作用

番茄收獲機在振動分離裝置完成番茄果和果秧的分離后，番茄果實落入下一級輸送裝置，番茄秧則被振動分離裝置輸送至收獲機后部，然后通過風機將番茄秧苗吹出，完成果秧分離。

3 風機的結構及工作原理

番茄收獲機風機用于吹出秧苗，其工作效率直接影響整機的作業效率，相對于普通除塵風機而言，對本機風機風量、穩定性有更高的要求。如圖2，4FZ-2番茄收獲機風機主要由機殼和葉輪、主軸及傳動系統（帶軸承座調心軸承和液壓馬達）組成，帶軸承座調心軸承固定在機殼兩側，支撐主軸及葉輪。本結構有如下優點：（1）風機采用機翼型葉片，機翼型葉片由于良好的空氣動力學性能，其效率高，最高機械效率可達90%以上，運轉時噪音也較小[3]，大大提高了本機的工作效率，葉片材料采用HARDOX400,此材料兼具高硬度、高強度特性，大大提高了葉片的使用壽命；（2）風機采用帶軸承座調心軸承支撐，保證了主軸兩端同軸度。

番茄收獲機風機工作原理：由液壓馬達帶動葉輪旋轉，葉輪中的葉片迫使氣體旋轉，對氣體做功，使其能量增加，氣體在離心力的作用下，向葉輪四周甩出，通過蝸型機殼將速度能轉換成壓力能，當葉輪內的氣體排出后，葉輪內的壓力低于進風管內壓力，新的氣體在壓力差的作用下吸入葉輪，氣體就連續不斷的從機殼內排出，產生風力，吹出秧苗。

圖2 風機結構示意

4 在工作過程中存在的問題及原因分析

番茄收獲機在田間作業時，風機出現主軸彎曲變形，斷裂現象，極大影響了番茄收獲機的可靠性和工作效率。經分析，造成風機故障的原因如下：

（1）風機葉輪與主軸采用的是單點支撐連接，單點連接使主軸在支撐點處承受的力過大，超過了主軸的抗彎強度，造成主軸發生彎曲變形；（2）由于機器在田間作業時，灰塵較大，風機的進氣方式是雙側進風，雖然兩側有防塵網罩，但還是有較小灰塵穿過網孔進入風機內部，灰塵會粘在非工作面上，在運行過程中灰塵不均勻落下，葉輪的平衡度遭到破壞，使風機葉輪失去平衡，葉輪在運轉中發生振動，使主軸發生彎曲。

5 風機改進方案

針對上述發生的情況，對風機進行改進：（1）風機葉輪結構的改進；（2）輔助清洗裝置的設計。

5.1 風機葉輪結構的改進

葉輪是離心風機最為重要的部分，它的結構是決定風機性能的重要因素[4]。改進后的風機，在葉輪上焊接兩個軸盤，與主軸形成兩個連接點，這樣葉輪與主軸連接為兩點連接，避免了單點連接應力集中，提高了軸的疲勞強度，兩個支撐點葉輪運行更平穩，不容易產生振動。改進后風機結構如圖3。

圖3 風機葉輪改進后風機示意

5.2 輔助清洗裝置的設計

機翼型葉片非工作面很容易粘土，部分灰塵與少量番茄汁混合后形成粘稠物，一旦粘稠物吸入到風機葉片后很難下落，必須進行定期清理。原來每次清理要人工將風機整機拆下來，拆卸出葉輪進行清理，費時費力。輔助清洗裝置的設計解決了這個難題，在機殼底部開一個排水槽，粘上污垢后可以用水管對葉輪進行沖洗，清洗后的水垢能及時排出。輔助清洗裝置采用螺紋連接，將螺紋管焊接到外殼底部，做內螺紋堵頭，清洗后用堵頭將排水槽封死，具體結構如圖4。

圖4 輔助清洗裝置結構

6 結論

試驗證明，改進后的風機使用壽命得到大幅延長，原來一臺風機平均壽命為兩個采季，改進后的風機平均壽命可達四個采季，風機使用壽命提高了一倍，從而有效提高了番茄收獲機的作業效率和作業質量。

[1]高治國，齊偉，郭健.4FZ-2型自走式番茄收獲機的總體設計[J].農業化研究，2013（6）：110.

[2]李成松，坎雜等.4FZ-30型自走式番茄收獲機的研制[J].新疆農機化，2012（3）：60.

[3]黃進.離心風機的正確選型[J].水泥，1991（2）：28.

[4]李燕平.離心風機葉輪的有限元分析及優化[D].西北農林科技大學，2012，7.

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.03.006

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