電動蔬菜收獲機傳動系統設計

韓冬，湯沛，倪驍驊，劉迪

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電動蔬菜收獲機傳動系統設計

韓冬，湯沛，倪驍驊，劉迪

（鹽城工學院汽車工程學院，江蘇 鹽城 224001）

文章對電動蔬菜收獲機的傳動系統展開設計，設計內容包括傳動帶材料的選型，基于UG10.0軟件對傳動帶三維造型建模，對傳動系統的空間布局設計。為方便與其他系統間構建良好的銜接性，對傳動系統中的二級傳動進行設計。在傳動系統的輸出端設置落料等待區，保障后續動作的順利執行。

電動蔬菜收獲機；傳動系統；空間布局設計

引言

近年國內的蔬菜機械化生產領域中，企業、制造商在國家政策支持下，加大投入了對蔬菜機械化收獲的產品研發。當下蔬菜收割作業用工貴且勞工成本高以及收獲質量低的問題亟待解決。由此，蔬菜收獲機[1]的大力推廣，將為務農人員帶來很大的效益，同時也增收了蔬菜種植的產量。傳動系統是蔬菜收獲機的重要組成部分，傳動系統的工作效率對后續打捆動作的順利執行產生重要影響。現農機市場上，更多的是在多功能化方向進行優化[4]，并未在收獲傳輸效率方面有很大的改善。為此，本文將以電動蔬菜收獲機的傳動系統作為研討方向，對其進行展開設計。

1 電動蔬菜收獲機的初步方案擬定

為了方便地設計出具有功能性較強的小型電動蔬菜收獲機，初期階段采用功能結構樹的方式，考慮收獲機應分配的各部分功能，對其進行分析，結構功能樣圖如圖1所示。

圖1 功能結構樹

根據現有市場中的蔬菜機械產品，以它們的基礎功能作為構建點，通過覆蓋化的設計將最基本的調整功能、動力功能、收集功能以及控制功能集中應用于設計的初步方案中。本設計最終的總體結構示意圖如圖2所示。

圖2 電動蔬菜收獲機總體結構圖

2 傳動系統設計

2.1 傳動輸送裝置的結構設計

傳動帶的帶型選擇設計[2]中，有三種設計形式：平整截面式，單側V帶截面式，多楔帶式，本設計中通過綜合對比，選用第二種形式，單側V帶截面式。傳動帶的材料方面的選用中，常見的材料有皮革帶、帆布芯帶、編織帶和復合帶等。為了保證傳動帶的耐久度及良好的摩擦度，本設計中采用帆布芯帶。

傳動輸送路線為被割完的蔬菜由前端輸送至集合臺等待區[3]。基于機器整體的結構所具有的傾角，整個平帶傳送的過程也是帶有一定的傾角的。另外，本設計的傳動帶造型分為傳輸帶上、下兩個部分，傳動帶的結構安裝示意圖如圖3，傳動帶模型如圖4。

圖3 傳動帶結構安裝示意圖

圖4 傳動帶

2.2 傳動輥傳動方案設計

在傳動帶的造型設計完成后，相應地解決使兩側傳動帶能達到可夾持[5]的效果，即本課題設計中采取相向運動的方式，如圖5所示，而此時兩側傳動帶各自所在的傳動輥及輥軸方向也為相向運動。

在預期的方案規劃中，設計一條動力輸出路線，本課題中有兩種方式：

第一種為鏈傳動方式，單排鏈形式，將電機與主動鏈輪相連接，可穩定收獲機整體的重心，其方案圖如圖6所示。第二種為齒輪傳動方式，多級齒輪配置形式，“偶嚙合，反向；奇嚙合，同向”，設置四個齒輪，其能保證較均勻的傳動比。在齒輪傳動系設計齒輪箱，并將其固定于后翼支撐板上，以承受齒輪傳動時產生的反力達到保護齒輪的目的。齒輪傳動組布局圖如圖7，布置方案圖如圖8。綜合對比了兩種方案，本設計采用齒輪傳動方式。

圖5 傳輸方向示意圖

圖6 鏈輪系

圖7 行星齒輪系

圖8 齒輪傳動效果圖

2.3 張緊裝置設計

收獲機運行過程中不時會出現蔬菜掉落的情況，收獲機的作業效率會降低。為減少這種狀況發生，本設計對此狀況提出了改進方案從而進行優化[6]設計：將前端兩側的四個傳動輥的固定架進行拆分式設計，將一體的固定支架拆分為固定支座和傳動輥的輥軸固定板。固定支座連接機架，使傳動輥有一個穩定的支承力；傳動輥的輥軸固定板連接兩個大小傳動輥（此處小傳動輥位置相對靠前，大傳動輥偏后，兩側形成V字型口，以便蔬菜被更好地進入夾持狀態），固定支座與傳動輥的輥軸固定板之間用四顆螺釘連接固定。在安裝完傳動帶后，可通過調節螺釘在兩板的長孔位置，如圖2-7所示，以此調節傳動帶的張緊程度。然而，僅通過螺釘調節只能保證傳動帶被拉緊，卻增大了兩側傳動帶之間的間隙，使蔬菜的夾持力大大受限。為此，在兩側各設計一個收緊輪裝置，通過建模[7]研究，將收緊輪裝置安設在機架的前端，收緊輪裝置輔助螺釘調節。在收獲機實際運作時，可能會出現顛簸現象，產生彈性波動，收緊輪設置便可以起到降低彈性力[9]的作用。另外，在機架上開設孔距相同的六個螺釘孔，便于收緊輪裝置的位置調節，目的是針對不同類型的蔬菜（其蔬菜的截面直徑不同）進行適當調節。收緊輪裝置的設計如圖9所示。

圖9 前傳輥固定架設計圖

圖10 收緊裝置

2.4 收攏導向裝置設計

在機架本身前后軸距較長的情況下，機器運作時難免會偏離路線，這樣也會成為影響作業效率的一個因素。因而，做收攏導向裝置可以較好地找準收獲機機身的軸中心。收獲機的收攏裝置[8]基于抓合原理進行設計，即收攏裝置的造型設計成圓錐形，如圖11所示。為將蔬菜聚攏到一起，方便一次性收割，在收獲機兩側各裝有一個收攏輪，如圖12所示，兩個收攏導向輪之間呈凹槽狀，可充分發揮其導向的作用。

圖11 收攏導向輪

圖12 雙導向輪布局圖

2.5 二級傳動系統方案設計

收獲機運行工作時，收攏導向裝置需處在同步旋轉狀態，即需提供動力使導向輪運轉，兩側導向輪為相對獨立設置，為考慮收獲機前后軸距較長，最終采用軟軸連接前端收攏導向裝置，并以此作為二級傳動[11]機構，如圖13所示。由從動輪1（與傳動輥（下）同軸）作為動力輸出端，設置一個同軸傳動輥，通過皮帶再將動力傳遞給副傳動輥，副傳動輥固定于機架上，構建一個齒輪箱，如圖14所示，通過兩個斜齒輪的配合改變二級傳動的方向，由此聯接軟軸一端的連接器，驅動軟軸，進而帶動收攏導向輪同步旋轉。

圖13 二級傳動示意圖

3 傳動系統中的其他連接設計

3.1 關聯性設計

收割裝置與傳動系統之間有著互關性，從收割裝置的布置方面來講，傳動系統上的零部件均不能與之產生干涉，比如收割裝置的刀盤在收獲機靜止時，處于水平狀態，而傳動系統中的傳輸帶則是帶有一定傾斜角的，此時就需考慮傳輸帶與刀刃之間的最短距離是否滿足實際要求，設計過程中，對樣機進行了田間實驗，給收割裝置確定合適的安裝位置，如圖14所示。

圖14 收割裝置安裝位置圖

3.2 落料等待區設計

打捆收集系統是傳動系統完成輸送任務后的環節。打捆收集系統由傳感器控制，以等量的形式對蔬菜進行自動打捆。因而在進入打捆收集系統前，需要設計一個落料等待區，如圖15所示，作為輸送機構輸出的臨時集合點。落料等待區，由落料臺、擋板、擋板固定支臺、計時傳感器和重力傳感器等組成。當蔬菜在等待區按預先設定好的重量和等待時間時，兩側固定支臺內裝有的計時、重力傳感器就會發出信號，使擋板開啟至60°左右，蔬菜滾落至打捆收集系統。

圖15 落料等待區

4 結論

基于對收獲機已有的底盤及行駛系統的分析，構建出蔬菜的傳動系統，同時結合了現有的帶式輸送機[11]傳動原理，在本文中做出創新設計。在傳動輸送結構的建模[7]過程中，對其進行了多次數據修正才達到空間布局的設計要求。

相較于傳統的蔬菜收獲機械，本設計還對各機構之間的關聯性及過渡性進行了設計，去繁余簡，在保證工作效率的前提下，簡化了零件數量，便于維護。所設計的傳動系統具有良好的機械適應性，發展前景較為廣闊。

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Design of transmission system for electric vegetable harvester

Han Dong, Tang Pei, Ni Xiaohua, Liu Di

( Institute of Mechanical Optimal Set, Yancheng Institute of Technology,Yancheng, Jiangsu Yancheng 224001 )

This paper introduced the transmission system of the electric vegetable harvester which was designed.The design included the selection of the material of the transmission belt, the modeling of the three-dimensional modeling of the transmission belt based on UG10.0, and the space layout of the transmission system. To facilitate good connection with other systems, the two stage transmission in the transmission system was designed. The blanking waiting area was set at the output end of the transmission system to ensure the smooth execution of subsequent actions.

Formula car; Air intake system; Design

B

1671-7988(2018)16-136-04

TH137.5

B

1671-7988(2018)16-136-04

CLC NO.: TH137.5

倪驍驊（1966-），男，江蘇鹽城人，博士，教授。研究方向：機電一體化等領域教學、科研工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.049