洋蔥收獲機收集機構(gòu)設(shè)計與分析

張洪軍，鐘紫珊，何紫媚，嚴(yán)寶麟

（1.嶺南師范學(xué)院 機電工程學(xué)院，廣東 湛江 524048；2.粵西機電產(chǎn)品設(shè)計與制造工程技術(shù)研究中心，廣東 湛江 524048）

洋蔥是一種保健類型的蔬菜，它具有降低血壓、擴張血管、降低血脂等功效。在我國被稱為“蔬菜國王”[1-2]。收獲過程是洋蔥機械化種植中重要的環(huán)節(jié)，洋蔥的機械化收獲水平也遠低于其他作物，收獲過程的效率以及技術(shù)決定了農(nóng)作物的產(chǎn)量以及收獲質(zhì)量[3-4]。黑龍江省是我國洋蔥主產(chǎn)區(qū)之一，采用池種覆膜的種植方式，洋蔥的收獲主要以手工為主，工作效率低，農(nóng)民勞動強度大[5]。因此，設(shè)計一款滿足地區(qū)生產(chǎn)需要的洋蔥收獲機，是我國洋蔥機械化種植過程中急需解決的問題[6]。

1 總體設(shè)計方案

1.1 設(shè)計思路

該洋蔥收獲機根據(jù)齊齊哈爾市農(nóng)戶的種植方式，設(shè)計目標(biāo)為同時收獲兩排洋蔥池。根據(jù)實地測量，畦寬1080mm（行距120mm，株距120mm，每畦8行）。兩排洋蔥池中心間距為2600mm。洋蔥收獲機采用割臺前置式結(jié)構(gòu)，主要由動力裝置、傳動裝置、收獲裝置以及裝載裝置組成。以拖拉機作為動力裝置為整機提供動力，洋蔥收獲機設(shè)計采用前置偏心撥禾輪后置螺旋推運器的方案，根據(jù)偏心撥禾輪安裝尺寸、位置和螺旋推運器的尺寸及安裝要求對洋蔥收獲機割臺部分進行動力設(shè)計和三維建模設(shè)。偏心撥禾輪是收集裝置的主要部件，對偏心撥禾輪進行運動仿真分析，在不同撥禾速比值情況下，分析撥板運動軌跡、工作方向位移、速度、加速度的變化情況，驗證撥禾速比選取的可行性。

1.2 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

該洋蔥收獲機由拖拉機和收獲裝置組成，如圖1所示，包括車體，設(shè)置車體前端的收獲裝置和車體中部的傳送裝置；傳送裝置入口端設(shè)置在收獲裝置底部，出口端設(shè)置在裝載裝置頂部；車體上設(shè)置有液壓缸，收獲裝置上設(shè)置有第一液壓馬達，傳送裝置設(shè)置有第二液壓馬達，第一液壓馬達、第二液壓馬達均與所述液壓缸連接。車體前端的收獲裝置對洋蔥進行收獲，通過傳送裝置將收獲到的洋蔥進行傳送，通過裝載裝置對洋蔥進行收集裝載，從而完成洋蔥的收獲，有效地減少收獲過程中對洋蔥的沖擊損壞。

圖1 前置式洋蔥收獲機結(jié)構(gòu)示意圖

2 主要部件設(shè)計與分析

收獲機工作時的速度被稱作收獲速度。背負(fù)式收獲機的收獲速度一般為2～4km/h，結(jié)合所選拖拉機檔位。按照收獲機低檔速度，取：V=0.61m/s，生產(chǎn)率，Q=5.4畝/小時，喂入量約為35噸/小時。

2.1 撥禾輪設(shè)計及運動仿真分析

偏心撥禾輪的優(yōu)點主要為撥板傾角可以調(diào)整，對農(nóng)作物的收獲適應(yīng)能力強，收獲過程中對作物的沖擊小。因此，本設(shè)計采用偏心撥禾輪結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 偏心撥禾輪結(jié)構(gòu)原理圖

在分析撥禾輪的工作過程時，為了保證“垂直入禾”、“穩(wěn)定推送”兩個要求，要合理設(shè)計撥禾輪直徑D[7-8]。在實際工作中，撥禾速比λ的大小影響撥禾輪的運動軌跡，是設(shè)計撥禾輪直徑的關(guān)鍵因素[9]。對撥禾輪進行初步設(shè)計，選取直徑D=600mm，采用Solidwoks軟件建立了三維模型，采用運動仿真模塊進行了運動學(xué)分析。對不同撥禾速比λ值進行了運動軌跡、位移、速度和加速度的仿真實驗，通過對比分析和測量，當(dāng)λ=1.6時，運動軌跡扣環(huán)的寬度為120mm，確定收獲機構(gòu)中撥禾輪可以完成將洋蔥撥入割臺的工作。

圖3 撥禾輪機構(gòu)三維模型

圖6 撥板速度變化，此時λ=1.6

圖7 撥板加速度變化，此時λ=1.6

2.2 螺旋推進器設(shè)計

螺旋推運器主要由螺旋葉片及外殼組成，螺旋片采用橡膠材質(zhì)，降低洋蔥的損耗率。將撥禾輪收集的洋蔥從一端隨著螺旋片的旋轉(zhuǎn)運送至另一端。由輸送裝置送至料倉，其機構(gòu)簡單，在水平方向上動作穩(wěn)定，可靠性高。

2.3 割臺設(shè)計

割臺設(shè)計，根據(jù)畦的高度、作業(yè)幅寬、同時對兩個種植池進行收獲的工作需要與支架的連接方式確定割臺的尺寸和形狀。其結(jié)構(gòu)如圖8所示，主要由5mm鋼板與方管和矩形管焊接而成。割臺兩側(cè)打跑道型孔方便螺旋推運器的安裝，在割臺后方的上橫梁上焊有安裝撥禾輪支架的方管，兩側(cè)割臺的兩端焊有橫板方便安裝分禾器，在割臺底板前端加工有光孔，為了安裝鏟齒如圖9所示。

圖8 割臺總體結(jié)構(gòu)

圖9 鏟齒結(jié)構(gòu)

3 三維建模裝配

收獲機構(gòu)的工作原理：在收獲機工作時割臺的鏟齒與撥禾輪的撥板共同作用將洋蔥送入割臺里，再由螺旋輸送器將洋蔥送入輸送機構(gòu)的入口處。為了保證在收獲機構(gòu)在工作過程中不會出現(xiàn)過干涉、裝配尺寸問題，對收獲機構(gòu)進行裝配檢查。通過三維建模裝配，驗證了設(shè)計方案的可行性，在工作過程中撥禾輪與螺旋推運器不發(fā)生干涉，螺旋推運器兩側(cè)軸承座安裝固定方式合理。收獲機構(gòu)裝配效果如圖10所示。

圖10 收集裝置三維結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

（1）為了降低洋蔥收獲的勞動強度，提高生產(chǎn)效率，研制了一種操作方便、價格低廉的前置式洋蔥收獲機。

（2）收獲機的收集機構(gòu)選用撥禾輪，輸送機構(gòu)采用螺旋輸送，螺旋片選擇橡膠材質(zhì)，其耐磨性能好，使用壽命長，并且不會破壞洋蔥的果肉。

（3）利用Solidwoks軟件對整機進行了三維建模，對撥禾輪進行了運動仿真分析，分析從結(jié)果可知，撥禾輪設(shè)計尺寸滿足收獲要求。

洋蔥收獲機的研制提高了洋蔥的收獲效率，降低了勞動強度，實現(xiàn)洋蔥加工的機械化與規(guī)模化，具有重要作用和意義。