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200 年 月 第 期
分體式小麥免耕播種機(jī)的設(shè)計
李國偉
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘 要：小麥?zhǔn)且环N在全世界各地被廣泛種植的食用作物，它的發(fā)源地是中東地區(qū)。因為小麥?zhǔn)鞘澜缟仙a(chǎn)總量僅次于玉米且高于稻米排名第二的糧食作物，所以小麥?zhǔn)崭畹膯栴}是全世界面臨的一個較為重大的課題。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科技的不多發(fā)展，大型的收割機(jī)已在世界各國的平原和大片的土地上廣泛使用。但是，我國大部分種植的小麥除了在平原或大塊的土地上，還有在高原或山地上，以及一些小麥種植面積較小的地區(qū)，它們都無法應(yīng)用大型的收割機(jī)，為解決這些問題，我們對現(xiàn)有的收割機(jī)進(jìn)行了研究，設(shè)計出小型拖拉機(jī)驅(qū)動的收割機(jī)。該收割機(jī)可以應(yīng)用在山地、小塊土地和不規(guī)整地塊種植地區(qū)。本文在對該設(shè)計的小型收割機(jī)的基礎(chǔ)上、借鑒許多聯(lián)合收割機(jī)，本著結(jié)構(gòu)簡單、對工作環(huán)境要求低等為目標(biāo)的同時還要遵循可靠性的原則，設(shè)計出盡可能提高生產(chǎn)效率、適合于多種環(huán)境下工作、而且具有環(huán)保和節(jié)約資源的驅(qū)動式收割機(jī)。
關(guān)鍵詞：小麥；割曬機(jī)；設(shè)計
中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
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0 引言
小麥?zhǔn)鞘澜绲闹饕Z食作物之一，是我國大多數(shù)地區(qū)的主要主食，我國2014年小麥播種面積為3.69億畝，全國小麥產(chǎn)量高達(dá)1.26億噸左右，比2013年增長3%左右。到目前為止，全國小麥?zhǔn)斋@的機(jī)械化水平已遠(yuǎn)超70%，尤其是南方平原地區(qū)，其機(jī)械化已達(dá)到了世界先進(jìn)化水平。但由于我國建國較晚和科技較為落后等因素，導(dǎo)致我國小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的研發(fā)相比較與國外有著明顯的差距。近半個世紀(jì)以來，我國不斷地通過研究國外收割機(jī)的的先進(jìn)收割機(jī)和開發(fā)自主機(jī)器才逐步發(fā)展起來，并且某些方面已接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。一般，對種植在平原或大塊的土地上的小麥，使用大型的收割機(jī)。但，對種植于山地上的和較為分散的小塊土地上的小麥不適合用大型的收割機(jī)，所以在區(qū)域進(jìn)行勞作的農(nóng)民只能運用最原始的方法進(jìn)行作業(yè)——使用鐮刀進(jìn)行人力收割。該方法勞動量非常大，工作效率非常低。
小麥?zhǔn)崭钍寝r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，必須及時進(jìn)行，以保證豐產(chǎn)豐收。如小麥一般要求在5-8天的黃熟期或完熟初期內(nèi)收獲完畢。收獲過早，籽粒不滿，影響產(chǎn)量；過遲，易造成脫離損失。小麥?zhǔn)斋@時期又正值雨季。若不及時收割，會造成植株倒伏、穗上發(fā)芽和種子霉?fàn)€等損失。俗語說“麥?zhǔn)煲簧?，龍口奪糧”、“八成熟，十成收”、“十成收，兩
收割，對確保糧食豐產(chǎn)豐收起著重大作用。其中，小麥割曬機(jī)成本低、割收后小麥的浪費率低、特別適合我國現(xiàn)在的土地狀況。為使了更好的了解我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀和盡出自己的貢獻(xiàn)，自己將會對傳統(tǒng)小麥割曬機(jī)制作、設(shè)計及優(yōu)化等。
1 設(shè)計原理及機(jī)構(gòu)
1.1 設(shè)計原理
小麥割曬機(jī)是通過拖拉機(jī)右側(cè)皮帶輪動力輸出傳動到離合分離主軸，離合隨時控制割曬機(jī)的運動和停止，再把主軸動力傳動割曬機(jī)齒輪箱中。齒輪箱變速后把動力一部分輸送到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)上，為割刀切割小麥莖稈提供動力；另一部分動力帶動皮帶轉(zhuǎn)動，將割刀切割后的小麥輸送至該機(jī)構(gòu)的一側(cè)。從而實現(xiàn)割曬機(jī)各個工作部位完成小麥割倒、輸送、鋪放工作。小麥割曬機(jī)是通過拖拉機(jī)為機(jī)構(gòu)提供動力。減少了對勞動力的需求、提高了工作效率。非常適合我國現(xiàn)階段的土地使用狀況“每家每戶土地少且不集中”。并且，小麥割曬機(jī)適用于多種工作環(huán)境條件，山地、高原等。小麥割曬機(jī)極大的方便人們收獲小麥。
圖1 割刀作業(yè)切割小麥截面圖
Fig.1 The chart of cutter operation cutting section of wheat- ary tillage
其優(yōu)點是小麥割曬機(jī)非常適合我國現(xiàn)有的現(xiàn)有土地使用狀況，每家每戶擁有的耕地面積小且不集中。小麥割曬機(jī)用于成熟不一致、田間雜草較多或由于機(jī)具、勞力安排等原因需要提前在蠟熟期割倒鋪放的小麥?zhǔn)斋@作業(yè)，延長了小麥的收獲期，提高了谷物聯(lián)合收獲機(jī)的利用率。麥穗經(jīng)通風(fēng)晾曬后具有后熟增重作用，因而能使小麥增產(chǎn)，具有：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉和操作方便等優(yōu)點。特別適合農(nóng)民對機(jī)具"一要小,二要巧,三要花錢少"的要求。并且，對工作環(huán)境要求低，適用于多種場合。
1.2 總體設(shè)計
小麥割曬機(jī)的機(jī)結(jié)構(gòu)示意，如圖2所示。
齒輪箱 2.三角帶輪 3.聯(lián)軸器 4.軸承端蓋 5.軸 6.撥禾輪7.皮帶輪
8.輸送帶 9.滾動軸承 10.支撐柱 11.基座 12.曲柄 13.連桿 14.與機(jī)架相連的柱
15.柱 16.割刀 17.撥禾輪 18.分禾器 19.割刀擋板 20.分禾器 21.機(jī)架 22.軸
圖2 小麥割曬機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
Fig.2 The Structure of the Wheat wind rower Planter
機(jī)具與15kW以上的拖拉機(jī)配套使用。作業(yè)時，小麥割曬機(jī)把動力通過轉(zhuǎn)動軸傳遞到切割器上切割小麥，小麥通過麥稈的擠壓緊貼于傳送帶上。帶輪帶動傳送帶轉(zhuǎn)動，被切割的小麥就通過輸送帶的作用鋪放與小麥割曬機(jī)的一側(cè)。本機(jī)整體采用3部分結(jié)構(gòu)，主要有切割系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)。切割系統(tǒng)主要是使小麥莖稈被切割；輸送系統(tǒng)主要是將切割系統(tǒng)切割后的小麥莖稈運至機(jī)器的一側(cè)；傳動主要是為切割系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)提供動力。
其主要技術(shù)參數(shù)如下:
外形尺寸/mm：844×1841×640
收割幅寬/mm：1500
作業(yè)速度/km·h-1：4.34～6.28
刀軸轉(zhuǎn)速/r·min-1：240
配套動力/kW·h-1：8.8～14.7kW的拖拉機(jī)
切割器形式：往復(fù)式切割器
2 關(guān)鍵部件設(shè)計
2.1 割刀
切斷莖稈要求個到必須克服其橫切面內(nèi)的切割阻力，但是由于水稻、小麥等作物的莖稈剛度小，在受到極小的外力作用下就會發(fā)生彎斜，從而導(dǎo)致切割較困難。因此，為了能夠順利切割莖稈，就必須采取一定的措施和方法。比如說增加割刀的速度、
給予被切割的莖稈適當(dāng)?shù)闹位蚴翘岣咔懈钚实取?
無支撐切割:它是動刀片直接切割莖稈。無支撐的莖稈在較低速度被切割時，會很容易被推倒或折斷，從而失去了切割效果。其原因是莖稈無支撐，只能依靠其自身的彎曲P、是很難與動刀的切割力相平衡的。這就導(dǎo)致動刀必須以一定的切割速度才能使原來靜止的莖稈在瞬間獲得來自其傳遞的速度，隨即莖稈產(chǎn)生較大的加速度及與其反方向的慣性力，莖稈就可以被切割。所以，在使用無支撐切割時就必需要有較大的切割速度才能實現(xiàn)切割，而且還能提高切割效率。但是，卻增加了功率的消耗、增加了整機(jī)的振動和徒添一些不必要的空割。
式中 -機(jī)器前進(jìn)速度，m/s ；
-作物面積產(chǎn)量，kg/畝，取450kg/ 畝；
-喂入谷粒和莖桿之比，簡稱谷草比。
由此可以得出，當(dāng)其他條件不變時，B與Vm
成反比關(guān)系。對于收割一定的喂入量，根據(jù)情況具體分析，對比采用小割幅配以較快的前進(jìn)速度，還是采用較大割幅配以較低的速度。從小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的受自身結(jié)構(gòu)的限制出發(fā)來看:割幅越大收割機(jī)的尺寸和重量也就越大;進(jìn)而導(dǎo)致增加行走消耗的功率，進(jìn)而引發(fā)勞動強(qiáng)度的增加，也就是人要提供更大的力。
式中 一平均速度；
一行程；
一進(jìn)距。
上所訴實際工作當(dāng)中的上刀盤若凡過小，則割斷刃口容易發(fā)生雜亂的現(xiàn)象，將會影響切割質(zhì)量，進(jìn)而誘發(fā)莖桿折斷和拉斷等問題;反之，重割現(xiàn)象將不可避免，進(jìn)而引發(fā)劇烈的震動。
動力機(jī)功率（馬力）
整機(jī)重量（公斤）
割幅（米）
3 — 4
200左右
1.0
10 — 12
500左右
1.5 — 1.8
20 — 30
1500—1800
2.0 — 3.0
40 — 50
2000以上
4.0 — 5.0
項目
參數(shù)
偏距mm
102.1
曲柄半徑mm
39
連桿長度mm
181.2
表1 割刀工作數(shù)據(jù)
Fig.1 The Arrangement of blade Seats
圖3 旋耕刀結(jié)構(gòu)示意圖
Fig.3 Structure of blade
2.2 傳動系統(tǒng)
偏置的曲柄連桿機(jī)構(gòu)示意圖如圖2-4所示。割刀的運動特性對切割器性能有直接影響，往復(fù)式切割器工作時動刀片在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下做橫向的往復(fù)直線運動，且運動是間歇的。通過對該機(jī)構(gòu)的運動分析找出割刀位移與速度之間的關(guān)系，為確定合理的割刀速度提供理論依據(jù)往復(fù)式切割器割刀的速度是實時變化的，在實際運用中多采用割刀的速度，割刀平均速度表示的是割刀完成一個行程的平均速度，而實際的切割速度都大于割刀平均速度，割刀平均速度是往復(fù)式切割器中用來確定曲柄轉(zhuǎn)。
式中:一曲柄軸旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s ；
r—曲柄半徑，mm；
t—曲柄由左極點起轉(zhuǎn)過的時間S。
速度是往復(fù)式切割器中用來確定曲柄轉(zhuǎn)速只有當(dāng)切割速度與作業(yè)速度相適應(yīng)時才能保證不漏割。
只有當(dāng)切割速度與作業(yè)速度相適應(yīng)時才能保證不漏割，否則將產(chǎn)生漏割。往復(fù)式切割器割刀的運動是由水平橫向運動和機(jī)組前進(jìn)運動合成的，割刀橫向運動平均速度與機(jī)組前進(jìn)運動速度的比例關(guān)系，決定了割刀的運動軌跡。
圖4 小麥割曬機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
Fig4 Structure of blade
在對曲柄連桿進(jìn)行運動分析時，由于連桿長度遠(yuǎn)大于曲柄半徑r，動刀片的運動可以近似看做簡諧運動，以曲柄中心為原點，X軸右方向為正，可得到動刀片位移x、速度v和加速度。
2.3 其它部件
本機(jī)輸送系統(tǒng)是油菜割曬機(jī)的重要裝置，其輸送通暢性能直接決定作業(yè)效率和收獲損失。本設(shè)計的輸送系統(tǒng)由立輥總成、伸縮撥指滾筒總成和輸送帶總成構(gòu)成，采用輸送比較可靠、損失較低的立式輸送形式。工作時被切斷的小麥莖稈跳上割臺之后在撥指的作用力下被推向輸送帶，割臺兩端的小麥莖稈則再經(jīng)由做相向運動立輥的輥齒作用緣寬度1
力下被橫向推至伸縮撥指滾筒中間位置，再被推向輸送帶，到達(dá)輸送帶上的油菜莖稈由輸送帶輸送至割曬機(jī)右側(cè)，再經(jīng)鋪放置田間。整個輸送系統(tǒng)在三個部分的匹配協(xié)同作用下完成小麥莖稈流的輸送。
3 結(jié)論
1) 本產(chǎn)的的設(shè)計主要針對小塊兒土地而設(shè)計。產(chǎn)品的設(shè)計是懸掛式機(jī)械，通過拖拉機(jī)的發(fā)動機(jī)來源使動力通過傳動軸傳送給切割器和撥禾輪裝置。該產(chǎn)品體積較小，安裝和拆卸方便。
構(gòu)，可以實現(xiàn)一機(jī)多用，單圓盤開溝器實行錯排排列提高了機(jī)具的通過性，防堵效果顯著；本免耕播種機(jī)動土量在25%～30%左右，土壤擾動性較小。
2) 小麥割曬機(jī)能實現(xiàn)生產(chǎn)效率高、谷物損失少、高效優(yōu)質(zhì)特點機(jī)械收割，對確保糧食豐產(chǎn)豐收起著重大作用。其中，小麥割曬機(jī)成本低、割收后小麥的浪費率低、特別適合我國現(xiàn)在的土地狀況。
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Design of the Wheat Harvesting Dryer
Li Guowei
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China）
Abstract: Wheat is a widely cultivated edible crops around the world, it is the birthplace of the Middle East. Because the wheat is one of the world total production second only to the corn and more than rice crops, so the problem of wheat harvest is facing one of the more important issue all over the world. Entering the 21st century, with the few development of science and technology, large-scale harvester has been in the plains of the world and is widely used on large areas of land. But, our country most of planting wheat in addition to plain or large pieces of land, and on the plateau and mountain, and some wheat planting area of smaller areas, they are unable to apply large harvester, in order to solve these problems, we studied the existing harvester, design a small tractor driver harvester. The cutter can be used in mountain, small plots of land and irregular plot planting areas. Based on the design of small harvester, on the basis of reference to many of the combine harvester, in line with the simple structure, low requirements for the work environment as the goal of also follow the principle of reliability, the design as much as possible, improve production efficiency, suitable for a variety of conditions, but also environmental protection and resource conservation drive type harvester.
Key words:Wheat;Wind rower;Design