木薯收获机夹持输送机构设计与力学分析

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1、2015年8月农机化研究第8期木薯收获机夹持输送机构设计与力学分析余瑞明，廖宇兰，刘世豪，王涛，袁成宇(海南大学机电工程学院，海口570228)摘要:针对现有挖拔式木薯收获机夹持输送机构出现夹持掉带掉薯、夹持对中困难及木薯茎秆难以进入夹持输送机构等问题，研究设计了夹持输送机构。该机构采用拉簧安装在移动杆凹槽内，移动杆与机架间为移动副连接的方式夹紧木薯茎秆，并将其与摇杆与机架间为转动副连接的方式进行了对比分析。结果表明:移动副连接使拉簧的拉力全部提供为夹持力，无拉力损失，夹持力最大;同时，自动调节带间距，夹持牢固。根据土薯生物环境特性，设

2、计了夹持轮、带轮、夹持带、张紧装置和导向装置等主要结构，并对各结构进行了分析，确定了主要结构参数。根据木薯块根拔起时的速度分解图，建立了块根拔起时的力学模型，且通过分析推导得到了夹持输送机构对块根的拔起力和对茎秆的夹持力计算公式。该研究对于快速拔出、输送薯块、减少薯块损失、降低伤薯率、提高挖拔式木薯收获机整机性能具有重要意义。关键词:木薯收获机;夹持输送机构;拉簧移动杆;木薯茎秆;力学分析+中图分类号:S225．71文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)08－0074－07DOI:10.13427/j.cnki.njyi

3、.2015.08.017表明:挖拔式木薯收获机可提高自动化和智能化程0引言度，而夹持输送机构是挖拔式木薯收获机的关键部件木薯为大戟科植物，在我国华南地区广泛种植，之一。针对现有夹持输送机构出现夹持掉带掉薯、夹［1－2］是第五大经济作物。木薯主要用于食用、饲料和持对中困难和木薯茎秆难以进入夹持输送机构等问工业开发利用。世界上木薯全部产量的65%用于人题，研究设计了挖拔式木薯收获机夹持输送机构。该［3］类食物。木薯粗粉、叶片是高能量的饲料成分;块机构夹持薯秆牢固，可快速拔出块根、减少薯块损失，［4］根中含有丰富的淀粉，是工业制取淀粉的主要原

4、料从而提高挖拔式木薯收获机整机性能。之一，在发酵工业上制成各种产品。木薯可制成燃料1总体结构设计及工作原理乙醇，是重要的生物质能源。在我国，木薯主要用作饲料和提取淀粉。1．1夹持输送机构结构设计随着木薯种植面积的逐年扩大和产量的不断提夹持输送机构结构如图1所示，由SolidWorks建高，以人工方式收获木薯不仅费时费力，而且生产效模得到的三维模型如图2所示。率低且成本高，对于砂壤土和粘性土都会造成伤薯和［5］块根损失。机械收获木薯是采用机械部件挖出或拔出块根，可以实现挖薯、抖土、切薯、收集等工序一体化。木薯收获实现机械化能减轻劳动强度、

5、提高生产效率、降低成本，从而促进木薯产业可持续快速发展。木薯收获要实现机械化，必须要开发一种高效实用的木薯收获机，目前木薯收获机有挖式和挖拔式试验机型，这两种机型均未实现较好地商品化。研究收稿日期:2014－08－10基金项目:国家自然科学基金项目(51365011)作者简介:余瑞明(1986－)，男，浙江温州人，硕士研究生，(E－mail)1．带轮2、9．张紧轮3、4、10．移动杆5．拉簧6．夹持轮yrm5588@163．com。7．导向装置8．固定夹持轮11．机架12．夹持带通讯作者:廖宇兰(1967－)，女，广东兴宁人，教授，硕士

6、生导师，图1夹持输送机构结构图(E－mail)liaoyulan@sina．com。Fig．1Structuralschematicofclampingandconveyingmechanism·74·2015年8月农机化研究第8期2拉簧和移动杆设计2．1拉簧安装形式的确定由于种植时的偏差和木薯生长的无序性，所以木薯主茎会偏离植行中心线，且木薯茎秆并不是都与地面垂直，大多数茎秆是倾斜的，与地面存在着一定的角度。虽然木薯品种、种植环境、生长时间等各种因素存在着差异，木薯的质量会有差别，但是木薯块根庞大，有一定的质量，加之在拔起时还存在摩擦

7、力、粘［7］附在块根上的土壤重力及吸附力等阻力的作用，因此在拔起木薯块根时所需的拔起力是很大的。另外，图2夹持输送机构的三维模型由于拖拉机向前行走，夹持木薯茎秆后在茎秆上存在Fig．2Three－dimensionalmodelofclampingandconveyingmechanism着由拖拉机行走产生的推力，夹紧茎秆后夹持力要克夹持输送机构主要由带轮、张紧轮、移动杆、拉服拔起阻力和推力，所以所需的夹持力很大，可达几簧、夹持轮、导向装置、固定夹持轮、机架和夹持带等百牛顿。本设计采用拉簧夹紧木薯茎秆，由拉簧的拉组成。根据木薯茎秆粗细不

8、均、块根轻重不一等特力提供夹持力，同时自动调节带间距。点，设计夹持输送机构为双带式夹持，以适用于挖拔右侧机架设计成梳齿形，每个梳齿上有3个圆柱式木薯收获时对夹持方式和力度的要求。夹持输送凸台，用于支撑移动杆