设计说明书正文
编号（学号）：09254049
毕业论文（设计）
（2009届本科）
题目：振动筛式花生收获机的设计
学院：工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
姓名：娄庆冬
指导教师：张祖立教授
完成日期：2009 年06 月02 日
毕业论文(设计)任务书
沈阳农业大学毕业论文（设计）选题审批表
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
第一章绪论 (3)
1.1研究的目的和意义 (3)
1.1.1 中国花生生产现状 (3)
1.1.2 中国花生的种植方式 (4)
1.1.3 花生生产机械化现状 (5)
1.2研究目标与内容 (6)
第二章振动筛式花生收获装置的设计原理 (7)
2.1设计依据 (7)
2.2设计方案的选择与分析 (8)
2.3总体设计简介 (8)
2.4作业原理 (8)
第三章主要参数确定与关键部件设计 (9)
3.1主要参数确定 (9)
3.1.1 花生收获机的功率计算 (9)
3.1.2 挖掘铲主要参数的确定 (10)
3.1.3 带轮及带的主要参数确定 (14)
3.1.4平行连杆机构的主要参数及行走轮的设定 (15)
3.1.5 轴的校核 (16)
3.2总体装配 (19)
第四章结语 (19)
参考文献 (20)
致谢 (21)
沈阳农业大学学士学位论文
摘要
花生不仅是优质油料作物，而且是主要的蛋白资源，加工品类多，产业链条长，现已成为中国重要的出口创汇产品和农业结构调整重点发展和扶持的种植品种。在消费结构和出口结构不断调整和优化的双重拉动下，花生生产得到长足发展，并逐渐向主产区相对集中，优势产业带基本形成。但是中国花生生产机械化发展却严重滞后，特别是用工量占生产全过程1/3以上、作业成本占生产总成本50%以上的收获作业，目前主要依靠人工完成，劳动强度大、作业成本高、效率低、损失大、成本高已成为生产发展与产业成长的主要瓶颈，国内对花生机械化收获技术装备的需求日趋迫切。
设计了振动筛式花生收获机的总体结构、工作原理、技术特点以及关键部件结构与工作参数设计等。该设备主要由挖掘铲、振动筛、行走轮、动力传动装置及机架等组成，与11～13.2kw 拖拉机配套使用，一次完成两行花生收获，挖出来的花生秧被传送到振动筛上，经过振动筛的振动去除挖掘出的花生所带有的泥土，最后通过输送板实现花生秧一侧倒伏的工作原理。该机具有作业顺畅、运行可靠、清土率高、损失率低等特点，纯生产率达0.1 hm2/h。
关键词：振动筛，收获机，机械化，花生
振动筛式花生收获机的设计
Abstract
Peanut oil is not only a high-quality, and is the main protein resources, processing category, and industry chain length, has become China's important export products and focus on the development of agricultural restructuring and support the cultivation of varieties. In the consumption structure and export structure adjustment and optimization of dual-drive, the rapid development of peanut production, and gradually the relative concentration of the main producing areas, with the basic formation of competitive industries. However, peanut production mechanization in China are seriously lagging behind, especially in the whole process of production and employment accounts for 1 / 3 of the above, operating costs account for the production of more than 50% of the total cost of harvesting operations, mainly rely on manual completion of the current, labor-intensive, operating costs are high, low efficiency, loss, and the high cost of development and production has become a major bottleneck in the growth of industry, mechanization of domestic peanut harvest technology and equipment needs of the increasingly urgent.
Introduced a shaker-style peanut harvester of the overall structure, working principle and technical characteristics of the key components of the structure and design operating parameters. The device mainly by the mining shovel, vibration screen, vibration-drive components, running wheel, power transmission and chassis components, etc., and 11 ~ 13.2kw supporting the use of tractors, two lines of a complete peanut harvesting, dug out the peanut seedling was sent to the shaker, after the vibration shaker to remove excavated soil associated with the peanut, and finally through the transportation board to achieve the side of peanut seedling lodging works. It has a smooth operation, reliable operation, high rate of land clearance, and low loss ratio, net productivity of 0.1 hm2 / h.
Keywords: vibrating screen, harvesting machines, mechanization, peanuts.
沈阳农业大学学士学位论文
第一章绪论
1.1 研究的目的和意义
花生不仅是优质油料作物，而且是主要的蛋白资源，加工品类多，产业链条长，现已成为中国重要的出口创汇产品和农业结构调整重点发展和扶持的种植品种。在消费结构和出口结构不断调整和优化的双重拉动下，花生生产得到长足发展，并逐渐向主产区相对集中，优势产业带基本形成。但是中国花生生产机械化发展却严重滞后，特别是用工量占生产全过程1/3以上、作业成本占生产总成本50%以上的收获作业，目前主要依靠人工完成，劳动强度大、作业成本高、效率低、损失大、成本高已成为生产发展与产业成长的主要瓶颈，国内对花生机械化收获技术装备的需求日趋迫切。
发达国家对花生收获技术与装备的研究开发，起步早、投入大、发展快，早已实现了专用化、标准化和系列化。中国对花生机械化收获的研制虽较早，但发展十分缓慢，近年来，随着花生收获机械市场需求的不断趋旺，花生收获机械的研究开发进入了一个新的发展时期。可实现挖掘、清土、铺放功能的花生收获机，具有无需自带动力、结构简单、价格低廉、使用成本低等特点，较适合现阶段中国农村经济条件，具有较好的市场需求。但是长期以来，由于对花生机械化收获技术缺乏深入系统的研究，壅土阻塞、秧蔓缠绕、适应性差、损失率高等机械化收获中存在的技术难题始终未能得到很好解决。
花生的种植历史悠久，地域广阔，是国际公认的半干旱作物，是世界上广泛栽培的主要油料和经济作物，同时也是主要的创汇农产品之一。花生以它独有的优势，在世界油料生产和国际贸易中仅次于大豆而居第二位，在亚洲、非洲、澳洲及南北美洲的绝大多数国家和地区均有花生的种植和生产，其中，中国是世界上主要的花生生产国和花生消费国，同时也是最大的花生出口国。
据联合国粮农组织统计数字表明，世界花生种植面积由20世纪60年代的1.66×108hm2增至20世纪70年代的1.87×108hm2，并呈上升趋势。随着花生栽培技术的不断提高，花生总产也在不断提高，世界花生年总产量20世纪60年代为1.05×1010kg,1988年则增加至2.25×1010kg，创花生生产量纪录。
1.1.1 中国花生生产现状
自20世纪90年代以来，随着农业结构调整的不断深入，中国花生生产和整体效益增长很快。
花生种植面积由1996年的3.62×106hm2，发展至2002年的4.92×106hm2；总产由1996年的1.01×1010kg，发展至2002年的1.48×1010kg；单产由1996年的2.8×103kg/hm2，发展至2002年的3.01×103kg/hm2；外贸出口花生原料(以籽仁计)由1996年的3×108kg，发展至2002年的7.7×108kg；出口范围由1996年的72个国家和地区，扩展至2002年的108个国家和地区:创汇额由1996年的2.22×108美元，增长至2002年的4.49×108美元。
花生一直是中国主要的经济作物和油料作物，种植面积位于印度之后居世界第二位;
振动筛式花生收获机的设计
总产居世界第一，并且还有如图1-1的发展趋势。
图1.1 中国花生生产趋势图
花生适应性广，全国除青海以外，其它省(市)均有种植，但产区优势非常明显。以2002年为例，全国花生种植面积4.92×106hm2，总产1.48×1010kg，其中北方产区种植面积3.27×106hm2，生产量1.1×1010kg ，分别占全国的66.5%，74.1%。种植面积超过1×105hm2的省(市)为13个，即山东9.53×105hm2，河南9.45×105hm2，河北4.8×105hm2，广东3.15×105hm2，安徽2.85×105hm2，四川2.64×105hm2，辽宁2.44×105hm2，广西2.34×105hm2，江苏2.34×105hm2，湖北2.06×105hm2，江西1.77×105hm2，湖南1.48×105hm2，福建1.06×105hm2。种植面积增长较快的是山东、河南、安徽和湖北产区，而花生总产量超过1×109kg的只有山东、河南、河北和安徽等4省份，分别占全国总产量的24%, 22%, 10%和8%。
虽然中国花生产区发展不平衡，但是花生种植、生产的发展是显而易见的，其主要原因有两点:一是在国内种植花生的效益较种植其它作物要高;二是在际市场上具有价格竞争优势。加入WTO后，国外机械化程度高、生产规模大的农作物，如小麦、玉米、大豆等都将涌入国内而冲击国内市场，但作为劳动密集型生产的花生仍具有强劲的国际竞争力。例如2002年国内市场花生仁每kg价格为3.6～4.7元，而同期国际市场经合组织报价每吨价格为6.3～6.8元，这表明中国花生生产仍有较大的发展潜力。
1.1.2 中国花生的种植方式
中国花生的种植方式有裸地栽培和地膜覆盖栽培两种。裸地栽培是传统的常规种植方式，地膜覆盖栽培是进行高产栽培的新技术，技术性较强。这两种栽培方式根据整地方法又分为以下三种；
（1）平作
平作是北万和南方早薄地花生产区的一种种植方式。在无灌溉条件、土壤肥力低的
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旱地或山坡地，土壤保水性差，水分容易流失，花生不易封行采用平作和密植，有利于抗早保墒，争取全苗，在土地多劳力少的情况下可以减少整地工作量。
（2）垄种
垄种是北方中肥田和肥水地的一种种植方式。在地势平坦、土层深厚、排灌条件齐全的大田，垄种有利于花生合理密植，有利于田间通风透光，获得高产。花生垄种需要在播前整地时起垄，在垄上开沟或开穴播种，垄种根据具体操作方式分为单行垄种和双行垄种两种。
（3）高畦种植
中国南方地区春季雨量充足，为了能排能灌，防止花生田积水，农民往往起畦种植花生，一般采用直行条播，每畦种植4～8行。
中国北方地区春、秋季节花生播种期间，普遍干旱少雨、温度低，且无霜期短，南方春季则低温多雨。为了实现花生的丰产和丰收，各生产部门普遍改变种植方式，采用花生覆膜的种植方式，最终实现了抗早、保墒、提温、防雨、排涝，减少苗期管理的效果，为花生的早熟增产提供了保障。
地膜覆盖是近年来兴起的一项种植技术，它是传统农业技术与现代农业技术相结合的一项重大的技术改革，是大幅度提高花生单产的一项有效措施。这项技术的应用，解决了北方地区低温、干早和无霜期短，南方春季低温多雨等不利自然气候条件，开创了中国花生生产的新局面。
目前，花生地膜覆盖栽培技术己在华北、东北大面积推广应用，并取得了明显增产效果，经济效益显著，深受群众欢迎。
但花生覆膜播种的种植方式在使花生增产的同时，也引发了影响农业生态环境的“白色污染”。目前所用的塑料薄膜，大多是聚乙烯或聚氯乙烯为原料的高分子化合物，在自然中塑料薄膜极难被土壤微生物分解、消化，可存在400年之久，农田使用的塑料薄膜老化后，破碎遗留在田间，使得地下的残膜数量逐年增多，遗留在田间的残余地膜，污染土壤，降低了土壤的透气性及肥力，阻碍了植物吸收水分及根系生长，直接影响了农作物的收成和品质。
1.1.3 花生生产机械化现状
随着花生种植面积的不断扩大和农村劳动力的转移，花生生产机械化的问题就显得尤为重要。西方发达国家在花生生产机械化方面的研究较早，与其它农业机械相比，几乎是同步发展的，机械制造与应用技术己比较先进、完善。美国、加拿大等发达国家已实现了花生生产全过程的机械化作业，在收获环节早已发展到联合收获水平，并且正依照本国的种植特点，向着大型化、机电一体化、智能化、高可靠、高安全的方向发展.一些发达国家还不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来，农业机械正向智能化方向发展。
在中国，花生播种机械化技术已基本成熟，根据中国农业人口多、土地分散，而中
振动筛式花生收获机的设计
小动力拖拉机保有量多的特点，该类机械以小四轮拖拉机为牵引动力，较好地解决了花生人工或畜力播种劳动量大和生产率低下的问题。近几年，系列化的多功能花生覆膜播种机已在花生产区得到了大面积的推广应用。
相比之下，中国花生收获的机械化水平低下则极大地影响了花生产业的发展。目前，花生的收获基本是靠人工、畜力或半机械化(如手扶拖拉机牵引挖掘铲)完成，而从国外引进、消化吸收的机型则由于不符合中国国情或动力消耗大、作业效果较差等原因，没有形成较大的生产和使用规模，这就使中国的花生收获机械与装置多年来一直徘徊不前，与世界发达国家存在很大的差距。
总之，中国现阶段花生收获方法的落后带来了各方面的问题，大体上表现为以下三个方面：
第一，人工收获劳动强度大，效率低下。长期以来，花生的收获都是靠人工完成的，特别是近几年来随着农村剩余劳动力的转移，这一矛盾更加突出。据初步估算，整个花生生产过程中，花生的收获所用工时为整个过程的三分之一以上。这一阶段的作业成本为整个花生生产成本的二分之一以上(作业成本包括从花生耕地播种开始到收获摘果为止，所需的种子，肥料、地膜、机具及人工费用等，人工费按同时期普通劳动者的工时费来计算)。
第二，生产成本高。目前的花生收获无论是人工还是畜力以及简易的机械，整个收获过程都不是一次性完成的，都要经过两道以上的工序，首先是将花生从土里挖掘，然后人工除土，这种生产方式的主要问题是造成英果的较多损失，并且这种损失大部分情况下，英果埋到地里，需要进行二次复收，不仅劳动强度大，而且生产成本高。
第三，耽误农时。花生的收获季节，正值“三秋”大忙之际，劳力紧张，如果能缩短花生的收获日期，会对小麦播种打下一个良好基础。据研究者到农村的实地考察，在山东省莱阳市，一般的沙壤地收花生(只完成花生的挖掘和去土两道工序)，一个劳力每天工作8h，可收花生0.0046hm2；借助畜力或者是简单的机力(用手扶拖拉机先耕出花生)每天可收花生面积也仅为0.13～0.2 hm2。
所以，设计研制新型的符合中国国情的花生收获装置是提高中国花生生产机械化水平的关键。
1.2 研究目标与内容
本文的研究目标为：
以配用中小动力的花生收获装置为研究对象，针对中国农村分散经营的生产体制和中小型拖拉机拥有量大的特点，适应国内的花生种植方式，重点设计花生收获装置的挖掘及分离原理，探索新的工作方式和新的结构设计，在充分了解花生植株各组成部分收获时的生长状态及田间特性的基础上，简介新型传动机构的工作机理和结构优化设计，设计工作部件的运动特点、所受阻力及对花生与植株的施力方式等。以简化结构，降低功耗，减少成本，提高作业质量为目标，重点研究花生收获装置及其传动部件的运动机
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理及最佳工作参数。
研究的具体内容为：
（1）设计花生挖掘与分离的新的工作原理及结构形式。基本设想是用平行连杆机构实现花生的振动式挖掘与分离，采取将两项功能通过一个工作部件来完成的全新结构，以最大程度地减少动力功耗和收获装置的总体结构尺寸；
（2）针对不同花生品种、不同地区及土壤条件，优化传动与工作部件的结构，使其结构参数和运动参数达到最优。
第二章振动筛式花生收获装置的设计原理
中国对花生收获机械装置的研究正处在发展时期，花生收获机械大面积的推广还需要一段时间，农村分散经营的生产体制和农民的消费水平，东部与西部地区的差别，对产品、技术需求的递进趋势以及广大农村中小型拖拉机拥有量大的特点，决定了在今后一段时期内，中国仍然要以中小型花生收获机械与装置为主要的研究和推广对象。
但是，国内对花生收获装置的理论研究有待深入，研究工作还基本停留在试制与试验阶段，对花生收获装置的工作原理、结构优化、具体的工作情况及规律性的深入研究尚没有报道;而现有的花生收获技术的理论著作过于老化，新理论和学术研究性文章比其它农业机械技术理论相对偏少，且深度不够，学术价值较低，致使收获机械与装置有效供给不足，小型机具多，优质机械过少，大中型农机具跟不上发展需要，收获装置不能满足花生生产实际的需求，影响了新装置的开发改进，最终影响了花生种植业户购买机具的积极性。
因此，加强理论研究，加快理论与实践的结合速度，研制出适合中国当前国情、性能稳定、高效优质的新型花生收获装置，以满足国内现阶段广大花生种植用户及市场的迫切需求，应当是现阶段中国花生生产机械化研究的主要方向。
2.1 设计依据
（1）符合中国国情
中国农村人口多、土地少，且分散经营，大型农机具.保有量少，而中小型拖拉机拥有量大。所以，针对中国现阶段农村生产的实际状况，所设计的花生收获装置应以配用中小型动力为主。
（2）作业可靠、减少收获损失
根据山东省质量监督局发布的《山东省地方标准～农业机械作业质量花生机械收获》和农艺要求，所设计的花生收获装置应达到的性能指标为:
配套动力:11-13.2kw小型四轮拖拉机
生产率:0.1～0.13hm2/h
损失率:≤3%
荚果破碎率:≤1%
振动筛式花生收获机的设计
（3）结构紧凑，降低成本
为便于花生收获装置的推广和使用，考虑到中国现阶段广大花生种植户的消费水平，在保证收获装置作业质量的前提下，进一步简化结构、降低成本，真正使广大农民买得起、用得上。
2.2 设计方案的选择与分析
传统的花生收获装置大多采用挖掘铲和抖动链相组合的方式。这种装置是20世纪70年代中国从美国引进和消化吸收后推广应用的，不仅结构复杂、制造成本高、动力消耗大、可靠性差，而且收获损失偏高、花生蔓铺放杂乱，不便于人工拣拾。
本文所设计的收获装置拟采用将挖掘和分离两项功能溶为一体的全新结构，以减少功耗、机体尺寸以及收获损失;并对动力传递系统和操纵装置进行合理配置，确保动力传递高效可靠，操纵调整简便。
由于花生的种植模式是两行垄作，所以收获装置的挖掘部件应为两个挖掘铲，在收获装置作业过程中拟使挖掘铲以一定的频率摆动前进，即摆动式挖掘。这样，可以最大限度地减少土壤对工作机组的阻力，降低机组功耗。
为减少机构尺寸，简化结构，收获装置的分离部件拟附着在挖掘部件上，在作业时，通过挖掘部件的摆动使分离机构将花生与泥土分离。
所以，设计方案的选择主要是传动系统的选择和挖掘分离装置的确定。
2.3 总体设计简介
该机主要由挖掘铲、振动筛、行走轮、传动装置及机架等组成。
挖掘铲的作用是铲断花生主根、掘起秧土，并将掘起的土壤和花生秧果传输到清土装置上。对挖掘铲的要求是前行阻力小、挖掘深度稳定、耐磨损、碎土性好、自洁性好、制作工艺方便等。本机挖掘铲采用整体单铲式平铲，并在其后端设有碎土栅，以增加其破碎土功能，也是花生秧果从挖掘铲升运到振动筛的衔接部件。挖掘铲选用优质合金钢制成，固定连接在机架的前下部。花生收获机的清土装置目前主要有抖动升运链式和振动筛式两种，振动筛式结构紧凑、清土效果好、伤果率低等特点，但较抖动升运链式整体震动较大。综合考虑本设计采用振动筛式清土装置，振动筛栅条为纵向排布，栅条中心距可以根据当地花生品种（主要是花生果大小）来确定，为便于将花生秧果成条铺放到远离未收取区的已收区，振动筛设计为下倾式，振动筛通过机架两侧的连杆与机架铰接，由前上部的偏心驱振装置驱动作往复振动，驱振装置上配有偏心平衡块装置。为防止作业时秧草缠绕设备和机器内侧挑邻行花生秧蔓。传动系统采用带组合传动，分别将拖拉机的输出动力传输到侧向切割器与筛动装置。设备两侧配有充气式橡胶行走轮，行走轮直径为405mm，宽度为100mm。
2.4 作业原理
此类振动筛式花生收获机作业时，拖拉机带动收获机具前行，挖掘铲以一定角度铲入土中（挖掘深度通常在100～150mm），将花生主根切断，并将掘起的土壤和花生秧
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果输送到振动筛上。掘起的土壤和花生秧果进入往复运动的振动筛，将花生和沙土不断地向后振动输送，大部分沙土被振落至筛下，实现清土目的，花生秧果和少部分未去除的沙土随后从振动筛的侧尾端被抛送到已收区，实现成条铺放，待田间晾晒后再进行拣拾作业。行走轮安装在机架上，通过选用不同的定位孔可调节行走轮的安装高度，调节挖掘铲的挖掘深度和入土角。
本机的主要特点：采用侧尾振动筛清土装置，清土效果好、条铺效果好、可靠度高、损失率低；偏心块与振动筛采用等惯量反配置自平衡设计，不仅可同时实现清土和输送一体化功能，而且具有震动小、运行平稳可靠、驾乘舒适等特点；通过调节行走轮安装高度，来调整挖掘深度和挖掘铲入土角，操作简单方便；11～13.2 kw 拖拉机即可带动，与现阶段大多数农户拥有的小四轮拖拉机相适应，具有适配动力广，投资少，收效快等特点。
第三章 主要参数确定与关键部件设计
3.1 主要参数确定
参照相关花生收获机的技术参数和双行振动式马铃薯挖掘机功率选定原则，本设备适配动力功率为11～13.2 kw 的拖拉机，每次收两行，预期生产率为：0.07～0.1 hm 2/h ，根据花生主产区种植的宽窄行距实际情况，选定作业幅宽为550mm ，因此确定挖掘铲的宽度为430mm ，同时采用入土角与振动筛升运角一致设计原则，选定挖掘铲入土角为25°。挖掘深度设计为100～150mm 可调，通过调节行走轮在机架上的上下安装位置实现。振动筛组振动由偏心轮带动，偏心距为1cm 。
3.1.1 花生收获机的功率计算
花生收获机所需的总功率可分为3部分，即挖掘装置及地轮行走所需的功率d N 振动筛所需的功率s N 和机械传动消耗的功率n N 。
d s n N N N N =++ （1）
2123m P P P P fG KaB aBV ε=++=++ （2）
式中 P ～平均牵引阻力，P=4808.7N ；
G ～花生收获机质量，G=2234N ；
f ～综合摩擦系数，f=0.25～0.5；
K ～土垡抵抗变形的性能系数 K=0.2～l ；
ε～动态阻力系数，取3ε=kg/s 2·
cm 4； m V ～机组前进速度， 1.83m V m s =；
a ～挖掘深度，a=l2cm ；
B ～挖掘幅宽，B=60cm ；
1P ～摩擦阻力，包括挖掘铲和沟底、沟壁之间及轮轴之间的阻力，地轮对土壤的滚
振动筛式花生收获机的设计
动阻力及摩擦阻力，156P fG N ==；
2P ～土垡变形的阻力，2144P KaB N ==；
3P ～动力变化阻力，即土壤动量变化时所产生的阻力，372.33m P aBV N ε==；
6.1102m d PV N kw μ
== （3） 式中 μ～牵引阻力利用系数，取μ=0.8-0.9。 s i n 102s f N V aB βλγ
= （4） 式中 λ～分离链上土壤的百分含量；
γ～土壤的容重。
(1)n s N N η=- （5）
式中 η～机械传动效率。
则花生收获机所需的总功率为：
(2)sin 102102
f m d s n V aB PV N N N N ηλγβμ+=++=+=8.1kw （6）
故采用8.8kw 以上的四轮拖拉机作为配套动力。所以11～13.2kw 的拖拉机作为动力配套装置可以使用。通过传动部件的运动机理与参数分析，得到了该部件主要参数间的关系表达式与传动部件的运动规律，为进一步的分析研究提供了理论依据。
3.1.2 挖掘铲主要参数的确定
如图3-1所示:三角形平面铲的主要参数有入土角α、铲面长度L 、铲刃斜角γ、铲面宽度B 和铲后端高度h 等。
图3-1 挖掘铲的结构参数
（1）入土角α
挖掘铲入土角较小时，其入土性能差，铲面上土壤后移速度较快，漏土较少；当入土角较大时，入士性能好，但阻力增大，土壤后移速度减慢，易雍土。机器前进作业时，
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位于铲面上的土壤受力情况如图3-2所示。
图3-2 铲面受力分析
利用达朗伯原理，为使土壤能够后移应满足：
P c o s α-T -G s i n 0R -G c o s -P s i n =0T =R αααμ≥?????
（7）
式中：P-沿着挖掘铲移动的掘起物所需的力;
R-铲对上壤的反作用力;
T-铲面与上壤的摩擦力;
G-掘起物的重力;
α-挖掘铲的入上角;
μ-上壤对铲的摩擦系数μ=tgφ,φ为掘起物与铲面之间的摩擦角。
简化（7）式得：
P ≥Gtan(α+μ) （8）
图3-3 入土角α与阻力P 和入土长度L 1的关系
式（8）表明牵引阻力P 与挖掘铲的入土角α为正切函数关系，在不同土质中作业时，入土角的改变对阻力P 的影响规律如图3-3中曲线所示。当φ较小时，曲线变化平缓，随
振动筛式花生收获机的设计
着φ增大，曲线变陡，说明入土角的改变对牵引阻力的影响，在重质土壤中比在轻质土壤中敏感，当入土角α较小时，牵引阻力P 随α 增长较慢，当α≥25 以后，牵引阻力急剧上升，因此，挖掘铲的入土角应取α≤25 为宜。
（2）铲面长度 L
铲的长度 L 分为L 1和L 2，L 1是挖掘铲的入土长度，L 2是铲在地面以上过渡部分的长度。
入土长度由图3-2可得：
1H L =sin α
（9） 式中H-挖掘深度。
花生结果通常在地表以下100mm 深处，取挖掘深度H=120mm ，L 1随α的变化如图3-3中曲线所示，入土部分长度L 1随入土角α的增大而减小，当α取较小值时L 1会较长，入土性能差且结构不紧凑，一般取α>15 ，这里取α=25 。由公式（9）得L 1=284mm 。
过度部分长度L 2 ：
过渡部分L 2为土壤和花生向分离装置输送的必经区段，土壤在这里将发生膨松、变形，并消耗动能，过渡部分长度L 2应尽量短，以便土壤在铲面上的后移速度未达零值之前，就被送至分离装置。
L 2的长度可根据能量守恒定律确定。设质量为m 的掘起物，在L 2区段的始点 A 的速度为V A ，移到B 点时的速度为V B ，掘起物由A 点向上移动到B 点时，其动能消耗等于克服重力、摩擦力所作的功，由能量守恒守律得到：
A B 11mV -mV =A +A 22
G F （10） 式中，A G —重力所作的功，G 2A =mgL sin α
G A —摩擦力所作的功，F 2A =mgL μcos α
将A G 、A F 带入（10）式得：
2222(sin cos )
A B V V L g αμα-=+ （11） 式（11）表明，当速度V A 增大时，L 2增加很快，有利于土壤上升和后移。所以，在确定时L 2应考虑工作档位。当入土角α取较大值时，L 2应减小。另外L 2随μ 增大而减小。所以实际设计挖掘铲时，为减少摩擦力，避免壅土，将挖掘铲入土部分的一段和过渡部分设计为栅条式，以便于土壤顺利后移，并使部分土壤分离。根据以上条件取L 2=266mm 。
（3）铲刃斜角γ
挖掘铲工作时!切断根蔓的能力主要取决于铲刃斜角γ。γ 过大时，根蔓易缠结铲刃，严重时产生堵塞。γ过小时，根蔓不易被切断而发生滑脱现象。
沈阳农业大学学士学位论文
图3-4 铲刃划切受力分析
如图3-4所示，设φ为根蔓和土壤对挖掘铲铲刃的摩擦角，P 为作业时土壤对铲的反作用力，则P 沿挖掘铲铲刃的分力Q=Pcos γ使根蔓和土壤后移，阻止根蔓和土壤向后滑移的摩擦力T=Rtan φ式中R=Psin γ为使根蔓能滑离铲刃，产生滑切的条件是Q>T 即Pcos γ>Psin γtan φ化简该式得：
γ=90 -φ （12）
为使挖掘铲具有良好的切割性能，铲刃斜角的选择应满足式（12）。γ越小滑切性能越好，但在幅宽不变时铲刃斜角γ减小会增加铲刃长度，使整机纵向尺寸变大，对机组的提升和行走均不利。因此铲刃斜角不宜过小，土壤对钢的摩擦系数tan φ=0.4～0.8，所以γ<51.3 ～68.2 一般γ取为50 左右。为了使未切割的茎叶和杂草顺利地滑出铲刀，铲刃末端应离机器侧板及其他零件40mm 以上的距离。因此，所设计的铲刀刃角度取50 。
（4）铲面宽度B
铲的宽度主要取决于花生地下分布宽度、行距的不均匀性、植株对垅中心的偏移和机器工作行驶时的偏差。一般单行花生收获机挖掘铲的宽度不小于400mm ～600mm 可按下式计算：
132b B b c σ=++ （13）
式（13）中b —花生分布平均宽度(mm)
b σ—花生分布宽度标准差(mm)
c —机器行驶偏差，可取 c=50～80mm 。
根据以上条件取B 1=430mm 。
在保证铲刃的自动清理和良好的入土性能及碎土能力的前提下，从理论上推导出挖掘铲的入土角、铲面长度、铲刃斜角、铲面宽度的计算方法，为设计挖掘铲提供了理论依据。
（5）铲面离地表最高距离h α
振动筛式花生收获机的设计
根据以上计算确定铲面长度为L=L 1+L 2=550mm ，入土角α=25 。
h =sinα·L =233mm
h α= h －H=233mm －120mm=113mm
所以确定铲面离地表最高距离h=233mm 。
3.1.3 带轮及带的主要参数确定
（1）确定计算功率c P ，已知P=7.5kw
P K P A c ==1.1×
7.5=8.25kw （14） （2）确定V 带型号为普通V 带A 型，小带轮节圆直径d p1=125mm
（3）确定带轮基准直径d 1和d 2
根据所选V 带型号查表及带轮直径标准系列值，得到d 1=130.5mm ；验算带速v ，应保证v 在5～25m/s 之间，若不能满足这一要求应重选d 1；
11
601000d d n v π=?=5.2m/s （15）
所以符合要求取d 1=130.5mm 。小带轮如图（3-6）所示。
图3-5 小带轮
（4）根据公式d 2=i d 1 (1-ε)算出大带轮直径，并圆整成标准值，ε取为0.02。
2d =3.5×
125×0.98=428.75mm （16） 大带轮如图（3-7）所示。