小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组的研制

王华准+方卫山+牛宪伟+汤瑞学+杨云福

摘 要 本文针对甘蔗田间人工灌溉作业效率低、劳动强度大、生产成本高的生产实际，设计了一种新型的田间灌溉机械，经性能试验和测试表面，研制的小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组操作便利，整机工作可靠，且该机实现了一机多用，满足了农机通用化的技术要求，设计达到了预期目标。

关键词 收割机 抽水机 结构设计 性能试验

Development of small-scale sugarcane harvester multi-purpose machines pumping unit

Wang Huazhun，Fang Weishan，Niu Xiangwei，Tang Ruixue，Yang Yunfu

（Yunnan Agricultural Machinery Research Institute， Kun Ming 650031，China）

Abstract：In this paper， according to the actual production of sugarcane field artificial irrigation low work efficiency，large labor intensity， high production cost， the design of a new type of field irrigation machinery， through the performance test and the test surface， minitype sugarcane harvester developed multi-purpose machines pumping unit operation is convenient， the work is reliable， and the machine to achieve a multi use machine， to meet the agricultural generic technology requirements， design to achieve the expected goal.

Key words：reaping machine water pump；architectural；design；performance test

基金项目：社会发展科技计划 云南省科技计划项目（项目编号：2012CF012）

作者简介：王华准（1984-），男，云南昆明市人，助理工程师，学士，研究方向农业机械设计，E-mail： whzwolf_men@126.com。

0 引言

“小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组”是属于云南省科技计划项目（项目编号：2012CF012）中的一项，其主要目的是在小型往复式甘蔗收割机研制成果的基础上，研制开发可与小型往复式甘蔗收割机配套的多用途配套机具，使该机型除具备收割功能之外，还可实现旋耕、开沟、灌溉及田间运输等功能，实现蔗田不同时期生产作业，及满足非蔗农田作业需求，确保在全年生产中发挥重要作用，减轻农民劳动强度，降低生产成本，提高其性价比，研制开发适合云南甘蔗等粗杆茎类作物种植、收割所需的小型作业机械，并满足云南甘蔗品种特点和农艺要求。本文详细介绍了小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组的设计方法、原理、试验结果等。

目前，国内外对于小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组的研究未见报道。本文采取集成创新方法，对灌溉技术进行集成，在原已开发成功的小型甘蔗收割机基础上，应用现代设计方法对小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组进行创新设计。

1 整机的设计要求与主要技术参数

1.1 设计要求

（1）配套动力：由小型甘蔗收割机提供动力，通过传动箱把动力提供给抽水机组；

（2）整机与配套动力的连接方式：花键套；

（3）工作地块：满足小型甘蔗收割机收割甘蔗的地块；

（4）各执行机构的动作可靠耐用；

（5）水泵流量：≥10 m3/h；最大扬程：≥12 m ；最大吸程：≥3 m。

1.2 主要技术参数

配套动力：小型甘蔗收割机〔柴油发动机186F（6.6 kW，3600 r）〕、动力输出形式：花键轴（z=8；m=1.75；αD=30°）；动力输出转速：800～900 r/min；

长×宽×高：≤550×350×250（抽水机组外形尺寸）；

燃油消耗率：≤200 g/kW·h；

可靠性：≥95%；

水泵流量：≥10 m3/h；

最大扬程：≥12 m ；

最大吸程：≥3 m。

2 整机的结构及工作原理

2.1 整机的结构

抽水机组主要由甘蔗收割机、变速箱体、机架、水泵、花键轴、大锥齿轮、传动轴、小锥齿轮、带轮等组成，如图1所示。

1.甘蔗收割机 2.变速箱体 3.机架 4.水泵 5.花键轴 6.大锥齿轮 7.传动轴 8.小锥齿轮 9.带轮 10.皮带

图1 抽水机组结构示意图

2.2 工作原理

抽水机组工作前，通过花键套把小型甘蔗收割机动力输出轴与抽水机组的花键轴连接在一起，然后用螺栓、螺母把抽水机组传动箱体与小型甘蔗收割机连接，启动甘蔗收割机的发动机即可，发动机把动力传递到动力输出轴上，通过变速箱部件把动力传递到水泵上，为水泵的工作提供动力，通过调节油门的大小来控制抽水机组的流量、扬程等。

3 传动系统的设计

3.1 传动路线

甘蔗收割机动力输出轴—花键套—花键轴—大锥齿轮—小锥齿轮—传动轴—大皮带轮—三角皮带—抽水机组，如图2所示。endprint

1.甘蔗收割机动力输出轴 2.花键套 3.花键轴 4.大锥齿轮 5.小锥齿轮 6.传动轴 8.大皮带轮 9.抽水机组

图2 抽水机组传动示意图

3.2 设计计算

首先根据设计要求，水泵流量Q≥10 m3/h、最大扬程H≥12 m、最大吸程h≥3 m，在市场上购买了较成熟的水泵产品，水泵的具体参数如表1所示。小型甘蔗收割机的动力输出转速：n总=800～900 r/min，因此需要通过传动系统把转速转换为3600 r/min。

小型甘蔗收割机的动力输出转速：n输出=800～900 r/min；

齿轮传动比：i1=Z大Z小=3417=2

皮带轮传动比：i2=n大n小=2

计算结果：n=n输出×i1×i2=（800～900）×2×2=3200～3600 r/min>3000 r/min

所以此传动机构满足水泵的技术要求。

4 性能试验

4.1 试验结果

2013年11月～2014年2月，项目组在云南省文山州平远街、以及云南省红河州蒙自等地进行了田间试验与性能测试，试验场地都是适合小型甘蔗收割机进行收割作业的地块，且甘蔗地块周围有水塘或水沟，试验结果如表2。

4.2 实验结果分析与讨论

（1）抽水机组切实可行，经测试，符合设计要求；

（2）可以节约人工3～5人，减少水沟、渠道修建成本，加大水流速度，增加输水能力，输水时间可缩短40%～50%；

（3）根据甘蔗地块甘蔗长势情况，通过控制油门的大小，可以改变抽水机组的流量以及扬程，可满足不同生长周期甘蔗所需水量的多少；

（4）按使用要求正确操作，不会对甘蔗地里的甘蔗有任何损伤，几来年，根据对甘蔗长势进行观测，没有受到任何影响；

（5）改变了传统的劳作方式，大幅度降低了作业成本，提高了劳动生产率。

通过试验结果表明，该机具有良好的市场前景，该机不仅适用于甘蔗农田的灌溉作业，同时也适用于具有更多的农业经济作物的灌溉作业，如烤烟、马铃薯、蔬菜等。

5 结束语

小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组适用于适合甘蔗收割机收割作业地块的田间灌溉作业。该机实现了一机多用，满足了农机通用化的技术要求，为经济作物灌溉提供了便利条件。由于该机结构简单、操作方便、作业可靠，且适用范围广，通用性好，因此具有广阔的推广应用前景。

我国人多水少，且水资源分布极不均衡，水资源的低效使用进一步加剧了水资源短缺的严重程度。农业是我国的用水大户，尽管近年来农业用水受到了其他部门的挤占，但还是主要的耗水主体，农业用水占总用水量的比重达60%以上，而在整个的农业用水中，灌溉用水又占了90%以上的比重。特别是近五年来，云南一直属于干旱年份，提高水的利用效率成为了政府部门一直关注的重点问题，因此，小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组，将成为今后农田灌溉的一个新的技术领域。另外，应加强对不同经济农作物的种植的农业要求规范管理，以便该机能满足更多经济农作物的灌溉技术要求。

参考文献：

[1] 任岩，王金龙.石头河灌区灌溉工程自动化控制系统综评[J].黑龙江水利科技，2009，37（1）：11.

[2] 刘红梅，王克强，黄智俊.影响中国农户采用节水灌溉技术行为的因素分析[J]. 中国农村经济，2008（04）.

[3] 韩青. 农户灌溉技术选择的激励机制——一种博弈视角的分析[J].农业技术经济，2005（06）.

[4] 于素花.农村社区水价变化对农业节水技术推广的影响[J].农业技术经济，2001（06）.

[5] 余安.农户节水灌溉技术采用意愿及影响因素[D]. 浙江大学，2012.

[6] 谢西玲.农户采纳节水灌溉技术的影响因素及其对策研究[D].华中农业大学， 2008.

[7] 欧阳良璧.新时期浦城农业机械化发展对策的探讨[J]. 福建农机，2005（03）.

[8] 许郎，黄莺.农业灌溉用水效率及其影响因素研究——基于安徽省蒙城县的实地调查[J].资源科学，2012（01）.

[9] 陈海清.湘北山区农机化发展的调查与思考[J]. 湖南农机，1999（02）.endprint

1.甘蔗收割机动力输出轴 2.花键套 3.花键轴 4.大锥齿轮 5.小锥齿轮 6.传动轴 8.大皮带轮 9.抽水机组

图2 抽水机组传动示意图

3.2 设计计算

首先根据设计要求，水泵流量Q≥10 m3/h、最大扬程H≥12 m、最大吸程h≥3 m，在市场上购买了较成熟的水泵产品，水泵的具体参数如表1所示。小型甘蔗收割机的动力输出转速：n总=800～900 r/min，因此需要通过传动系统把转速转换为3600 r/min。

小型甘蔗收割机的动力输出转速：n输出=800～900 r/min；

齿轮传动比：i1=Z大Z小=3417=2

皮带轮传动比：i2=n大n小=2

计算结果：n=n输出×i1×i2=（800～900）×2×2=3200～3600 r/min>3000 r/min

所以此传动机构满足水泵的技术要求。

4 性能试验

4.1 试验结果

2013年11月～2014年2月，项目组在云南省文山州平远街、以及云南省红河州蒙自等地进行了田间试验与性能测试，试验场地都是适合小型甘蔗收割机进行收割作业的地块，且甘蔗地块周围有水塘或水沟，试验结果如表2。

4.2 实验结果分析与讨论

（1）抽水机组切实可行，经测试，符合设计要求；

（2）可以节约人工3～5人，减少水沟、渠道修建成本，加大水流速度，增加输水能力，输水时间可缩短40%～50%；

（3）根据甘蔗地块甘蔗长势情况，通过控制油门的大小，可以改变抽水机组的流量以及扬程，可满足不同生长周期甘蔗所需水量的多少；

（4）按使用要求正确操作，不会对甘蔗地里的甘蔗有任何损伤，几来年，根据对甘蔗长势进行观测，没有受到任何影响；

（5）改变了传统的劳作方式，大幅度降低了作业成本，提高了劳动生产率。

通过试验结果表明，该机具有良好的市场前景，该机不仅适用于甘蔗农田的灌溉作业，同时也适用于具有更多的农业经济作物的灌溉作业，如烤烟、马铃薯、蔬菜等。

5 结束语

小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组适用于适合甘蔗收割机收割作业地块的田间灌溉作业。该机实现了一机多用，满足了农机通用化的技术要求，为经济作物灌溉提供了便利条件。由于该机结构简单、操作方便、作业可靠，且适用范围广，通用性好，因此具有广阔的推广应用前景。

我国人多水少，且水资源分布极不均衡，水资源的低效使用进一步加剧了水资源短缺的严重程度。农业是我国的用水大户，尽管近年来农业用水受到了其他部门的挤占，但还是主要的耗水主体，农业用水占总用水量的比重达60%以上，而在整个的农业用水中，灌溉用水又占了90%以上的比重。特别是近五年来，云南一直属于干旱年份，提高水的利用效率成为了政府部门一直关注的重点问题，因此，小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组，将成为今后农田灌溉的一个新的技术领域。另外，应加强对不同经济农作物的种植的农业要求规范管理，以便该机能满足更多经济农作物的灌溉技术要求。

参考文献：

[1] 任岩，王金龙.石头河灌区灌溉工程自动化控制系统综评[J].黑龙江水利科技，2009，37（1）：11.

[2] 刘红梅，王克强，黄智俊.影响中国农户采用节水灌溉技术行为的因素分析[J]. 中国农村经济，2008（04）.

[3] 韩青. 农户灌溉技术选择的激励机制——一种博弈视角的分析[J].农业技术经济，2005（06）.

[4] 于素花.农村社区水价变化对农业节水技术推广的影响[J].农业技术经济，2001（06）.

[5] 余安.农户节水灌溉技术采用意愿及影响因素[D]. 浙江大学，2012.

[6] 谢西玲.农户采纳节水灌溉技术的影响因素及其对策研究[D].华中农业大学， 2008.

[7] 欧阳良璧.新时期浦城农业机械化发展对策的探讨[J]. 福建农机，2005（03）.

[8] 许郎，黄莺.农业灌溉用水效率及其影响因素研究——基于安徽省蒙城县的实地调查[J].资源科学，2012（01）.

[9] 陈海清.湘北山区农机化发展的调查与思考[J]. 湖南农机，1999（02）.endprint

1.甘蔗收割机动力输出轴 2.花键套 3.花键轴 4.大锥齿轮 5.小锥齿轮 6.传动轴 8.大皮带轮 9.抽水机组

图2 抽水机组传动示意图

3.2 设计计算

首先根据设计要求，水泵流量Q≥10 m3/h、最大扬程H≥12 m、最大吸程h≥3 m，在市场上购买了较成熟的水泵产品，水泵的具体参数如表1所示。小型甘蔗收割机的动力输出转速：n总=800～900 r/min，因此需要通过传动系统把转速转换为3600 r/min。

小型甘蔗收割机的动力输出转速：n输出=800～900 r/min；

齿轮传动比：i1=Z大Z小=3417=2

皮带轮传动比：i2=n大n小=2

计算结果：n=n输出×i1×i2=（800～900）×2×2=3200～3600 r/min>3000 r/min

所以此传动机构满足水泵的技术要求。

4 性能试验

4.1 试验结果

2013年11月～2014年2月，项目组在云南省文山州平远街、以及云南省红河州蒙自等地进行了田间试验与性能测试，试验场地都是适合小型甘蔗收割机进行收割作业的地块，且甘蔗地块周围有水塘或水沟，试验结果如表2。

4.2 实验结果分析与讨论

（1）抽水机组切实可行，经测试，符合设计要求；

（2）可以节约人工3～5人，减少水沟、渠道修建成本，加大水流速度，增加输水能力，输水时间可缩短40%～50%；

（3）根据甘蔗地块甘蔗长势情况，通过控制油门的大小，可以改变抽水机组的流量以及扬程，可满足不同生长周期甘蔗所需水量的多少；

（4）按使用要求正确操作，不会对甘蔗地里的甘蔗有任何损伤，几来年，根据对甘蔗长势进行观测，没有受到任何影响；

（5）改变了传统的劳作方式，大幅度降低了作业成本，提高了劳动生产率。

通过试验结果表明，该机具有良好的市场前景，该机不仅适用于甘蔗农田的灌溉作业，同时也适用于具有更多的农业经济作物的灌溉作业，如烤烟、马铃薯、蔬菜等。

5 结束语

小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组适用于适合甘蔗收割机收割作业地块的田间灌溉作业。该机实现了一机多用，满足了农机通用化的技术要求，为经济作物灌溉提供了便利条件。由于该机结构简单、操作方便、作业可靠，且适用范围广，通用性好，因此具有广阔的推广应用前景。

我国人多水少，且水资源分布极不均衡，水资源的低效使用进一步加剧了水资源短缺的严重程度。农业是我国的用水大户，尽管近年来农业用水受到了其他部门的挤占，但还是主要的耗水主体，农业用水占总用水量的比重达60%以上，而在整个的农业用水中，灌溉用水又占了90%以上的比重。特别是近五年来，云南一直属于干旱年份，提高水的利用效率成为了政府部门一直关注的重点问题，因此，小型甘蔗收割机多用途配套机具抽水机组，将成为今后农田灌溉的一个新的技术领域。另外，应加强对不同经济农作物的种植的农业要求规范管理，以便该机能满足更多经济农作物的灌溉技术要求。

参考文献：

[1] 任岩，王金龙.石头河灌区灌溉工程自动化控制系统综评[J].黑龙江水利科技，2009，37（1）：11.

[2] 刘红梅，王克强，黄智俊.影响中国农户采用节水灌溉技术行为的因素分析[J]. 中国农村经济，2008（04）.

[3] 韩青. 农户灌溉技术选择的激励机制——一种博弈视角的分析[J].农业技术经济，2005（06）.

[4] 于素花.农村社区水价变化对农业节水技术推广的影响[J].农业技术经济，2001（06）.

[5] 余安.农户节水灌溉技术采用意愿及影响因素[D]. 浙江大学，2012.

[6] 谢西玲.农户采纳节水灌溉技术的影响因素及其对策研究[D].华中农业大学， 2008.

[7] 欧阳良璧.新时期浦城农业机械化发展对策的探讨[J]. 福建农机，2005（03）.

[8] 许郎，黄莺.农业灌溉用水效率及其影响因素研究——基于安徽省蒙城县的实地调查[J].资源科学，2012（01）.

[9] 陈海清.湘北山区农机化发展的调查与思考[J]. 湖南农机，1999（02）.endprint