4FZ-2自走式番茄收获机风机的改进设计

齐 伟，王玲玲，郭 健

（1.石河子贵航农机装备有限责任公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子职业技术学院）

4FZ-2自走式番茄收获机风机的改进设计

齐 伟1，王玲玲1，郭 健2

（1.石河子贵航农机装备有限责任公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子职业技术学院）

为了提高番茄收获机的使用性能，对4FZ-2番茄收获机风机进行改进设计，从而有效提升番茄收获机的作业效率和番茄收获质量。

番茄收获机；风机；改进；设计

目前，国内番茄以人工采收为主，劳动强度大、生产效率低、采收成本高，并且因收获时间集中和采收不及时，造成了大量的浪费，已成为制约番茄产业规模化发展的瓶颈问题[1]。国外对番茄收获机的研究始于20世纪初，研发单位以FMC、CTM、Pomac、Pik Rite公司为代表，这些公司起步早且技术成熟，但进口的收获机价格昂贵，服务周期长，仅依靠进口难以满足国内番茄收获的现状[2]。石河子贵航农机装备有限责任公司研制出已达到国内先进水平的自走式番茄收获机，该番茄收获机采用电液控制系统，自动化程度高，操作简便，性能稳定。但由于新疆地理条件的特殊性，下地试验后发现风机使用寿命较短，严重影响了番茄收获机的作业效率，为了有效解决这一问题，本文提出了一种风机改进方案。

1 总体结构及工作过程

1.1 总体结构

本番茄收获机可一次完成番茄秧的切割、果秧分离、成熟度选择和输送等工作[1]，该机主要由采摘头、输送装置、振动分离装置、色选装置、风机、驱动和控制系统等组成（图1）。

1.2 工作过程

采摘头前部的割刀将番茄秧切断，再通过采摘头中部拣拾装置将番茄秧及果实拾起，通过一级输送装置将其送往二级输送装置；再通过二级输送装置将秧及果实送入果秧振动分离装置进行果秧分离作业；分离后的果实落入内部传输装置；落入内部传输装置的番茄果实再经横向传输装置及果实提升传输装置送入色选装置进行分选，不符合要求的果实、土块、杂物等被色选装置的弹齿弹落;符合要求的果实被送入人工捡拾传送带，进一步清理杂物，经人工检查后的果实再通过伸缩臂装车[1]。

图1 自走式番茄收获机结构

2 风机在番茄收获机工作过程中的作用

番茄收获机在振动分离装置完成番茄果和果秧的分离后，番茄果实落入下一级输送装置，番茄秧则被振动分离装置输送至收获机后部，然后通过风机将番茄秧苗吹出，完成果秧分离。

3 风机的结构及工作原理

番茄收获机风机用于吹出秧苗，其工作效率直接影响整机的作业效率，相对于普通除尘风机而言，对本机风机风量、稳定性有更高的要求。如图2，4FZ-2番茄收获机风机主要由机壳和叶轮、主轴及传动系统（带轴承座调心轴承和液压马达）组成，带轴承座调心轴承固定在机壳两侧，支撑主轴及叶轮。本结构有如下优点：（1）风机采用机翼型叶片，机翼型叶片由于良好的空气动力学性能，其效率高，最高机械效率可达90%以上，运转时噪音也较小[3]，大大提高了本机的工作效率，叶片材料采用HARDOX400,此材料兼具高硬度、高强度特性，大大提高了叶片的使用寿命；（2）风机采用带轴承座调心轴承支撑，保证了主轴两端同轴度。

番茄收获机风机工作原理：由液压马达带动叶轮旋转，叶轮中的叶片迫使气体旋转，对气体做功，使其能量增加，气体在离心力的作用下，向叶轮四周甩出，通过蜗型机壳将速度能转换成压力能，当叶轮内的气体排出后，叶轮内的压力低于进风管内压力，新的气体在压力差的作用下吸入叶轮，气体就连续不断的从机壳内排出，产生风力，吹出秧苗。

图2 风机结构示意

4 在工作过程中存在的问题及原因分析

番茄收获机在田间作业时，风机出现主轴弯曲变形，断裂现象，极大影响了番茄收获机的可靠性和工作效率。经分析，造成风机故障的原因如下：

（1）风机叶轮与主轴采用的是单点支撑连接，单点连接使主轴在支撑点处承受的力过大，超过了主轴的抗弯强度，造成主轴发生弯曲变形；（2）由于机器在田间作业时，灰尘较大，风机的进气方式是双侧进风，虽然两侧有防尘网罩，但还是有较小灰尘穿过网孔进入风机内部，灰尘会粘在非工作面上，在运行过程中灰尘不均匀落下，叶轮的平衡度遭到破坏，使风机叶轮失去平衡，叶轮在运转中发生振动，使主轴发生弯曲。

5 风机改进方案

针对上述发生的情况，对风机进行改进：（1）风机叶轮结构的改进；（2）辅助清洗装置的设计。

5.1 风机叶轮结构的改进

叶轮是离心风机最为重要的部分，它的结构是决定风机性能的重要因素[4]。改进后的风机，在叶轮上焊接两个轴盘，与主轴形成两个连接点，这样叶轮与主轴连接为两点连接，避免了单点连接应力集中，提高了轴的疲劳强度，两个支撑点叶轮运行更平稳，不容易产生振动。改进后风机结构如图3。

图3 风机叶轮改进后风机示意

5.2 辅助清洗装置的设计

机翼型叶片非工作面很容易粘土，部分灰尘与少量番茄汁混合后形成粘稠物，一旦粘稠物吸入到风机叶片后很难下落，必须进行定期清理。原来每次清理要人工将风机整机拆下来，拆卸出叶轮进行清理，费时费力。辅助清洗装置的设计解决了这个难题，在机壳底部开一个排水槽，粘上污垢后可以用水管对叶轮进行冲洗，清洗后的水垢能及时排出。辅助清洗装置采用螺纹连接，将螺纹管焊接到外壳底部，做内螺纹堵头，清洗后用堵头将排水槽封死，具体结构如图4。

图4 辅助清洗装置结构

6 结论

试验证明，改进后的风机使用寿命得到大幅延长，原来一台风机平均寿命为两个采季，改进后的风机平均寿命可达四个采季，风机使用寿命提高了一倍，从而有效提高了番茄收获机的作业效率和作业质量。

[1]高治国，齐伟，郭健.4FZ-2型自走式番茄收获机的总体设计[J].农业化研究，2013（6）：110.

[2]李成松，坎杂等.4FZ-30型自走式番茄收获机的研制[J].新疆农机化，2012（3）：60.

[3]黄进.离心风机的正确选型[J].水泥，1991（2）：28.

[4]李燕平.离心风机叶轮的有限元分析及优化[D].西北农林科技大学，2012，7.

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.03.006

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