全自动烟叶采收机的设计*

朱华俊，孔昭龙，王志明，王 维，白 炜

(云南昆船电子设备有限公司技术部，云南昆明 650236)

0 引言

烟草产业是我国一大经济支柱产业，而烟叶采收是一项繁重而效率低的体力劳动，并且难以保证采收的及时性，采收耗时长。随着我国人工劳动力成本的不断上涨，烟叶采收投入劳动力和所得到的回报不平衡越发凸显，已成为烟草生产上的一个瓶颈。而我国对烟叶采收机的研究较少，烟叶采收机械化相对较为落后，特别是进行实际应用的烟叶采收机基本上还处于空白。因此，开发一款性能可靠、适合国内烟草生产的烟叶采收机，对加快我国烟叶采收作业机械化具有重要意义［1］。

1 工作原理

由于烟株各部分烟叶的成熟度、性状及烘烤工艺不同，因此，将烟叶划分为下部叶、中部叶、上部叶来进行采收。下部叶最先成熟，因此，先采收下部叶，之后再分别采收中部叶和上部叶。由于设备无法对烟叶各部分的成熟度、等级进行判别，只能进行同一高度的采摘，因此烟叶采收机主要是针对标准化、规模化、规范化烟田的采收。此类烟田烟株的高度、收获期及个体差异较小，烟叶划分可通过规定高度的方法确定。

根据烟叶采收的特性，采收机在采摘下部叶和中部叶的方法是相同的，仅只需调节采收机构的高度即可。在采摘下部叶时，采收机要将采烟通道对准烟株，烟株进入采烟通道后，通道两侧的螺旋形采叶刀快速旋转将烟叶折下。采摘下来的烟叶通过两侧的输送辊筒送至两侧的提升输送机，提升输送机将烟叶提升至上部由风机将烟叶风送至烟筐内进行收集。当烟筐装满后，可将烟筐向后翻起，倒出烟叶。

采摘上部叶时，采用刚性网格快速上下往复式运动的方式，烟株可穿过网格，而烟叶则被网格打下，其采摘方式如图1所示。

图1 上部叶采摘示意图

2 设备组成

全自动烟叶采收机的动力系统为柴油发动机，行走系统包括驾驶室、车架、车梁、前后轮等;采摘单元分为上下部叶采摘机构;输送单元包括浮动式采摘台、提升输送系统及风送系统。上述各系统功能均通过液压系统实现。烟叶采收机结构如图2所示。

2．1 动力及行走系统

采收机采用柴油发动机作为整车的工作动力源，为节省空间，车体的4个行走轮是由4个单独的液压马达带动，发动机仅为液压泵提供扭矩。

采收机的车架是设备的装配基体，它将发动机、液压系统、驱动行走装置、采叶机构、操作系统、电气系统等连接成一个整体。由于烟叶采收机主要是在非铺装道路低速运行，对行走系统的工况要求相对单一，因此可以大大简化整机的悬挂结构、转向机构和走行机构，为采收机构和存储机构的布置提供空间。

图2 烟叶采收机结构

采收机的转向系统液压原理如图3所示。转向机构操纵力由发动机驱动的液压系统提供，转向执行由两个转向轮各自配置的液压缸同步协调完成。转向系统为泵空缸系统，实现液压助力转向。通过方向盘转动带动液压泵输出油液，并控制助力系统，使左右转向液压缸伸出或缩回，进而带动转向架转动，改变前轮方向以改变运动方向。当需要进行原地调头时，只需打开回路中的截止阀，即可实现左右两个转向油缸的伸缩速度不同，使两转向轮不同速度转向。

图3 转向系统液压原理图

行走系统液压原理如图4所示。系统采用液压马达轮边驱动方式，两个前轮和两个后轮不共轴，这样轮子的旋转中心不影响设备的底盘高度。整个行走系统采用变量泵控制4路定量马达的闭式液压系统。变量泵1为手动变量，通过操纵手柄控制液压泵的进出油方向。当采收机不动时，可以通过液压刹车装置7、8制动两个后轮，保证采收机在一定坡度上或受外力时能保持原位不动。

图4 行走系统液压原理图

2．2 采叶机构

采叶机构主要用于对中、下部叶的采摘，烟株进入采叶通道后，通过在采叶通道两侧的螺旋采叶刀相向旋转将烟叶折下，采叶刀为柔性材料，其外形及运动方式如图5所示。烟叶折下后落于采烟通道两侧的输送辊筒上，通过辊筒送至提升输送机。在采叶刀上方装有高度可调的烟叶隔板，烟叶隔板可以避免采叶刀对上方的烟叶误采或损伤。

采收机构的液压原理如图6所示。两液压马达串联连接，以保证采收刀运动马达转速相等［2］。

图5 采叶刀外形及运动方式图

图6 采收机构液压原理图

2．3 浮动式采叶台

浮动式采叶台由采叶机构、提升机构、风送机构等组成。在采收不同部分的烟叶时，需要调整整个浮动式采叶台的高度。同时，由于烟株不能保证正好进入采叶通道，因此须对每一颗烟株进行找正。当烟株偏向一端，设备行进时烟株则会触碰到这一侧的位置开关，使整个采叶机构向这一侧移动，直至烟株能正好进入采叶通道中。浮动式采叶台的移动均由液压缸实现，其左右移动液压系统原理如图7所示，上下移动液压系统原理如图8所示。

图7 液压缸左右移动液压系统原理图

图8 液压缸上下移动液压系统原理图

2．4 提升机构

提升机构位于浮动式采叶台的两侧，每侧主要由两条输送带组成，其中外侧是固定输送带，内侧是下端由拉伸弹簧连接的可活动的输送带。当烟叶由输送辊筒送至提升机构时，被两条输送带夹住向上提升(如图9)，提升机构两端的固定输送带分别由两个液压马达带动，可活动输送带由链条和固定输送带马达连接带动运转。提升机构的液压系统原理如图10。

提升机构采用阀控液压马达，两液压马达串联连接，转速相等且可以双向运转。

2．5 风送机构

当烟叶被提升机构送至采收机上部后，由离心风机送至烟筐内，其液压系统原理如图11所示。

2．6 往复式打叶机构

往复式打叶机构用于对上部叶的采摘，由液压马达带动链条控制打叶网格进行快速上下往复运动，其液压系统原理和提升机构相同。

图9 提升机构工作原理图

图10 提升机构液压系统原理图

图11 风送机构液压系统原理图

2．7 烟 筐

当烟筐满后须将烟叶从内倒出，烟筐的翻转由两个液压缸带动，通过控制三位四通电磁换向阀即可实现烟筐的工作。其液压系统原理和浮动式采叶台上下移动液压系统原理相同。

3 结语

全自动烟叶采收机各功能均由液压系统实现，可进行自动或手动变速，性能稳定，且设备操作方法简单。针对我国烟草农艺特点，实现了烟叶的分时、分部采收，且所采收烟叶破损率、造碎率小，不伤烟株，采净率高、能大幅减轻劳动强度，使烟叶生产由传统模式向现代模式转变。

［1］ 肖宏儒，申国民．发展我国烟草生产机械化的对策［J］．中国农机化，2009(3):16-21．

［2］ 王积伟，章宏甲，黄 谊．液压与气压传动［M］．北京:机械工业出版社，2009．