一种滚筒梳刷棍式花生摘果机的设计

(山东科技大学机械电子工程学院 山东 青岛 266590)

一种滚筒梳刷棍式花生摘果机的设计

朱尚王国全文傲

(山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590)

花生是一种出油率很高的油料作物和优质蛋白质资源，我国也是世界上极其重要的花生出口国家之一，因此花生的收获和加工的机械化是非常重要的。在花生的收获过程中，摘果是关键性的一项作业。使用机械摘果，可以提高工效，减少损失，同时对花生的及时摘果可减少花生的霉烂和虫蚀。花生果实生长在植株的根茎部位，其中根茎部位有较多的泥土和碎石，故设计时结构不能太精密。花生植株一般长为：500-700mm，因此设计时应综合考虑花生植株大小。花生果实一般长度为：30-40mm，宽度为10-13mm，故在设计时可根据此设计摘果原件和筛选原件。

对于花生摘果机的要求如下：

(1)摘果效率高，摘净率高，果实破碎率低；

(2)摘果时，尽量不要使茎杆短碎，保证茎杆完整；

(3)摘果机要考虑多种复杂工作环境，坚固耐用，安全可靠，使用，保养，维修时简单，适合在农村推广；

(4)结构不应过于复杂，功率消耗少。

根据不同的摘果原理，可以设计成不同的摘果机。故依据原理可分为以下几种摘果方案：

揉搓摘果：花生果实和摘果原件之间以及果实之间，果实与茎杆之间的揉搓作用使果实脱落。如纹杆式滚筒摘果机。

梳刷摘果：花生果实和摘果原件之间产生拉力而使花生果实脱落。如钉齿式摘果机。

冲击摘果：花生果实和摘果原件的相互冲击使果实脱落。增大冲击原件的冲击速度，可提高生产率和净摘率。如钉齿式滚筒摘果机。

虽然以上原理不同，但是在实际过程中进行设计花生摘果机时，不能使用一种单一的原理进行摘果，应该设计成其中一种原理为主，其它一种或者多种进行辅助，协同完成花生摘果作业。故选择方案为：滚筒梳刷棍式花生摘果机，其工作原理为花生植株进入摘果部件后，在摘果杆的击打下脱落下来果实，同时摘果杆的设计比较密集，同时具有一定的梳刷作用，同样可以起到摘果作用。

花生摘果机主要有六部分组成：喂料部分，传动部分，摘果部分，风选部分，果实收集部分，箱体部分。这六部分协同工作，共同完成花生摘果作业，其中摘果部分是花生摘果机的核心部件。

以下是对花生摘果机各部分的介绍：

喂料部分是花生植株通过喂料口进入花生摘果机机体的重要组成部分，同时也组成花生摘果机的整体上箱体。设计此部分时应先保证花生植株的顺利进入，同时要保证植株在进入后不会在摘果滚筒的高速转动下不会飞出喂料口。入料口不宜过大，保证花生摘果机的安全工作。可将喂料口设计成喂入式漏斗状。

传动部分作用为将电动机的转动传递到花生摘果部分。由于花生摘果机的工作环境较为复杂，花生植株身泥土碎石多。带传动具有结构简单，传动平稳，价格低廉和缓冲吸震等特点，其中带传动还具有负载过大时打滑的特点，既能在三相异步电动机发生闷车时保护电动机不被烧坏，同时也能在人员或其它杂物铰入时保护人身和财产安全。因此选择V带传动最为合适。

摘果部分的作用为将果实与花生植株分离。摘果部分作为摘果机的核心部件可设计成滚筒状，滚筒面焊接击打果实的原件，可承梳式排列，既能保证击打作用，亦能有一定梳刷作用。使用主要工作轴带动滚筒旋转，其实轴与滚筒可以使用键连接。并使用平键链接，优点是结构简单，拆装方便，维护和维修简单，对中性好等。支撑轴时可以选择使用轴承，选择合适的支撑方案。

风选部分的作用是将摘果部分传来的果实与植株分离开来。风选部分通过风扇的鼓风作用将花生的植株吹出箱体而果实会透过筛网进入到花生果实的收集装置中。筛选结构可以设计成网状结构，应注意网格大小使花生果实能够准确落入花生收集装置中。风扇叶片也通过轴的转动来完成旋转，风扇叶片属于不易损耗品，可将风扇叶片直接焊装到轴上，通过三相异步电动机带动轴转动。

箱体的主要作用是支撑传动，摘果和风选部分，这三部分能否稳定且平稳工作决定着花生摘果机的稳定工作。同时下箱体还具有保护原件，防止杂物进入机体，保护操作人员安全的作用。

三项异步电动机选择，由于磁极对数的不同，因此三项异步电动机的同步转速和额定转速也不同。即使实在相同额定电压下，同容量电动机额定转速也有很多种。额定转速过低的话会大大提高电动机的制造成本和电机体积，额定转速过高的话，与主要工作轴转速相差太大，减速传动装置复杂。故在选择三项异步电动机时要综合考量技术与经济因素。农业机械的转速多数在1000r/min以下，因此可将花生摘果机的主要工作轴转速选为750—850r/min。

三相异步电动机通过V带传动带动工作主轴高速旋转时，焊接在滚筒外表面的击打原件也会随之转动，因此击打原件的转速为：

其中：V—击打原件的转速

N—主要工作轴转速

L—击打原件顶端到主轴轴心的距离

花生摘果机的主要工作轴和滚筒的功率为：

三项异步电动机的功率和转速的确定，首先应该先确定电动机的功率，电动机的额定功率应该稍大于工作要求的功率。容量过小的话会导致摘果机无法正常工作或电动机长时间过载甚至损坏电机。故所需电动机功率为：

其中：Pd—电动机的输出功率

Pw—花生摘果机的输入功率

η—电动机到摘果原件的传动装置的总效率

总效率η由各个传动效率组成，其中包括V带传动效率η1，滚动轴承效率η2(其中两组轴承可选用同一传动效率)，以及滚筒传递到击打原件传动原件的效率η3。

各效率取值如下：η1=0.97，(0.94～0.97)

η2=0.99，(0.98～0.995)

η2=1， (击打原件焊接在滚筒上可取值为1)

即总效率η=0.97×0.99×0.99×1=0.9507

由于选择V带传动，应选择合适的传动比V，带传动的传动比一般范围为i=2～4。主要工作轴的转速为750r/min，因此三项异步电动机的转速应为主轴转速的2～4倍，即为1500～3000r/min。

花生摘果机的优点是：摘果效率高，可以在短时间内完成较大的花生摘果工作量，节约时间和大量的人力物力资源。结构上的优点是设计简单，安装简易，维护和维修简单。工作平稳，震动较少，安全系数高。在摘果方面的优点是摘果破损率低，植株保证比较完整，通用性高，可适用于多种不同长度的植株。同时成本比较低，适合爱农村推广。

花生摘果机的缺点是：并未完全实现自动化话，仍需要人工喂料。摘果率并不是特别高，特别是对于果粒较小的果实，无法完全摘果。这种摘果机的体积和重量都比较大，并不适合频繁移动。同时机构也有许多设计不合理的地方。总体来讲，这台花生摘果机是合适实际生活和生产中使用的，能够在花生的收获和加工环节起到相应的作用。

朱尚(1993-)，男，在读硕士，山东科技大学机械电子工程学院，研究方向机电一体化设计。