王福義

摘要：為解決毛豆摘莢作業(yè)中豆莢破損和分離損失率高的問題，設(shè)計(jì)5MDZJ-380-1400型毛豆摘莢機(jī)。介紹毛豆摘莢機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)思路。機(jī)具性能試驗(yàn)表明：作業(yè)后的豆莢破損率低，莢葉分離徹底，主要作業(yè)性能參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：摘莢機(jī)；毛豆；設(shè)計(jì)；夾持式喂入；莢葉分離

中圖分類號(hào)：S225.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）09-0011-03

毛豆（南方又稱菜用大豆或青毛豆）因味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、食用方便而越來越受民眾歡迎，近年來種植面積以10%～15%的速度遞增。毛豆不僅滿足不斷增長(zhǎng)的國(guó)內(nèi)需求，出口量也在不斷增加，成為調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加經(jīng)濟(jì)收入的新途徑。隨著毛豆生產(chǎn)規(guī)模的不斷加大，毛豆生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)愈加凸顯，著重表現(xiàn)在毛豆收獲過程中的摘莢作業(yè)。摘莢作業(yè)大多采用人工方式，作業(yè)效率低，用工量大，生產(chǎn)成本居高不下，而且容易耽誤農(nóng)時(shí)，現(xiàn)已成為制約毛豆生產(chǎn)的瓶頸。

現(xiàn)有的摘莢機(jī)大多需要人工手持喂入，機(jī)具結(jié)構(gòu)不盡合理，存在摘不凈、豆莢破損和分離損失率較高的問題，且用工量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高。為解決這一技術(shù)難題，遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所與沈陽(yáng)市鶴湖農(nóng)機(jī)制造有限公司組建了課題組，研究開發(fā)結(jié)構(gòu)合理、性能先進(jìn)、作業(yè)質(zhì)量?jī)?yōu)、生產(chǎn)效率高的機(jī)械加持式毛豆摘莢機(jī)，旨在為毛豆收獲摘莢作業(yè)提供先進(jìn)適用機(jī)具。

1 5MDZJ-380-1400型毛豆摘莢機(jī)設(shè)計(jì)方案

1.1 結(jié)構(gòu)組成

MDZJ-380-1400型毛豆摘莢機(jī)由機(jī)架及工作平臺(tái)總成、機(jī)械夾持式喂入機(jī)構(gòu)、摘莢滾筒總成、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組、傳動(dòng)系統(tǒng)總成、風(fēng)扇總成、豆莢輸出帶總成、莖葉輸出總成等8部分組成。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

1.2 工作原理及作業(yè)流程

毛豆摘莢機(jī)的工作原理為：在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，毛豆株體在機(jī)械夾持式喂入機(jī)構(gòu)2的帶動(dòng)下，進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部的摘莢滾筒3的上方，摘莢滾筒上的膠指通過旋轉(zhuǎn)作用把豆莢及莖葉從株體上面錘打下來，落入滾筒下方的輸送帶上，并隨輸送帶到達(dá)風(fēng)扇口，莖葉被吹入莖葉輸出口排出，豆莢落入豆莢輸出帶，實(shí)現(xiàn)莢葉徹底分離。

毛豆摘莢機(jī)的生產(chǎn)作業(yè)流程如圖2所示。

1.3 設(shè)計(jì)思路

1.3.1 配套動(dòng)力 為保證摘莢機(jī)的工作效率，兼顧工作環(huán)境特殊、無法供電等特殊情況，毛豆摘莢機(jī)采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力輸入。

1.3.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)及機(jī)架材料 整機(jī)采用一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各工作部件緊湊有序地布置于機(jī)架內(nèi)，底部裝有活動(dòng)輪，可以隨時(shí)移動(dòng)到田間地頭采摘。機(jī)架采用40×40×3優(yōu)質(zhì)鋼管焊接而成，在保證機(jī)身剛度的同時(shí)減輕機(jī)身質(zhì)量。

1.3.3 傳動(dòng)方式及各運(yùn)轉(zhuǎn)部件傳動(dòng)比 整機(jī)選擇鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)組合的方式，保證傳動(dòng)效率及工作可靠性。根據(jù)動(dòng)力及生產(chǎn)效率確定各總成之間的傳動(dòng)比。

1.3.4 摘莢膠指結(jié)構(gòu)及排列方式 膠指采用無毒環(huán)保柔軟的聚酯材料，為長(zhǎng)三角形結(jié)構(gòu)，與輥筒中心線成15°排列。

1.3.5 豆莢與豆葉分離方式 采用風(fēng)選方式實(shí)現(xiàn)脫落的豆莢與莖葉分離。

2 5MDZJ-380-1400型毛豆摘莢機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械夾持式喂入機(jī)構(gòu)

機(jī)械夾持式喂入機(jī)構(gòu)取代人工手持喂入，減少用工量，提高作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)毛豆收獲摘莢的機(jī)械化作業(yè)。如圖3所示，工作時(shí)，毛豆秸稈由喂入端喂入，在驅(qū)動(dòng)輪1帶動(dòng)下，由上下皮帶夾持前行，送入脫莢輥筒。

2.2 摘莢滾筒上喂入式結(jié)構(gòu)

摘莢作業(yè)時(shí)，毛豆秸稈被置于摘莢滾筒上方，靠重力與摘莢棘爪貼合，提高摘凈率。由于無需施加外力，從而簡(jiǎn)化了機(jī)具結(jié)構(gòu)，降低了制作成本（見圖4）。

2.3 摘莢滾筒膠指排列方式

摘莢膠指在滾筒上斜向排列，可以增大豆莢與膠指的接觸面積，減少豆莢的破損。同時(shí)膠指斜面具有向外推送豆莢作用，有利于豆莢與枝葉分離（見圖5）。

3 5MDZJ-380-1400型毛豆摘莢機(jī)總體性能指標(biāo)

毛豆摘莢機(jī)的總體性能指標(biāo)如表1所示。

4 5MDZJ-380-1400型毛豆摘莢機(jī)性能試驗(yàn)

為確定5MDZJ-380-1400型毛豆摘莢機(jī)的作業(yè)性能，進(jìn)行主要作業(yè)性能參數(shù)（含雜率、破損率、二次處理率）測(cè)定試驗(yàn)。

4.1 試驗(yàn)方法

1） 機(jī)具連續(xù)作業(yè)30 min，中間隨機(jī)取樣3次，每次取樣時(shí)間30 s或連續(xù)收集樣品質(zhì)量3 kg。

2） 將從清選裝置出料口接取的樣品混合均勻，取小樣500 g，分揀出完整毛豆莢（保留豆莢上附帶的豆莢柄）、破損豆莢和雜質(zhì)。

3） 從秸稈排除口取得的樣品中分揀出未摘凈豆莢和夾帶的毛豆莢。

4） 從清選分離口分揀出夾帶的毛豆莢。

5） 分揀出料口（清選口回收區(qū)）和非回收區(qū)的毛豆莢。

6） 對(duì)3次取得的樣品分別進(jìn)行分揀處理并稱其質(zhì)量，結(jié)果取3次的算術(shù)平均值。

4.2 參數(shù)計(jì)算方法

含雜率計(jì)算公式為：

ZZ=WXZ/WXh×100% （1）

破損率計(jì)算公式為：

Zp=×100%-Zyp （2）

二次處理率計(jì)算公式為：

Ze=We/W×100% （3）

式中：WXh為樣品質(zhì)量；WXZ為雜質(zhì)質(zhì)量；WXp為破損豆莢質(zhì)量；We為二次處理毛豆莢質(zhì)量；W毛豆莢總質(zhì)量，W=（WXh-WXZ）+We；Zyp為原始破損率，取Zyp=0。

4.3 結(jié)果與分析

在摘莢機(jī)作業(yè)質(zhì)量試驗(yàn)中，豆莢總質(zhì)量、雜質(zhì)質(zhì)量、破損豆莢質(zhì)量及二次處理毛豆莢質(zhì)量等數(shù)據(jù)見表2。

由表2和表3中的試驗(yàn)結(jié)果可知，毛豆摘莢機(jī)的主要作業(yè)性能參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

5MDZJ-380-1400型毛豆摘莢機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、故障少、維護(hù)方便、摘莢及莢葉分離一次完成，能滿足摘莢連續(xù)作業(yè)要求。摘莢膠指在滾筒上斜向排列，增大豆莢與棘爪的接觸面積，減少豆莢破損率。創(chuàng)新的機(jī)械夾持式喂入機(jī)構(gòu)及輥筒上方脫莢工作方式，能夠有效提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本。作業(yè)后的豆莢破損率低，莢葉分離徹底，免除二次篩選，為毛豆機(jī)械化摘收提供了新選擇。

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