韓冬，湯沛，倪驍驊，劉迪

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電動蔬菜收獲機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計

韓冬，湯沛，倪驍驊，劉迪

（鹽城工學(xué)院汽車工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224001）

文章對電動蔬菜收獲機(jī)的傳動系統(tǒng)展開設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括傳動帶材料的選型，基于UG10.0軟件對傳動帶三維造型建模，對傳動系統(tǒng)的空間布局設(shè)計。為方便與其他系統(tǒng)間構(gòu)建良好的銜接性，對傳動系統(tǒng)中的二級傳動進(jìn)行設(shè)計。在傳動系統(tǒng)的輸出端設(shè)置落料等待區(qū)，保障后續(xù)動作的順利執(zhí)行。

電動蔬菜收獲機(jī)；傳動系統(tǒng)；空間布局設(shè)計

引言

近年國內(nèi)的蔬菜機(jī)械化生產(chǎn)領(lǐng)域中，企業(yè)、制造商在國家政策支持下，加大投入了對蔬菜機(jī)械化收獲的產(chǎn)品研發(fā)。當(dāng)下蔬菜收割作業(yè)用工貴且勞工成本高以及收獲質(zhì)量低的問題亟待解決。由此，蔬菜收獲機(jī)[1]的大力推廣，將為務(wù)農(nóng)人員帶來很大的效益，同時也增收了蔬菜種植的產(chǎn)量。傳動系統(tǒng)是蔬菜收獲機(jī)的重要組成部分，傳動系統(tǒng)的工作效率對后續(xù)打捆動作的順利執(zhí)行產(chǎn)生重要影響?，F(xiàn)農(nóng)機(jī)市場上，更多的是在多功能化方向進(jìn)行優(yōu)化[4]，并未在收獲傳輸效率方面有很大的改善。為此，本文將以電動蔬菜收獲機(jī)的傳動系統(tǒng)作為研討方向，對其進(jìn)行展開設(shè)計。

1 電動蔬菜收獲機(jī)的初步方案擬定

為了方便地設(shè)計出具有功能性較強(qiáng)的小型電動蔬菜收獲機(jī)，初期階段采用功能結(jié)構(gòu)樹的方式，考慮收獲機(jī)應(yīng)分配的各部分功能，對其進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)功能樣圖如圖1所示。

圖1 功能結(jié)構(gòu)樹

根據(jù)現(xiàn)有市場中的蔬菜機(jī)械產(chǎn)品，以它們的基礎(chǔ)功能作為構(gòu)建點(diǎn)，通過覆蓋化的設(shè)計將最基本的調(diào)整功能、動力功能、收集功能以及控制功能集中應(yīng)用于設(shè)計的初步方案中。本設(shè)計最終的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 電動蔬菜收獲機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖

2 傳動系統(tǒng)設(shè)計

2.1 傳動輸送裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳動帶的帶型選擇設(shè)計[2]中，有三種設(shè)計形式：平整截面式，單側(cè)V帶截面式，多楔帶式，本設(shè)計中通過綜合對比，選用第二種形式，單側(cè)V帶截面式。傳動帶的材料方面的選用中，常見的材料有皮革帶、帆布芯帶、編織帶和復(fù)合帶等。為了保證傳動帶的耐久度及良好的摩擦度，本設(shè)計中采用帆布芯帶。

傳動輸送路線為被割完的蔬菜由前端輸送至集合臺等待區(qū)[3]?；跈C(jī)器整體的結(jié)構(gòu)所具有的傾角，整個平帶傳送的過程也是帶有一定的傾角的。另外，本設(shè)計的傳動帶造型分為傳輸帶上、下兩個部分，傳動帶的結(jié)構(gòu)安裝示意圖如圖3，傳動帶模型如圖4。

圖3 傳動帶結(jié)構(gòu)安裝示意圖

圖4 傳動帶

2.2 傳動輥傳動方案設(shè)計

在傳動帶的造型設(shè)計完成后，相應(yīng)地解決使兩側(cè)傳動帶能達(dá)到可夾持[5]的效果，即本課題設(shè)計中采取相向運(yùn)動的方式，如圖5所示，而此時兩側(cè)傳動帶各自所在的傳動輥及輥軸方向也為相向運(yùn)動。

在預(yù)期的方案規(guī)劃中，設(shè)計一條動力輸出路線，本課題中有兩種方式：

第一種為鏈傳動方式，單排鏈形式，將電機(jī)與主動鏈輪相連接，可穩(wěn)定收獲機(jī)整體的重心，其方案圖如圖6所示。第二種為齒輪傳動方式，多級齒輪配置形式，“偶嚙合，反向；奇嚙合，同向”，設(shè)置四個齒輪，其能保證較均勻的傳動比。在齒輪傳動系設(shè)計齒輪箱，并將其固定于后翼支撐板上，以承受齒輪傳動時產(chǎn)生的反力達(dá)到保護(hù)齒輪的目的。齒輪傳動組布局圖如圖7，布置方案圖如圖8。綜合對比了兩種方案，本設(shè)計采用齒輪傳動方式。

圖5 傳輸方向示意圖

圖6 鏈輪系

圖7 行星齒輪系

圖8 齒輪傳動效果圖

2.3 張緊裝置設(shè)計

收獲機(jī)運(yùn)行過程中不時會出現(xiàn)蔬菜掉落的情況，收獲機(jī)的作業(yè)效率會降低。為減少這種狀況發(fā)生，本設(shè)計對此狀況提出了改進(jìn)方案從而進(jìn)行優(yōu)化[6]設(shè)計：將前端兩側(cè)的四個傳動輥的固定架進(jìn)行拆分式設(shè)計，將一體的固定支架拆分為固定支座和傳動輥的輥軸固定板。固定支座連接機(jī)架，使傳動輥有一個穩(wěn)定的支承力；傳動輥的輥軸固定板連接兩個大小傳動輥（此處小傳動輥位置相對靠前，大傳動輥偏后，兩側(cè)形成V字型口，以便蔬菜被更好地進(jìn)入夾持狀態(tài)），固定支座與傳動輥的輥軸固定板之間用四顆螺釘連接固定。在安裝完傳動帶后，可通過調(diào)節(jié)螺釘在兩板的長孔位置，如圖2-7所示，以此調(diào)節(jié)傳動帶的張緊程度。然而，僅通過螺釘調(diào)節(jié)只能保證傳動帶被拉緊，卻增大了兩側(cè)傳動帶之間的間隙，使蔬菜的夾持力大大受限。為此，在兩側(cè)各設(shè)計一個收緊輪裝置，通過建模[7]研究，將收緊輪裝置安設(shè)在機(jī)架的前端，收緊輪裝置輔助螺釘調(diào)節(jié)。在收獲機(jī)實(shí)際運(yùn)作時，可能會出現(xiàn)顛簸現(xiàn)象，產(chǎn)生彈性波動，收緊輪設(shè)置便可以起到降低彈性力[9]的作用。另外，在機(jī)架上開設(shè)孔距相同的六個螺釘孔，便于收緊輪裝置的位置調(diào)節(jié)，目的是針對不同類型的蔬菜（其蔬菜的截面直徑不同）進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。收緊輪裝置的設(shè)計如圖9所示。

圖9 前傳輥固定架設(shè)計圖

圖10 收緊裝置

2.4 收攏導(dǎo)向裝置設(shè)計

在機(jī)架本身前后軸距較長的情況下，機(jī)器運(yùn)作時難免會偏離路線，這樣也會成為影響作業(yè)效率的一個因素。因而，做收攏導(dǎo)向裝置可以較好地找準(zhǔn)收獲機(jī)機(jī)身的軸中心。收獲機(jī)的收攏裝置[8]基于抓合原理進(jìn)行設(shè)計，即收攏裝置的造型設(shè)計成圓錐形，如圖11所示。為將蔬菜聚攏到一起，方便一次性收割，在收獲機(jī)兩側(cè)各裝有一個收攏輪，如圖12所示，兩個收攏導(dǎo)向輪之間呈凹槽狀，可充分發(fā)揮其導(dǎo)向的作用。

圖11 收攏導(dǎo)向輪

圖12 雙導(dǎo)向輪布局圖

2.5 二級傳動系統(tǒng)方案設(shè)計

收獲機(jī)運(yùn)行工作時，收攏導(dǎo)向裝置需處在同步旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，即需提供動力使導(dǎo)向輪運(yùn)轉(zhuǎn)，兩側(cè)導(dǎo)向輪為相對獨(dú)立設(shè)置，為考慮收獲機(jī)前后軸距較長，最終采用軟軸連接前端收攏導(dǎo)向裝置，并以此作為二級傳動[11]機(jī)構(gòu)，如圖13所示。由從動輪1（與傳動輥（下）同軸）作為動力輸出端，設(shè)置一個同軸傳動輥，通過皮帶再將動力傳遞給副傳動輥，副傳動輥固定于機(jī)架上，構(gòu)建一個齒輪箱，如圖14所示，通過兩個斜齒輪的配合改變二級傳動的方向，由此聯(lián)接軟軸一端的連接器，驅(qū)動軟軸，進(jìn)而帶動收攏導(dǎo)向輪同步旋轉(zhuǎn)。

圖13 二級傳動示意圖

3 傳動系統(tǒng)中的其他連接設(shè)計

3.1 關(guān)聯(lián)性設(shè)計

收割裝置與傳動系統(tǒng)之間有著互關(guān)性，從收割裝置的布置方面來講，傳動系統(tǒng)上的零部件均不能與之產(chǎn)生干涉，比如收割裝置的刀盤在收獲機(jī)靜止時，處于水平狀態(tài)，而傳動系統(tǒng)中的傳輸帶則是帶有一定傾斜角的，此時就需考慮傳輸帶與刀刃之間的最短距離是否滿足實(shí)際要求，設(shè)計過程中，對樣機(jī)進(jìn)行了田間實(shí)驗(yàn)，給收割裝置確定合適的安裝位置，如圖14所示。

圖14 收割裝置安裝位置圖

3.2 落料等待區(qū)設(shè)計

打捆收集系統(tǒng)是傳動系統(tǒng)完成輸送任務(wù)后的環(huán)節(jié)。打捆收集系統(tǒng)由傳感器控制，以等量的形式對蔬菜進(jìn)行自動打捆。因而在進(jìn)入打捆收集系統(tǒng)前，需要設(shè)計一個落料等待區(qū)，如圖15所示，作為輸送機(jī)構(gòu)輸出的臨時集合點(diǎn)。落料等待區(qū)，由落料臺、擋板、擋板固定支臺、計時傳感器和重力傳感器等組成。當(dāng)蔬菜在等待區(qū)按預(yù)先設(shè)定好的重量和等待時間時，兩側(cè)固定支臺內(nèi)裝有的計時、重力傳感器就會發(fā)出信號，使擋板開啟至60°左右，蔬菜滾落至打捆收集系統(tǒng)。

圖15 落料等待區(qū)

4 結(jié)論

基于對收獲機(jī)已有的底盤及行駛系統(tǒng)的分析，構(gòu)建出蔬菜的傳動系統(tǒng)，同時結(jié)合了現(xiàn)有的帶式輸送機(jī)[11]傳動原理，在本文中做出創(chuàng)新設(shè)計。在傳動輸送結(jié)構(gòu)的建模[7]過程中，對其進(jìn)行了多次數(shù)據(jù)修正才達(dá)到空間布局的設(shè)計要求。

相較于傳統(tǒng)的蔬菜收獲機(jī)械，本設(shè)計還對各機(jī)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)性及過渡性進(jìn)行了設(shè)計，去繁余簡，在保證工作效率的前提下，簡化了零件數(shù)量，便于維護(hù)。所設(shè)計的傳動系統(tǒng)具有良好的機(jī)械適應(yīng)性，發(fā)展前景較為廣闊。

[1] 胡杰文.小型多功能綠葉類蔬菜收獲機(jī)的設(shè)計與優(yōu)化[J].仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院,2014,(05):38-46.

[2] 王愛芳.帶式輸送機(jī)輸送帶的張緊力分析計算及張緊裝置的選取[J].煤礦機(jī)械,2013,(08):176- 178.

[3] 劉榮生.如何確定帶式輸送機(jī)傳動裝置的合理布局方案[J].閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2004,(12):124-125.

[4] 馬衛(wèi)東.帶式輸送機(jī)傳動裝置優(yōu)化設(shè)計[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué),2008,(1):40-41.

[5] 陳連飛.整稈式甘蔗收割機(jī)柔性夾持輸送裝置[J].農(nóng)機(jī)化研究, 2009,(1): 71-75.

[6] 高龍.小型韭菜收割機(jī)的改進(jìn)設(shè)計與試驗(yàn)[J].食品與機(jī)械,2016,(4): 118-119.

[7] 王紅云.阻尼多楔帶傳動系統(tǒng)建模及帶滑移控制分析[J].振動,測試與診斷,2011,(02):59-63.

[8] 田雨.現(xiàn)代帶式輸送機(jī)的設(shè)計方法[J].山東工業(yè)技術(shù),2017,(24):33.

[9] 莊辛喆.淺析影響輸送帶使用壽命的設(shè)計因素[J].研究與探索·工藝與技術(shù),2017,(11) 上:120- 121.

[10] 馬建國.鐮刀型韭菜收割機(jī)的設(shè)計[J].機(jī)械制造,2015,(9):10-12.

[11] 喬羽.帶式輸送機(jī)傳動裝置分析設(shè)計[J].科技論壇,2007:140.

Design of transmission system for electric vegetable harvester

Han Dong, Tang Pei, Ni Xiaohua, Liu Di

( Institute of Mechanical Optimal Set, Yancheng Institute of Technology,Yancheng, Jiangsu Yancheng 224001 )

This paper introduced the transmission system of the electric vegetable harvester which was designed.The design included the selection of the material of the transmission belt, the modeling of the three-dimensional modeling of the transmission belt based on UG10.0, and the space layout of the transmission system. To facilitate good connection with other systems, the two stage transmission in the transmission system was designed. The blanking waiting area was set at the output end of the transmission system to ensure the smooth execution of subsequent actions.

Formula car; Air intake system; Design

B

1671-7988(2018)16-136-04

TH137.5

B

1671-7988(2018)16-136-04

CLC NO.: TH137.5

倪驍驊（1966-），男，江蘇鹽城人，博士，教授。研究方向：機(jī)電一體化等領(lǐng)域教學(xué)、科研工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.049