青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 1 绪论
1.1 设计的目的和意义
近些年来，随着农业产业结构的不断调整，薯类农作物已经在我国经济作物中占有相当的比例。因此，随之而来的收获机械也被研制出来，并在一定地域范围内投入农业生产。薯类收获机在整个研制乃至最终投入农业生产的过程中，务必保证其特有的技术参数，如挖净率≥97%、明放率≥96%（机械收获后明放于地表的薯块）、伤损率（收获中被机械损伤深达表皮以后的薯块）≤3%、破损率（收获中有肉眼可见表皮损伤的薯块）≤3%等的基本要求指标[1]。丘陵地貌大多是地块较小，地形不平整，山地地貌更是崎岖不平，甚至有些地方根本无法进行农业生产，这与平原相比较难实现机械化作业，尤其是大型机械装备的普及与应用。鉴于此，丘陵山地的薯类收获机设计成为必然要求。该设计能大大提高农业生产效率、降低劳动者的劳动强度、提高农民朋友的总体经济效益等。
1.2 薯类收获机的国内外发展现状
1.2.1 薯类收获机的国内发展现状
解放初期,我国收获马铃薯采用人工刨或用犁挖掘的落后方式。在20世纪60年代初期，有关农机部门开始了研制工作,引进了国外马铃薯收获机械并进行了生产性能试验,力图吸收消化国外技术,开发同类产品。直到20世纪70年代中期,由于手扶拖拉机的大量推广应用,国内又掀起了为手扶拖拉机配套的马铃薯收获机的研制高潮，成功研制了鼠笼式马铃薯收获机,但受当时的配套动力限制,未能生产和推广。20世纪80年代我国又引进了西德RM2R型、瑞士SUPERB型配套动力为30kW的马铃薯集条收获机[2]。黑龙江省农机所参照瑞士机型设计出了4UTL22型块茎作物收获机,可用于收获马铃薯和甜菜等。到20世纪90年代中期,由于国产小四轮拖拉机的大量推广和应用，研制马铃薯收获机已被列入重要日程。此后，因市场需求旺盛，先后有小型升运链式马铃薯收获机和振动式马铃薯收获机投放市场，以及新型农用液压挖掘机。在消化引进国外机型的基础上,国内农机厂家先后开发出一些马铃薯挖掘机,主要是小型挖掘机,如西安圣农农业机械有限责任公司开发的4U21型马铃薯收获机,适用于我国北方干旱半干旱地区种植马铃薯的农户及小型农场收获马铃薯使用,生产效率高,特别是收获垄上的种植马铃薯更能显示其优越性。
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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 1.2.2 薯类收获机的国外发展现状
在国外马铃薯收获机械中，挖掘机的生产和使用所占的比例趋于下降，而联合收获机得到迅速发展，形成了用联合收获机直接收获，或用挖掘-捡拾装载机加固定分选装置来进行分段收获的两种全面实现收获机械化的配套系统，基本上实现了马铃薯收获机械化。而且，国外马铃薯收获机械大多采用升运链条式联合作业，技术上已达到相当高的水平。目前，国外一些马铃薯收获机械不但生产率高而且将高新技术已融于农具之中，如采用振动、液压技术进行挖掘，采用传感技术控制喂入量、马铃薯传运量及分级装载；采用气压、气流、光电技术进行碎土和分离以及利用微机进行监控和操作等。总之，国外的马铃薯收获机研制技术已达到相当高的水平。 1.2.3 我国薯类收获机的发展前景
由于，薯类在我国的种植面积广泛、营养丰富均衡、高产量高等诸多特点，机械化收获薯类必然向着多极化发展。一般来说主要有两种趋势：(1)在地块较大、地貌平整的地区大型收获机、大功率收获机、联合收获机等类型的机械适宜研发投产使用。(2)在地块较小、地貌不整齐的区域，如丘陵山地等地区，小型小功率型收获机适合作业。
虽然薯类收获机的发展具有如此特点，但是在设计制造薯类收获机的过程中要遵循的一些原则性要求不会变，如功率利用率要高、挖掘阻力要小、整机结构简单便于制造使用维修，另外也必须要满足一些农艺要求如明薯率要高、挖掘率高、损伤率低等。
1.3 丘陵山地薯类收获机的主要研究内容
1.3.1 研究内容
针对小型薯类收获机的现状进行研究分析，设计丘陵薯类收获机的的挖掘及土壤分离部件，达到收获效率高，经济效益实惠，适合丘陵作业。对丘陵山地薯类收获机总体进行设计，使收获机的挖掘部件和输送装置得到更好的改善，达到操作简单、安全可靠、使用寿命长等要求。重点进行薯类挖掘部件、输送分离部件的设计和主要参数的计算， 1.3.2 技术路线
（1）、查询有关薯类收获机械的相关资料，确定丘陵山地薯类收获机设计的主要目的。 （2）、确定丘陵山地薯类收获机的总体设计方案以及收获机的创新思想。对丘陵山地
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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 薯类收获机的挖掘部件、薯土分离装置的重点研究。
（3）、对薯类收获机的挖掘铲的类型、分离装置的类型进行分析，确定最佳研究方案。 （4）、研究薯类收获机挖掘铲运动速度、输送链运动速度和拖拉机前进速度的主要参数（传动比等）与薯类收获质量的精确，确定达到最佳收获状况。
（5）、进行结构与运动参数改进。
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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 2 整体结构设计
2.1 结构方案论证
根据马铃薯的生长状况和挖掘要求可知，马铃薯收获的过程：挖掘马铃薯、分离泥土、铺放晾晒等工序。在该过程中拖拉机推着刀轴向前运动会造成到刀轴受力过大、铺放马铃薯不方便、传递动力消耗过大，所以采用后悬挂式。 设计方案一
图2-1丘陵山地薯类收获机原理简图 1.固定式挖掘铲2.机架曲柄 3.摆动筛式分离装置
如图2—1所示：
1）动力传动过程：有拖拉机动力输出轴输出动力通过机械传动最终到机架曲柄上，这样实现了来自拖拉机动力传至曲柄，曲柄做圆周运动导致分离装置摆动。主要工作部件有固定式挖掘铲、传动装置、薯土分离装置等。
2）工作原理：由拖拉机动力输出轴为原动力，采取悬挂式田间作业。当拖拉机向前行驶时挖掘铲将薯类（如马铃薯）和土壤一起挖起，通过前面土壤的堆积将薯土混合物推向摆动筛式分离装置，分离器将马铃薯和土壤彻底分离，最后散落在地面上。
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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 3）方案分析：
（1）虽然整体装配简单，运动路线清晰，但在实际作业过程中，机具有明显的前后摆动，导致拖拉机的发动机受严重冲击，从而影响到发动机的使用寿命；
（2）在收获过程中容易漏挖果实；
（3）摆放不整齐，明薯率低，影响到机组的前进通过性；[3] 综上所述，该方案还有改进的地方。所以方案不可取。 设计方案二
图2-2丘陵山地薯类收获机原理简图 1.固定式挖掘铲2.输送链式分离装置
如图2-2所示 1）工作原理：
随着机组前进，挖掘铲向前推进，掘起垄中的薯类果实和土壤的混合物；拖拉机的总动力通过机械传动最终到链轮，薯类果实和土壤混合物被推进到输送链上，在经过输送链的振动分离后将土马铃薯马铃薯分离，最后将薯类果实散落到地面。
2）方案分析：
（1）固定挖掘产不灵活，适应性差。
（2）果实最终零乱的落在地面上，这样不便于机组的正常前进，也不能便于人工的收集。
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