4TWZ-2型甜菜挖掘装运收获机研制与试验.pdf

2023年第8 期农机使用与维修54TWZ-2型甜菜挖掘装运收获机研制与试验徐涛（黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨1 50 0 8 1）摘要：甜菜机械化收获替代人工收获，可有效降低劳动强度，提高甜菜挖掘效率和收获质量。国内现有甜菜收获机型存在着技术性能落后、联合作业能力差及智能化程度低等问题。依据甜菜机械化收获农艺技术要求，在传统甜菜挖掘机的基础上，根据实际需要加装清理夹持链、圆形升运笼及可倾卸料斗等工作部件。阐述了机具整体结构和工作原理，确定了挖掘部件、打缨器、输送分离、集运装卸以及传动系统等关键部件的基本参数。通过田间试验验证了该机作业性能稳定，增加联合作业功能的同时收获效果也显著提升，试验结果满足甜菜收获农艺技术要求。关键词：甜菜；块根挖掘；抖动清杂；升运装车；联合收获机中图分类号：S225.72Development and Experiment of 4TWZ-2 Sugar Beet Excavating and Shipping Harvester(Heilongjiang Academy of Agricultural Machinery Sciences,Harbin 150081,China)Abstract:Mechanized sugar beet harvesting replaces manual harvesting,which can effectively reduce labor intensity andimprove sugar beet excavation efficiency and harvest quality.The existing sugar beet harvesting models in China haveproblems such as backward technical performance,poor joint operation ability and low degree of intlligence.Accordingto the agronomic technical requirements of mechanized sugar beet harvesting,on the basis of the traditional sugar beetexcavator,working parts such as cleaning clamping chains,circular lifting cages and tiltable hoppers are installed ac-cording to actual needs.The overall structure and working principle of the tool were expounded,and the basic parame-ters of key components such as excavation parts,tasseers,conveying and separation,container loading and unloading,and transmission system were determined.Through field tests,it is verified that the operation performance of the ma-chine is stable,the harvesting effect is significantly improved while the joint operation function is increased,and the testresults meet the agronomic technical requirements of sugar beet harvesting.Keywords:sugar beet;root digging;jitter to clean up impurities;lift loading;combine harvester0引言甜菜种植起源于1 8 世纪末，原仅种于欧洲和北美洲，后发展到世界各地，现在约有4 0 多个国家和地区种植。在我国,甜菜作为糖料作物被引种栽培作者简介：徐涛（1 9 7 4 一）男，黑龙江友谊人，本科，高级工程师,研究方向为耕整地机械、播种机械和移栽机械。GOGGOGGOGOGGOGOGOLGOGOGOGGOGOGOLGOGGOGGOGGOGOGOGGOGGOLGOGOGOGGOGGOGGOGGOG14兰珊回转连续式炭化设备关键部件的设计与试验研18王良,罗来勤，王秋旺,等.螺旋折流板换热器中阻流究 D.大庆：黑龙江八一农垦大学,2 0 1 8.板对换热系数及沿程压降的影响 J工程热物理学15许伟峰螺旋折流板换热器强化传热性能研究及新型报 2 0 0 1(S1):173-176.折流板结构优化 D.郑州：郑州大学,2 0 1 6.1 9 王兆蕊四分螺旋折流板换热器壳程流体流动及传热16李科,文键，厉彦忠，等.错流板翅式换热器分布参数性能研究 D.青岛：青岛科技大学,2 0 2 1.模型构建和优化研究 J.西安交通大学学报,2 0 2 2，20王良.螺旋折流板换热器传热与阻力性能的试验研究56(10):81-90.D.西安：西安交通大学,2 0 0 1.17陈龙螺旋折流板管壳式换热器的仿真分析及结构优化 D.淮安：淮阴工学院,2 0 2 1.文献标识码：AXU Tao已经有1 1 0 多年历史，种植区域主要分布在西北、东北及华北等N40以北的冷?地区。甜菜在我国的种植面积和单位产量呈现逐年递增的趋势，目前，尤其以新疆的种植面积最大，单位产量和总产量最高，甜菜全程机械化机具装备整体技术水平位于全国前列。与此形成鲜明对比的是，全国范围内甜菜生产全程机械化技术装备的发展略有滞后，与国外先进机型相比较我国甜菜植收阶段配套农机装备技术水平比较落后，尤其在甜菜联合收获机具的研(02)doi:10.14031/ki.njwx.2023.08.0026究和推广方面还有很大的提升空间 1-3 欧美等发达国家在甜菜收获机具方面的研究起步较早，整体技术水平较高，形成了包括联合收获机和分段式收获机组等多个系列产品。目前,欧美地区的联合收获机械以牵引式和自走式为主，机电一体化程度高，普遍采用液压、电子和计算机等高新技术，如电子对行装置和电磁液压控制挖深机构等，配套动力大，操作方便，生产效率高，可一次性完成打缨、切顶、挖掘、清理、输送和装运等作业，适合大面积的农场使用 4-8 。日本、韩国等地区联合收获机一般与中小型拖拉机配套使用，多采用铧式挖掘铲和转轮式清选装置，结构紧凑，适用于甜菜的小地块单行收获 9-1 0 实施甜菜生产机械化，对于解放农村劳动力，发展农村经济，特别是对推进农业产业结构调整，促进优质高效创汇农业的发展有着十分重要的意义。中国对甜菜机械的研制起步较晚，机械化生产水平还很低-1 3 。现有的甜菜生产机械规格少,性能不稳定，技术储备和研制开发力度不够。收获机械以小型机为主，大中型农机具跟不上发展，联合收获装备还处于试制阶段。引进国外的甜菜收获机械,超出了中国农民的购买能力，只在少数国营农场或糖厂使用。由于种植模式、配套动力差异和科研投人匮乏，甜菜收获作业仍以人工收获和分段式收获方式为主，存在着用工多、劳动强度大、作业效率低和收获质量差等问题，严重影响和制约了我国甜菜产业的快速发展，因此，研制具有多项联合作业功能的新型甜菜联合收获作业机成为当务之急。4TWZ-2型甜菜挖掘装运收获机的研究在借鉴国外先进机型的基础上，结合国内甜菜的种植模式和农艺特点，研制性能稳定、价格合理的甜菜收获机，一次性完成甜菜的清缨、挖掘、分离、清杂、升运、装箱和装车等功能，对满足农户种植要求，提高甜菜种植效益和提升联合收获机械化水平具有重要意义。1整机结构及参数4TWZ-2型甜菜挖掘装运收获机主要应用于我国北方旱田甜菜作物产区的甜菜收获作业，其作业工艺较为先进，将传统的甜菜收获方式由“三段式”转变为“两段式”,既提高了工作效率，又保证了农机使用与维修收获的质量。该机作业前甜菜块根应为已经经过打缨削顶处理的地块，一次进地即可完成垄面清缨、块根挖掘、清除附土、夹运装箱和集运装车等项目作业。该机采用与7 3.5kW以上的轮式拖拉机挂接使用，作业挖掘深度及运输状态的调整由升降油缸控制,左右对挖掘由横向摆动油缸控制。整机主要由主机架、升降牵引臂、清缨装置、挖掘部件、多级清杂升运链、地轮、圆笼型升运器、装运料斗和液压控制系统组成（图1)。1213141/1.升降牵引臂；2.前清缨器；3.切土缺口盘；4.挖掘铲；5.上浮夹持链；6.后清缨器；7.传统机构；8.块根料斗箱；9.地轮；1 0.圆笼型升运器；1 1.上输送链；1 2.料斗臂及油缸；1 3.横向摆动油缸；14.作业升降油缸图1 4 TWZ-3型甜菜挖掘装运收获机侧视图整机性能特点是集约化程度高，作业功能多，且收获质量好，达到了一机多能的联合作业效果。整机结构设计新颖，部件搭配合理，有效利用了空间，减轻整机尺寸和重量，降低了购置和使用成本。整机的功能操作全部采用液压控制，做到了实时实效，可在作业的同时精确操作，大大提高了工作效率。该机主要技术参数如下：整机质量2 1 6 0 kg；外形尺寸（长宽高）495 cm 291 cm 315 cm；配套动力 6 6.2 117.6kW；挂接型式：牵引式；作业数：2；作业垄宽：55 7 0 cm；料斗容积：4.2 m；作业速度：1.53.0km/h;生产率:0.1 8 0.3 6 hm/h;油耗:2 533kg/hm；轮胎规格：9.0 0-2 0 工程胎；挖掘铲数2023年第8 期11102/3/4/56/782023 年第8 期量：左右各1 对；切土圆盘（缺口圆盘）规格尺寸：407mm；土壤清理方式：链条滚送及斜胶辊剔除式；装车方式：液压倾倒式；茎叶处理方式：双重清除及强制滚轴式；操作控制方式：液压控制器集中控制。2主要工作部件设计2.1机架机架主要起到的作用是承载机械负荷，搭载有效工作部件，构造机具整体框架。因此，要求其结构设计合理的同时还要有足够的刚性和强度。该机机架部分主要由支脚装配、牵引梁四杆机构、扭臂梁焊合、机架焊合和圆型升运器内扶板焊合等部分组成(图2)。121.支脚装配；2.牵引梁四杆机构；3.扭臂梁焊合；4.机架焊合；5.圆型升运器内扶板焊合图2 机架结构侧视图农机使用与维修动力输人花键轴Z=16;P=19.05-4Z=28;P=15.875-Z=16;P=19.05Z=15;P=15.875Z-15后打秧器Z=16;P=15.875上浮链驱动轴儿平输送链驱动轴Z-17;P=15.875 Z=13;P=15.8751z=25:P=15.875Z=25Z=25Z=16;P=15L67Z=15;P=15.875Z=36;P=15.875+125B型带Z=59;P=151875高升运链驱动轴125B型带1Z=15;P=15.875斜橡胶棍8.83L47-Z=18;P=19.05前打秧箱Z=15;P=15.875Z=18;P=19.05Z=16;P=15.875挖掘链驱动轴Z=22;P=15.875Z=15;P=19.052-15Z=15Z=13;P=15.875Z=13;P=15.875圆形升运操驱动胶齿轮图3 传动过程示意图到垄的两侧，后清缨器是通过前后同时外旋的橡胶棒将待挖掘垄的秧茎打理干净，为挖掘做好准备。5前、后清清缨器均由传动箱体、打秧箱体和打秧胶棒等组成。前、后清缨器结构见图4。1Z=24;P=19.05Z=40;P=15.87512.2传动部分2传动部分主要是将拖拉机后动力输出轴的扭矩传递给各功能部件，承担传递扭距，转移动力。33后动力输出轴转速选择54 0 r/min。该部分主要由动力输人花键轴、链轮、传动轴、齿轮箱和皮带轮、皮带、轴承座等部件组成。传动示意图见图3。2.3前后清缨器总成在挖掘前,应对垄面残留的甜菜缨茎进行有效的清理,以防止拖堆堵塞,降低块根粘土清净效果，避免增加不必要的动力损耗。该机清缨器分为前清缨器和后清缨器两部分，前清缨器通过同侧且外旋的橡胶棒可将挖掘垄上的残留茎及杂草甩打a前清缨器1.传动箱体；2.打秧箱体；3.打秧胶棒图4 清缨器结构图2.4挖掘总成挖掘部件主要功能是在不伤块根、少动土的情况下将甜菜从土壤中挖掘出来，并顺利送入输送分b后清缨器料斗倾卸油缸8离装置。该挖掘部件主要由切土缺口盘和挖掘铲焊合组成（图5）。a切土缺口盘图5挖掘部件结构示意图切土缺口圆盘用来切断分离挖掘断面土层和相连根须杂草等，以降低挖掘阻力并减少土壤喂入量,提高挖掘效率、降低挖掘阻力和功率消耗。挖掘铲将挖掘面内甜菜块根挤压、挖掘、提升至挖掘链与上浮链夹运之间，做到不漏挖。块根损伤率和折断率是检验该部件设计是否合理的关键考核指标。2.5输送分离装置输送分离装置主要由挖掘链、牵上浮链、平输送链和斜胶棍等部分组成（图6）。在甜菜块根被挖掘出土后，会在挖掘链与上浮链的夹持下上移，通过链间的摩擦和拖动，清除附着的土壤。在到达平输送链时，由斜胶辊剔除未清净的杂草、秧茎等，达到输送分离作用。农机使用与维修机具及收获茎块的重量。在保证收获机准确对准收获垄，并始终保持拖拉机与收获机轮胎行走在沟内时，当拖拉机牵引中心纵断面与收获机中心纵断面重合时，则以次断面为中心左右对称,两地轮的间距在1.6 2.5m可调，当需要调整两纵断面不共面时，则适时调整地轮轮距。2.7集运装卸机构集运装卸机构主要由圆笼形升运器，上升运链,料斗箱以及液压机构组成。该部分功能主要是b挖掘铲焊合将经过挖掘清杂后的甜菜块根进行集中装箱运输，并在料斗内甜菜容量达到2/3 满时进行由液压油缸侧翻料斗进行装车作业。一般情况下料斗不易过满，以防止遗落甜菜，还可提高翻运装车时的安全性。2.8液压系统液压系统的作用就是将拖拉机液压泵中输出的液压动力转化为收获机所需要的机械力，由此进行入土深度、左右对垄的调整，以及物料倾卸等项目作业。该机液压系统主要由手动分配器、上下提升油缸、左右摆动油缸、料斗倾卸油缸以及液压管路、接头和密封件组成（图7）。快换阳接头快换阳接头液压多路阀232023年第8 期4料斗倾卸油缸节流阀左右摆动油缸节流阀上下摆动油缸1.挖掘链；2.牵上浮链；3.平输送链；4.斜胶辊图6 输送分离装置示意图2.6地轮该机为牵引式挂接，传动机构动力全部来自拖拉机动力输出轴，因此，地轮的作用只是为了承载图7 液压系统示意图快换阳接头要依据拖拉机液压后输出接头的形式选配。液压多路阀为3 路阀,其中封闭一路出油口，该出油口是专门给单作用油缸一料斗倾卸油2023 年第8 期缸供回油使用的；另外两路分别连接其他两个油缸。左右摆动油缸调整拖拉机与收获机的横向位置,是为准确对设置的；上下摆动油缸调整挖掘深度和挖掘铲入土角度，油缸伸长，即增加入土深度和人土角度，反之则减少。3性能测试及结果3.1测试基本条件委托检验测试单位黑龙江省农垦农业机械试验鉴定站，测试地点为黑龙江省农业科学院试验田。试验地块较为平坦，土质为黑壤土，土壤坚实度0.6 1 MPa，绝对含水率2 2.2%，地表无杂草残茬覆盖。作物品种为德国爱丽丝，单块根平均重量0.6kg,甜菜密度5个。测试时环境温度9 1 2，环境湿度4 0%4 2%。测试配套动力为迪尔9 0 4 轮式拖拉机，动力66.15kW，机手操作熟练，拖拉机状态良好，机龄2年,收获作业速度2.0 3.0 km/h。性能测试分为4个测试区间,每个区段长度设定为50 m。性能测试依据农林机械安全第1 7 部分甜菜收获机（G B1 0 3 9 5.1 7 2 0 1 0）和甜菜收获机试验方法（JB/T 6 2 7 6 2 0 0 7）等国家及行业标准的要求执行，对该收获机各项技术指标进行性能测试。3.2测试结果根据第三方专业监测机构出具的甜菜块根联合收获田间性能监测报告数据分析,4 TWZ-2型甜菜挖掘装运收获机主要性能指标情况见表1。表1 4 TWZ-2型甜菜挖掘装运收获机监测结果检测项目监测结果作业速度/(km h-)2.50挖掘深度/mm80 180单行幅宽/mm550700含杂率/%1.20根体折断率/%5.40块根损伤率/%4.60块根损失率/%4.80作业效率/(hmh-)0.25综合性能检验报告表明：4 TWZ-2型甜菜块根农机使用与维修挖掘装运联合收获机各项性能指标均满足国家和行业相关标准，能够达到甜菜收获机整机性能和作业质量的要求。但该机仍有不足，通过试验发现存在以下问题：1)整机缺少块根横向位置自动对行监测和调整功能,造成一定程度的块根损伤；2)使用固定铲式入土挖掘部件，挖掘阻力相对较大，影响到的作业速度和效率,断根率较高。4结论4TWZ-2型甜菜挖掘装运收获机可完成垄作或平作条件下的甜菜块根挖掘清杂装运等项联合收获作业。收获质量完全满足甜菜收获机作业质量（NY/T14122007)行业标准，符合甜菜挖掘装运收获农艺要求，为我国分段式甜菜收获作业提供了良好的装备保障。参考文献：1 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