气吸式红枣收获机的设计含CAD图纸

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 第4 卷第3 期农业工程Vol 4No 32014 年 5 月Agricultural EngineeringMay 2014收稿日期:2014-03-27修回日期:2014-04-24作者简介:史高昆，硕士生，研究方向:农业机械化。E-mail:1014951940 马少辉，通信作者，副教授，硕士生导师，研究方向:农业机械化工程。E-mail:ngynj 气吸式红枣捡拾机设计与试验史高昆，马少辉(塔里木大学机械电气化工程学院，阿拉尔 843300)摘要:新疆南部地区红枣种植模式以矮化密植为主，红枣收获仍采用人工捡拾，效率较低。基于伯努利原理，设计研制了一种气吸式红枣捡拾机械。以南疆枣园为试验点，对样机的性能和捡拾效率进行了试验。结果表明，吸管口的最佳风速为 23 ms;平均捡拾效率 182.8 kgh，是人工捡拾的 5.2 倍。关键词:红枣;捡拾机;气吸式;设计;试验中图分类号:S225.93文献标识码:A文章编号:2095-1795(2014)03-0109-04Design and Experiment of Air-suction ed Dates Picking MachineryShi Gaokun，Ma Shaohui(Academy of Mechanical Electrification Engineering，Tarim University，Alar 843300，China)Abstract:Planting red dates regards the dwarf culture as main planting patterns in south region of XinjiangLow efficiencymanual picking is still used in the process of harvesting red dates A air-suction red dates harvesting machinery was designedbased on the Bernoulli principle Functions and picking efficiency of prototype were tested with the jujube orchards in the southregion of Xinjiang as the test points Experimental results showed that the best wind velocity of straw mouth was 23 ms，averagepicking efficiency was 182.8 kgh，production efficiency with that machinery was 5.2 times than that with manual pickingKey words:ed dates，Picking machinery，Air-suction，Design，Experiment0引言矮化密植是现代园艺栽培的方向，其主要利用人工和化学控制的方法使树体矮化，以大幅度提高单产。其优点是提早结果、早期丰产、节约土地、降低投资、树体矮小、管理方便、收回成本早和品种更新快，被广泛应用推广1。新疆南部(以下简称“南疆”)地区是我国重要的特色优势瓜果生产基地。2011 年，全区红枣面积已达 30 万 hm2，位居全国第2 位，占全国红枣总面积的 142。矮化密植模式不利于机械作业的发展，尤其在红枣收获环节机械难在枣树行间作业3。目前我国在红枣收获机械的研制方面取得一定进展，但是针对矮化密植枣园的收获机械研究较少。新疆农垦科学院研制的 4YS-24 型红枣收获机，通过机械手臂钳住红枣树干并进行低频振动，红枣落入地面的伞形装置内，采净率达 91.5%，效率是人工的 10 倍，但不适用于矮化密植模式4。针对南疆红枣种植模式，石河子大学机械电气工程学院研制的 4ZZ-4 型自走式红枣收获机，具有对枣树损伤小、可连续作业和采净率高等优点，缺点是无法收获落地红枣5。针对以上情况，设计了一种可用于矮化密植枣园收获的红枣捡拾机。该机械具有结构简单、体积小、可靠性高、成本低和效率高等优点，并能一次性完成红枣的捡拾收集和除杂分选。1设计思路设计一种 3 通管道，利用风机吹出的正压经过 3通管道转变风向形成负压，使管道口产生足够的吸力，从而达到捡拾红枣的目的6。当红枣被吸起经过 3 通管道时，管道截面积逐渐变大，气流速度降低，质量大的红枣落入下方的收集框，质量小的杂质被吸送到集杂袋。根据伯努利原理风压与风速的关系，可计算出具体的风速大小。P+v22+gh=C(1)式中P 管道内风流体的压强 风流体的密度v 管道内风流体的线性速度g 重力加速度h 铅垂高度C 常量比值农业工程设计制造及理论研究由公式(1)可知，在单位体积风流体的各参数在沿流线运动过程中，总和保持常量不变。在 h 值保持一致的情况下，风压与风速成反比，风速越大时，风压越小，3 通管道吸口处产生的负压越大，对枣的吸力越强。因此，合理选用风机和设计管道结构，是实现气吸式红枣捡拾的关键。2整机设计2.1结构及工作原理该机主要由吸管、风机、3 通管道、分选管道、收集框、机架和集杂袋等部件组成(图 1)。工作时，风机 1 转动产生足够的风速，使吸管 2 产生足够负压，捡拾枣与杂物，当红枣与杂物经吸管 2 进入 3 通管道 3 时，因气流方向改变，3 通管道出口处为正压值，红枣和杂物被气流吹送到分选管道 5 后，因气流管道变大，流速减慢，质量大的红枣落入收集框 6中，枣叶等杂物因质量较小被吹入集尘袋 7 中，完成红枣捡拾和杂物分离过程。1.风机2.吸管3.3 通管道4.机架5.分选管道6.收集框7.集杂袋图 1气吸式红枣捡拾机整体结构Fig.1Whole structure of air-suction red dates picking ma-chinery2.1.1 3 通管道的设计与原理3 通管道是将风机产生的正风压在吸管内转变成负风压的部件，由直径 12 cm 和 8 cm 的 PVC 管拼接而成，2 根管夹角 10。直径 8 cm 的管与吸管连接，直径 12 cm 的管一端为风机进风口，另一端为出风口。图 2a 中，4 处为风机出口的风速，气流从 1 至 4的过程中管道截面积逐渐变小，气流速度增大，在 2处气流速度最大。此时，气流会从吸管 2 进入，在吸管 2 内产生负压与风机产生的气流一同从管道 3 排出。3 通管道内风速及在截面发生变化后，在管道 2内产生的负压吸附力是关键数据。红枣能被吸起的临界条件即红枣悬浮速度，悬浮速度是负压吸附力对红枣产生的作用力等于红枣重力。该处应满足的条件为质量最大的红枣在最小投影面积时依然能被吸起。根据悬浮速度公式可列平衡方程:图 23 通管道设计原理Fig.2Design principle of 3 way pipemmaxg 0.5CdSjV2t=0(2)式中mmax 南疆地区单个红枣的最大质量g 重力加速度 空气密度，取 1.205 kgm3Cd 阻力系数Sj 红枣在运动方向上的投影面积Vt 悬浮速度根据南疆地区红枣标准，mmax取值 0.036 1 kg，阻力系数 Cd取值 0.6，红枣在运动方向上的投影面积 Sj取值 0.003 m2，可得 Vt=18.2 ms。同时为保证可靠输送的气流速度，将悬浮速度乘以一个气流速度系数 K，为了保证红枣能可靠地进行气吸收获，K的取值设为 1.27。v=Kvt(3)式中v 安全风速K 安全系数vt 悬浮速度由公式(3)计算可得安全风速v=21.8ms。该速度是红枣能被顺利吸起的可靠气流速度，也是选择风机的依据。2.1.2分选管道的设计分选管道由截面积逐渐变大的箱体和筛网组成，作用是将红枣与杂质分离。杂质主要是枣树叶及枣吊和土粒构成。红枣与杂质一起进入分选管道中，随着管道截面积的增大，风速降低，质量较大的红枣沉降落入收集框中，质量较小的枣树叶、枣吊、土粒，穿过筛网而被排出分选管道。少数质量较小、没有沉降的红枣被筛网拦下，落入收集框。2.1.3风机的选取风机的选取需满足风压要求，即系统整体的风压011史高昆等:气吸式红枣捡拾机设计与试验损失。风压损失主要为动压损失、摩擦压力损失和吸口局部压力损失7。P=0.5v2+4sv22L+(+)v232(4)式中s 管道的水力半径，直径为 D 的圆形管道 s=D4 摩擦系数，橡胶 =0.028 5D0.285V0.01，D=圆形管道直径v3 橡胶管内气流速度 尘气速度比，通常 =0.5 0.8，取=0 6n 吸口局部压损系数，取 n=5 混合比，对于收获机=0.01 0.03，取=0.02代入数据计算风压为 1 861.7 Pa，据此选用 F-4S2200 型离心风机。风机的动力选用汽油机，便于田间移动作业。2.2气吸管道结构仿真与优化气吸管道的关键部件是 3 通管道，其设计关系到捡拾效率、拾净率和燃油消耗。同时，合理的设计能避免管道内产生涡流，减少红枣之间或与管道碰撞造成的破损 8。对3 通管道仿真能直观了解内部气流运动情况。为了便于仿真，将风机出口简化成直径 6 cm的管道，吸管简化成直径 8 cm 的管道。3 通管道 Flu-ent 仿真简图见图3，压强云图和速度矢量图见图4。a.风机出口b.连接吸管c.连接分选箱图 33 通管道 Fluent 仿真简图Fig.3Diagram of Fluent simulation for 3 way pipe通过压强云图发现在过渡处出现了压强集中区域，在速度矢量图中的过渡处也出现了紊流区域。该处不仅降低机械效率，而且会导致红枣之间发生碰撞损伤红枣。将此过渡区设计成渐变过渡，使气流运动情况逐渐改变，通过合理的结构设计避免了紊流的出现。图 43 通管道的压强云图和速度矢量图Fig.4Diagram of pressure contour and velocity vector for 3way pipe3田间试验根据气吸式红枣捡拾机的各设计参数，研制了 1台样机(图 5)。样机采用汽油机驱动离心式风机。图 5气吸式红枣捡拾机械试验样机Fig.5Experimental prototype of air-suction red datespicking machinery3.1试验材料与设备试验材料选用南疆地区种植的一级骏枣;试验设备采用自行设计研制的气吸式红枣捡拾机械，电子称1 台，红枣收集框若干。3.2试验内容试验地选取新疆生产建设兵团农 1 师 10 团 7 连红枣园。该枣园是 10 团精品示范园，采用矮化密植栽培模式，行距 1.5 m。(1)试验前，人工将红枣与杂质在枣园中的地面上呈自然分布，使枣园中的红枣与收获时模式一致。试验时，单人操作红枣捡拾样机，控制吸管移动捡拾红枣，同时移动整个机械前进。(2)试验分 6 组进行，每组重复 3 次，取平均值。1 3 组进行气吸式红枣捡拾机械的性能测试，测得机械最优的风速参数下最好的收获效果。4 6 组用来统计捡拾机械的生产效率。每组试验收获 100 kg 红111农业工程设计制造及理论研究枣，同时统计机械的使用效果与收获效率。(3)衡量红枣捡拾机收获性能的指标有拾净率、损失率和含杂率。拾净率是红枣捡拾机械能捡拾的红枣与未捡拾红枣的比值;损失率指红枣被捡拾起，但在分选管道中未能落入收集框而随着杂质一同被排出的红枣质量与所有捡拾的红枣质量的比值;含杂率指进入收集框的杂物质量与红枣质量的比值。4试验结果与分析4.1性能指标试验时，通过改变汽油机油门大小实现控制风机转速，从而调整吸管口的吸附风力大小;通过风速计测得吸管吸附风力最小值为 17 ms，最大值为27 ms，以 2 ms 为步进量，称质量计算出每组的拾净率、损失率及含杂率 3 个性能指标的数据，如表 1 所示。表 1气吸式红枣捡拾机性能测试结果Tab.1Performance test results of air-suction red dates pickingmachinery风速ms1171921232527拾净率%77.0086.5093.5198.6399.1099.65损失率%0.200.340.420.531.872.52含杂率%2.232.101.450.870.590.46由表 1 可知，风速越大，拾净率越高、损失率增加、含杂率降低。通过正交试验分析，吸管口的吸附风速为 23 ms 时，各项指标较优。4.2捡拾效率根据气吸式红枣捡拾机的性能测试结果，选择吸管口吸附风速为 23 ms 作为气吸式红枣捡拾的风速指标，进行 5 组收获生产效率试验，试验结果如表 2所示。由表 2 可知，气吸式红枣捡拾机的平均捡拾效率是 182.8 kgh，而南疆地区农 1 师团场枣园人工捡拾生产率只有 35 kgh。与人工捡拾相比，气吸式红枣捡拾机械的生产效率是人工捡拾的 5.2 倍。表 2气吸式红枣捡拾机捡拾效率Tab.2Picking efficiency of air-suction red dates picking machin-ery序号纯捡拾红枣生产率kgh1包含辅助操作实际生产率kgh1辅助操作减少的生产率与纯加工生产率的比值%第 1 组187.0169.09.63第 2 组194.0173.010.83第 3 组173.0158.08.67第 4 组179.0161.010.06第 5 组181.0170.07.73平均182.8166.29.385结束语针对南疆地区红枣人工捡拾收获的现状，根据伯努利原理，设计研制了气吸式红枣捡拾机械，通过收获试验，验证了气吸式捡拾红枣的可行性。通过试验测试，气吸式红枣捡拾机吸管口的最优吸附风速为23 ms。实地红枣捡拾试验表明，气吸式红枣捡拾机的生产率为 182.8 kgh，是人工捡拾的 5.2 倍。参考文献 1杨红英，坎杂，王丽红，等矮化密植红枣采收装置的设计J 农机化研究，2012，34(6):77-80Yang Hongying，Kan Za，Wang Lihong，et alDesigning equip-ment of dwarf and close planting jujube harvestJ Journal of Agri-cultural Mechanization esearch，2012，34(6):77-80 2史彦江，宋锋惠 红枣在新疆的发展前景及对策J新疆农业科学，2005，42(6):418-422Shi Yanjiang，Song FenghuiDevelopment prospect and counterp-lan of ziziphus jujube in XinjiangJXinjiang Agricultural Sci-ences，2005，42(6):418-422 3付威，何荣，曲金丽，等 自走式矮化密植红枣收获机的设计J 农机化研究，2014(4):106-109Fu Wei，He ong，Qu Jinli，et al Design of self-propelled dwarfand close planting jujube harvesterJJournal of AgriculturalMechanization esearch，2014(4):106-109 4孟祥金，汤智辉，沈从举，等 4YS-24 型红枣收获机J新疆农机化，2013(1):13-14 5付威，杨红英，王丽红，等 4ZZ-4 型自走式红枣收获机J湖南农机，2012，39(5):68-69Fu Wei，Yang Hongying，Wang Lihong，et al 4ZZ-4 type self-propelled dates harvester JHunan Agricultural Machinery，2012，39(5):68-69 6庞昌乐，鄂卓茂，苏聪英，等 气吸式双层滚筒水稻播种器设计与试验研究J 农业工程学报，2000，16(5):52-55Pang Changle，E Zhuomao，Su Congying，et alDesign and ex-perimental study on air-suction two-layer cylinder rice seederJTransactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2000，16(5):52-55 7孙勇 真空吸尘车气路系统优化设计与仿真分析D沈阳:东北大学，2008Sun Yong Design optimization and simulation analysis on pneumaticsystem on vacuum sweeperD Shenyang:Northeastern Universi-ty，2008 8左彦军，马旭，玉大略，等 水稻芽种窝眼窄缝式气吸滚筒排种器流场模拟与试验J 农业机械学报，2011，42(2):58-62Zuo Yanjun，Ma Xu，Yu Dalue，et al Flow field numerical simu-lation of suction cylinder-seeder for rice bud seed with socket-slotJ Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machiner-y，2011，42(2):58-62211