齊 偉，王玲玲，郭 健

（1.石河子貴航農(nóng)機(jī)裝備有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

4FZ-2自走式番茄收獲機(jī)風(fēng)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

齊 偉1，王玲玲1，郭 健2

（1.石河子貴航農(nóng)機(jī)裝備有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000；2.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

為了提高番茄收獲機(jī)的使用性能，對4FZ-2番茄收獲機(jī)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而有效提升番茄收獲機(jī)的作業(yè)效率和番茄收獲質(zhì)量。

番茄收獲機(jī)；風(fēng)機(jī)；改進(jìn)；設(shè)計(jì)

目前，國內(nèi)番茄以人工采收為主，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、采收成本高，并且因收獲時(shí)間集中和采收不及時(shí)，造成了大量的浪費(fèi)，已成為制約番茄產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展的瓶頸問題[1]。國外對番茄收獲機(jī)的研究始于20世紀(jì)初，研發(fā)單位以FMC、CTM、Pomac、Pik Rite公司為代表，這些公司起步早且技術(shù)成熟，但進(jìn)口的收獲機(jī)價(jià)格昂貴，服務(wù)周期長，僅依靠進(jìn)口難以滿足國內(nèi)番茄收獲的現(xiàn)狀[2]。石河子貴航農(nóng)機(jī)裝備有限責(zé)任公司研制出已達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平的自走式番茄收獲機(jī)，該番茄收獲機(jī)采用電液控制系統(tǒng)，自動化程度高，操作簡便，性能穩(wěn)定。但由于新疆地理?xiàng)l件的特殊性，下地試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)使用壽命較短，嚴(yán)重影響了番茄收獲機(jī)的作業(yè)效率，為了有效解決這一問題，本文提出了一種風(fēng)機(jī)改進(jìn)方案。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作過程

1.1 總體結(jié)構(gòu)

本番茄收獲機(jī)可一次完成番茄秧的切割、果秧分離、成熟度選擇和輸送等工作[1]，該機(jī)主要由采摘頭、輸送裝置、振動分離裝置、色選裝置、風(fēng)機(jī)、驅(qū)動和控制系統(tǒng)等組成（圖1）。

1.2 工作過程

采摘頭前部的割刀將番茄秧切斷，再通過采摘頭中部揀拾裝置將番茄秧及果實(shí)拾起，通過一級輸送裝置將其送往二級輸送裝置；再通過二級輸送裝置將秧及果實(shí)送入果秧振動分離裝置進(jìn)行果秧分離作業(yè)；分離后的果實(shí)落入內(nèi)部傳輸裝置；落入內(nèi)部傳輸裝置的番茄果實(shí)再經(jīng)橫向傳輸裝置及果實(shí)提升傳輸裝置送入色選裝置進(jìn)行分選，不符合要求的果實(shí)、土塊、雜物等被色選裝置的彈齒彈落;符合要求的果實(shí)被送入人工撿拾傳送帶，進(jìn)一步清理雜物，經(jīng)人工檢查后的果實(shí)再通過伸縮臂裝車[1]。

圖1 自走式番茄收獲機(jī)結(jié)構(gòu)

2 風(fēng)機(jī)在番茄收獲機(jī)工作過程中的作用

番茄收獲機(jī)在振動分離裝置完成番茄果和果秧的分離后，番茄果實(shí)落入下一級輸送裝置，番茄秧則被振動分離裝置輸送至收獲機(jī)后部，然后通過風(fēng)機(jī)將番茄秧苗吹出，完成果秧分離。

3 風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

番茄收獲機(jī)風(fēng)機(jī)用于吹出秧苗，其工作效率直接影響整機(jī)的作業(yè)效率，相對于普通除塵風(fēng)機(jī)而言，對本機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、穩(wěn)定性有更高的要求。如圖2，4FZ-2番茄收獲機(jī)風(fēng)機(jī)主要由機(jī)殼和葉輪、主軸及傳動系統(tǒng)（帶軸承座調(diào)心軸承和液壓馬達(dá)）組成，帶軸承座調(diào)心軸承固定在機(jī)殼兩側(cè)，支撐主軸及葉輪。本結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）風(fēng)機(jī)采用機(jī)翼型葉片，機(jī)翼型葉片由于良好的空氣動力學(xué)性能，其效率高，最高機(jī)械效率可達(dá)90%以上，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音也較小[3]，大大提高了本機(jī)的工作效率，葉片材料采用HARDOX400,此材料兼具高硬度、高強(qiáng)度特性，大大提高了葉片的使用壽命；（2）風(fēng)機(jī)采用帶軸承座調(diào)心軸承支撐，保證了主軸兩端同軸度。

番茄收獲機(jī)風(fēng)機(jī)工作原理：由液壓馬達(dá)帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪中的葉片迫使氣體旋轉(zhuǎn)，對氣體做功，使其能量增加，氣體在離心力的作用下，向葉輪四周甩出，通過蝸型機(jī)殼將速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，當(dāng)葉輪內(nèi)的氣體排出后，葉輪內(nèi)的壓力低于進(jìn)風(fēng)管內(nèi)壓力，新的氣體在壓力差的作用下吸入葉輪，氣體就連續(xù)不斷的從機(jī)殼內(nèi)排出，產(chǎn)生風(fēng)力，吹出秧苗。

圖2 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意

4 在工作過程中存在的問題及原因分析

番茄收獲機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，風(fēng)機(jī)出現(xiàn)主軸彎曲變形，斷裂現(xiàn)象，極大影響了番茄收獲機(jī)的可靠性和工作效率。經(jīng)分析，造成風(fēng)機(jī)故障的原因如下：

（1）風(fēng)機(jī)葉輪與主軸采用的是單點(diǎn)支撐連接，單點(diǎn)連接使主軸在支撐點(diǎn)處承受的力過大，超過了主軸的抗彎強(qiáng)度，造成主軸發(fā)生彎曲變形；（2）由于機(jī)器在田間作業(yè)時(shí)，灰塵較大，風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣方式是雙側(cè)進(jìn)風(fēng)，雖然兩側(cè)有防塵網(wǎng)罩，但還是有較小灰塵穿過網(wǎng)孔進(jìn)入風(fēng)機(jī)內(nèi)部，灰塵會粘在非工作面上，在運(yùn)行過程中灰塵不均勻落下，葉輪的平衡度遭到破壞，使風(fēng)機(jī)葉輪失去平衡，葉輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生振動，使主軸發(fā)生彎曲。

5 風(fēng)機(jī)改進(jìn)方案

針對上述發(fā)生的情況，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)：（1）風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)的改進(jìn)；（2）輔助清洗裝置的設(shè)計(jì)。

5.1 風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

葉輪是離心風(fēng)機(jī)最為重要的部分，它的結(jié)構(gòu)是決定風(fēng)機(jī)性能的重要因素[4]。改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)，在葉輪上焊接兩個(gè)軸盤，與主軸形成兩個(gè)連接點(diǎn)，這樣葉輪與主軸連接為兩點(diǎn)連接，避免了單點(diǎn)連接應(yīng)力集中，提高了軸的疲勞強(qiáng)度，兩個(gè)支撐點(diǎn)葉輪運(yùn)行更平穩(wěn)，不容易產(chǎn)生振動。改進(jìn)后風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 風(fēng)機(jī)葉輪改進(jìn)后風(fēng)機(jī)示意

5.2 輔助清洗裝置的設(shè)計(jì)

機(jī)翼型葉片非工作面很容易粘土，部分灰塵與少量番茄汁混合后形成粘稠物，一旦粘稠物吸入到風(fēng)機(jī)葉片后很難下落，必須進(jìn)行定期清理。原來每次清理要人工將風(fēng)機(jī)整機(jī)拆下來，拆卸出葉輪進(jìn)行清理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。輔助清洗裝置的設(shè)計(jì)解決了這個(gè)難題，在機(jī)殼底部開一個(gè)排水槽，粘上污垢后可以用水管對葉輪進(jìn)行沖洗，清洗后的水垢能及時(shí)排出。輔助清洗裝置采用螺紋連接，將螺紋管焊接到外殼底部，做內(nèi)螺紋堵頭，清洗后用堵頭將排水槽封死，具體結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 輔助清洗裝置結(jié)構(gòu)

6 結(jié)論

試驗(yàn)證明，改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)使用壽命得到大幅延長，原來一臺風(fēng)機(jī)平均壽命為兩個(gè)采季，改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)平均壽命可達(dá)四個(gè)采季，風(fēng)機(jī)使用壽命提高了一倍，從而有效提高了番茄收獲機(jī)的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量。

[1]高治國，齊偉，郭健.4FZ-2型自走式番茄收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)化研究，2013（6）：110.

[2]李成松，坎雜等.4FZ-30型自走式番茄收獲機(jī)的研制[J].新疆農(nóng)機(jī)化，2012（3）：60.

[3]黃進(jìn).離心風(fēng)機(jī)的正確選型[J].水泥，1991（2）：28.

[4]李燕平.離心風(fēng)機(jī)葉輪的有限元分析及優(yōu)化[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012，7.

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.03.006

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1007-7782（2015）03-0014-03

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