王小娟

(長(zhǎng)治市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所,山西長(zhǎng)治 046000)

1 挖掘部件

挖掘鏟是挖掘部件中的重要組成部分，挖掘鏟的任務(wù)是以帶最少的泥土量挖掘薯塊，使土壤松碎，把掘起物送到分離裝置上，要求在克服阻力時(shí)消耗的能量最少，要在不同的土壤條件和濕度下完成任務(wù)。所以挖掘鏟的幾何尺寸和安裝尺寸是關(guān)系到挖掘機(jī)能否正常工作的重要因素。

1.1 挖掘鏟的幾何尺寸

挖掘鏟的幾何尺寸是由鏟面傾角α、鏟的長(zhǎng)度和寬度組成。挖掘鏟的長(zhǎng)度L與鏟面傾角α的大小有關(guān)。一般挖掘機(jī)上選用α＝20°，根據(jù)對(duì)平鏟的試驗(yàn)研究，當(dāng)α角為16°～20° 時(shí)，挖掘鏟的最佳長(zhǎng)度L為350～400mm。如（圖1）

圖1 挖掘鏟受力圖

1.2 挖掘鏟的安裝尺寸

挖掘鏟的安裝尺寸主要與鏟面傾角α和挖掘鏟后端的離地高度h有關(guān)。當(dāng)L值一定時(shí)，α值越大，則h值越大，對(duì)清選篩的安裝更有利。但是隨著α值的增大，挖掘鏟的阻力也隨之增加，挖掘鏟的入土行程卻在縮短。最短的入土行程是保證挖掘機(jī)挖凈率的重要措施。在地頭，機(jī)組的入土行程短，可減少薯塊的破損率，提高薯塊的挖凈率，適當(dāng)?shù)靥岣擀林?，不但?duì)挖掘鏟的入土行程能有效縮短，而且對(duì)機(jī)組的正常作業(yè)不會(huì)造成太大的影響。我們?cè)谠囼?yàn)中測(cè)得了相關(guān)數(shù)據(jù)。如（表1）

表1 鏟面傾角α與入土行程

從（表1）中我們可以看到增加α值可以縮短機(jī)組的入土行程。但是增加α值也會(huì)增大機(jī)組的阻力，并會(huì)在挖掘鏟面上出現(xiàn)大量的擁土。由圖1可得平衡方程（1-1），移動(dòng)土垡越過挖掘鏟表面所需要的力P可由方程推出：

式中：P—沿著挖掘鏟移動(dòng)掘起物所需的力（N）；R —鏟對(duì)土壤的反作用力（N）；G —鏟面上土壤的重力（N）；T —土壤對(duì)鏟的摩擦力（N）；μ=tgφ—土壤對(duì)鏟的摩擦系數(shù)

式中：F——被鏟起土垡的橫斷面積 γ——土壤容重 ψ——土壤對(duì)鋼的摩擦角

挖掘鏟的工作阻力是由鏟起的土垡沿著挖掘鏟移動(dòng)和挖掘鏟切割土壤而產(chǎn)生的。土垡在挖掘鏟上的移動(dòng)阻力很小，（特別是沙壤土）若不考慮土垡沿著挖掘鏟移動(dòng)速度變化的影響，鏟的總阻力可以用下面的關(guān)系式來表示

從式（1-3）中我們可以看出：F、ψ、γ值是相對(duì)固定的，要想減小鏟面的總阻力，只有將挖掘鏟的長(zhǎng)度縮短，我們?cè)谠黾应林档耐瑫r(shí)，將L值由原來的350mm減小到280mm。L值減少，必須增加α值，以保證h值，便于后端桿條輸送鏈的安裝要求。根據(jù)（表1）所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，α取23°是最理想的數(shù)值，根據(jù)（圖1）中L、α和h的關(guān)系，挖掘鏟的長(zhǎng)度超過350mm～400mm時(shí)，在保持 h值不變即α減少的情況下，也會(huì)引起阻力增加。由此可見，角α值愈大，則挖掘鏟的長(zhǎng)度必須愈短。這樣挖掘鏟的總阻力有所增加，但機(jī)組的入土行程減小了很多，達(dá)到了農(nóng)藝要求。以上α值和L值的改變最好用在沙土地里挖掘馬鈴薯使用，因?yàn)樵谏惩镣寥览锏摩手当仍谡惩镣寥览锏摩手得科椒椒置滓?20～150N，這樣挖掘鏟鏟面的阻力也可以相對(duì)減少很多，有利于機(jī)器的正常工作。

2 篩選部件

馬鈴薯挖掘機(jī)的篩選部分，主要由傳動(dòng)軸，傳動(dòng)箱，抖動(dòng)器，輸送鏈，軸承等部件組成。輸送鏈在輸送薯塊的同時(shí)將挖掘機(jī)挖起的混合物向機(jī)組的后端輸送，是篩選部件中的主要部件。因輸送鏈的寬度對(duì)掘起物的篩選效果影響不大，在這里，我們著重對(duì)輸送鏈的長(zhǎng)度在不同土壤里，對(duì)掘起物的篩選效果作詳細(xì)的試驗(yàn)研究。桿條式升運(yùn)鏈?zhǔn)悄壳笆眍愅诰驒C(jī)上用的最廣的分離部件。它具有較強(qiáng)的分離能力，并能在傾角達(dá)到30°時(shí)仍有良好的輸送能力。下面我們分別在沙壤土中和重粘土中進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，觀察它在整個(gè)挖掘過程中，對(duì)混合物的分離能力和對(duì)薯塊的損傷情況。

2.1 沙壤土地里的試驗(yàn)情況

選擇的試驗(yàn)地塊長(zhǎng)320m，寬150m，馬鈴薯種植行距60cm，株距25cm，薯秧85%已枯死灘在地表，土壤濕度14%，薯塊分布深度20cm，全部處于成熟狀態(tài)。我們選用90型兩行挖掘機(jī)，挖掘?qū)挾葹?0cm，桿式輸送鏈的長(zhǎng)度分別為1.2m和1.6m兩種機(jī)型，其它配置兩機(jī)完全相同，下面是我們對(duì)兩種機(jī)型的測(cè)試結(jié)果（表2）。試驗(yàn)是在同一塊地里，隨機(jī)各選5點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，5點(diǎn)的規(guī)格同為1.2m×1m。測(cè)得其明薯率都能達(dá)到農(nóng)藝要求。從（表2）中我們看到，在沙壤土質(zhì)中，挖掘機(jī)輸送鏈的長(zhǎng)應(yīng)選1.2m為最佳長(zhǎng)度。

從試驗(yàn)中我們觀察到，被挖起的混合物在被輸送到1m左右位置時(shí)，土壤的85%～90%已被篩掉，所剩土壤正好保證薯塊在落地前不會(huì)被桿條碰撞到。所以1.2m長(zhǎng)的桿式輸送鏈，不會(huì)造成薯塊的損傷；而在1.6m長(zhǎng)的輸送鏈上，后端約30～40cm的輸送鏈上土壤已完全漏掉。薯塊完全裸露在桿條上，此時(shí)薯塊不停地和桿條碰撞，造成了薯塊表面的損傷。

表2 兩種機(jī)型的測(cè)試結(jié)果

2.2 重粘土地里的試驗(yàn)情況

我們將前面的兩種機(jī)型放在重粘土地里作對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)地塊長(zhǎng)230m，寬100m，馬鈴薯種植行距60cm，株距26cm，薯秧85%以上已枯死灘在地表，土壤濕度17%，薯塊分布最深度16cm，全部處于成熟狀態(tài)。因?yàn)檫@兩種機(jī)型在粘土地里作業(yè)，對(duì)薯塊的表皮損傷都不明顯，所以我們只對(duì)兩種機(jī)型的明薯率進(jìn)行了測(cè)試。在同一塊地里，我們隨機(jī)各取5點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，5點(diǎn)的規(guī)格同為1.2m×1m。從表2中我們可以看出，當(dāng)挖掘機(jī)在重粘土地里作業(yè)時(shí)，輸送鏈長(zhǎng)取1.2m時(shí)，出現(xiàn)了較嚴(yán)重的埋薯情況，達(dá)不到農(nóng)藝要求，輸送鏈長(zhǎng)取1.6m是理想的長(zhǎng)度。在以上試驗(yàn)中，桿式輸送鏈的速度同為2m/s。

3 結(jié)論

通過上面的試驗(yàn)分析研究，我們對(duì)薯類挖掘機(jī)的主要部件挖掘鏟和篩選鏈進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，確定了最優(yōu)方案，提高了馬鈴薯挖掘機(jī)的挖凈率，降低了傷薯率，明顯提高了機(jī)器生產(chǎn)率。薯類挖掘機(jī)有它的局限性，我們?cè)谠O(shè)計(jì)和生產(chǎn)挖掘機(jī)時(shí)，必須結(jié)合土壤類型，在盡量減小工作阻力的前提下，達(dá)到農(nóng)藝要求，根據(jù)不同的土壤，生產(chǎn)不同的機(jī)型，輸送鏈取1.2m適用于沙壤土地里作業(yè)，用1.6m長(zhǎng)的輸送鏈在輕質(zhì)土壤里挖掘馬鈴薯，如果不按裝抖動(dòng)器，可減少薯塊的損傷率；輸送鏈取1.6m適用于重粘土壤里作業(yè)，兩者不可替換。生產(chǎn)廠家應(yīng)綜合考慮地區(qū)的土壤狀態(tài)，針對(duì)性的生產(chǎn)銷售，以適應(yīng)不同土壤的要求。

［1］(波蘭)卡那頭依斯基.收獲機(jī)械［M］.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1983.

［2］中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社,1990.