烏蘭圖雅，閆建國(guó)，圖 雅，杜文亮

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

0 引言

蝗災(zāi)與旱災(zāi)、水災(zāi)并稱為“3 大自然災(zāi)害”，它們的暴發(fā)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重危害及損失[1-2]。為了維護(hù)草地生態(tài)的良性循環(huán)，提高產(chǎn)草量，減少草地的化學(xué)農(nóng)藥污染，我國(guó)在控制蝗災(zāi)方面做了大量的試驗(yàn)研究和有益的探索，設(shè)法尋找草地滅蝗的新途徑[3-5]。草地蝗蟲吸捕機(jī)是一種采用物理方法防治草原蝗蟲的新型植物保護(hù)機(jī)械，主要適用于草原3～5 齡蝗蟲的吸捕或蟲情預(yù)報(bào)的采樣收集，以及蝗蟲養(yǎng)殖戶對(duì)蝗蟲的捕捉。該機(jī)能在不同品種和不同蟲口密度下控制蝗蟲對(duì)草原的危害，不受草原氣候的影響，不污染環(huán)境，幾乎不摧殘蝗蟲天敵，維護(hù)草原生態(tài)的良性循環(huán)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)蝗蟲的無(wú)毒無(wú)害化捕集治理，是一種較為理想的蝗蟲防治與捕捉機(jī)械[6]。

課題組前期對(duì)蝗蟲吸捕機(jī)的吸嘴、吸頭、收集箱、卸料裝置及動(dòng)力源等進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)卸料裝置的排料性能直接影響吸捕和后續(xù)加工質(zhì)量，同時(shí)也影響卸料裝置的能耗和效率。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的蝗蟲吸捕機(jī)主要存在卸料性能差、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題[6-8]。綜合考慮蝗蟲的性質(zhì)、吸捕機(jī)吸捕特性及螺旋輸送原理，設(shè)計(jì)一種螺旋式自動(dòng)卸料裝置。一方面提高蝗蟲吸捕機(jī)的卸料性能；另一方面提高整機(jī)的自動(dòng)化程度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率。

1 整體結(jié)構(gòu)與問(wèn)題分析

1.1 草地蝗蟲吸捕機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

草地蝗蟲吸捕機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由吸捕裝置、收集裝置、卸料裝置、風(fēng)機(jī)、動(dòng)力部分、傳動(dòng)裝置、液壓裝置、行走裝置和機(jī)架等部件組成。

工作時(shí)，拖拉機(jī)通過(guò)主牽引梁牽引吸捕機(jī)前進(jìn)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的正負(fù)壓氣流使吸頭吸口處產(chǎn)生回旋氣幕?；认x在回旋氣幕和聚蟲擋板的作用下集結(jié)到吸頭處隨負(fù)壓氣流一起被吸入分離室，在導(dǎo)向板的作用下使蝗蟲沉降到卸料口，收集到一定量，人工操作卸料裝置進(jìn)行卸料裝袋。

1.2 存在的主要問(wèn)題

（1）收集箱底部和卸料裝置喂料斗直接連接，收集箱中的蝗蟲全部擠壓在喂料斗內(nèi)，導(dǎo)致喂入量過(guò)大且不可控，蝗蟲之間的擠壓力較大，影響卸料裝置的排料性能。

（2）無(wú)法直接獲取收集箱中蝗蟲的收集量，無(wú)法保證及時(shí)排料。

（3）現(xiàn)有的蝗蟲吸捕機(jī)卸料采用手搖式螺旋輸送裝置，勞動(dòng)強(qiáng)度大、卸料效率低。

2 卸料裝置設(shè)計(jì)

2.1 主要參數(shù)

根據(jù)前期研究可知，當(dāng)收集箱中的蝗蟲質(zhì)量達(dá)到60 kg 時(shí)需要卸料，預(yù)定在1 min 之內(nèi)卸料完成（原卸料裝置用3.3 min），則卸料螺旋輸送裝置的生產(chǎn)率為3.6 t/h[9]。

2.1.1 螺旋葉片外徑D

參照一般螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與理論，并根據(jù)蝗蟲卸料的特殊使用條件，采用式（1）計(jì)算。

中心軸直徑過(guò)大，螺旋槽內(nèi)的空間變小，蝗蟲在狹小的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)堆積量大，其通過(guò)性差，蟲體間的相互擠壓程度高，容易擠碎蝗蟲。中心軸直徑過(guò)小，其強(qiáng)度和剛度不能滿足使用需求。綜合考慮，取中心軸直徑d=60 mm。

2.1.3 螺旋葉片類型及螺距S

常用的螺旋葉片有實(shí)體表面、帶式、月牙式和鋸齒式4 種類型，其中實(shí)體螺旋葉片推送力大，生產(chǎn)率高，因此本設(shè)計(jì)選取實(shí)體螺旋面。

螺距按式（3）計(jì)算。

式中S—螺旋葉片螺距，mm

隨著螺距的增大，蝗蟲的運(yùn)動(dòng)速度增大，可以提高生產(chǎn)率。同時(shí)，螺距較大時(shí)，螺旋槽內(nèi)的空間變大，蝗蟲在松散的狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)，其相互擠壓程度減弱，但此時(shí)輸送裝置所消耗的功耗增大。綜合考慮，螺距取S=200 mm。

2.1.4 螺旋軸轉(zhuǎn)速n

在滿足卸料要求的條件下，螺旋軸轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高，以免物料與機(jī)殼和螺旋葉片撞擊，因此轉(zhuǎn)速不能超過(guò)某一極限轉(zhuǎn)速。

2.1.5其他參數(shù)確定

螺旋葉片與機(jī)殼間的間隙直接影響卸料裝置的輸送性能，間隙過(guò)大，機(jī)殼內(nèi)蝗蟲的殘留量較大，輸送效率低；間隙過(guò)小，對(duì)蝗蟲的擠壓力變大，容易擠碎。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)及手冊(cè)選擇5 mm。

2.1.6填充系數(shù)φ驗(yàn)算通過(guò)式（5）驗(yàn)算卸料器的填充系數(shù)。

將相關(guān)參數(shù)代入式（6）得到螺旋卸料裝置所需功率為0.52 kW，考慮到蝗蟲在輸送過(guò)程中與螺旋葉片、機(jī)殼之間的摩擦及蝗蟲之間相互擠壓摩擦所消耗的功率與調(diào)速，選擇1.1 kW 變頻電動(dòng)機(jī)。工作時(shí)，由電瓶提供電源，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

2.2 卸料裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

螺旋卸料裝置的結(jié)構(gòu)示意如圖2 所示。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沉降室內(nèi)蝗蟲的質(zhì)量并控制蝗蟲的排料量，在沉降室和螺旋卸料裝置喂料口中間安裝帶有插板的墊圈式環(huán)形測(cè)力傳感器。使用時(shí)，先標(biāo)定沉降室內(nèi)蝗蟲質(zhì)量達(dá)到60 kg 時(shí)測(cè)力傳感器所受到的壓力，并以此壓力值設(shè)定傳感器卸料報(bào)警閾值。當(dāng)測(cè)力傳感器測(cè)試系統(tǒng)報(bào)警后吸捕機(jī)停止工作，并打開插板，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)螺旋軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行排料。通過(guò)插板開合的大小可以控制螺旋卸料裝置的喂入量，同時(shí)也能避免沉降室內(nèi)的蝗蟲直接集中擠壓在喂料斗。

圖2 螺旋卸料裝置Fig.2 Spiral discharging device

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)前期試驗(yàn)及分析總結(jié)了現(xiàn)有草地蝗蟲吸捕機(jī)卸料裝置存在的問(wèn)題。針對(duì)存在的問(wèn)題，對(duì)螺旋卸料裝置進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，確定了核心參數(shù)。通過(guò)計(jì)算獲得螺旋葉片外徑為200 mm、螺距為200 mm、中心軸直徑取60 mm、螺旋軸極限轉(zhuǎn)速為111.86 r/min、運(yùn)行轉(zhuǎn)速為90 r/min 及螺旋葉片與機(jī)殼間隙取5 mm。螺旋卸料裝置的生產(chǎn)率為3.6 t/h，比原卸料裝置提高43.5%。

（2）設(shè)計(jì)了卸料裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了沉降室內(nèi)蝗蟲質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、定量喂料及自動(dòng)卸料功能。

（3）鑒于季節(jié)原因，樣機(jī)沒有在實(shí)地中進(jìn)行吸捕試驗(yàn)，還需進(jìn)一步測(cè)試驗(yàn)證。