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[我爱发明] 20160816 芦苇剪刀手
本期节目主要内容： 来自山东禹城的程广森团队发明了一台芦苇联合收获机，他慢慢摸索出来一个在芦苇地行走的方式，就是平移走路法。他利用交错运动的双割将芦苇从根部割断，经过输送带的加持运输后，一颗颗芦苇便被收集成堆了。这种收获方式效率高，并能保证芦苇的整根收获，受净率高。敬请收看。 （《我爱发明》 20160816 芦苇剪刀手）
发明人联系方式：程广森13953408609
发明摘要：本发明公开了一种高秆作物收割机,本发明包括作物夹持提升输送装置、作物集拢装置、割刀和中部设有作物通道的机动车体,所述机动车体上设有两个呈八字形排列的绞龙,八字形的小口朝上,两个绞龙向后倾斜,两个绞龙的上端位于作物集拢装置的上方,两个绞龙的下端位于割刀的前方,两个绞龙各连接有一个驱其转动的驱动装置。本发明在收割作业时,通过两个绞龙的螺旋旋转提升作用,将待收割作物向割刀的前方集拢,如有倒伏的作物,两个绞龙能扶起倒伏作物并向后集拢,割刀割断作物,并通过作物集拢装置和作物夹持提升输送装置输送到机动车体的后方,实现收割,十分适于收割芦苇、玉米秸秆等高秆作物。
全自动多功能切片机和大姜切片机价格
生姜自动收获装置的机构设计及运动分析
刘建伟，梁惠萍，李九余，李玉寒
（桂林电子科技大学机电综合工程训练中心，广西桂林
摘
541004）
要：在对生姜收获特性分析的基础上，提出了一种集松土、夹拾、裁剪、抖土功能于一体的生姜自动收获方
法。首先进行了收获装置的总体设计，并以四杆机构及其演化机构完成了各执行机构的结构和传动设计，通过对各执行机构的运动分析得出了松土铲的运动轨迹方程、裁剪刀的最大张角和抖土筛子的极位夹角。本装置的设计将为生姜自动收获技术的应用提供科学依据和技术支撑。关键词：生姜；自动收获；机构设计；运动分析中图分类号：S225．7
DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.05.022
文献标识码：A
文章编号：1003－188X（2015）05－0101－04
用
引言
生姜因其较高的食用和药用价值而被人们广泛利
［1］
本及保证农作物品质等都具有重要的意义单一的松土技术或拔苗技术等方面
［6－9］
［2－5］
。
当前，针对生姜自动收获装置的研究主要集中在
。为进一步提
高生姜收获的自动化程度，本文将根据生姜收获的基本流程，设计一款集松土、夹拾、裁剪、抖土于一体的全自动生姜收获装置。
。我国除东北、西北等寒冷地区外，种植区域遍
布全国各地，尤其是广东、浙江、山东等省已成为了生姜的重点产区。然而，随着种植和产量规模的不断扩大，生姜的收获方式面临新的考验。目前，我国生姜的收获仍普遍采用人工作业方式，这种原始粗放的收获方式不但劳动强度大、效率低，而且在收获过程中极易破坏生姜的完整性，严重影响了生姜收获质量。随着农业自动化的不断发展，研究和开发农业自动收获装置对于解放劳动力、提高劳动效率、降低生产成
1总体设计
根据生姜种植方式和收获工艺的实际情况，生姜
自动收获装置由驱动部分、松土部分、夹拾部分、裁剪部分、抖土部分，以及机架总成等6部分组成，如图1所示。
图1
Fig．1
生姜自动收获装置效果图
TheStructureofautomaticharvestingdeviceforginger
其工作流程是：通过电机的驱动使装置行走于姜
收稿日期：2014－05－12
基金项目：广西自然科学基金项目（2013GXNSFBA019245）；大学生创
新性实验计划项目（20121059550）
作者简介：刘建伟（1978－），男，江西萍乡人，高级实验师，硕士生导师，
（E－mail）liujianwei78988@163．com。
田中，安装于装置前方的松土铲在上下规则运动过程中完成松土工作；当姜苗进入夹拾部分的两根链条之间时便可将其连根拔起，并随着链条的运动送入裁剪
部分，利用裁剪刀的剪切运动将姜苗与姜块分离；姜块落入置于裁剪刀下方的筛子，通过筛子的抖动将附于姜体的残余泥土抖落，姜苗则随着链条夹持继续向装置后方运动，直至装置尾部，两链条向两侧分开，姜苗自动落地。
力传至筛子轴，固定于筛子轴两端的筛子曲柄随筛子轴一起圆周转动，从而带动筛子连杆的上拉或下推筛子摇杆运动；固定于筛子摇杆的筛子随之一起抖动，在不断的抖动过程中即可将落入筛子中的姜块上的泥土脱落，完成生姜的脱土任务
。
2执行机构设计
本装置采用两电机（电机Ⅰ和电机Ⅱ）独立驱动
两前轮，通过控制两电机的旋转速度、旋转方向实现装置的前进、后退与转弯。装置的松土部分由独立的升降电机Ⅲ驱动，使固定于机架的螺母副在连接于电机的丝杆中上下运动，从而带动机架前方的松土铲完成松土过程。装置的夹拾部分、裁剪部分和抖土部分的执行机构动力全部来自于同一电机Ⅳ，如图2所示。电机Ⅳ经联轴器连接变速箱的输入轴，变速箱的输出轴Ⅰ即为夹拾部分的主动链轮轴Ⅰ，经过齿轮与带传动将动力传至主动链轮轴Ⅱ，此时两主动链轮即可实现同步匀速转动，从而带动两链条的运动，以完成夹拾姜苗任务；变速箱的输出轴Ⅱ经过带传动将动力分别传至裁剪部分和抖土部分输入轴
。
1．裁剪刀2．刀柄3．拉杆4．机架5．移动杆6．蜗杆7．连杆8．曲柄9．蜗轮10．皮带轮
图3Fig．3
裁剪机构示意图TheCutting
structure
1．机架2．筛土摇杆3．筛子4．筛土轴5．从动皮带轮
6．筛土曲柄7．主动皮带轮8．筛土连杆
图4Fig．4
抖土机构示意图TheStructureofshakingsoil
1．电机Ⅳ2．联轴器3．变速箱4．输出轴Ⅰ5．齿轮传动6，9，10．带传动7．链轮8．输出轴Ⅱ11．裁剪输入轴
12．抖土输入轴
图2
Fig．2
生姜自动收获装置传动示意图
TheDrivesystemofautomaticharvestingdeviceforginger
3执行机构运动分析
本装置的松土部分、裁剪部分和抖土部分的执行
机构由四杆机构或四杆机构的演化机构组成。3．1
松土机构运动分析
AC、松土机构运动简图如图5所示。构件AB、AD、CD、DE的长度分别为l1、l2、l3、l4、l5，以A点为坐AC、BC、DE、AB与x轴的夹角分标原点建立坐标系，
别为α、β、γ、θ。在此四杆机构中，复矢量方程式为
lBCeiβ=l1eiθ+l2eiα
分别取等式两边的实部和虚部可得
2．1裁剪机构设计
裁剪部分由裁剪刀、拉杆、移动杆、曲柄、连杆、蜗
轮和蜗杆组成，如图3所示。
蜗杆将输出轴Ⅱ的动力传递至蜗轮，使得固定于蜗轮轴上的曲柄做匀速圆周转动，再经连杆带动移动杆的水平运动，从而促使铰链连接于拉杆的裁剪刀完成裁剪运动。由于裁剪刀张角较小，无需考虑急回现象，所以本机构采用了对心的曲柄滑块机构。2．2
抖土机构设计
抖土部分由筛子、筛土摇杆、筛土轴、筛土连杆和筛土曲柄组成，如图4所示。输出轴Ⅱ经带传动将动
{
lBCsinβ=l1sinθ+l2sinαlBCcosβ=l1cosθ+l2cosα
l1sinθ+l2sinα
l1cosθ+l2cosα
两式相除得
tanβ=
故已知电机的转速为ω1，
β=ω1t
t为旋转时间。由△ABC有其中，
22
l2BC=l1+l2－2l1l2cos（180－θ+α）
化研究
由此得【全自动联合大姜收获机】
ψ2=2arccos
2l6+l9
2l9
第期
故有裁剪刀最大张角Ψ3为ψ3=
11
（180°－120°－ψ2）=120°－ψ222
令∠ADE=δ，由图5中几何关系可得E点坐标为
{
xE=l3cos（δ+γ－90）+l5cosγyE=l3sin（δ+γ－90）－l5sinγ
IK通过本机构的结构设计与运动分析，构件IJ、与HI不会出现共线而导致死点的现象，可以保证正常裁剪工作的顺利进行。3．3
抖土机构的运动分析
抖土机构由两个对称的曲柄摇杆机构组成，因其运动规律一致，故只对其中一个进行分析，运动简图PQ、QＲ、ＲO长度分别为l10、如图7所示。构件OP、
l11、l12、l13，摇杆QＲ的极位夹角为ε，由两极限位置构造的三角形有
ε=∠Q1ＲO－∠Q2ＲO
2
l212+l13－（l10+l11）
=arccos
2l12l132
l212+l13－（l11－l10）
－arccos【全自动联合大姜收获机】
2l12l13
2
图5
Fig．5
松土机构运动简图
TheKinematicsketchofmechanismoflooseningsoil
2
3．2裁剪机构运动分析
裁剪部分由1个对心曲柄滑块机构和1个四杆机
构组成，运动简图如图6所示。曲柄FG随着凸轮以从而带动裁剪刀周期性地合拢与张开，ω2匀速转动，
以完成裁剪工作。当曲柄FG与连杆GH共线时，出现裁剪刀的合拢与最大张角的极限位置
。
图7
Fig．7【全自动联合大姜收获机】
抖土机构运动简图
TheKinematicsketchofmechanismofshakingsoil
l11、l12、l13的长度即可调节极位夹角通过控制l10、
的大小，从而控制筛子的抖动幅度。本装置的极位夹角ε=12．74°。
4
图6
Fig．6
裁剪机构运动简图
TheKinematicsketchofmechanismofcutting
结论
生姜自动收获装置是集机械、电子和控制多学科
LM和LN与x轴平行，在图6（a）中，且Ψ1=60°，lIJ=l9。在图（b）中有
领域知识融合的复杂机电系统。机构选型设计和运动分析是生姜收获装置的关键。文中基于农作物收获特性，模拟人工收获流程，对生姜自动收获装置进行了总体设计，完成了松土、裁剪、抖土执行机构的结构选型设计。通过对执行机构的运动分析得出了松土铲的运动轨迹方程、裁剪刀的最大张角和抖土筛子的极位夹角。本装置的成功设计将大大地提高生姜收获效率、降低劳动强度，为生姜的自动收获提供一种新的思路和方法。
{
由图（b）可知
ψ2=2arccos
lIJ
2l9
lIJ=lFL－lFI
{
lFL=l6+l7+l8+l9
lFI=l7－l6+l8
参考文献：
化研究第期
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MechanismDesignandKinematicsAnalysisofAutomatic
HarvestingDeviceforGinger
LiuJianwei，LiangHuiping，LiJiuyu，LiYuhan
（EngineeringTrainingCenter，GuilinUniversityofElectronicTechnology，Guilin541004，China）
Abstract：Anautomaticharvestingmethodofginger，includinglooseningsoil，clamping，cuttingoutandshakingsoil，wasproposedaccordingtoitsharvestingcharacteristic．Firstly，thegeneraldesignoftheautomaticharvestingdevicewascarriedout．Then，structureandtransmissionplansofactuatorsweredesignedbasedonfour－barmechanismanditsde-velopingmechanism．Finally，themotioncurveofbreakshovel，themaximumangleofscissorsandcrankanglebetweenextremepositionswereobtainedbythekinematicsanalysis．Theresearchresultswillprovidescientificbasisandtechnicalsupportforautomaticharvestingtechnologyofginger．
Keywords：ginger；automaticharvesting；mechanismdesign；kinematicsanalysis（上接第100页）
AbstractID：1003－188X（2015）05－0095－EA
TheDesignandValidationofTransplantingMechanismon
NarrowSpacedWalking－typeTransplanter
ZhangQu，XiaoLiping，CaiJingping，LiuMuhua
（CollegeofEngineering，JiangxiAgriculturalUniversity，Nanchang330045，China）
Abstract：Accordingtotheclimatecharacteristicsandagronomicrequirementsofourcountryinsouthernregion，akindof23－cmspacingtransplantingmechanismforwalking－typetransplanterswasdesigned．Themathematicalmodelofthetransplantingmechanismwasbuiltandthe3DmodelofthemechanismwasestablishedbasedonthePro/E．Thecorrect-nessandfeasibilityofthisdesignwereverifiedbyadoptingvirtualtestingincludemodelingitsendsimulationlocusdis-placement，velocityandacceleration．Fieldriceplantingexperimentsbythemechanismwerecarriedouttotestitsfunc-tion．Theplantingqualityandgrowthcharacterofricewerecomparativeanalyzed．Theresultsindicatedthatthetrans-plantingmechanismwhichwasdesignedhasstaleandreliableperformance，itcouldrealizemachinetransplantingofrice．Tocomparedwithtworowspacings，itindicatedthattheyieldin21－cmrowspacingobtainedhigherthanin30－cmrowspacingduetothelargernumberofbasicseedlingsandproductiveear．Theyieldincreasedby767．55kgperhectareandtheaverageyieldincreaseratereached14．96%．
Keywords：narrowspaced；transplantingmechanism；Pro/Esimulationandanalysis；experiment；yield