5SD-60馬鈴薯堆垛機的設(shè)計

山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院 王琳琳 邱田元 劉洋 陳為鵬 蓋金星 張寶昌 楊善東

引言

自1995年以來，我國馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量均位于世界前列，加之2015年我國提出馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略以來，國家給予馬鈴薯行業(yè)高度關(guān)注，提出要充分利用南方冬閑田擴大馬鈴薯種植面積[1]。我國馬鈴薯倉儲設(shè)備起步較晚，發(fā)展緩慢，制約著馬鈴薯種植業(yè)的發(fā)展。目前國內(nèi)研究馬鈴薯倉儲設(shè)備的公司較少，有山東希成公司、澤豐機械、德沃公司等。學者姚建輝研制了一款堆垛機能夠滿足不同堆垛高度的需求，工作效率可達30t/h[2]。

據(jù)統(tǒng)計，大概有70%的馬鈴薯損傷來自收獲階段，30%來自運輸、儲藏等環(huán)節(jié)[3]，受損傷的馬鈴薯不僅外觀品質(zhì)差，而且在貯藏過程中易感染病菌從而導致腐爛，影響馬鈴薯種植戶的經(jīng)濟效益[4]。

為幫助種植戶搶農(nóng)時，降低馬鈴薯的損傷，提高種植戶的經(jīng)濟效益，本文設(shè)計了一款馬鈴薯堆垛機，該機生產(chǎn)效率和自動化程度較高、破皮率低且能夠滿足種植戶的各種功能需求。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

馬鈴薯堆垛主要由接收料斗裝置、一級輸送裝置、二級輸送裝置、橡膠梳緩沖裝置、伸縮裝置、行走裝置、轉(zhuǎn)向裝置和搖擺裝置等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。該機最大搖擺角度30°，最大高度是7900 mm，最低高度是240 mm。最大伸長量5300 mm，整機伸展后最長為23589 mm。

圖1 馬鈴薯堆垛機整體結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

該機器由電動液壓泵提供動力，兩個液壓馬達分別驅(qū)動兩級輸送帶，一級輸送裝置為橡膠擋板與鏈桿組合式輸送，二級輸送裝置為橡膠輸送帶式輸送，馬鈴薯經(jīng)過前級的輸送裝置輸送至堆垛機的接收料斗裝置，在一級輸送裝置的帶動下經(jīng)過橡膠梳緩沖裝置落到二級輸送帶上，然后在落料緩沖裝置的保護下跌落到地面。液壓馬達驅(qū)動行走裝置的兩個地輪轉(zhuǎn)動使整機實現(xiàn)前進、后退，堆垛機尾部轉(zhuǎn)向裝置控制機器的行走方向。機器中間位置設(shè)有搖擺裝置，通過遙控手柄操控油缸伸縮控制二級輸送裝置左右搖擺的角度，在地輪兩側(cè)和二級輸送裝置末端兩側(cè)均裝有傳感器，防止在自動搖擺模式下機器搖擺產(chǎn)生碰撞損傷機器。在二級輸送裝置內(nèi)部設(shè)有伸縮裝置，液壓馬達帶動伸縮鏈輪轉(zhuǎn)動，帶動伸縮鏈條移動，通過操控馬達的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)輸送架的伸縮功能。二級輸送末端底部設(shè)有超聲波傳感器，當機器自動升降時可自動調(diào)節(jié)距離垛頂?shù)母叨龋故韷K跌落在安全距離范圍內(nèi)，從而降低破皮率。

2 關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計

輸送效率是衡量堆垛機生產(chǎn)能力大小的基本指標益。輸送效率的計算：

式中：Q——輸送效率，kg/h;

B——橡膠擋板的寬度，mm;

h——橡膠擋板的高度，mm;

v——輸送鏈的速度，m/s;

ρ——馬鈴薯的堆積密度，kg/m3;

k——傾斜系數(shù);

I——充滿系數(shù)。

3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計

堆垛機液壓站內(nèi)部配備了14LPM/90LPM的雙聯(lián)齒輪泵，其中大流量的齒輪泵用于一級輸送馬達和二級輸送馬達的運轉(zhuǎn)，小流量的齒輪泵用于伸縮馬達、左地輪馬達和右地輪馬達的運轉(zhuǎn)以及其他各個油缸的伸縮動作。本機的液壓站系統(tǒng)主要由電機、雙聯(lián)齒輪泵、油箱、過濾器和散熱器等組成。液壓控制閥組主要由分流閥、流量控制閥、單向節(jié)流閥、雙向液壓鎖、雙向平衡閥、電磁換向閥、溢流調(diào)節(jié)閥和并聯(lián)多路閥等組成。一級輸送馬達和二級輸送馬達選擇BMR-315AⅡYP2型馬達，其排量為其排量321.5 ml/r，伸縮馬達選擇BMR-250AⅡYP2型馬達，其排量為252.6 ml/r，地輪驅(qū)動馬達選擇帶脫離的輪邊馬達。本機共有接收料斗轉(zhuǎn)角油缸、地輪轉(zhuǎn)向油缸、搖擺油缸、左右兩側(cè)中間支架油缸和左右兩側(cè)前架升降油缸五類油缸。本機的液壓系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 液壓控制系統(tǒng)原理圖

4 馬鈴薯堆垛機的性能試驗

4.1 試驗條件及過程

2021年9月份，在內(nèi)蒙古烏蘭察布市凱達食品公司進行庫房堆垛作業(yè)，如圖3所示。

圖3 倉庫堆垛試驗

該機參考NY/T 648-2015《馬鈴薯收獲機質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》將作業(yè)過程中輸送效率x、破皮率y和故障率z作為試驗研究指標，其計算公式為：

式中，x—堆垛機的輸送效率,t/h;

M—輸送完成后馬鈴薯的總質(zhì)量,kg;

T—輸送完成所用純工作時間，h;

y—馬鈴薯作業(yè)過程造成的破皮率;

m1—輸送之前破皮的馬鈴薯質(zhì)量,kg;

m2—輸送完成后破皮的馬鈴薯量,kg;

z—機器故障率；

t1—停機等待所用時間，min；

t2—維修所用時間,min；

tc—計劃用機時間,min。

4.2 試驗結(jié)果

經(jīng)過大量的堆垛試驗，然后將輸送效率、破皮率和故障率的試驗數(shù)據(jù)進行整理分析，其試驗結(jié)果如表1所示。

表1 試驗結(jié)果分析表

5 結(jié)論

（1）馬鈴薯堆垛機采用橡膠擋板與鏈桿組合輸送鏈、橡膠梳緩沖裝置、高度檢測裝置等結(jié)構(gòu)，有效地降低馬鈴薯的破皮率

（2）該機通過機、電、液相結(jié)合實現(xiàn)一級和二級輸送速度單獨控制，并且實現(xiàn)自動搖擺、自動升降、行走、轉(zhuǎn)向、伸縮等功能，利用光電傳感器實時采集機器與障礙物距離，避免搖擺動作時機器碰撞障礙物而損壞機器，實現(xiàn)自動搖擺，大大降低了勞動強度。

（3）堆垛試驗表明：該堆垛機滿足馬鈴薯堆垛要求，該機的最大輸送效率達47.5 t·h-1，破皮率和故障率分別控制在1.5%和2%以下，符合指標標準，優(yōu)于其他現(xiàn)有機型。