作品名稱：丘陵地區(qū)蘿卜收獲機
學(xué)校名稱：黃岡師范學(xué)院
參賽隊伍：人民藝術(shù)家
隊伍編號：199600
參賽學(xué)生：郭炎 張怡梅
指導(dǎo)老師：蒲生
投票日期：2024年10月08日 00:00->2024年12月05日 15:00
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該收獲機裝置采用SolidWorks三維軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計并加以優(yōu)化。圖1為丘陵智能蘿卜收獲機圖。該機體主要由轉(zhuǎn)動式松土裝置、攏葉裝置、挖掘裝置、傳動輸送裝置及切纓裝置等幾部分組成。運用PLC智能控制，以直流電動機作為驅(qū)動?？刂栖浖?/span>TIA Portal，電源給控制器供電，控制器各個輸出端口與各對應(yīng)電機端口相連，控制器依據(jù)程序指令實現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)動。開始工作時，微型攝像機識別蘿卜纓的位置，信息傳遞給處理器，控制電動液壓桿伸縮，調(diào)整攏纓桿的角度，將傾倒的蘿卜纓扶起。同時液壓馬達(dá)驅(qū)動彎曲型松土鏟旋轉(zhuǎn)，疏松土壤，減少拔取蘿卜時的阻力。自動調(diào)節(jié)電動液壓桿使攏纓桿準(zhǔn)確扶起纓葉的同時由同步帶夾住纓葉與塊莖之間的部分，隨著在電機的傳動下，蘿卜由皮帶輪和加緊裝置的作用下向上移動，經(jīng)過切纓機構(gòu)時，由安裝在輸送液壓馬達(dá)下面的雙圓盤式的鋸齒狀刀片將纓葉與塊莖分離，實現(xiàn)精準(zhǔn)切纓。而纓葉則由同步帶繼續(xù)上移進(jìn)入纓葉收集箱中收集起來，塊莖則掉落至下方的傳送帶并由其送入下面的蘿卜塊莖收集箱中。纓葉收集箱和塊莖收集箱分別通過把手和滑軌進(jìn)行卸載，方便收集和處理蘿卜及纓葉。同時可以根據(jù)不同蘿卜品種和地面情況，通過升降機構(gòu)調(diào)整輸送架和松土鏟的高度，確保作業(yè)效率和效果。
小型智能蘿卜收獲機由攏纓機構(gòu)、攪動松土機構(gòu)、升降機構(gòu)、蘿卜塊收集與纓葉收集機構(gòu)、蘿卜剪切上料機構(gòu)、切纓機構(gòu)及行走機構(gòu)七個部分組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 小型智能蘿卜收獲機總體結(jié)構(gòu)圖
1攏纓機構(gòu)；2攪動松土機構(gòu)；3升降機構(gòu)；4蘿卜塊莖收集與纓葉收集機構(gòu)；
5蘿卜剪切上料機構(gòu)；6切纓機構(gòu)；7行走機構(gòu)
2.2.2各部件設(shè)計
1、攏纓機構(gòu)
攏纓結(jié)構(gòu)由攏纓桿、電動液壓桿、安裝座、皮帶傳動裝置組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中攏纓桿設(shè)計為“箭形桿”，并將其用安裝座和連接裝置與電動液壓桿連接，電動液壓桿與固定的安裝座連接。攏纓桿可以在連接結(jié)構(gòu)中改變兩個攏纓桿之間的角度，以應(yīng)對不同大小白蘿卜的拔取。并且電動液壓桿可以由行走機構(gòu)前方的小型攝像裝置識別到蘿卜與纓葉的位置，從而將信息傳遞給處理器，進(jìn)一步控制電流調(diào)節(jié)電動液壓桿的伸縮，實現(xiàn)精準(zhǔn)扶纓切纓的功能。
圖3 攏纓機構(gòu)
攏纓桿（1） 電動液壓桿（6） 安裝座（2—5）
2、攪動松土機構(gòu)
該小型智能蘿卜收獲機的攪動松土鏟為從前向后逐漸增大的彎曲型，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，彎曲型松土鏟的設(shè)計使其能夠更好地適應(yīng)各種地形和土壤條件。無論是平坦的耕地還是崎嶇的山地，彎曲型松土鏟都能有效地進(jìn)行松土作業(yè)，確保作業(yè)效率和效果。彎曲型攪動松土鏟在作業(yè)時能夠更好地分散土壤對其產(chǎn)生的阻力。這種設(shè)計使得機械在作業(yè)時更加輕松，減少了動力消耗，同時也降低了機械磨損，延長了使用壽命。彎曲型攪動松土鏟能夠更深入地挖掘土壤，將土壤破碎得更徹底，從而提高松土效率。同時，其獨特的形狀也有助于將土壤均勻地分布在作業(yè)面上，使土地更加平整。彎曲型松土鏟能夠減少對作物根系的損傷。通過液壓馬達(dá)驅(qū)動攪動松土鏟做旋轉(zhuǎn)運動，避免對根系造成過大的壓力，有利于作物的生長和發(fā)育。兩個安裝架確保了攪動松土鏟旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。
圖4 攪動松土機構(gòu)
彎曲型攪動松土鏟（1） 液壓馬達(dá)（4） 安裝架（2—3）
3、升降機構(gòu)
升降機構(gòu)由升降桿、保險栓、搖桿、箱體、傳動軸組成，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。搖動搖桿通過齒輪來控制升降桿的升降，保險栓正常情況下與棘輪相接觸從而達(dá)到防止升降桿不受控制的降落，將保險栓下扣，則可以通過搖桿使升降桿下落。升降桿連接著輸送架，由于不同的蘿卜品種，使得蘿卜裸露在表面的高度不同，可以通過升降裝置從而實現(xiàn)不同品種蘿卜的收獲。大大提高的產(chǎn)品的實用性。并且在面臨凹凸崎嶇的路面時可以升高升降桿，從而提高了輸送架和彎曲型攪動松土鏟距離地面的高度，可以更好的防止地面對其的阻礙和損耗。
圖5 升降機構(gòu)
升降桿（3-1）、保險栓(3-2)、搖桿（3-3）、箱體（3-4）、傳動軸（3-5）
4、蘿卜塊莖收集與纓葉收集機構(gòu)
蘿卜塊莖收集和纓葉收集機構(gòu)由傳送帶、纓葉收集箱外殼、纓葉收集箱、手把、底部支撐架、滑軌、蘿卜塊莖收集箱組成，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。塊莖由切纓裝置切除纓葉，掉落到傳送帶進(jìn)一步送入塊莖收集箱，傳送帶前段提升外殼高度，有效的防止蘿卜從前段的掉落。而剩下的纓葉由傳動裝置送入纓葉收集箱。纓葉收集箱的外殼前段有防止灑落的纓葉的斜坡，并且在其后端可以通過把手將其后端外殼拉下，從而能更加方便的裝卸纓葉。而下端的塊莖收集箱則可以通過滑軌和滑動軸實現(xiàn)省力的裝卸，類似于抽屜的工作方式。從而達(dá)到更加省力、方便裝卸的目的。
圖6 蘿卜塊莖收集與纓葉收集機構(gòu)圖
傳送帶（4-1） 纓葉收集箱外殼（4-2） 纓葉收集箱（4-3） 手把（4-4）
底部支撐架（4-5） 滑軌（4-6） 蘿卜塊莖收集箱（4-7）
5、蘿卜剪切上料機構(gòu)
蘿卜剪切上料機構(gòu)包括輸送架，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，輸送架固定連接在車架中部，輸送架底部一側(cè)轉(zhuǎn)動連接有六個從動帶輪，輸送架底部另一側(cè)轉(zhuǎn)動連接有兩個主動帶輪，從動帶輪和主動帶輪之間通過同步帶相連，通過攏纓機構(gòu)對準(zhǔn)蘿卜露在土外面的塊莖和纓葉的交接處，將蘿卜纓導(dǎo)向至兩個同步帶之間，同時輸送液壓馬達(dá)啟動帶動主動帶輪軸轉(zhuǎn)動，使得主動帶輪軸會帶動主動帶輪和圓盤切刀轉(zhuǎn)動，通過主動帶輪、從動帶輪和同步帶的配合，使得經(jīng)過攏纓機構(gòu)收攏的蘿卜纓能夠夾在兩個同步帶之間，并被轉(zhuǎn)動的同步帶向后輸送。
圖7 蘿卜剪切上料機構(gòu)圖
輸送架（1） 從動帶輪（2—3） 主動帶輪（4） 同步帶（5）
6、切纓機構(gòu)
切纓機構(gòu)由輸送液壓馬達(dá)，其結(jié)構(gòu)如圖8所示，輸送液壓馬達(dá)安裝座，主動帶輪軸，圓盤切刀四部分組成。在白蘿卜被收集裝箱前，需要將白蘿卜的纓葉切除，便于白蘿卜的裝箱收集。因此，在夾拔輸送裝置末端設(shè)置切纓裝置。目前使用較多的纓果分離裝置主要為雙圓盤切刀式和拉拽式，而拉拽式的纓果分離裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且占用空間較大，所以本機采用雙圓盤式的切纓裝置來完成纓果分離工作。雙圓盤切刀作為切纓裝置中最重要的部件，其相關(guān)參數(shù)會直接影響到切纓裝置的切割效果。鋸齒狀圓盤切刀在切削白蘿卜纓子時的能力強，切割質(zhì)量較好。所以選用鋸齒狀圓盤。通過攏纓機構(gòu)和皮帶的傳動使得白蘿卜傳送到圓盤切刀的部分，圓盤切刀在馬達(dá)的帶動下把蘿卜纓和蘿卜分開。
圖8切纓機構(gòu)機構(gòu)圖
輸送液壓馬達(dá)（1） 輸送液壓馬達(dá)安裝座（2） 主動帶輪軸（3） 圓盤切刀（4）
7、行走機構(gòu)
行走機構(gòu)由電機、車架、防滑車輪、萬向輪、行走支架、攝像機組成，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。電機驅(qū)動防滑車輪減少了人工干預(yù)，萬向輪使設(shè)備可以任意調(diào)節(jié)方向，攝像機可以抓取纓葉的倒伏狀態(tài)，從而自動調(diào)節(jié)電動液壓桿使攏纓機構(gòu)準(zhǔn)確扶起纓葉。
圖9 行走機構(gòu)圖
電機（7-1） 車架（7-2） 防滑車輪（7-3） 萬向輪（7-4） 行走支架（7-5） 攝像機（7-6）
