葉菜土下鏟根收獲機(jī)的研究開發(fā)

於鋒 馬拯胞

0 引言

蔬菜作為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚氖称?，對人們的健康生活有著至關(guān)重要的作用。近年來，隨著我省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，設(shè)施蔬菜在高效農(nóng)業(yè)中比重越來越大，但是，蔬菜收獲環(huán)節(jié)機(jī)械化進(jìn)展緩慢。目前市面上的蔬菜收獲機(jī)以進(jìn)口為主，主要是葉菜、結(jié)球類蔬菜收獲機(jī)，且多數(shù)是土上收獲。國內(nèi)多家單位已研發(fā)出蔬菜收獲機(jī)，但大都是土上收獲，跟江蘇省內(nèi)葉類蔬菜消費(fèi)觀念不太吻合。因此，需要開發(fā)一種葉菜收獲機(jī)，解決葉菜土下鏟根收獲的問題，降低葉菜收獲作業(yè)成本，減輕勞動強(qiáng)度，提高葉菜種植效益。

1 機(jī)具結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 ?機(jī)具結(jié)構(gòu)

葉菜土下鏟根收獲機(jī)結(jié)構(gòu)包括機(jī)架部分、行走裝置、發(fā)動機(jī)、變速箱、傳動裝置、鏟菜裝置、輸送裝置、升降裝置、偏心裝置、撥菜裝置、分流裝置與限深裝置（見圖1）。該機(jī)可一次完成振動鏟菜、菜土分離、輸送、分流、裝筐五道作業(yè)工序，具有作業(yè)質(zhì)量好、效率高、成本低等特點(diǎn)。

1.2 ?主要技術(shù)參數(shù)

配套動力：4.5 kW汽油機(jī)；

整機(jī)重量：345 kg；

外形尺寸（長×寬×高)：2 885 mm×1 332 mm×891 mm；

振動鏟頻率：550次/min；

振動鏟振幅：4 cm；

振動鏟入土深度：2～4 cm；

機(jī)器前進(jìn)速度:0.7～8 km/h；

工作幅寬：120 cm。

圖?1 葉菜土下鏟根收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 關(guān)鍵部位設(shè)計

2.1 ?主要傳動裝置設(shè)計

當(dāng)發(fā)動機(jī)驅(qū)動變速箱、行走裝置前進(jìn)作業(yè)時，皮帶輪一通過主傳動皮帶驅(qū)動皮帶輪二和下傳動軸轉(zhuǎn)動，然后由皮帶輪三、上傳動皮帶驅(qū)動皮帶輪四、上傳動軸轉(zhuǎn)動，上傳動軸左側(cè)的皮帶輪五通過撥菜輪傳動皮帶帶動皮帶輪六轉(zhuǎn)動，驅(qū)動撥菜輪軸和撥菜葉片轉(zhuǎn)動。上傳動軸右側(cè)的主動鏈輪通過鏈條帶動被動鏈輪和輸送主動輥轉(zhuǎn)動，驅(qū)動輸送帶和輸送被動輥轉(zhuǎn)動。

2.2 ?鏟菜裝置設(shè)計

在機(jī)架的上方安裝有傳動裝置，在機(jī)架的前上方連接了輸送裝置，在輸送裝置的前下方連接了限深裝置，在輸送裝置的前方連接了鏟菜裝置和撥菜裝置，在輸送裝置的前上方連接了偏心裝置。

上傳動軸通過偏心軸承和連桿推動振動臂上軸繞振動臂中間軸擺動，振動臂上軸在擺動過程中推動振動臂前后往復(fù)擺動，振動臂的下部驅(qū)動振動鏟在地表以下兩厘米左右進(jìn)行鏟菜作業(yè)，鏟下來的菜在柵條前后往復(fù)振動作用下將菜根上的土分離落地，分離后的菜在逆時針旋轉(zhuǎn)撥菜葉片的推動下進(jìn)入到輸送帶上，然后向后上方輸送，當(dāng)輸送到分流擋板位置時，收獲的菜從中間被分開集中到兩側(cè)，當(dāng)菜脫離輸送帶后自然下落到菜筐內(nèi)，從而完成往復(fù)振動鏟菜、菜土分離、輸送、分流、裝筐作業(yè)過程。

2.3 ?配套動力選型設(shè)計

江蘇省葉菜種植板面較窄，大部分以開溝灌、排水為主，一般的板面在120 cm左右，排水溝密度較大，行走底盤要有一定的過溝通過能力，所以行走底盤不宜大于100 cm。通過調(diào)研選型確定采用橡膠履帶輕型底盤，變速箱設(shè)兩個前進(jìn)工作檔：Ⅰ檔11 m/min，Ⅱ檔13 m/min。兩個行走檔：Ⅲ檔10 km/h，Ⅳ檔16 km/h。一個倒檔：15 m/min。

發(fā)動機(jī)采用輕型汽油機(jī)。根據(jù)120 cm的作業(yè)幅寬，鏟菜部件采用振動式三角形鏟刀，可減少工作阻力。試驗表明，振動鏟消耗動力在2 kW左右，機(jī)組行走部分消耗動力在2 kW左右，所以配套動力選擇4.5 kW汽油機(jī)。

2.4 ?振動鏟頻率設(shè)計

振動鏟頻率的設(shè)計原則是以機(jī)組11～13 m/min前進(jìn)速度為計算基礎(chǔ)。試驗表明，葉菜收獲每次進(jìn)刀量應(yīng)該在2 cm左右為宜，按機(jī)組11 m/min的前進(jìn)速度計算，振動頻率計算為：1 100÷2=550（次/min）。振動鏟采用收割機(jī)動刀片鉚合制造（或者是采用平口斜刃直刀結(jié)構(gòu)），刃口鋒利，工作阻力小。振動鏟頻率設(shè)計為500～550次/min，振幅設(shè)計為3～5 cm。在振動鏟的兩側(cè)鏟柄上連接有分禾板，在行走過程中自動移動，解決菜秧的分禾問題。

2.5 ?限深裝置設(shè)計

在支板上連接了限深輪軸，在限深輪軸上連接了限深輪，通過調(diào)整支板孔的高低連接位置，可以控制振動鏟的工作入土深度。

在升降下支座和上支架之間連接了升降油缸。當(dāng)升降油缸伸長時，前面工作部件被升起，便于機(jī)組路上行走或地頭拐彎；當(dāng)升降油缸縮短時，前面工作部件被落到地上，便于機(jī)組田間作業(yè)。

3 樣機(jī)試驗

3.1 ?試驗條件

樣機(jī)在泰州高港區(qū)胡莊鎮(zhèn)上膳源生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司8 m棚進(jìn)行試驗。土壤為輕粘土，耕作深度15 cm，土壤含水率25.24%，10 cm深處土壤堅實(shí)度為56.18 Pa。收獲試驗品種選擇黑心烏，種植密度97棵/m2，平均高度19.13 cm。

3.2 ?試驗結(jié)果

通過試驗檢測，樣機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)土下鏟菜收獲，入土切割深度可以調(diào)控至合理深度，收獲幅寬1.1 m，收獲速度0.13 hm2/h（2畝/時）以上，是人工收獲的8倍以上。

4 結(jié)論

該葉菜土下鏟根收獲機(jī)能夠用于葉菜（菠菜、青菜等）切根收獲。相比其他收獲機(jī)，操作方便，且兼具鏟菜、收集的功能，便于設(shè)施內(nèi)操作。但機(jī)具仍需進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化，只有減少蔬菜破損率，才能真正替代人工收獲。