一種履帶式全液壓蔬菜種植復(fù)式機(jī)的設(shè)計(jì)

周學(xué)劍 李健

近年來，江蘇省設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速。截至2018年底，全省蔬菜播種面積達(dá)142.5萬hm2，產(chǎn)值突破1000億元大關(guān)。但江蘇省蔬菜生產(chǎn)機(jī)具保有量較少，機(jī)械化率僅在50%左右。設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)功能單一，生產(chǎn)環(huán)節(jié)前后不配套等問題制約了設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展。設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的要求，必須先解決機(jī)具集成優(yōu)化問題。為此，基于設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)平臺(tái)的研發(fā)，提出一種履帶式全液壓蔬菜種植復(fù)式機(jī)技術(shù)方案。

1 整體方案

通過對小青菜、覓菜、茼蒿等蔬菜生產(chǎn)環(huán)節(jié)和蔬菜生產(chǎn)農(nóng)藝要素物理特性的研究，研制一種履帶式全液壓蔬菜種植復(fù)式機(jī)（如圖1所示），搭載耕翻、起壟、整平、鎮(zhèn)壓、播種及收獲等作業(yè)裝置，可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，解決葉菜機(jī)械化生產(chǎn)前后環(huán)節(jié)間的銜接問題，大幅度提高葉菜機(jī)械化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化程度。

2 行走底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

行走底盤系統(tǒng)（如圖2所示）是復(fù)式機(jī)的關(guān)鍵部分。行走底盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局、動(dòng)力測算和分配、前進(jìn)速度和效率決定著整機(jī)的作業(yè)效能。它由上盤和下盤組合而成，下盤主要功能是用于安裝履帶驅(qū)動(dòng)輪、履帶支重輪、履帶導(dǎo)向輪、整機(jī)平衡輪、履帶導(dǎo)向撬、履帶張緊機(jī)構(gòu)以及HST+機(jī)械變速箱和左右履帶；上盤的主要功能是用于安裝發(fā)動(dòng)機(jī)、散熱器、液壓油箱、柴油箱、液壓控制電磁閥、蓄電池、操控平臺(tái)、工作部件懸掛支架、液壓管路油缸、控制線束等。

發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓散熱組合放置在發(fā)動(dòng)機(jī)的右側(cè)，同時(shí)朝向整機(jī)的右外側(cè)，便于通風(fēng)散熱，且結(jié)構(gòu)緊湊。液壓油箱和柴油箱并排放置在左前位置，便于觀察和補(bǔ)充油料。操控平臺(tái)放置在中部左側(cè)位置，并懸空突出，便于不同工作部件的更換安裝，操控平臺(tái)上設(shè)計(jì)有主操作桿（控制機(jī)具前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向）、油門控制手柄、組合儀表（顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、發(fā)動(dòng)機(jī)油溫、液壓油油溫等）、鑰匙開關(guān)、各工作部件控制按鍵、安全扶手、中央控制器等元器件。操縱系統(tǒng)采用多功能電液式設(shè)計(jì)，操作人員可通過一根操作手柄控制整機(jī)前進(jìn)后退、左右轉(zhuǎn)彎，結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、掛接簡單、作業(yè)流暢。

圖1 履帶式全液壓蔬菜種植復(fù)式機(jī)

圖2 行走底盤系統(tǒng)

3 旋耕起壟裝置設(shè)計(jì)

耕整部件的旋耕起壟部分掛接在整機(jī)前端（如圖1所示），由機(jī)架、起壟刀軸、起壟刀、旋耕刀、液壓馬達(dá)、壓壟板、刮土板等組成。

旋耕起壟裝置采用高效率液壓擺線驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡化，便于拆卸和更換，通過一個(gè)平行四邊形連桿支架掛接在行走底盤上。旋耕起壟部件在液壓油缸的作用下升降時(shí)，與地面的相對位置、姿態(tài)不改變，壟溝開挖清晰。旋耕刀片采用對稱單螺旋結(jié)構(gòu)排列，整軸刀片20把，尾部兩側(cè)各有兩把開溝起壟刀片。作業(yè)時(shí)，刀片把壟溝的土壤滑切后排到壟面，不同方向排布的旋耕刀片切拋均勻，形成較為規(guī)整的壟型，然后在尾部兩側(cè)的壓壟板和上部刮土板的共同作用下，對壟型擠壓修正，形成規(guī)整壟面，便于收獲環(huán)節(jié)的機(jī)械化作業(yè)。

4 鎮(zhèn)壓裝置設(shè)計(jì)

鎮(zhèn)壓裝置通過連桿和液壓缸掛接在行走底盤的尾部（如圖1所示）。為保證后期葉菜收獲的質(zhì)量和效果，提高仿形基準(zhǔn)面，對畦面機(jī)械化壓實(shí)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。鎮(zhèn)壓裝置由液壓馬達(dá)、傳動(dòng)鏈、振壓輥(2個(gè)）和兩對重量相等的偏心錘組成，壓實(shí)裝置與行走底盤采用三點(diǎn)掛接，通過油缸舉升。

鎮(zhèn)壓裝置采用了主動(dòng)雙振壓輥技術(shù)，在左右側(cè)板的上部，對稱安裝兩根偏心軸，每根軸的兩端，各安裝一個(gè)偏心錘，兩偏心軸之間由一對齒輪嚙合相向同步旋轉(zhuǎn)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，左右偏心力相互抵消，上下偏心力合并，產(chǎn)生上下往復(fù)變化的激振力，配合兩個(gè)動(dòng)力振壓輥使得土壤在整平的同時(shí)得到壓實(shí)，壟面更加平整飽滿。左右兩側(cè)板的下部，按壟型要求折彎成對應(yīng)尺寸形成梯形狀，用來阻擋土壤向兩側(cè)壟溝方向移動(dòng)，也可對壟型的兩側(cè)腰面進(jìn)行拍打壓實(shí)。采用激振裝置使得壟型土壤密實(shí)，不易塌陷，前振壓輥與后振壓輥呈前高后低的布置狀態(tài)，并且以比前進(jìn)速度更快的線速度旋轉(zhuǎn)，使壓輥與土壤間產(chǎn)生較大的滑移，通過此滑移進(jìn)一步碾碎表面土塊，使得畦面土壤更加細(xì)碎和平整。

5 收獲裝置設(shè)計(jì)

收獲裝置（如圖3所示）由割臺(tái)、輸送帶、升降油缸、液壓仿形裝置、操控和收集裝置等幾大模塊組成，能實(shí)現(xiàn)一次性仿形、切割、輸送、收集等功能。

圖3 收獲裝置

割臺(tái)采用兩輪帶式回轉(zhuǎn)切割器，主要由液壓調(diào)速驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、割臺(tái)主框架、月牙形環(huán)形帶鋸、帶鋸驅(qū)動(dòng)輪、帶鋸從動(dòng)輪、帶鋸張緊輪、聯(lián)接座等組成。割臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)簡潔、重量輕。割臺(tái)有三個(gè)輪的軸的位置可調(diào)，可方便地改變帶狀齒形割刀上下間的距離，提高對不同高度蔬菜收獲的適應(yīng)性。割刀以滑切的形式切割蔬菜莖稈，振動(dòng)小，噪音低，并可根據(jù)不同的蔬菜特性，由液壓調(diào)速閥手動(dòng)調(diào)整切割速度，能適應(yīng)大多數(shù)葉菜品種的切割要求。

切割輸送裝置由左右側(cè)板、聯(lián)接機(jī)架、輸送帶、輸送帶驅(qū)動(dòng)裝置、輸送帶被動(dòng)輥、輸送帶張緊機(jī)構(gòu)、仿形輥組件、液壓馬達(dá)等部件組成。在運(yùn)輸或田間行走時(shí)，割臺(tái)升降油缸抬升，使得割臺(tái)切割輸送裝置遠(yuǎn)離地面；作業(yè)時(shí)，割臺(tái)升降油缸回收。當(dāng)液壓仿形輥接觸畦面時(shí)，割臺(tái)升降油缸通過電動(dòng)控制，液壓回路處于常開狀態(tài)，割臺(tái)切割輸送裝置的控制權(quán)轉(zhuǎn)移到液壓仿形裝置，從而最大限度的實(shí)現(xiàn)與畦面的機(jī)械仿形功能，提高整機(jī)的適應(yīng)性，降低收獲損失；同時(shí)，可避免切割器入土帶來的諸多問題。

收獲作業(yè)時(shí)，帶刀回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，葉菜被切割，順著輸送帶方向倒伏到輸送帶上，再被傳送至輸送帶上端，隨著回轉(zhuǎn)下落到收集箱中，完成葉菜的收割。操縱人員通過對液壓仿形油缸的控制，以畦面為支撐點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對割刀與畦面間隙（割茬高度）的調(diào)節(jié)，滿足留茬不同的各類葉菜收獲需求。

6 整機(jī)性能

履帶式全液壓蔬菜種植復(fù)式機(jī)在江都市小紀(jì)農(nóng)業(yè)生態(tài)園進(jìn)行了試驗(yàn)檢測（如圖4、圖5所示）。試驗(yàn)條件：土壤類型為壤土，前茬作物是青菜，環(huán)境溫度為31℃，濕度為38%，播種和收獲對象是小青菜，收獲菜齡26d，蔬菜高度23cm。檢驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。

7 結(jié)語

通過試驗(yàn)驗(yàn)證，履帶式全液壓蔬菜種植復(fù)式機(jī)的設(shè)計(jì)方案是可行的，通過更換不同功能部件可完成葉類蔬菜的旋耕、起壟、鎮(zhèn)壓、播種、收獲機(jī)械化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，減少了機(jī)具的采購成本，作業(yè)效果和作業(yè)質(zhì)量均達(dá)到了生產(chǎn)要求，為設(shè)施蔬菜機(jī)械化生產(chǎn)提供了一種新的解決方案。

表2 收獲試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 耕整、播種試驗(yàn)

圖5 收獲試驗(yàn)