兩行大蒜聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計

崔軍王成文鐘志堂吳小偉李想

0 引言

江蘇省大蒜種植面積約13.33萬hm2，主要集中在徐州、鹽城兩地，其中邳州市種植面積約有4.67萬hm2。大蒜種植模式有平地畦作、平地畦作套種和壟作3種，平地畦作面積占大蒜種植總面積的80%以上，是江蘇省主要的大蒜種植模式。目前大蒜收獲主要有兩種方式：一種是傳統(tǒng)的人工收獲方式，另一種是機(jī)械收獲方式。人工作業(yè)效率低、勞動強(qiáng)度大，現(xiàn)有的大蒜收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量不高、適應(yīng)能力差，這些問題已成為制約大蒜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，研制開發(fā)適應(yīng)農(nóng)藝要求的大蒜收獲裝備是我國農(nóng)業(yè)機(jī)械研究人員面臨的一項(xiàng)重要課題[1－5]。

實(shí)現(xiàn)根莖分離是大蒜聯(lián)合收獲機(jī)的重要功能之一[6－7]。由于大蒜聯(lián)合收獲機(jī)所采用的大蒜切秧裝置占用空間比較大，而我國采用的是小行距種植模式，實(shí)現(xiàn)兩行以上的大蒜聯(lián)合收獲的空間布置非常困難。主要存在的問題是：無動力被動式對齊的，容易產(chǎn)生堵塞；有動力對齊的，又因?yàn)樵O(shè)計了切秧裝置，導(dǎo)致整個裝置空間尺寸過大，從而影響收獲效果。本項(xiàng)目設(shè)計了一款作業(yè)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、勞動強(qiáng)度低的大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)采用單缸柴油機(jī)作為牽引動力，能一次完成挖掘、分離、夾持輸送、切秧及蒜頭收集等作業(yè)。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

大蒜聯(lián)合收獲機(jī)主要由行走底盤、傳動系統(tǒng)、扶禾裝置、挖掘裝置、夾持裝置、蒜秧定位裝置、切秧裝置、橫向輸送裝置、集蒜箱（裝袋）及液壓系統(tǒng)等組成。詳見圖1。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，由手扶桿控制行走速度和行走方向，采用手搖啟動方式，有前檔和空檔位。啟動時，先將離合器置于空檔，由電動機(jī)啟動柴油機(jī)，再將離合器置于前檔，機(jī)具行走。手扶架上有操縱機(jī)構(gòu)，用來控制制動裝置、機(jī)具的行走速度和行走方向等。

圖1大蒜聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

該機(jī)作業(yè)時，前方振動掘取刀對深陷土壤中的大蒜進(jìn)行松土和挖掘，掘取刀后的一塊斜型橫板起到將土和蒜“鏟出”地表的作用。扶禾器在機(jī)具行進(jìn)時，將蒜秧扶正并使其保持直立。挖掘裝置上方的夾持裝置將蒜秧夾緊，把大蒜收到傳輸鏈條上，在傳輸過程中使蒜土分離。大蒜運(yùn)送到鏈條后端時，由后端上方的高速旋轉(zhuǎn)切秧刀具切斷大蒜的秧莖，蒜頭在重力作用下落入套在收集框上的收集網(wǎng)袋，莖葉在夾持慣性作用下拋向后方，完成大蒜的收集作業(yè)。

1.3 基本參數(shù)

1）外形尺寸：420 cm×140 cm×160 cm；

2）配套動力：2.13 kW單缸柴油機(jī)；

3）掛接形式：輪式自走式；

4）作業(yè)幅寬：40 cm；

5）作業(yè)行數(shù)：2行；

6）作業(yè)行距：20 cm；

7）株距：6～8株/m。

2 掘取刀限位機(jī)構(gòu)設(shè)計

我國是根莖類作物生產(chǎn)大國，根莖類作物的機(jī)械化收獲都離不開掘取刀，而根莖掘取刀的性能又決定于其限位機(jī)構(gòu)的性能?，F(xiàn)有的限位機(jī)構(gòu)普遍存在不合理之處，限位機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)功能單一，限制了收獲機(jī)性能的發(fā)揮。為此，本項(xiàng)目設(shè)計了一種帶分禾器三維可調(diào)限位機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)限位輪根據(jù)掘取刀的入土角度前后可調(diào)，根據(jù)農(nóng)作物種植行距分禾后左右可調(diào)，根據(jù)土壤的濕度深淺可調(diào)。該設(shè)計獲得了一項(xiàng)實(shí)用新型專利：帶分禾器三維可調(diào)限位機(jī)構(gòu)（專利號ZL201821835957.8）。圖2為帶分禾器三維可調(diào)限位機(jī)構(gòu)圖。

圖2帶分禾器三維可調(diào)限位機(jī)構(gòu)圖

如圖2所示，帶分禾器三維可調(diào)限位機(jī)構(gòu)由左支臂、右支臂、橫梁、限位輪和限位輪支臂組成，左支臂和右支臂的一端分別通過十字套管與橫梁活動連接，并通過十字套管上的緊固件固定。在橫梁上，位于左支臂和右支臂之間對稱設(shè)置有限位輪支臂，限位輪支臂通過U型緊固組件與橫梁連接。限位輪支臂的頂部設(shè)有上壓板和下壓板，限位輪支臂的內(nèi)部設(shè)有限位輪連接管，限位連接管與限位輪支臂滑動配合連接。限位輪連接管的底端安裝限位輪，頂端與調(diào)節(jié)螺桿連接，調(diào)節(jié)螺桿的頂端固定連接調(diào)節(jié)手柄和擋板，底端穿過上壓板和下壓板與限位輪連接管螺紋連接。限位輪支臂上設(shè)有緊固件固定限位連接管。采用該實(shí)用新型專利技術(shù)，可以提高根莖類收獲機(jī)的收獲效果，使現(xiàn)有的部分根莖類收獲機(jī)具備一機(jī)多用的作業(yè)能力。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

考察設(shè)計的聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)性能（主要是與作業(yè)質(zhì)量密切相關(guān)的指標(biāo)）是否達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，以及帶分禾器的三維可調(diào)限位機(jī)構(gòu)的使用功能是否可靠、方便、可行。

3.2 試驗(yàn)條件

1）試驗(yàn)地點(diǎn)：江蘇省徐州市豐縣首羨鎮(zhèn)穆莊。

2）大蒜品種：徐州白蒜。蒜頭直徑6.2 cm，高度為4.5 cm。

3）試驗(yàn)地塊：面積為200 m×400 m，大蒜地表面為地膜覆蓋，倒伏比例為4.5%。

4）種植模式：大蒜種植行距為20 cm，株距為16 cm。

5）土壤類型：沙壤土，含水率為26.9%，硬度為24.5 kPa。

試驗(yàn)條件滿足機(jī)械收獲作業(yè)要求。

3.3 試驗(yàn)內(nèi)容

考察機(jī)具的性能指標(biāo)，重點(diǎn)是與作業(yè)質(zhì)量密切相關(guān)的5個指標(biāo)：損失率、傷蒜率、含雜率、切頭成功率、挖掘深度。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.4.1試驗(yàn)結(jié)果

1）作業(yè)時，機(jī)具運(yùn)行可靠，沒有發(fā)生換擋困難、動力熄火、陷車等情況。切秧整齊，沒有發(fā)生蒜秧、蒜頭堵塞裝置的情況。刀具無變形折斷現(xiàn)象，操作方便，對行容易。

2）帶分禾器三維可調(diào)限位機(jī)構(gòu)調(diào)整方便，連接掘取刀上下調(diào)整可靠、靈敏。方向調(diào)整時，支撐限位輪轉(zhuǎn)向靈活、順暢。

3）從試驗(yàn)結(jié)果看，在掘取刀的作用下，所有大蒜均能被挖出土層，不存在漏挖現(xiàn)象。作業(yè)損失主要發(fā)生在夾持工序，原因是大蒜倒伏嚴(yán)重或者蒜秧過短，夾持機(jī)構(gòu)夾持不到蒜秧，不能將大蒜正常夾持輸送入集蒜箱。

4）傷蒜率為1.4%。傷蒜主要原因是地面低洼不平，導(dǎo)致機(jī)體調(diào)整不及時，使得掘取刀傾斜較大造成的。

5）含雜率為4.5%。雜質(zhì)的混入主要發(fā)生在機(jī)具起步或者剛停機(jī)時，原因是挖掘鏟啟動突然變速，一些薄膜來不及分離，在土壤含水量比較大時，一些土壤附著在蒜頭上不易振落，從而連同蒜頭進(jìn)入集蒜箱。

6）切頭成功率為92%。根據(jù)現(xiàn)場觀察，在作業(yè)速度較快時（三擋大油門），切頭效果不理想，這與夾持速度過快導(dǎo)致夾持精準(zhǔn)性下降有關(guān)。

7）挖掘深度調(diào)整方便、靈活，最大挖掘深度可達(dá)12 cm。

機(jī)具性能指標(biāo)見表1。

表1機(jī)具性能指標(biāo)

3.4.2存在的不足與建議

1）建議挖掘裝置所用掘取刀的寬度采用系列化設(shè)計，以適應(yīng)大蒜種植行距不統(tǒng)一的現(xiàn)狀。針對不同種植行距可通過更換不同的掘取刀提高作業(yè)質(zhì)量和適應(yīng)性。

2）針對現(xiàn)有的集蒜箱大小與袋子的大小不匹配的問題，建議將集蒜箱設(shè)計成圓形，與袋子的口形一致，以方便固定袋口與集蒜箱箱口的連接。同時，集蒜箱的深度應(yīng)與常用的袋子的長度一致。建議將集蒜箱的深度設(shè)計成可調(diào)，以方便連接不同長度的袋子，減少作業(yè)過程中因袋子和集蒜箱不匹配造成大蒜泄露的情況。

3）機(jī)具若在下過雨后短期內(nèi)下田作業(yè)，由于土壤含水尚未完全下降，土層下方一定深度及田塊低洼處土壤含水量高，機(jī)具行進(jìn)時會發(fā)生輪子打滑現(xiàn)象。建議采用履帶式底盤。

4 結(jié)論

根據(jù)當(dāng)前大蒜收獲技術(shù)現(xiàn)狀以及市場需求，兼顧小農(nóng)戶和規(guī)模種植大戶的需求，設(shè)計了兩行大蒜聯(lián)合收獲機(jī)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)具作業(yè)性能良好，能滿足生產(chǎn)要求，且整機(jī)體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、便于運(yùn)輸，可適用于不同地區(qū)不同品種的大蒜收獲，具有較好的推廣應(yīng)用前景。