微型單行手扶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)

崔 軍，鐘志堂，王成文，吳小偉，李 想，莊 睿

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站，江蘇 南京 210017；2.徐州三石工控科技有限公司/徐州庫卡機(jī)械科技有限公司，江蘇 豐縣 221700；3.江蘇省農(nóng)機(jī)化服務(wù)站，江蘇 南京 210017）

0 引言

我國是世界上大蒜種植面積最大的國家，但是我國大部分大蒜種植區(qū)主要以人工收獲方式為主，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，嚴(yán)重影響了對它們的適時(shí)收獲。目前，大蒜聯(lián)合收獲機(jī)在發(fā)達(dá)國家的研制已形成體系。歐美地區(qū)國家主要采用大型側(cè)置牽引式聯(lián)合收獲機(jī)，不僅作業(yè)效率高，而且節(jié)省大量勞動力，適合大面積的種植模式。我國現(xiàn)在的大蒜收獲機(jī)針對中國大蒜種植農(nóng)藝，也已經(jīng)逐步走向?qū)嵱秒A段，目前國內(nèi)大蒜收獲主要有分段條鋪式大蒜收獲機(jī)和大蒜聯(lián)合收獲機(jī)。分段條鋪式大蒜收獲機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是自動化程度低，后期大蒜收集、切秧、切根仍需要人工完成?，F(xiàn)有大蒜聯(lián)合收獲機(jī)雖然能一次完成挖掘、去土、夾持輸送、切秧及蒜頭收集等作業(yè)，但是仍存在以下缺點(diǎn)：（1）國外國內(nèi)大蒜聯(lián)合收獲機(jī)價(jià)格昂貴，售后維修成本高，超出了農(nóng)民的購買力；（2）對操作人員技術(shù)要求高；（3）由于我國大蒜主產(chǎn)區(qū)大蒜種植多以小地塊為主，對大型收獲機(jī)的使用受到一定的限制；（4）行距適應(yīng)性差、挖掘阻力大、限深輪易被薄膜纏繞。

大蒜收獲機(jī)對于提高大蒜收獲機(jī)械的技術(shù)水平，促進(jìn)大蒜收獲機(jī)械優(yōu)化升級和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，凝聚培養(yǎng)智能化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的創(chuàng)新人才隊(duì)伍，全面提升大蒜收獲機(jī)械科技創(chuàng)新能力和國際競爭力，提升保障農(nóng)產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展和有效供給能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義[1-2]。為了解決當(dāng)前聯(lián)合收獲機(jī)存在的缺點(diǎn)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一款微型單行手扶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、行距適應(yīng)性強(qiáng)、挖掘阻力小、不易纏繞等優(yōu)點(diǎn)，該機(jī)獲得了一項(xiàng)實(shí)用新型專利：微型單行手扶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，專利號ZL201821836719.9。

1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

本微型單行手扶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1，采用的雙限位輪結(jié)構(gòu)，保證了工作時(shí)掘取刀適當(dāng)?shù)木蛉∩疃?，采用了對齊切秧一體化裝置，使得結(jié)構(gòu)簡單緊湊，保證切秧一致性，同時(shí)使用了串聯(lián)十字空心換向裝置，工作部與前進(jìn)方向成一定的夾角，從而保證在工作前進(jìn)時(shí)，不影響操控人員的視線，主夾持傳動機(jī)構(gòu)由串聯(lián)的十字空心換向機(jī)構(gòu)配合可伸縮十字萬向節(jié)組成，動力系統(tǒng)能夠同時(shí)帶動主夾持傳動機(jī)構(gòu)和對齊切秧機(jī)構(gòu)工作，行走萬向輪組件只在道路上行走時(shí)使用工作時(shí)取下。

1.2 工作原理

作業(yè)時(shí)最前方的分禾器將大蒜莖葉扶正，同時(shí)位于土層下方的掘取刀通過前后和上下振動將大蒜根須切斷，并將土蒜分離，大蒜在夾持機(jī)構(gòu)的夾持下通過切秧裝置，將蒜秧與蒜頭切割分離，蒜秧在夾持機(jī)構(gòu)的夾持下順勢向后方拋出至地面，蒜頭在重力作用下掉入在切秧裝置下方的蒜頭收集箱。

1.3 基本參數(shù)

外形尺寸：長*寬*高210cm*80cm*121cm，配套動力：7馬力汽油機(jī)，掛接形式：輪式自走式，作業(yè)幅寬：20cm，作業(yè)行數(shù)：1行，作業(yè)行距：15cm以上，株距：6～8株/m。

2 六面安裝十字空心換向裝置設(shè)計(jì)

在農(nóng)用機(jī)械領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)多種功能，需要使用動力的裝置較多，這不僅增加了設(shè)備體積，而且設(shè)備的運(yùn)行效率不高，并且造成機(jī)具的機(jī)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大等缺點(diǎn)。為此本文設(shè)計(jì)了一種六面安裝十字空心換向裝置，它包括長方體殼體、油封、空心螺旋圓柱軸齒輪、軸承、黃油嘴和卡簧等，長方體殼體內(nèi)設(shè)有兩個(gè)十字交叉放置且相互嚙合的空心螺旋圓柱軸齒輪，空心螺旋圓柱軸齒輪分別通過軸承與長方體殼體轉(zhuǎn)動連接，軸承的外側(cè)分別設(shè)有油封和卡簧，長方體殼體的一側(cè)設(shè)有黃油嘴。該裝置體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，用途廣泛，能夠?qū)崿F(xiàn)動力的換向輸出。如圖2。

將一對空心螺旋圓柱軸齒輪副呈十字交叉裝配到殼體中，構(gòu)成十字空心換向裝置，將驅(qū)動軸裝配到空心螺旋圓柱軸齒輪中，就可以實(shí)現(xiàn)輸出垂直于驅(qū)動軸方向的傳動，如果保持驅(qū)動軸的旋向不變，要得到與相反方向的動力輸出，只需要空心螺旋圓柱軸齒輪加工成相反旋向即可；該裝置可以進(jìn)行多個(gè)裝置串并聯(lián)使用，還可以根據(jù)旋向的不同，根據(jù)實(shí)際傳動需要，進(jìn)行多種組合，該裝置的殼體為長方體殼體，在六個(gè)面上分別鉆四個(gè)安裝孔，方便根據(jù)實(shí)際需要固定該裝置。該裝置設(shè)計(jì)獲得了一項(xiàng)實(shí)用新型專利：一種六面安裝十字空心換向裝置，專利號ZL201821835948.9。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

考察設(shè)計(jì)的聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，以及六面安裝十字空心換向裝置的使用功能是否可靠、方便、可行。

3.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)地點(diǎn)在邳州市宿羊山鎮(zhèn)，大蒜品種為華農(nóng)白蒜，大蒜地表面為地膜覆蓋。試驗(yàn)地塊面積為220m×250m，倒伏比例為4%，大蒜種植行距為 20cm，株距為15cm，蒜頭直徑為6.1cm，蒜頭高度為4.4cm。土壤類型為沙壤土，含水率為25.8%。土壤硬度24．8kPa。試驗(yàn)條件適合機(jī)械收獲作業(yè)要求。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)過多次試驗(yàn)，重點(diǎn)考核了與作業(yè)質(zhì)量密切相關(guān)的5個(gè)指標(biāo)：損失率、傷蒜率、含雜率、切頭成功率、挖掘深度，對獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分析，結(jié)果及分析如下：

（1）作業(yè)時(shí)整機(jī)運(yùn)行可靠，沒有發(fā)生換擋困難、動力熄火、陷車、故障等情況，切秧整齊，蒜秧、蒜頭沒有發(fā)生堵塞裝置的情形，刀具無變形折斷現(xiàn)象，操作方便，對行容易。

（2）六面安裝十字空心換向裝置運(yùn)行可靠、平穩(wěn)，換擋順暢、靈敏，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（3）機(jī)具性能：損失率為2.4%，傷蒜率為1.2%，含雜率為4%，切頭成功率為95%，挖掘深度在0～12cm可調(diào)。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目結(jié)合我國大蒜種植小田塊的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了微型單行手扶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，成本低廉，操作簡單，對行容易。試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)具性能滿足設(shè)計(jì)要求和國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有極大的社會和經(jīng)濟(jì)價(jià)值；根據(jù)近年在江蘇、山東、河南等地的推廣使用情況來看，深受農(nóng)戶的喜愛，企業(yè)獲得了良好經(jīng)濟(jì)效益。