牽引式芹菜自動(dòng)收獲機(jī)的研究設(shè)計(jì)

李蜀予，王艷梅，張清林

（1.寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750021；2.金鳳區(qū)良田鎮(zhèn)奕龍回民希望小學(xué)，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750021）

芹菜在我國(guó)有著悠久的種植歷史和廣闊的種植面積。但我國(guó)暫時(shí)還沒(méi)有投產(chǎn)性能成熟的芹菜收獲機(jī)。依靠人工收獲，用工量大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下，種植經(jīng)濟(jì)效益下降。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)芹菜收獲機(jī)械的發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

國(guó)外在20 世紀(jì)六七十年代開(kāi)發(fā)了幾種芹菜收獲機(jī)。從工作結(jié)構(gòu)來(lái)分，國(guó)外的芹菜收獲機(jī)主要有2 種，一種是先將芹菜頂部的莖葉割去，再由割根刀深入到土層下將芹菜根直接割除，由夾持帶傳送到收集箱進(jìn)行打包；另一種是由夾持部件夾持住芹菜根部帶土拔起，在傳送帶輸送過(guò)程中由割刀將芹菜根和芹菜頂割去，并繼續(xù)輸送至收集箱打包。國(guó)外研制的芹菜收獲機(jī)具有整體機(jī)構(gòu)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，適合于大規(guī)模作業(yè)收獲，不適應(yīng)我國(guó)棚內(nèi)種植情況。而且大多數(shù)收獲機(jī)價(jià)格昂貴、保養(yǎng)維修復(fù)雜，同時(shí)為了運(yùn)輸方便對(duì)芹菜整體破壞較大。

因此，研究適用于國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，尤其能與拖拉機(jī)配套使用的大型芹菜收獲機(jī)，對(duì)提高芹菜收獲效率、保持芹菜完整性、降低人工依賴程度、推進(jìn)農(nóng)業(yè)裝備創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。

1 芹菜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到農(nóng)戶一般不具備太多的機(jī)械專業(yè)知識(shí)，因此芹菜收獲機(jī)必須結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作性好、可靠性高、價(jià)格合理。本項(xiàng)目研制的一種牽引式芹菜收獲機(jī)，結(jié)構(gòu)主要由盤割刀、液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)等組成。芹菜收獲機(jī)由拖拉機(jī)提供牽引力和液壓傳動(dòng)。芹菜在自然生長(zhǎng)時(shí)莖葉很分散，為了方便收割，可以在夾持輸送到盤刀前將芹菜集成一束。

圖1 是芹菜收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 是芹菜收獲機(jī)的俯視結(jié)構(gòu)圖。

圖3 為芹菜收獲機(jī)傳送帶結(jié)構(gòu)圖。

2 芹菜收獲機(jī)工作原理

該芹菜收獲機(jī)以割臺(tái)機(jī)架總成為基礎(chǔ)，前邊安裝有2 組前縱向傳送帶，前縱向傳送帶的左右側(cè)裝有割臺(tái)護(hù)板，在前縱向傳送帶的前方裝有四組割刀總成，割刀總成由盤割刀、4 個(gè)刀軸、刀軸軸承總成、刀軸驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)組成，刀軸軸承總成由刀軸支架總成與割臺(tái)機(jī)架總成連接，在割臺(tái)機(jī)架總成的右側(cè)裝有地輪軸、地輪。

切割裝置包括割刀盤、上刀架、下刀架，割刀兩邊的側(cè)翼固定在下刀架上，刀刃呈圓形，上、下刀架通過(guò)連接軸連接在一起，其接觸面為斜面，連接軸上設(shè)有卷簧，在卷簧的彈力作用下，上、下刀架在接觸斜面處抵緊。

傳動(dòng)裝置包括減速器、2 個(gè)鏈傳動(dòng)副和傳動(dòng)箱，動(dòng)力源提供的動(dòng)力經(jīng)過(guò)減速器減速后，通過(guò)一個(gè)鏈傳動(dòng)副與傳動(dòng)箱連接，將動(dòng)力傳送給夾持輸送裝置，另一個(gè)鏈傳動(dòng)副將動(dòng)力傳送給行走裝置。為了將切割下來(lái)的芹菜及時(shí)收集，在機(jī)架上還固定有儲(chǔ)菜收集裝置，該收集裝置包括托板、儲(chǔ)菜箱和支撐輪，儲(chǔ)菜箱固定在托板上方，支撐輪固定在托板下方。

芹菜收獲機(jī)的上、下懸架臂與拖拉機(jī)機(jī)架固定，使芹菜收獲機(jī)掛在拖拉機(jī)前方。在拖拉機(jī)前進(jìn)時(shí)，由拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)給刀軸驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)提供動(dòng)力帶動(dòng)刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)，刀軸帶動(dòng)盤割刀轉(zhuǎn)動(dòng)，一組盤割刀順時(shí)針轉(zhuǎn)，另一組盤割刀逆時(shí)針轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相向的切割力割下芹菜并推送到前縱向傳送帶，由前縱向傳送帶運(yùn)送到橫向傳送帶上。在橫向傳送帶驅(qū)動(dòng)軸的作用下把芹菜并推送到后縱向傳送帶上，由后縱向傳送帶送至儲(chǔ)菜箱。后縱向傳送帶由后縱向傳送帶驅(qū)動(dòng)液壓泵驅(qū)動(dòng)，縱向傳送帶驅(qū)動(dòng)液壓泵液壓由拖拉機(jī)供給。前縱向傳送帶和橫向傳送帶的動(dòng)力由地輪提供，地輪在機(jī)組前進(jìn)推力作用下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)地輪軸直接驅(qū)動(dòng)前縱向傳送帶，地輪軸帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪把動(dòng)力傳給鏈條、從動(dòng)鏈、從動(dòng)鏈輪軸、主動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪、橫向傳送帶驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)橫向傳送帶運(yùn)動(dòng)。在機(jī)組前進(jìn)中連續(xù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)芹菜的機(jī)械化收獲。

割臺(tái)機(jī)架總成前上方裝有橫向傳送帶，橫向傳送帶由橫向傳送帶右支承軸、支承軸軸承總成、驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸支承軸承總成裝在割臺(tái)機(jī)架總成，在橫向傳送帶右側(cè)裝有后縱向傳送帶，后縱向傳送帶由后縱向傳送帶驅(qū)動(dòng)液壓泵、從動(dòng)軸裝在割臺(tái)機(jī)架總成，在后縱向傳送帶的后方裝有儲(chǔ)菜箱，割臺(tái)機(jī)架總成的后方裝有上懸架臂、下懸架臂，割臺(tái)機(jī)架總成與上懸架臂之間裝有左右液壓缸、和左右液壓缸上支點(diǎn)，在割臺(tái)機(jī)架總成的左側(cè)下方裝有橫向傳送帶的驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)軸支承軸承總成、從動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪軸、從動(dòng)鏈輪軸支承軸承總成、主動(dòng)錐齒輪、鏈條、主動(dòng)鏈輪。

3 研究結(jié)論

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種牽引式芹菜收獲機(jī)，包括機(jī)架、動(dòng)力源、傳動(dòng)裝置、行走裝置、切割裝置、夾持輸送裝置。該收獲機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作效率高等特點(diǎn)，能夠降低芹菜收獲的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加芹菜種植的經(jīng)濟(jì)效益。該機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)有：①作業(yè)能力為0.4 ～0.5 hm2/h；②收獲率達(dá)到98%以上；③完整率達(dá)到95%以上；④配套拖拉機(jī)動(dòng)力不低于18 kW；⑤行駛速度為0.2～0.3 m/s。

設(shè)計(jì)的芹菜收獲機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：①整機(jī)結(jié)構(gòu)布置合理，將減速器布置在地輪正上方、傾斜的夾持輸送裝置下方，充分利用空間，并使整機(jī)重心落在地輪上，使整機(jī)具有良好的穩(wěn)定性；②為保證芹菜在夾持輸送過(guò)程中不會(huì)由于皮帶太松而落下，在輸送架上裝彈性張緊輪，皮帶的張緊力大小可隨芹菜莖稈的粗細(xì)自動(dòng)調(diào)節(jié)；輸送皮帶上附有一層海綿，增大與芹菜的接觸摩擦力，使皮帶能夾持住芹菜且不會(huì)對(duì)其造成物理?yè)p傷，如夾裂莖稈等；③芹菜被拔出后直立向后輸送，儲(chǔ)菜箱位于機(jī)器后方，不會(huì)影響到未收割的芹菜，并且可以隨時(shí)查看芹菜收獲質(zhì)量，以利于隨時(shí)調(diào)節(jié)；④割刀采用盤式平面割刀，可以防止雜物擁堵、阻塞盤刀，同時(shí)刀架傾斜，可以減小切割阻力；⑤采用橡膠地輪式行走裝置，增大了接地面積，減小了接地壓力，同時(shí)整機(jī)質(zhì)量變輕，振動(dòng)小，行走更加平穩(wěn)。