液壓控制履帶自走式溫室三七收獲機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張兆國(guó) 王一馳 李漢青 刀 方 張振東 薛浩田

(1.昆明理工大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品學(xué)院， 昆明 650500； 2.云南省高校中藥材機(jī)械化工程研究中心， 昆明 650500;3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院， 哈爾濱 150030)

0 引言

隨著云南省三七產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，三七采挖面積在逐年增長(zhǎng)。目前，三七種植基地采用人工收獲方式，其勞動(dòng)強(qiáng)度大?，F(xiàn)有根莖類作物收獲機(jī)并不符合溫室種植三七的特殊農(nóng)藝要求，因此收獲效率低、效果不佳。

我國(guó)于20世紀(jì)60年代開(kāi)始引進(jìn)根莖類收獲機(jī)械，其中以花生、薯類收獲為主，直到20世紀(jì)80年代，才開(kāi)始對(duì)中藥材收獲機(jī)械進(jìn)行研究。劉寶等[1]設(shè)計(jì)了MZPH-820型馬鈴薯收獲機(jī)，并對(duì)馬鈴薯碰撞過(guò)程進(jìn)行分析研究，獲得了較好的根土分離效果。楊然兵等[2]對(duì)花生收獲機(jī)理進(jìn)行研究，研制的4HQL-2型花生聯(lián)合收獲機(jī)去土效果好、損失率低。張程[3]研發(fā)了溫室履帶行走底盤(pán)，該底盤(pán)適合窄行距工況作業(yè)。何曉芬[4]研制了折耳根收獲機(jī)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)性好。文獻(xiàn)[5-10]研制了多種牽引式和自走式的三七收獲機(jī)，但是仍然存在收獲效率低、轉(zhuǎn)向阻力大、整體操作靈敏度不佳等問(wèn)題。

本文借鑒根莖類收獲機(jī)械先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種液壓控制履帶自走式溫室三七收獲機(jī)。整機(jī)采用履帶式底盤(pán)，從而提高行走靈敏度和越障性能，對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期提高收獲效率和收獲品質(zhì)，滿足三七特殊收獲需求。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 三七種植農(nóng)藝要求

三七種植平均氣溫為15～17℃，鋪于三七仿生種植基地槽內(nèi)的土壤分為3層，自上而下分為粗石粒、細(xì)石粒、種植土壤，如圖1所示。對(duì)種植土壤進(jìn)行含水率、密度、堅(jiān)實(shí)度和基本力學(xué)參數(shù)測(cè)定，得到溫室種植土壤基本物理參數(shù)：含水率為24.2%；密度為1.35 g/cm3；堅(jiān)實(shí)度為0.76 MPa；內(nèi)摩擦角為15.41°；摩擦因數(shù)為0.276；內(nèi)聚力為15.855 kPa。

三七種植槽寬度為1 480～1 510 mm，每段種植槽長(zhǎng)度為94 m，種植槽兩邊的混凝土路面寬約300 mm，混凝土路面距槽內(nèi)土面60～70 mm，通過(guò)測(cè)量10組三七的株距和行距，可得種植株距和行距分別為20、15.7 cm，三年生三七主根深度在150～200 mm范圍內(nèi)，須根分布更深。

1.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)

考慮三七收獲機(jī)非作業(yè)狀態(tài)下存放及運(yùn)輸?shù)姆奖阈?，設(shè)計(jì)由液壓缸活塞桿的伸縮來(lái)控制挖掘裝置的升降，非作業(yè)狀態(tài)升起挖掘裝置方便行走[11]。根據(jù)溫室高度和種植槽參數(shù)，對(duì)整機(jī)的長(zhǎng)寬高進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。整機(jī)由履帶行走底盤(pán)、整體機(jī)架、挖掘裝置、液壓控制系統(tǒng)、外殼組成，采用升運(yùn)鏈排裝置可以更有效實(shí)現(xiàn)根土分離[12]。整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，具體參數(shù)如表1所示。

表1 溫室三七收獲機(jī)整機(jī)參數(shù)

1.3 工作原理

整機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，挖掘部件處于提升狀態(tài)，通過(guò)液壓缸控制挖掘部件的入土深度，啟動(dòng)控制升運(yùn)鏈和履帶的液壓馬達(dá)帶動(dòng)整機(jī)前進(jìn)。至土槽起點(diǎn)時(shí)，降下挖掘部件，挖掘鏟入土進(jìn)行收獲作業(yè)。挖掘出的三七經(jīng)過(guò)分離裝置完成根土分離，分離出的三七落到地面上，可后續(xù)進(jìn)行人工撿拾。當(dāng)完成收獲過(guò)程，行至土槽盡頭，此時(shí)液壓缸活塞桿收回，挖掘部件提升，控制履帶底盤(pán)使整機(jī)原地轉(zhuǎn)向，進(jìn)行下一畦收獲。

2 底盤(pán)設(shè)計(jì)與仿真分析

2.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

針對(duì)溫室三七種植基地的參數(shù)和種植條件，通過(guò)實(shí)地調(diào)研可知行走路面為混凝土路面。橡膠履帶受力面大，能減少因?yàn)檫^(guò)大的整機(jī)重量對(duì)地面造成的破壞，且能有效完成原地轉(zhuǎn)向功能。因此選用橡膠履帶作為行走底盤(pán)，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)[13]。履帶結(jié)構(gòu)參數(shù)包括單邊橡膠履帶的寬度、接地長(zhǎng)度和節(jié)距，驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、導(dǎo)向輪的直徑、寬度等。履帶尺寸計(jì)算公式為

(1)

(2)

(3)

(4)

式中c——履帶帶寬，mm

M——收獲機(jī)質(zhì)量，kg

L——接地長(zhǎng)度，mm

r——驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑，mm

z——履帶節(jié)距，mm

m——驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)，個(gè)

根據(jù)文獻(xiàn)[14]，引導(dǎo)輪半徑取0.8倍驅(qū)動(dòng)輪半徑，支重輪半徑取0.8倍引導(dǎo)輪半徑。計(jì)算得到的履帶行走機(jī)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

表2 履帶行走機(jī)構(gòu)參數(shù)

2.2 直線行走特性分析

對(duì)自走式溫室三七收獲機(jī)行走特性的研究本質(zhì)是對(duì)挖掘收獲作業(yè)的研究，同時(shí)也是對(duì)履帶底盤(pán)動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究。在行駛過(guò)程中，樣機(jī)受到內(nèi)部阻力、外部阻力、牽引力與附著力等作用[15]。對(duì)其直行過(guò)程建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，如圖3所示。

因?yàn)闃訖C(jī)在直行過(guò)程中，挖掘機(jī)構(gòu)是升起狀態(tài)，因此建立模型時(shí)不考慮，只考慮其自身重力。整機(jī)受到的力計(jì)算式為

F=Fa+Fb+Fc

(5)

F2=fG

(6)

式中F——內(nèi)部總阻力，N

G——整機(jī)重力，N

Fa——驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生的摩擦阻力，N

Fb——引導(dǎo)輪產(chǎn)生的摩擦阻力，N

Fc——支重輪產(chǎn)生的摩擦阻力，N

F2——外部總阻力，N

f——摩擦因數(shù)，混凝土路面取0.06

計(jì)算可得內(nèi)部總阻力為420 N，外部總阻力為2 980 N。通過(guò)RecurDyn軟件進(jìn)行仿真分析，對(duì)行走機(jī)構(gòu)添加作用力，依據(jù)計(jì)算結(jié)果和實(shí)際，設(shè)定前進(jìn)速度為0.5 m/s，作業(yè)中受到的工作阻力為2 500 N。通過(guò)圖4可以得到履帶機(jī)構(gòu)剛開(kāi)始直行時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪受到較大的扭矩，約為480 N·m，當(dāng)進(jìn)入平穩(wěn)狀態(tài)后(1 s)，左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪受到的扭矩與右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪受到的扭矩基本相等，約為190 N·m，驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑為140 mm，所以單側(cè)履帶需要的牽引動(dòng)力約為1 357 N。樣機(jī)的質(zhì)心加速度圍繞零點(diǎn)上下均勻波動(dòng)，波動(dòng)范圍不大。正常收獲作業(yè)過(guò)程中，直行穩(wěn)定性滿足要求[16]。

3 挖掘裝置參數(shù)設(shè)計(jì)

三七挖掘鏟已有較為成熟的研究[17]，這里不再贅述。采用二階組合式挖掘鏟，能有效完成挖掘作業(yè)，提高挖掘效率。根據(jù)溫室大棚三七種植環(huán)境，確定挖掘鏟入土角為25°。三七在土中形態(tài)如圖5所示。

三七挖掘機(jī)分離裝置輸送的根土混合物，經(jīng)歷分離、后拋等過(guò)程。對(duì)根土混合物拋起過(guò)程分析，確定分離輸送裝置的參數(shù)結(jié)構(gòu)。根土混合物在升運(yùn)鏈排的振動(dòng)達(dá)到最大振幅時(shí)被拋起，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析，如圖6所示。在升運(yùn)鏈上時(shí)，受到垂直鏈排向上的慣性力F1和支持力FN，同時(shí)在向后輸送時(shí)受到摩擦力f1。

分別在平行于升運(yùn)鏈線速度方向和垂直于升運(yùn)鏈線速度方向建立X、Y軸，當(dāng)支持力FN為0，即根土混合物剛剛被拋起，建立方程

F1≥mgcosα

(7)

其中

F1=-ma

(8)

式中m——根土混合體質(zhì)量，kg

α——升運(yùn)鏈傾角，(°)

g——重力加速度，m/s2

a——根土混合物加速度，m/s2

根據(jù)文獻(xiàn)[18]，令升運(yùn)鏈抖動(dòng)時(shí)的最低點(diǎn)為位移零點(diǎn)，得到位移與時(shí)間t的方程，并對(duì)時(shí)間求二階導(dǎo)數(shù)得到加速度

(9)

式中ω——升運(yùn)鏈振動(dòng)的角速度，rad/s

β——簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)初始相位角，(°)

A——升運(yùn)鏈振幅，m

因?yàn)樯\(yùn)鏈和抖動(dòng)輪的頻率相同，由頻率和角速度之間的關(guān)系得

ω=2πT

(10)

式中T——抖動(dòng)輪頻率，Hz

由式(9)和式(10)可以得到加速度a與抖動(dòng)輪頻率、升運(yùn)鏈振幅之間的關(guān)系

a=-2π2AT2cos(2πTt+β)

(11)

取加速度a最大，將式(11)代入式(7)，可以得到

2π2AT2≥gcosα

(12)

三七根土混合體被升運(yùn)鏈拋起的最大高度為

(13)

式中v1——機(jī)具前進(jìn)速度，m/s

由文獻(xiàn)[19]可知，三七被拋起最大高度小于150 mm時(shí)，可以最大限度減少三七的損傷。三七收獲機(jī)作業(yè)速度為0～1 m/s，升運(yùn)鏈傾角為20°～30°。由式(12)和式(13)計(jì)算得到升運(yùn)鏈振幅和抖動(dòng)輪頻率的關(guān)系為

AT≤0.17 m/s

(14)

根據(jù)分析可得，抖動(dòng)頻率和振幅影響三七后拋程度，并可在一定關(guān)系時(shí)，減少傷根率。若振幅和頻率過(guò)小，會(huì)使得根土分離不徹底；若振幅和頻率過(guò)大，則造成傷根率偏高。根據(jù)田間測(cè)試和式(14)，選取升運(yùn)鏈排寬度為1 320 mm，有效升運(yùn)距離為1 200 mm。根據(jù)三七的平均長(zhǎng)度和運(yùn)動(dòng)分析，設(shè)計(jì)鏈條排的間隙為40 mm。并依據(jù)升運(yùn)鏈排的參數(shù)，確定相關(guān)參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 挖掘裝置參數(shù)

4 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)可以輸出大轉(zhuǎn)矩，使大噸位物體實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)動(dòng)。同時(shí)在相同功率條件下，液壓傳動(dòng)裝置體積小、重量輕。自走式溫室三七收獲機(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)方式，開(kāi)式液壓回路系統(tǒng)，整機(jī)使用雙液壓馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和液壓缸來(lái)完成控制功能。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示。

4.1 行走方案

為了提高整機(jī)工作效率，收獲機(jī)在工作時(shí)未產(chǎn)生偏移，前進(jìn)和后退同步精度需要保障，為滿足要求，采用低速驅(qū)動(dòng)方案[20]。行走液壓系統(tǒng)原理圖如圖8所示。

行走液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓油箱、壓力表、溢流閥、可調(diào)單向節(jié)流閥、三位四通電磁換向閥、二位四通電磁換向閥、分流集流閥和行走液壓馬達(dá)所構(gòu)成。當(dāng)三位四通電磁換向閥左端的1YA線圈得電時(shí)，行走液壓馬達(dá)在分流集流閥的作用下同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)收獲機(jī)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)功能，同理可得當(dāng)三位四通電磁換向閥右端的2YA線圈得電時(shí)，收獲機(jī)實(shí)現(xiàn)后退功能。二位四通電磁換向閥的3YA線圈得電時(shí)，收獲機(jī)實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎功能，二位四通電磁換向閥的4YA線圈得電時(shí)，收獲機(jī)實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎功能。

4.2 升運(yùn)鏈傳動(dòng)方案

進(jìn)行傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮整機(jī)升運(yùn)鏈所承受的負(fù)載不是固定值，所以在進(jìn)行液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須有調(diào)速功能。為防止升運(yùn)鏈不被土塊卡住且能夠高效工作，設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)需要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。選取液壓馬達(dá)作為升運(yùn)鏈執(zhí)行元件，傳動(dòng)液壓系統(tǒng)如圖9所示[21]。

傳動(dòng)液壓系統(tǒng)主要由液壓馬達(dá)、溢流閥、節(jié)流閥和三位四通電磁換向閥組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)液壓泵工作，液壓泵從液壓油箱抽取液壓油，然后經(jīng)過(guò)電磁換向閥輸送給旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，三位四通電磁換向閥負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，當(dāng)三位四通電磁換向閥左端的5YA線圈得電時(shí)，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)正轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)升運(yùn)鏈正轉(zhuǎn)，三位四通電磁換向閥右端的6YA線圈得電時(shí)，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)反轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)升運(yùn)鏈反轉(zhuǎn)。為滿足液壓馬達(dá)的工作速度可調(diào)，在馬達(dá)的進(jìn)油與出油口處分別裝有可調(diào)節(jié)流閥。

4.3 升降系統(tǒng)方案

挖掘裝置在整機(jī)工作前必須緩慢下降，使挖掘鏟能夠順利進(jìn)入土壤且可達(dá)到適宜的挖掘深度，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。為使挖掘裝置能夠順利地實(shí)現(xiàn)升降，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須具有過(guò)載保護(hù)、安全制動(dòng)、自鎖、卸荷和調(diào)速等功能。升降液壓系統(tǒng)原理如圖10所示[22]。

升降液壓系統(tǒng)回路主要包括液壓源、三位四通電磁換向閥、液控單向閥、升降液壓缸。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)液壓泵工作，液壓泵從液壓油箱抽取液壓油，然后經(jīng)電磁換向閥供給升降液壓缸，當(dāng)三位四通電磁換向閥左端的7YA線圈得電后，液壓缸的活塞桿伸出從而帶動(dòng)挖掘裝置下降，三位四通電磁換向閥右端的8YA線圈得電后，液壓缸的活塞桿收縮從而帶動(dòng)挖掘裝置上升。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)兩套控制方案，即本地操作和遠(yuǎn)程遙控方案，二者皆能控制整機(jī)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎以及挖掘裝置升降和升運(yùn)鏈傳動(dòng)等功能。本地操作通過(guò)控制按鈕控制電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)；遠(yuǎn)程遙控通過(guò)上位機(jī)發(fā)送信號(hào)控制電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。整體控制系統(tǒng)方案如圖11所示[23]。

5.1 本地操作方案

本地操作采用在電氣柜中安裝相應(yīng)的控制按鈕，采用點(diǎn)控式的控制方法，選用中間繼電器作為轉(zhuǎn)換裝置，輸入端與控制按鈕相連接，輸出端與電磁換向閥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和風(fēng)冷機(jī)相連接。利用FluidSIM軟件中的電控模塊對(duì)本地操作方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，電控原理圖如圖12所示。

按下控制按鈕S1時(shí)，中間繼電器線圈K1得電，致使常開(kāi)觸點(diǎn)K1閉合，線路接通，則電磁換向閥7YA線圈得電，油路接通使液壓缸活塞桿伸長(zhǎng)；再次按一下控制按鈕S1時(shí)，K1線圈失電，致使常開(kāi)觸點(diǎn)K1打開(kāi)，電磁換向閥7YA線圈失電，即液壓缸活塞桿伸長(zhǎng)至合適位置，同理可知S2控制液壓缸活塞桿收縮。具體功能見(jiàn)表4。

表4 接線端按鈕功能表

5.2 遙控操作方案

根據(jù)收獲機(jī)的工作過(guò)程，整機(jī)完成全部工作需要10個(gè)步驟，所以PLC的I/O口不少于20個(gè)。根據(jù)本地操作設(shè)計(jì)時(shí)的理論分析，遠(yuǎn)程遙控的輸入設(shè)備為按鈕，輸出設(shè)備為中間繼電器，利用GX Developer開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖13所示[24]。

遠(yuǎn)程遙控所要實(shí)現(xiàn)的功能為：通過(guò)遠(yuǎn)程遙控操作可實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)的行走、挖掘裝置升降及升運(yùn)鏈傳動(dòng)等功能。遠(yuǎn)程遙控通過(guò)無(wú)線發(fā)射器對(duì)接收機(jī)發(fā)送指令，接收機(jī)將指令傳給中央控制器單元，經(jīng)過(guò)PLC語(yǔ)言判斷來(lái)控制中間繼電器的磁鐵動(dòng)作，進(jìn)而控制電磁換向閥動(dòng)作，從而使液壓執(zhí)行元件動(dòng)作。

6 樣機(jī)性能試驗(yàn)

6.1 行走特性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證樣機(jī)綜合性能，在昆明理工大學(xué)校內(nèi)溫室大棚進(jìn)行試驗(yàn)(圖14)。對(duì)校內(nèi)溫室進(jìn)行規(guī)范化處理，處理后的槽寬為1 500 mm，槽深為200 mm，種植槽長(zhǎng)度為40 m。試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱藱z驗(yàn)整機(jī)設(shè)計(jì)是否合理，履帶行走機(jī)構(gòu)的行走、原地轉(zhuǎn)向性能是否良好，液壓控制動(dòng)力是否滿足要求。

在校內(nèi)溫室的土槽兩側(cè)標(biāo)出兩條履帶行駛軌道，寬為40 cm，與石林三七種植基地行駛路面的寬度相同，令樣機(jī)直行(圖15)，直行完成之后測(cè)出履帶與行駛軌道的偏移距離，重復(fù)3次，其中向左偏移取正值，向右偏移取負(fù)值，測(cè)量結(jié)果為6、-8、-7 cm。

計(jì)算得到樣機(jī)的平均偏移率為0.49%，設(shè)計(jì)的履帶行走機(jī)構(gòu)滿足直線行走要求。

6.2 液壓系統(tǒng)靈敏度試驗(yàn)

為測(cè)試收獲機(jī)液壓升降系統(tǒng)性能，在溫室內(nèi)對(duì)升降液壓缸的運(yùn)行速度進(jìn)行了測(cè)試。以液壓缸行程600 mm為極限位置，以液壓缸靜止至運(yùn)行到極限位置所需時(shí)間為變量，得到液壓缸活塞桿的運(yùn)行速度。試驗(yàn)5次，分別記錄液壓缸活塞桿單次伸長(zhǎng)與收縮到極限位置所需時(shí)間，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5和表6所示。

表5 液壓缸伸長(zhǎng)運(yùn)行速度

表6 液壓缸收縮運(yùn)行速度

由表5和表6可知，液壓缸活塞桿伸長(zhǎng)速度平均值為0.22 m/s，收縮速度平均值為0.22 m/s，液壓缸整體實(shí)際測(cè)試速度與理論運(yùn)行速度基本保持一致，在合理范圍內(nèi)存在少許誤差。

分別用本地操作和遙控操作來(lái)控制整機(jī)進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向試驗(yàn)(圖16)。試驗(yàn)測(cè)試位于水泥路面，調(diào)節(jié)兩邊履帶來(lái)實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，通過(guò)微調(diào)系統(tǒng)壓力和流量的方法來(lái)改變整機(jī)轉(zhuǎn)彎速度，試驗(yàn)結(jié)果表明，整機(jī)能順利完成原地轉(zhuǎn)向需求，轉(zhuǎn)向半徑與理論值相差不大。

6.3 田間收獲試驗(yàn)

對(duì)自走式溫室三七收獲機(jī)的挖掘性能進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)地點(diǎn)為云南省石林三七溫室種植基地。試驗(yàn)作業(yè)時(shí)，保持收獲機(jī)行走速度為0.5 m/s，總作業(yè)測(cè)試長(zhǎng)度為93 m。溫室三七機(jī)械化收獲的評(píng)價(jià)指標(biāo)為生產(chǎn)率、損失率、傷根率。生產(chǎn)率計(jì)算式為

(15)

式中D——生產(chǎn)率，hm2/h

e——樣機(jī)通過(guò)測(cè)定區(qū)所用時(shí)間，s

S——測(cè)定區(qū)長(zhǎng)度，m

E——作業(yè)幅寬，m

三七收獲過(guò)程中，損失主要指漏收及二次掩埋，一定測(cè)試面積內(nèi)三七損失質(zhì)量與總質(zhì)量的百分比為損失率。

傷根率為一定測(cè)試面積內(nèi)傷根質(zhì)量和三七總質(zhì)量的百分比，三七塊根不完整或者有裂痕均定義為傷根。

田間收獲后測(cè)量得總質(zhì)量為64.9 kg，通過(guò)計(jì)算可以得到傷根率為1.77%，損失率為1.48%。參照文獻(xiàn)[25]可以得到三七收獲機(jī)評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，收獲效果如圖17所示，無(wú)明顯埋根現(xiàn)象。

表7 三七收獲機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)證明，該溫室三七收獲機(jī)滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)，整機(jī)性能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，田間收獲順暢，滿足三七收獲的各項(xiàng)作業(yè)功能。

7 結(jié)論

(1)根據(jù)三七特殊的種植環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種履帶自走式溫室三七收獲機(jī)。該機(jī)能直線行走和原地轉(zhuǎn)向，在大棚中能有效完成機(jī)械化收獲作業(yè)。

(2)對(duì)履帶式行走底盤(pán)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，并建立理論分析模型，以根土混合物分離時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)挖掘分離裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

(3)采用全液壓驅(qū)動(dòng)、開(kāi)式液壓回路系統(tǒng)，整機(jī)使用雙液壓馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和液壓缸來(lái)完成控制功能。本地操作和遙控操作方案均可以有效完成行走、轉(zhuǎn)彎和升降等功能，整體系統(tǒng)靈敏，液壓動(dòng)力滿足要求。

(4)田間試驗(yàn)表明，該樣機(jī)收獲效率為0.27 hm2/h。損失率為1.48%，傷根率為1.77%。整機(jī)直線行走偏移量為0.49%，收獲過(guò)程順暢，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足要求。