4UJ-1400馬鈴薯撿拾機(jī)的研制

楊金磚 李國民 劉興博 陳維剛

摘?要：挖掘放鋪后的馬鈴薯雖然大部分裸露在田間地表，但依然存在與土塊、薯秧等不分層次的混雜現(xiàn)象，在土壤黏重地區(qū)甚至?xí)幸话胗种芈襁M(jìn)土壤里，即使人工撿拾往往也要?jiǎng)佑冒翌惞ぞ咻o助分離，如果操作不當(dāng)又會(huì)傷薯，費(fèi)工費(fèi)力。因此，急需一款馬鈴薯撿拾機(jī)代替人工完成撿拾、分離和裝袋（裝車），從而提高工作效率，節(jié)省勞動(dòng)力。4UJ-1400馬鈴薯揀拾機(jī)是在馬鈴薯挖掘機(jī)將馬鈴薯挖掘條鋪后，進(jìn)行集中撿拾、除雜、裝袋作業(yè)。具有撿拾率高、作業(yè)速度快、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動(dòng)力消耗小、不傷薯等特點(diǎn)。該機(jī)帶有強(qiáng)制推送裝置，能將馬鈴薯進(jìn)行大角度提升，除土效果好，還帶有除雜草功能。機(jī)具兩側(cè)帶有踏板，便于人工分揀、除雜操作。

關(guān)鍵詞：撿拾;分離;除雜;裝袋

中圖分類號(hào)：S225文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.02.001

0?引言

目前，我國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)廣泛采用機(jī)械挖掘、人工撿拾、分級(jí)裝袋（裝運(yùn)上車）的分段收獲模式，主要因?yàn)槭斋@過程中普遍存在薯土分離、薯秧分離、薯雜分離、薯薯分級(jí)難的現(xiàn)實(shí)問題，簡(jiǎn)化了收獲機(jī)械結(jié)構(gòu)，加快了半機(jī)械化（挖掘放鋪）作業(yè)方式的推廣。然而，隨著人工成本的大幅上升以及農(nóng)忙時(shí)節(jié)勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺等問題越發(fā)突出，廣大種植戶迫切需要機(jī)械化解決挖掘后的人工撿拾裝袋裝車等問題。為此，我們通過對(duì)撿拾、分離、裝袋（裝車）等關(guān)鍵部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究，確定了可適應(yīng)不同地區(qū)、不同土壤條件、不同品種以及不同種植模式的新型零部件，開發(fā)出適合規(guī)?；N植要求且能與現(xiàn)有大多數(shù)挖掘機(jī)配套的馬鈴薯撿拾機(jī)，解決了馬鈴薯收獲過程中以機(jī)械代替人工撿拾的關(guān)鍵性技術(shù)難題。

1?整體方案的設(shè)計(jì)

馬鈴薯撿拾機(jī)要完成的工作內(nèi)容有三條，即撿拾、分離和裝袋（裝車），其關(guān)鍵技術(shù)在于撿拾和分離。課題組在進(jìn)行了大量調(diào)研后結(jié)合自身多年從事馬鈴薯機(jī)械研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)確定了小角度撿拾鏟與大角度運(yùn)輸鏈配合的撿拾運(yùn)輸關(guān)鍵技術(shù)的總體方案，主要包括挖掘鏟、一二級(jí)輸送鏈、夾持鏈、除秧機(jī)構(gòu)、分揀平臺(tái)、裝袋系統(tǒng)等部分。

2?4UJ-1400馬鈴薯撿拾機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

作業(yè)寬度：1400 mm;

配套動(dòng)力：≥70 hp;

外形尺寸（長×寬×高）：3300 mm×1750 mm×1900 mm;

作業(yè)速度：2～3 km/h;

掛接方式：三點(diǎn)懸掛式;

整機(jī)重量：1080 kg。

3?馬鈴薯撿拾機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

3.1?撿拾挖掘鏟的設(shè)計(jì)

撿拾挖掘鏟是馬鈴薯撿拾機(jī)的重要部件，可以說是該機(jī)成敗重中之重，在以往的設(shè)計(jì)中（該種機(jī)型在市場(chǎng)上尚無成熟產(chǎn)品批量推廣，多數(shù)仍處在實(shí)驗(yàn)開發(fā)階段）人們通常將馬鈴薯挖掘機(jī)的挖掘鏟直接拿來使用，其結(jié)果往往是撿拾效果不理想，導(dǎo)致機(jī)具研發(fā)處于停滯狀態(tài)。主要原因在于馬鈴薯挖掘機(jī)的挖掘鏟入土角度比較大，一般為22°～30°左右。這么大角度的鏟在入土較深時(shí)即馬鈴薯挖掘作業(yè)時(shí)，埋藏在土壤中的馬鈴薯會(huì)被土壤裹住隨土壤一起向鏟后方滑動(dòng)，落到運(yùn)輸鏈上實(shí)現(xiàn)挖掘作業(yè)。而馬鈴薯撿拾機(jī)作業(yè)時(shí)馬鈴薯是鋪放在地表上，如再用大角度挖掘鏟撿拾，馬鈴薯不會(huì)隨土壤向后運(yùn)動(dòng)而是在重力作用下向鏟前方滾動(dòng)，當(dāng)向鏟前方滾動(dòng)的馬鈴薯越積越多時(shí)就開始向機(jī)具作業(yè)幅寬之外滾動(dòng)，造成漏撿拾。為解決此難題，課題組在進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)及計(jì)算機(jī)仿真模擬后掌握了相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了小角度帶柵格撿拾挖掘鏟配合切秧圓盤的技術(shù)路線，并實(shí)驗(yàn)取得成功，解決了該技術(shù)難題。

3.2?輸送除雜裝置的設(shè)計(jì)

馬鈴薯撿拾機(jī)作業(yè)時(shí)的上土量要遠(yuǎn)小于馬鈴薯挖掘機(jī)的作業(yè)，因而在輸送鏈和抖動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)上均應(yīng)有所不同，不需要也沒必要設(shè)計(jì)多級(jí)運(yùn)輸鏈和多級(jí)抖動(dòng)裝置，應(yīng)盡量減短整機(jī)長度，盡量簡(jiǎn)化整機(jī)結(jié)構(gòu)。因?yàn)閭€(gè)人認(rèn)為如果撿拾機(jī)整機(jī)的規(guī)模大小和復(fù)雜程度遠(yuǎn)超挖掘機(jī)的話就有點(diǎn)得不償失了，那就莫不如在挖掘機(jī)上增加裝置搞聯(lián)合收獲來的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，畢竟分段收獲要用兩臺(tái)機(jī)具，這就給用戶增加了很多人力和財(cái)力的負(fù)擔(dān)。因而就撿拾機(jī)來講應(yīng)盡可能的通過簡(jiǎn)化整機(jī)結(jié)構(gòu)縮小配套動(dòng)力來降低整機(jī)價(jià)格和使用成本。簡(jiǎn)化整機(jī)結(jié)構(gòu)不是說撿拾機(jī)的技術(shù)含量低，恰恰相反，撿拾機(jī)若要達(dá)到理想狀態(tài)的撿拾效果，其技術(shù)難度要遠(yuǎn)高于挖掘機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，快速除土除雜的目標(biāo)，我們?cè)O(shè)計(jì)了大角度運(yùn)輸鏈與柔性夾持鏈相結(jié)合的輸送裝置。工作時(shí)運(yùn)輸鏈與夾持鏈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，夾持鏈上的柔性橡膠板將馬鈴薯撥靠到運(yùn)輸鏈上，隨運(yùn)輸鏈與夾持鏈一起向上運(yùn)動(dòng)，直至越過終點(diǎn)的除秧裝置后落到二級(jí)輸送鏈即分揀平臺(tái)上。因運(yùn)輸鏈與水平夾角大，物料的提升速度快，高度高，再加上鏈條縫隙大，夾持鏈柔性橡膠板的缺口設(shè)計(jì)等因素共同作用使雜物達(dá)到快速去除的效果。尤其細(xì)碎土壤幾乎可全部去除，只剩余一些大土塊和較長的薯秧雜草等。

我們創(chuàng)新設(shè)計(jì)了夾持鏈的特殊結(jié)構(gòu)，即上端通過鏈輪和鏈輪軸來定位，下端不定位，在重力作用下自由貼合在運(yùn)輸鏈上，通過夾持鏈張緊彈簧來控制貼合緊度，達(dá)到理想的貼合位置，便于輸送馬鈴薯。同時(shí)，設(shè)計(jì)了夾持鏈及運(yùn)輸鏈的張緊機(jī)構(gòu)，工作時(shí)視情況調(diào)整其松緊度，使其能夠達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

接下來是除秧除雜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。馬鈴薯在即將脫離運(yùn)輸鏈和夾持鏈時(shí)，其雜質(zhì)只剩下大的土塊和較長的薯秧及雜草，為此設(shè)計(jì)梳理齒和夾持輥結(jié)合的除秧機(jī)構(gòu)。其工作原理是當(dāng)薯秧等雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)到輸送鏈末端時(shí)，在梳理齒的壓迫下緊貼輸送鏈做圓周運(yùn)動(dòng)至夾持輥。在夾持輥與輸送鏈的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)作用下被夾出排掉。為實(shí)現(xiàn)梳理齒壓緊度及夾持輥與輸送鏈的間隙可調(diào)，分別設(shè)計(jì)了彈簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可按實(shí)際作業(yè)的雜草情況調(diào)整各彈簧的松緊度，以便達(dá)到完美的作業(yè)效果。

3.3?分選平臺(tái)的設(shè)計(jì)

通過除秧后的馬鈴薯及其雜質(zhì)一同落到水平分揀輸送鏈上進(jìn)行人工分揀，此時(shí)的雜質(zhì)基本上只剩下大的土塊和石頭等，非常便于人工挑揀。工作人員挑出的雜質(zhì)放在隔離擋板一側(cè)，隨輸送鏈運(yùn)動(dòng)至末端后落入除雜通道內(nèi)，滑落分離，至此除雜過程全部結(jié)束。該分揀平臺(tái)雙側(cè)最多可容納4人同時(shí)作業(yè)，一般情況2人即可。

3.4?薯袋托盤的設(shè)計(jì)

經(jīng)分揀后的馬鈴薯落入薯袋，完成裝袋作業(yè)。薯袋放在薯袋托盤上，薯袋托盤的外形結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其關(guān)鍵技術(shù)在于托盤高度要隨著薯袋內(nèi)馬鈴薯的多少及時(shí)的調(diào)節(jié)。目的是保持馬鈴薯降落的高度始終保持在一個(gè)合理的范圍，才能避免因降落高度過大導(dǎo)致馬鈴薯碰撞損傷，經(jīng)課題組多年實(shí)驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)一般品種的馬鈴薯自由降落高度在小于30 cm時(shí)即可免傷。為此設(shè)計(jì)了液壓缸升降機(jī)構(gòu)來解決此難題。其工作原理是拖拉機(jī)液壓輸出至液壓缸，液壓缸伸出位移變大，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)將托盤升至最高。此后，隨著薯袋內(nèi)的馬鈴薯逐漸增多，分揀人員按壓手動(dòng)釋放閥使液壓缸緩慢泄壓，無級(jí)調(diào)節(jié)液壓缸長度，使托盤高度能按需隨時(shí)下降，從而達(dá)到理想的工作狀態(tài)。

4?田間實(shí)驗(yàn)及存在的問題

4.1?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過一個(gè)多月的田間撿拾收獲作業(yè)表明：4UJ-1400馬鈴薯揀拾機(jī)作業(yè)效果良好，與人工撿拾相比確實(shí)提高了生產(chǎn)效率，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到預(yù)期效果，基本能滿足馬鈴薯撿拾作業(yè)。

4.2?存在的問題

由于無成熟機(jī)型借鑒，該機(jī)在使用過程中也發(fā)現(xiàn)了一定問題。如：用戶得增加一臺(tái)拖拉機(jī)與該機(jī)配套使用，還得配備一臺(tái)叉車用于裝卸袋裝馬鈴薯，再加上撿拾機(jī)本身，無形中給用戶增加一些額外負(fù)擔(dān)。同時(shí)整個(gè)過程要配備4～5人才能完成作業(yè)，再加上作業(yè)速度相對(duì)較低等因素，綜合考慮其總成本并沒有大幅降低。因此，該機(jī)并未達(dá)到理想的完美狀態(tài)，還需繼續(xù)努力研發(fā)改進(jìn)。

課題組在總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)后一致認(rèn)為：今后在撿拾機(jī)的研發(fā)上，不但要在提高作業(yè)速度上下功夫，還要向撿拾后直接上車的方案方向發(fā)展，只有盡量減少中間環(huán)節(jié)、減少勞動(dòng)力，才能大幅提高生產(chǎn)效率。

5?結(jié)論

4UJ-1400馬鈴薯揀拾機(jī)，是基于當(dāng)前馬鈴薯收獲后需要投入大量勞動(dòng)力去撿拾馬鈴薯，并且在撿拾過程中部分馬鈴薯被浮土掩埋無法撿拾干凈而研發(fā)的一款實(shí)用性機(jī)械。該機(jī)一次作業(yè)便能完成挖掘放鋪后的馬鈴薯撿拾、除雜、裝袋等作業(yè)。該機(jī)具的成功研發(fā)對(duì)提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少收獲損失、增加農(nóng)民收入，乃至于對(duì)發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)、保障糧食安全都具有重要意義。另外，從技術(shù)創(chuàng)新的角度考慮，在國內(nèi)外沒有成熟機(jī)型可做借鑒的情況下，為解決生產(chǎn)亟需且填補(bǔ)技術(shù)空白而進(jìn)行的這一大膽探索，也是科研單位應(yīng)該走的自力更生、艱苦努力的原創(chuàng)之路，其攻堅(jiān)克難的精神意義重大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂金慶，田忠恩，楊穎，等.馬鈴薯機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題及發(fā)展趨[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015（12）：260-263.

[2] 李智勇，蒙賀偉，李亞萍.馬鈴薯收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀及存在問題[J].新疆農(nóng)機(jī)化，2016（2）：19-22.

[3] 楊德秋，賈晶霞，越文峰，等.高度自控式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)升運(yùn)裝車裝置[J].農(nóng)機(jī)化研究，2011（9）：96-99.

[4] 金鐘玉，陳長海，畢春輝，等.黑龍江馬鈴薯種植全程機(jī)械化技術(shù)初探[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2014（2）：80-81.