六行履帶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)

崔 軍，鐘志堂，王成文，吳小偉，李 想，蔣婷婷

（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，但是我國大部分種植區(qū)生產(chǎn)中人工作業(yè)仍占較大比重，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，尤其是收獲環(huán)節(jié)，人工收獲嚴(yán)重影響了對(duì)大蒜的適時(shí)收獲，從而導(dǎo)致大蒜品質(zhì)不高同時(shí)導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下。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(dòng)力，適合大面積的種植模式。我國現(xiàn)在的大蒜聯(lián)合收獲機(jī)針對(duì)中國大蒜種植農(nóng)藝，也已經(jīng)逐步走向?qū)嵱秒A段。但是存在以下問題：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(duì)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(duì)大型收獲機(jī)的使用受到一定的限制。

2004年國家施行農(nóng)機(jī)具購置補(bǔ)貼政策以來，大蒜收獲機(jī)械有了初步發(fā)展。近幾年，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)調(diào)整的深入，要求農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供技術(shù)支撐，大蒜收獲機(jī)械出現(xiàn)新一輪發(fā)展。但是由于大蒜的不規(guī)則形狀，以及挖掘、清土、切秧、切根、清選、裝袋等復(fù)雜工序，使得大蒜收獲機(jī)械的發(fā)展一直沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

本設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)能適應(yīng)不同土壤條件，適應(yīng)行距在20 cm左右的履帶自走式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，它能一次完成挖掘、去土、夾持輸送、切秧及蒜頭收集等作業(yè)。該機(jī)能夠切除蒜秧，挖掘阻力小，履帶式行走機(jī)構(gòu)不易纏繞薄膜。該機(jī)獲得了一項(xiàng)實(shí)用新型專利：六行履帶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，專利號(hào)ZL201822264578.4。

1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

該六行履帶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)主要包括行走機(jī)構(gòu)：1.工作主架，2.可調(diào)限位機(jī)構(gòu)，3.蒜頭輸送機(jī)構(gòu)，4.蒜頭提升機(jī)構(gòu)，5.振動(dòng)掘取刀機(jī)構(gòu)，6.夾持機(jī)構(gòu)，7.排秧機(jī)構(gòu)，8.對(duì)齊切秧機(jī)構(gòu)，9.蒜倉，10.和操作臺(tái)，11.行走機(jī)構(gòu)。1采用履帶式行走機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)1的上部設(shè)置工作主架，操作臺(tái)11安裝于工作主架2的前上方，操作臺(tái)1上設(shè)置各種控制手柄，控制整個(gè)收獲機(jī)工作；可調(diào)限位機(jī)構(gòu)3和振動(dòng)掘取刀機(jī)構(gòu)6設(shè)置于工作主架2的前部，對(duì)齊切秧機(jī)構(gòu)9位于工作主架2的中部，夾持機(jī)構(gòu)7從前向后傾斜設(shè)置，位于振動(dòng)掘取刀機(jī)構(gòu)6和對(duì)齊切秧機(jī)構(gòu)9的上方，將振動(dòng)掘取刀機(jī)構(gòu)6掘取的蒜秧輸送到對(duì)齊切秧機(jī)構(gòu)9；對(duì)齊切秧機(jī)構(gòu)9的下方設(shè)置蒜頭輸送機(jī)構(gòu)4，蒜頭輸送機(jī)構(gòu)4運(yùn)行的末端設(shè)置有尾端位于蒜倉10口的蒜頭提升機(jī)構(gòu)5；對(duì)齊切秧機(jī)構(gòu)9的后方設(shè)置排秧機(jī)構(gòu)8；可調(diào)限位機(jī)構(gòu)3的前端設(shè)有扶禾器12，夾持機(jī)構(gòu)7的前端安裝有分禾器13；工作主架2的后部設(shè)置柴油機(jī)15、油箱16、蓄電池17和液壓泵18，柴油機(jī)15為收獲機(jī)行走以及液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。

圖1 大蒜聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)圖

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(dòng)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(shì)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=450 cm×160 cm×180 cm，配套動(dòng)力：65馬力多缸柴油機(jī)，掛接形式：履帶自走式，作業(yè)幅寬：120 cm，作業(yè)行數(shù)：6行，作業(yè)行距：20 cm，株距：6～8株/m。

2 遠(yuǎn)距離變速箱擋位操控裝置設(shè)計(jì)

目前我國大部分收獲機(jī)的操控臺(tái)都在主機(jī)變速箱周圍，而無法遠(yuǎn)距離操控變速箱擋位，其中有相當(dāng)一部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是迫不得已，因?yàn)檫h(yuǎn)離主機(jī)變速箱，就很難操控工作主機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離變速箱擋位操控，還有相當(dāng)一部分產(chǎn)品廠家只好自己設(shè)計(jì)獨(dú)立的變速箱。有的采用液壓系統(tǒng)遠(yuǎn)距離操控變速箱，但成本高、系統(tǒng)復(fù)雜，液壓相比較機(jī)械式具有巨大的成本優(yōu)勢(shì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。在此背景下本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)距離變速箱擋位操控裝置，使用該裝置，方便變速箱的布置，不局限于操控臺(tái)與變速箱之間的距離，從而為整機(jī)各機(jī)構(gòu)的布局帶來方便。

如圖2所示，一種遠(yuǎn)距離變速箱擋位操控裝置，包括：變速箱體2、擋位放大器3、前后換擋軟軸4、立柱5、左右換擋軟軸6、高低速手柄7、擋位器8、高低速換擋軟軸9、擋桿10、高低速擋桿11、軟軸固定組件12，變速箱體2安裝在主機(jī)底盤1上，變速箱體2上設(shè)有高低速擋桿11和擋桿10，主機(jī)底盤1上還設(shè)有立柱5；高低速擋桿11通過高低速換擋軟軸9與高低速手柄7聯(lián)接；擋桿10通過前后換擋軟軸4與擋位器8連接；擋位器8還通過左右換擋軟軸6連接有擋位放大器4，擋位放大器4與立柱5轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并與擋桿10間隙配合，操作換擋器8，能夠控制擋位放大器4轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)擋桿10左右移動(dòng)。該裝置設(shè)計(jì)獲得了一項(xiàng)實(shí)用新型專利：一種遠(yuǎn)距離變速箱檔位操控裝置，專利號(hào)ZL201821836724.X。

圖2 遠(yuǎn)距離變速箱擋位操控裝置結(jié)構(gòu)圖

3 試驗(yàn)

3.1 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220 m×250 m，倒伏比例為4%，大蒜種植行距為20 cm，株距為15 cm，蒜頭平均直徑為6.0 cm，蒜頭高度為4.4 cm。土壤類型為沙壤土，含水率為25.4%。土壤硬度24.6 kPa。試驗(yàn)條件適合機(jī)械收獲作業(yè)要求。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)內(nèi)容主要考察機(jī)具的性能指標(biāo)，尤其是與作業(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。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)過多次試驗(yàn)，對(duì)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）機(jī)具操作方便簡(jiǎn)單，作業(yè)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，傳動(dòng)順暢，轉(zhuǎn)彎和調(diào)頭平穩(wěn)，沒有發(fā)生陷車、傾翻等情況，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，沒發(fā)生壅土、卡滯等現(xiàn)象，通過性能可靠。

2）遠(yuǎn)距離變速箱擋位操控裝置運(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2.5%，傷蒜率為1.3%，含雜率為3.8%，切頭成功率為98%，挖掘深度在0～12 cm可調(diào)。

從試驗(yàn)結(jié)果看，作業(yè)性能良好，主要性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求和國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語

本文結(jié)合我國大蒜種植模式的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了六行履帶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，采用履帶式底盤通過性好，動(dòng)力利用率高，作業(yè)效率高。試驗(yàn)結(jié)果表明，履帶式自走底盤結(jié)合大蒜聯(lián)合收獲作業(yè)技術(shù)是可行的，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)，其有應(yīng)用推廣的價(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。