中小型帶根菠菜收割機(jī)簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)

馬玲巖 任付娥 毛 瑋 古福興

(青島理工大學(xué) 機(jī)械與電子工程系，山東 臨沂 273400)

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，現(xiàn)階段大型超市所售菠菜和市民食用菠菜都留有根部，一方面有利于保鮮；一方面菠菜根營(yíng)養(yǎng)豐富[1]，含有纖維素、維生素、礦物質(zhì)等。在農(nóng)業(yè)機(jī)械化的背景下[2-4]，現(xiàn)階段的菠菜收割機(jī)都是只能對(duì)菠菜的莖葉進(jìn)行切割，對(duì)帶有根部菠菜的收割僅停留在手工收割階段。本文針對(duì)這種低效率、高成本現(xiàn)象提出了一款能夠?qū)Σげ说母窟M(jìn)行切割的機(jī)器，用以滿足農(nóng)民現(xiàn)階段的需求。

1 研究背景

隨著人們生活水平的日益提高，市民對(duì)菠菜的需求日益升高。但是菠菜收割問題一直被人們忽略，通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段菠菜的收割主要靠人工進(jìn)行，存在效率低、成本高的現(xiàn)象(圖1、圖2)。

圖1 手工收割一

圖2 手工收割二

另外，通過對(duì)不同地區(qū)的菠菜收割農(nóng)民進(jìn)行訪談可知，農(nóng)民急需一臺(tái)能夠?qū)Σげ说母窟M(jìn)行切割的機(jī)器。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)

2.1 國(guó)內(nèi)研究狀況

截至2020年3月底，國(guó)內(nèi)能夠?qū)Σげ说母窟M(jìn)行切割的機(jī)器主要有兩種：一是通過下方的盤頭刀進(jìn)行切割，把手進(jìn)行切割深度控制的收割機(jī)[5](圖3)。但是由于盤頭刀地下切割阻力大，把手控制深度不精確，對(duì)菠菜進(jìn)行切割時(shí)切散現(xiàn)象嚴(yán)重，而且一壟收割效率低，現(xiàn)階段主要用于對(duì)韭菜的收割，還未應(yīng)用于菠菜的收割。二是一種用于流水實(shí)施的菠菜收割機(jī)[6](圖4)，能夠?qū)Σげ说母窟M(jìn)行切割，但是存在刀片阻力大，使用不方便且只適用于特定的土地，因而未得到廣泛應(yīng)用。

圖3 韭菜收割機(jī)

圖4 流水實(shí)施

2.2 國(guó)外研究狀況

目前國(guó)外對(duì)菠菜的收割[7]主要是根莖的收割，且只適用于大面積的露天種植，不適用于大棚種植，對(duì)于帶根菠菜的收割還停留在人工收割，如圖5為大型收割機(jī)。

圖5 國(guó)外大型收割機(jī)

綜上所述，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外缺少一款適用于農(nóng)民需求的可以對(duì)菠菜的根部進(jìn)行切割的機(jī)器，但是本文所提出的中小型帶根菠菜收割機(jī)能夠很好地解決這些問題。

3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文提出的中小型帶根菠菜收割機(jī)主要包括收攏部分(圖6中5)，在對(duì)菠菜收割前進(jìn)行收攏方便切割；收割部分(圖7中6和2)，由兩部分構(gòu)成，從兩側(cè)對(duì)菠菜進(jìn)行傾斜切割，能夠減少前進(jìn)阻力補(bǔ)償切割誤差；連接部分(圖6中3)主要由機(jī)架構(gòu)成，用以連接各個(gè)部分；調(diào)節(jié)部分(圖6中2)主要由調(diào)節(jié)桿和調(diào)節(jié)孔構(gòu)成，用以調(diào)節(jié)圖2整個(gè)裝置的高低；傳送系統(tǒng)(圖6中4)主要由傳送帶組成，用以傳送菠菜；主動(dòng)力系統(tǒng)(圖1中1)為整個(gè)系統(tǒng)提供前進(jìn)動(dòng)力，為一小型微耕機(jī)。

圖6 整體圖

圖7 前端圖

3.2 重要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于本文提出的中小型帶根菠菜收割機(jī)其核心結(jié)構(gòu)為收攏部分和收割部分，對(duì)于收攏部分有兩種組成。一種為三角式收攏裝置(圖8)，其左側(cè)內(nèi)部焊有后端收割刀(圖8中2)起補(bǔ)償切割作用，右側(cè)外部焊有橢圓形鐵絲(圖8中1)控制切割后菠菜的傾斜方向，能夠保證切割往相同的方向傾斜，最終實(shí)現(xiàn)較為整齊的排放，方便人工捆綁。

圖8 三角式

圖9 斜板式

另一種為斜板式收攏裝置(圖9)，在整個(gè)系統(tǒng)中只含有一個(gè)，其置于前端最右側(cè)是為節(jié)省材料而設(shè)計(jì)，內(nèi)側(cè)含有后端收割刀(圖9中1)起補(bǔ)償切割作用。

對(duì)于收割部分主要由兩部分構(gòu)成，一部分為主要切割部分(圖10中4)，其與套圈(圖10中1)是一個(gè)整體，與滾動(dòng)軸承(圖10中2)呈過盈配合，而滾動(dòng)軸承與軸(圖10中2)過盈配合，當(dāng)受到前進(jìn)的動(dòng)力時(shí)實(shí)現(xiàn)刀片的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)菠菜根部的切割。另一部分為后端收割刀(圖10中2、圖11中1)，用以補(bǔ)償主要切割部分未切下的菠菜。

圖10 切割部分

3.3 機(jī)器運(yùn)作過程及圖片展示

中小型帶根菠菜收割機(jī)收割菠菜時(shí)，首先收攏部分將菠菜收攏，前端收割刀對(duì)其進(jìn)行切割，隨著對(duì)菠菜根部的切割，橢圓形鐵絲使菠菜倒向一側(cè)。考慮到在切割過程中存在遺漏情況，后端收割刀再次對(duì)菠菜的根部進(jìn)行切割。收割完畢后，右側(cè)菠菜直接擺放在地面，中部及左側(cè)的菠菜通過傳送帶傳送至右側(cè)地面。圖12為仿真過程圖片以及實(shí)體模型圖片。

圖11 仿真過程模型

圖12 實(shí)體模型展示

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的中小型帶根菠菜收割機(jī)，在結(jié)構(gòu)上做了重要改進(jìn)，滿足了農(nóng)民收割菠菜的需求。截至2021年4月，已完成3D模型和實(shí)體模型制作，專利已進(jìn)行申報(bào)，實(shí)用新型已授權(quán)，發(fā)明專利還在進(jìn)行中，其仿真模型和實(shí)體模型良好。