丁馨明 何白春 薛 臻

葉菜在蔬菜中占有很大的比例。由于葉菜的種植、收獲等環(huán)節(jié)用工量大，人工生產(chǎn)效率低下，人力成本高成為影響葉菜生產(chǎn)效益和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的直接障礙。研究開發(fā)葉菜生產(chǎn)機械對提高葉菜種植的勞動效率，降低生產(chǎn)成本、減輕勞動強度具有十分重要的意義。下面介紹一款新型葉菜收割機械。

1 葉菜收割機的主要部件及設計

該葉菜收割機主要適用于收獲金花菜（俗稱秧草）、豆苗、小菜秧等蔬菜，主要由動力、切割器、輸送裝置、升降割臺、行走機構、控制裝置、機架等部件組成。為滿足不同種類葉菜的收獲，要求機器小巧輕便，可以進入大棚作業(yè)，切割高度在一定范圍可調，操控方便靈活。該機的整體結構如圖 1所示。

圖 1 小型葉菜收割機的結構示意圖

1.1 動力選擇

考慮到蔬菜大棚封閉空間有限，汽油機排放的廢氣會污染空氣，導致操作人員呼吸困難，同時也會對生產(chǎn)的蔬菜造成一定的污染，因而選用蓄電池和直流電機作為動力。各工作部件可分別組成從直流電機到工作部件的相對獨立的系統(tǒng)，使整機的傳動系統(tǒng)更為簡單。

1.2 切割刀及切割速度的選擇

為適應多種葉菜類蔬菜的收獲，選用雙刀雙動往復式切割裝置，刀片選用不銹鋼材料制作的光刃刀片。作業(yè)時，割刀的切割頻率可以根據(jù)不同的作業(yè)要求進行調整。

為保證割刀正常的切割，割刀運動時的平均速度不能低于0.6 m/s，否則會出現(xiàn)將作物撕裂、扯斷、拔出及割刀堵塞等現(xiàn)象。該機工作時行進速度較慢，負荷較小，取割刀平均速度V=1 m/s。切割器刀片如圖 2所示。

圖 2 切割器刀片示意圖

刀片相鄰刀尖間距為S，選用S=35 mm。取刀刃的中點計算割刀平均速度，割刀為雙刀雙動往復式，上下二個刀片相對運動，運動速度相同，但運動方向相反。工作時割刀的最低切割頻率為：

機器前進時，割刀上某一條刀刃點在每一頻次有二次切割。那么割刀刀刃某一點上相對于地面上的某一點沿機器前進方向的位移

式中：L——刀尖高度為30 mm；

a——刀面與地面的夾角為30°。

要求Q值小于機器在相同時間內前進的距離，否則工作時會發(fā)生漏割。機器前進的最高速度V=1 400 mm/s。為保證不發(fā)生漏割，割刀的最低切割頻率為

取和中較大的一個為割刀最低切割頻率。

割刀切割頻率越高，切割越順利。但切割頻率增高，切割器的慣性越大，機器會產(chǎn)生很大的振動，造成零件的磨損等不良現(xiàn)象。取割刀最高切割頻率Hmax=50 s-1。

1.3 葉菜的輸送與收集

輸送裝置的作用是將切割好的葉菜輸送到收集箱存放。輸送裝置由驅動電機、主動輥、從動輥、輸送帶和助運撥板等組成。為了防止葉菜切割后滯留在割刀上方，導致被重復切割，在割刀上方設計了助運撥板，該撥板采用軟體材料制作，作業(yè)時可將割刀切割下的葉菜及時地從割刀上撥運到輸送帶上。

1.4 升降式割臺的設計

割臺安裝切割裝置和輸送裝置等部件，可以滿足不同收割對象對切割高度的要求。割臺通過鉸鏈與機架鉸接，選用電動推桿來實現(xiàn)割臺的自如升降。作業(yè)時，操作人員可以根據(jù)葉菜的生長情況，通過按鈕及時地調整割臺來控制收割高度，滿足收割葉菜的質量要求。

1.5 行走機構

行走機構的作用是實現(xiàn)葉菜收獲機在收獲作業(yè)時的正常行走和田間、道路轉移。為簡化結構，采用內置電機式雙驅動輪作為收割機的行走機構。經(jīng)試驗證明，該行走機構在葉菜地面行走打滑率較低(經(jīng)測定打滑率為3%～5%)，轉向操作方便靈活，滿足葉菜收獲作業(yè)要求。

1.6 操控裝置設計

操控裝置的作用是控制各工作部件的工作狀態(tài)。由于選用了直流電機作為各工作機構的原動機，通過控制裝置的調整可以針對不同的葉菜種類和作業(yè)環(huán)境采用不同的工作速度。

2 小型葉菜收割機的主要技術參數(shù)及試驗情況

采用該機在泰州、揚中等地進行田間試驗，并對機器的作業(yè)性能進行檢測，收割試驗的葉菜品種有金花菜、豆苗等。該機的作業(yè)性能見表 1：

表 1 作業(yè)性能

金花菜、豆苗的收割試驗情況分別見表2、3。由試驗得出：

（1）該小型葉菜收割機能適用于金花菜、豆苗、馬蘭等葉菜的收獲，且有較高的作業(yè)質量。

（2）作業(yè)時通過助運撥板、輸送帶和收集箱的配合，較好地解決了葉菜的輸送和收集問題。

（3）收割效率較高。一般情況下，該機收割效率是人工收割效率的20～30倍，可以較大幅度降低金花菜等作物的種植成本。

（4）采用清潔能源（電池），環(huán)保、節(jié)能、無污染，特別適合大棚等密閉空間的收獲作業(yè)。

（5）整機結構緊湊，操作輕便，安全可靠。

3 設計改進與推廣前景評估

該機通過一個季節(jié)的初步試驗，基本達到了對金花菜等葉菜類蔬菜的收割作業(yè)要求，但收割作業(yè)范圍和質量有待于進一步改進。

（1）為適應對青菜苗（雞毛菜）等葉菜的收獲，收割機的最低收割高度需要進一步降低。根據(jù)有關農(nóng)藝的要求，割刀的最低收割高度要達到10 mm。

（2）為提高葉菜的種植作業(yè)質量，地面平整要提高標準，應研發(fā)專用種植裝備。

（3）為進一步提升機器通過性，計劃在目前的雙側雙驅動膠輪行走機構基礎上，改進設計出新一輪行走機構，盡量減少地形對行走的影響，使得滑轉率更低，行走、轉向、操作更輕便。

?

?

（4）降低成本。要通過機構的優(yōu)化等降低原材料用量，對于棚外作業(yè)的機器可以采用小型汽油機為動力，使制造成本大幅下降。

我國葉菜類蔬菜品種繁多，特別是長三角地區(qū)，金花菜、豆苗、馬蘭頭、菊花菜、小青菜（雞毛菜）、草頭等是廣大百姓十分喜愛的食用蔬菜。此類蔬菜種植后可多次收割，但收割環(huán)節(jié)用工量大，增加了生產(chǎn)成本，遏制了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。一個正常勞力一天（10小時）僅能收割0.04～0.05 hm2，日工時費用為100～120元/日。由于此類葉菜適用無序收獲，采用小型葉菜收割機的收割效率是人工的20～30倍，平均作業(yè)效率為人工作業(yè)效率25倍，收費按人工費用的50%計算，機器一天作業(yè)的凈收入至少為2 000～2 500元，如機器售價為30 000～35 000元/臺，預計當年可以收回投資。如按照一臺機器服務13.33 hm2計算，沿海地區(qū)對小型葉菜收割機的市場需求預計在3 000～5 000臺。所以，小型葉菜收割機具有較好的市場前景。