劉衛(wèi)華 邱建興 劉 敏 沈啟揚(yáng)

0 引言

山藥物理性狀特殊，一般直徑在30 mm左右，長度在600～900 mm，適宜在排水良好、土層深厚的沙壤土種植。傳統(tǒng)的種收方式主要依靠人工。種植時(shí)，需開溝深松900 mm，作成畦寬600 mm、畦距500 mm的種植畦。一般每個(gè)壯勞力每天只能深松10 m，深松0.07 hm2（1畝）土地需要60個(gè)人工。收獲時(shí)，需用人工將種植畦內(nèi)泥土全部挖出。一般一個(gè)壯勞力每天只能收獲20 m。不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率低，而且在挖取時(shí)容易鏟斷、鏟傷山藥，影響其品質(zhì)和商品價(jià)值。因而，研制開發(fā)山藥種植收獲環(huán)節(jié)的機(jī)械化裝備——山藥種植收獲機(jī)械，已成為山藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。

通過對國內(nèi)現(xiàn)有的山藥種植收獲機(jī)械設(shè)備的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前該類機(jī)械大都采用三軸型設(shè)計(jì)，其中兩根軸用于深松土壤（種植時(shí)使用），另一根軸用于挖掘開溝（收獲時(shí)使用）。行走機(jī)構(gòu)大致分為輪式行走機(jī)構(gòu)、履帶式行走機(jī)構(gòu)兩種。輪式行走機(jī)在田間作業(yè)遇田埂、排水溝等障礙時(shí)，通過性能不高，田間換行時(shí)容易壓碎山藥，一般只作為深松機(jī)械，不能一機(jī)多用。履帶式行走機(jī)改良了輪式行走機(jī)的田間通過性能。它的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種用手扶拖拉機(jī)變速箱作傳動(dòng)部件，采用多組皮帶傳動(dòng)變速，適用范圍窄，調(diào)整操作不便；另一種采用液壓驅(qū)動(dòng)履帶行走機(jī)構(gòu)，通過液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)行走機(jī)構(gòu)的無級調(diào)速，操作性、適應(yīng)性大幅度提高。挖掘裝置可分為鏈?zhǔn)酵诰蜓b置和螺旋葉片軸式挖掘裝置兩種。鏈?zhǔn)酵诰蜓b置采用回轉(zhuǎn)鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)，傳動(dòng)鏈工作環(huán)境惡劣，使用壽命不長；螺旋葉片軸式挖掘裝置，改良了鏈?zhǔn)酵诰蜓b置的性能，但在螺旋軸參數(shù)設(shè)計(jì)、耐磨性方面還有待提高。

1 設(shè)計(jì)開發(fā)

2013年，江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械管理局立項(xiàng)支持開發(fā)山藥種植與收獲新型設(shè)備。技術(shù)目標(biāo)是：種植環(huán)節(jié)采用專用的深松機(jī)械將山藥種植畦深松至符合山藥種植農(nóng)藝要求的深度；收獲環(huán)節(jié)采用專用的深松機(jī)換裝挖掘裝置在山藥行間開深槽，再由人工輔助將山藥取出，完成收獲作業(yè)。該技術(shù)可改變目前山藥生產(chǎn)機(jī)械缺失的現(xiàn)狀，提升山藥種植機(jī)械化水平，有效推動(dòng)山藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1.1 設(shè)計(jì)方案

研制生產(chǎn)一種三軸式山藥深松收獲機(jī)，以90 kW發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，采用液壓驅(qū)動(dòng)履帶行走機(jī)構(gòu)，無級調(diào)速，螺旋葉片軸式深松、挖掘裝置，在不同含水率、不同密度土壤及排水溝眾多的田塊作業(yè)時(shí)，具有良好的適應(yīng)性。

1.2 整機(jī)設(shè)計(jì)（如圖 1、圖 2所示）

整機(jī)設(shè)有起動(dòng)電瓶、柴油機(jī)和液壓油散熱冷卻器。柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪泵帶動(dòng)行走驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，行走驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走鏈條，行走鏈條前方設(shè)有過橋減速輪，齒輪泵帶動(dòng)升降油缸，進(jìn)而帶動(dòng)鏈輪減速箱總成、收獲單絞龍。升降油缸下方連接有減速箱，鏈輪減速箱總成固定于滑動(dòng)定位支架上，鏈輪減速箱總成連接種植雙絞龍，種植雙絞龍下端后方設(shè)有雙向撥泥絞龍。柴油機(jī)控制減速箱，油缸升降控制收獲單絞龍、種植雙絞龍打孔的深度，雙向撥泥絞龍將泥土送至兩側(cè)遠(yuǎn)處，防止泥土重新落入槽溝。

1.3 傳動(dòng)系設(shè)計(jì)

1.3.1 機(jī)械傳動(dòng)路線

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)路線分三條（如圖 3所示）：

（1）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器一（鏈輪連接）雙排鏈條傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到減速機(jī)135（1/10）上，經(jīng)六角軸和鏈輪一鏈條傳動(dòng)（鏈輪二、鏈輪三）帶動(dòng)收獲絞龍或種植龍工作。收獲絞龍主要是向下挖掘開溝、挖出山藥，種植絞龍主要用于土地深松、開溝，方便山藥種植。收獲單絞龍和種植雙絞龍不能同時(shí)工作。

圖1 整機(jī)主視圖

圖2 整機(jī)俯視圖

（2）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到減速機(jī)120（1/10）上，再經(jīng)過兩組鏈輪（速比均為1:2）鏈條傳動(dòng)，帶動(dòng)雙向撥泥絞龍工作，將收獲單絞龍工作時(shí)挖出的泥土向溝槽兩邊輸送，避免泥土掉入絞龍開出的溝槽中，影響人工清理撿拾山藥。雙向撥泥絞龍與收獲絞龍同時(shí)工作時(shí)，應(yīng)將雙向撥泥絞龍的一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從機(jī)具上卸載下來。

（3）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到內(nèi)嚙合齒輪泵上，通過液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)具無極調(diào)速、前進(jìn)、后退、變向和種植，收獲絞龍的上下運(yùn)動(dòng)。

圖3 傳動(dòng)路線圖

1.3.2 作業(yè)流程

深松作業(yè)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)路線分兩條。一路通過鏈?zhǔn)铰?lián)軸器將動(dòng)力水平傳遞至主蝸輪蝸桿減速箱，經(jīng)蝸輪蝸桿減速箱降速變向后，由六角形傳動(dòng)軸垂直向上傳遞至鏈輪傳動(dòng)箱。鏈輪傳動(dòng)箱體通過四個(gè)圓管和井字型機(jī)架四根圓形立柱聯(lián)接，可在圓形立柱上上下移動(dòng)來完成鏈輪傳動(dòng)箱體和螺旋深松工作部件的上升和下降。鏈輪傳動(dòng)箱內(nèi)有一鏈輪設(shè)計(jì)為六角型內(nèi)孔，和六角型傳動(dòng)軸聯(lián)接，在傳動(dòng)箱體上下運(yùn)動(dòng)時(shí)能將動(dòng)力可靠地傳遞至鏈輪傳動(dòng)箱中間鏈輪，帶動(dòng)深松工作部件作業(yè)。鏈輪傳動(dòng)箱有三根三角形布置的動(dòng)力輸出軸，井字型機(jī)架上兩根平行的圓形立柱動(dòng)力輸出軸為深松工作部件驅(qū)動(dòng)軸，另一軸為挖掘工作部件驅(qū)動(dòng)軸。深松工作部件由兩個(gè)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)加工的螺旋葉片軸式深松軸，通過法蘭聯(lián)軸器和鏈輪傳動(dòng)箱動(dòng)力輸出軸聯(lián)接，可方便地變換作業(yè)方式。另一路經(jīng)過鏈輪鏈條將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞至液壓泵，液壓泵將液壓油傳遞至總控制閥。通過總控制閥帶動(dòng)升降油缸實(shí)現(xiàn)工作部件上升、下降或浮動(dòng)，以及機(jī)具無級調(diào)速、前進(jìn)、后退、變向。

山藥機(jī)挖掘開槽作業(yè)時(shí)，將深松工作部件拆除，安裝挖掘作業(yè)部件。挖掘作業(yè)部件由挖掘鉆、月牙形擋土板和橫向撥泥絞龍組成，挖掘鉆通過聯(lián)軸器和鏈輪箱前部動(dòng)力輸出軸聯(lián)接，月牙形擋土板固定在鏈輪箱體上。作業(yè)時(shí)，月牙形擋土板將挖掘鉆葉片上的泥土輸送至上方，由橫向撥泥絞龍向兩邊輸送，完成山藥行間開槽取土作業(yè)；再由人工輔助將山藥取出，完成挖掘作業(yè)。發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞至輔蝸輪蝸桿箱，經(jīng)輔蝸輪蝸桿箱、中間傳動(dòng)軸、鏈輪機(jī)構(gòu)減速變向后傳遞至橫向撥泥絞龍。在挖掘作業(yè)時(shí)，拔泥絞龍將挖掘軸開槽取出的土橫向撥出，防止泥土掉入開挖的深槽，影響人工輔助采收山藥。

2 結(jié)論

試驗(yàn)測得，山藥種植與收獲新型設(shè)備松土深度可達(dá)813 mm，松土速度為221 m/h，與人工作業(yè)相比，不僅工作效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低，而且深松深度一致，土壤細(xì)碎，有利于提高山藥的品質(zhì)。山藥種植收獲機(jī)械的推廣應(yīng)用對推進(jìn)山藥生產(chǎn)機(jī)械化具有十分重要的意義。