蔣宏婉,任仲偉,張富貴,袁森,秦輝,唐廷圓,齊正
(1.貴州理工學院 機械工程學院,貴州 貴陽 550003;2.貴州大學 機械工程學院,貴州 貴陽 550025;3.遵義市綏陽縣小輝農機專業(yè)合作社,貴州 遵義 563300)
國內在煙葉產業(yè)機械化研究中獲得一定成果,主要集中在管理系統、煙葉采摘、煙葉分揀、輪式煙葉收獲機、裝卸機械等方面的研究[1-4]。北京德邦大為科技有限公司[5]生產的煙葉采摘機在國內屬于較為先進的自走式煙草收獲機械。該機器可以準確、快速地采摘煙葉,對煙葉的損傷率較低,能輕松地把煙葉從后方的存煙籃轉移到煙葉拖車上,但是該機器在國內煙草采收時的適應性并不是很好,機器作業(yè)完畢后收獲的煙葉還是會出現部分破損、破裂和攪碎的現象,無法再對煙葉進行分級和處理,所收獲的煙葉的次品率有些大。 河南農業(yè)大學王玲等人[6]設計發(fā)明的“一種自動行走的煙草收獲機”,解決了人工采收煙葉效率低下和少數半機械化收獲機結構復雜、造價較高、易堵塞等問題,提供了一種機構簡單的自動行走煙草收獲機。 通過后期機器在田間的煙葉采收試驗發(fā)現,該機器也存在著損傷煙葉的情況,而且較為嚴重,機器的適應性也不是很好。 貴州大學的衛(wèi)韋等人[7]以貴州省晴隆縣為研究對象,分析制約南方丘陵山區(qū)煙葉生產機械化發(fā)展的因素,從研發(fā)適宜的農機裝備、完善農機購置補貼政策、改善煙農生產基礎條件、提高農機具成本回收率等方面,提出推進南方丘陵山區(qū)煙葉生產機械化發(fā)展的思路,但還未實現機械化設計研究。
本文針對鮮煙葉運輸過程中人工效率低和煙葉二次損傷等難題,結合貴州煙葉種植實際情況,設計一款環(huán)境友好型田間鮮煙葉搬運機械,對于提高煙葉生產效率、促進農民增收有重要現實意義。
根據鮮煙葉種植地實地調研情況,因壟間距離最大尺寸僅30 cm,故提出整機結構理論可行方案如圖1 所示。
圖1 整機結構布置方案
A、B、C、D 方案轉向機構為前或后單側操作方向盤控制,現根據現場農民與技術人員反饋意見,將單側方向盤設計為前后雙側方向盤操作,前后雙側可控轉向即方案E。
按照田間地形地貌及煙葉種植情況,設計了8 個搬運機行走方案:
(1)三輪方案:雙驅前轉向(方案A)、后單驅前轉向(方案B)、前驅前轉向(方案C)、后雙驅前轉向(方案D);
(2)兩輪方案:前后輪獨立驅動轉向+左右雙側輔助輪(方案E)、前后輪同步驅動轉向+左右雙側輔助輪(方案F);
(3)四輪方案:后雙驅前雙轉向+左右雙側輔助輪(方案G)、左右同步驅動前后獨立轉向+左右雙側輔助輪(方案H)。 所有理論可行方案如圖2 所示。
圖2 驅動行走方案
為實現搬運機壟端轉彎或調頭功能,方案A設計后輪驅動系統為差速結構。 但因壟間距離僅為30 cm,不便安裝差速器,故將該機構取消,取而代之以軟件控制實現差速功能。
因煙葉種植地形與土壤情況較復雜,既有坡度又有粘土,因此驅動輪需要雙驅或四驅以保證足夠動力;同時考慮轉向的準確協調控制,如將驅動輪與轉向輪合二為一,會存在轉向輪回正困難等問題,因而為適應貴州煙葉種植的復雜土地環(huán)境兼顧作業(yè)者的便利和效率,最終選擇方案G,即后雙驅前雙轉向+左右雙側輔助輪。
換壟方案擬定3 個如圖3 所示:整機移出壟端調頭換壟、壟中大間隔原位換壟、壟端斜身原向換壟。
圖3 搬運機換壟方案
根據煙田實地調研情況,煙田壟中大間隔情況不多,因而方案B 實用性不好;而方案A 整機調頭換壟占用空間較大,煙田不能完全滿足條件;因而綜合考慮煙田實際情況和作業(yè)者操作便捷高效,最終優(yōu)選方案C,即整機壟端斜身原向換壟。
結合貴州煙田種植和煙農作業(yè)實際情況,對田間鮮煙葉搬運機整機結構布置方案、驅動行走方案和換壟方案進行對比分析和擇優(yōu),最終擇優(yōu)方案為:整機結構布置優(yōu)選方案E 即操作者后位跟機雙側直進直退;驅動行走優(yōu)選方案G 即后雙驅前雙轉向+左右雙側輔助輪;搬運機換壟優(yōu)選方案C 即整機壟端斜身原向換壟。