李想崔軍袁虹陸海莉王成文

0 引言

我國是世界上最大的大蒜生產(chǎn)國，大蒜產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的70%以上。由于大蒜生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)與裝備的研發(fā)起步較晚，技術(shù)水平不高，目前，大蒜收獲作業(yè)主要依靠人工完成，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，占用農(nóng)時(shí)多，收獲損失大。研發(fā)先進(jìn)適用的大蒜收獲機(jī)，對于提高大蒜收獲機(jī)械化水平，促進(jìn)大蒜收獲機(jī)械優(yōu)化升級和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義[1-2]。本文按照大蒜生產(chǎn)農(nóng)藝要求，研制了一款兩行大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，并進(jìn)行試驗(yàn)示范。該機(jī)采用23.52 kW柴油機(jī)作動力，能一次完成挖掘、去土、夾持輸送、切秧及蒜頭收集等作業(yè)。

1 設(shè)計(jì)要求與思路

參考已有的地下農(nóng)作物特別是塊根、塊莖作物機(jī)械化收獲技術(shù)要求，根據(jù)蒜農(nóng)的基本需求，設(shè)定大蒜機(jī)械化收獲的要求如下：

1.1 起蒜和蒜土分離

收獲機(jī)能完整地挖起大蒜，作業(yè)中大蒜的損失率及傷蒜率均低于1.5%。大蒜損傷包括蒜皮被劃傷、切傷以及壓傷。

1.2 作業(yè)幅寬

根據(jù)調(diào)研，目前，在江蘇、山東、河南等大蒜主要種植省份，蒜農(nóng)普遍采用的種植行距在20 cm左右，所以，本機(jī)設(shè)計(jì)行距為20 cm，兩行機(jī)具的作業(yè)幅寬為40 cm。

1.3 防護(hù)裝置

大蒜收獲機(jī)作業(yè)的地方會有很多雜草和蒜秧，安裝防護(hù)裝置可保護(hù)工作部件不被纏繞，確保機(jī)具工作流暢。

1.4 適應(yīng)性

該機(jī)能夠適應(yīng)不同土質(zhì)、不同地形、不同濕度的作業(yè)環(huán)境，在蒜秧倒伏、干枯或者青綠的情況下均能正常工作。

1.5 機(jī)具使用率

該機(jī)不僅可用于大蒜收獲，還可用于其他塊根、塊莖類作物收獲，使用效率較高。

1.6 操作與保養(yǎng)

為了便于操作和維護(hù)保養(yǎng)，設(shè)計(jì)該機(jī)具時(shí)，盡量使其結(jié)構(gòu)簡單，減少不必要的輔助裝置。

2 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 整體結(jié)構(gòu)

該機(jī)主要由行走底盤、傳動系統(tǒng)、扶禾裝置、挖掘裝置、夾持裝置、蒜秧定位裝置、切秧裝置、橫向輸送裝置、集蒜箱（裝袋）及液壓系統(tǒng)等組成［2］（詳見圖1）。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，由手扶稈控制行走速度和行走方向，采用手搖啟動方式，有前擋和空擋位。啟動時(shí)，先將離合器置于空擋，電動啟動柴油機(jī)，再將離合器置于前擋，機(jī)具行走。手扶架上有操縱機(jī)構(gòu)，用來控制制動裝置、機(jī)具的行走速度和行走方向。

圖1 大蒜聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.2 工作原理

發(fā)動機(jī)的動力通過三角帶和皮帶輪傳遞至拖拉機(jī)底盤，經(jīng)半軸和鏈條鏈輪帶動機(jī)具工作。工作時(shí)，使用液壓升降手柄限定挖掘深度，振動挖掘鏟入土，將大蒜連同泥土一起挖起，通過扶禾器和拔禾輪將蒜秧送入夾持裝置，蒜秧在向后夾持輸送過程中，在蒜秧定位裝置的作用下調(diào)整夾持位置，隨后，由切割裝置進(jìn)行蒜莖切割，使蒜莖留莖長度一致。切下的蒜頭通過橫向輸送裝置輸送到集蒜箱中，蒜秧被均勻地拋送到田中［2］。

每堂課有理論知識的學(xué)習(xí)，也有實(shí)操知識的演練，對理論知識利用交互式電子白板呈現(xiàn)給學(xué)生，對比較抽象的概念，在課件中,利用圖片、Flash動畫、視頻等形式幫助學(xué)生理解知識點(diǎn)的概念和公式條件。

2.3 基本參數(shù)

外形尺寸（長×寬×高）：420 cm×140 cm×160 cm。配套動力：23.52 kW單缸柴油機(jī)。掛接形式：輪式自走式。作業(yè)幅寬：40 cm。作業(yè)行數(shù)：2行。作業(yè)行距：20 cm。株距：6～8株/m。

3 對齊切秧裝置設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)根秧分離是大蒜聯(lián)合收獲機(jī)的重要功能之一［3］。目前，實(shí)現(xiàn)大蒜根秧分離的切秧裝置研發(fā)存在的主要問題是：無動力被動式對齊容易產(chǎn)生堵塞；有動力對齊的，又因?yàn)榧友b切秧裝置，導(dǎo)致整個裝置空間尺寸過大，從而影響收獲效果。為了解決上述技術(shù)問題，本文設(shè)計(jì)了一種用于大蒜收獲機(jī)的對齊切秧裝置［4］。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、切秧質(zhì)量高、工作可靠，獲得了一項(xiàng)實(shí)用新型專利——用于大蒜收獲的對齊切秧裝置（專利號ZL201821835940.2）。

對齊切秧裝置包括左對齊組件、右對齊組件、切刀、定刀以及動力裝置。左對齊組件和右對齊組件結(jié)構(gòu)相同且對稱設(shè)置，分別包括對齊主動輪、對齊從動輪。對齊主動輪和對齊從動輪通過三角帶傳動連接，對齊從動輪與對齊從動軸通過軸承組件轉(zhuǎn)動連接，對齊從動軸通過螺母與安裝角座固連。對齊從動輪的外部安裝有橡膠撥齒，對齊主動輪的中心安裝有軸承組件，軸承組件外部的軸承套上固連有小角座，安裝角座和小角座相向設(shè)置，且兩者之間設(shè)置有伸縮桿結(jié)構(gòu)和張緊結(jié)構(gòu)，其中伸縮桿的伸縮套管與小角座固連，伸縮軸與安裝角座固連。左對齊組件的對齊主動輪的軸承組件上安裝切刀，右對齊組件的小角座上固連有定刀，定刀位于切刀的旋轉(zhuǎn)路徑內(nèi)。主動輪的軸承組件的中心安裝有方套軸，方套軸與夾持收獲機(jī)構(gòu)的動力裝置連接。詳見圖2。

4 生產(chǎn)試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

圖2 大蒜收獲機(jī)的對齊切秧裝置結(jié)構(gòu)圖

考查設(shè)計(jì)的聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，重點(diǎn)對生產(chǎn)試驗(yàn)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行考查。

4.2 試驗(yàn)情況

試驗(yàn)時(shí)間為2020年5月，試驗(yàn)地點(diǎn)在江蘇省徐州市豐縣首羨鎮(zhèn)穆莊，大蒜品種為徐州白蒜，大蒜地表面用地膜覆蓋。試驗(yàn)地塊大蒜倒伏比例為5%，大蒜種植平均行距為20 cm，株距為16 cm，蒜頭直徑為6.2 cm，蒜頭高度為4.5 cm。土壤類型為沙壤土，含水率為26.9%，硬度為24.5 kPa。試驗(yàn)條件適合機(jī)械作業(yè)。

4.3 試驗(yàn)內(nèi)容

4.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.4.1 試驗(yàn)結(jié)果

1）純工作小時(shí)生產(chǎn)率為1 050 m2/h，機(jī)具作業(yè)效率尚可。作業(yè)時(shí)，由于操作手對新機(jī)具的操作熟練程度不高，影響了機(jī)具生產(chǎn)效率的發(fā)揮。若操作人員技能十分熟練，作業(yè)效率還可以提高。

2）累計(jì)作業(yè)時(shí)間131 h，產(chǎn)生故障2次，總計(jì)故障診斷與修復(fù)用時(shí)2.5 h，平均故障間隔時(shí)間為55.5 h，使用可靠性為98%。兩次故障均為小故障。一次故障是離合器分離不清，主要原因是選購的離合器質(zhì)量不高；另一次故障出現(xiàn)在油門拉桿上，原因是螺栓墊圈破損造成調(diào)節(jié)不靈。機(jī)具整體表現(xiàn)良好，沒有出現(xiàn)重大故障，關(guān)鍵核心部件亦未出現(xiàn)故障。

3）環(huán)境噪聲為73 dB，駕駛員操作位置處噪聲為84 dB。因?yàn)闆]有封閉式或半封閉式駕駛室，所以駕駛員操作位置處的噪聲值較大。

4.4.2 試驗(yàn)分析

1）雨后短期內(nèi)下田作業(yè)，機(jī)具行進(jìn)時(shí)會發(fā)生輪子打滑現(xiàn)象。改進(jìn)時(shí)，可考慮采用履帶式底盤。

2）操作手的技術(shù)水平對機(jī)具故障的發(fā)生有一定影響，因此，在作業(yè)前應(yīng)對機(jī)手進(jìn)行培訓(xùn)。

3）應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，確保機(jī)具的制造質(zhì)量，提高整機(jī)使用可靠性。

4）集蒜箱大小與袋子的大小不匹配。集蒜箱可設(shè)計(jì)成圓形，與袋子的口形一致，以便于對袋口與集蒜箱箱口進(jìn)行固定。

5 結(jié)論

根據(jù)當(dāng)前大蒜收獲機(jī)械化現(xiàn)狀以及市場需求，兼顧小農(nóng)戶和規(guī)模種植大戶的需求，設(shè)計(jì)的4DS-40型自走式大蒜收獲機(jī)可一次完成大蒜挖掘、分離、切莖、輸送等作業(yè)。生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)作業(yè)特點(diǎn)和性能能夠滿足大蒜收獲農(nóng)藝要求，其先進(jìn)性和適應(yīng)性居國內(nèi)領(lǐng)先水平。