潘吉常，徐 進，肖輝燈，鄧忠瓊，鄧 靜

（1 貴州師范大學 機械與電氣工程學院；2 貴州師范大學 經(jīng)濟與管理學院：550001，貴州貴陽）

貴州地貌以高原、丘陵和山地為主，耕地分布不均、面積狹小，是制約其現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素[1-2]。目前，其農(nóng)業(yè)機械化程度遠低于全國平均水平，位居全國倒數(shù)第二。經(jīng)筆者調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，貴州省農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展主要存在以下問題：首先，貴州地域廣闊且地勢環(huán)境復雜，不便于使用大型農(nóng)業(yè)機械耕作；其次，貴州目前眾多農(nóng)作物的收割工作依舊以手工勞作為主，如水稻、油菜、大豆等農(nóng)作物，勞動強度大，收割效率低；最后，由于特殊的地理特征，貴州省90%以上農(nóng)業(yè)機械都是小型農(nóng)業(yè)機械，其中以微耕機、耕整機為主，山地農(nóng)機類型單一，山地收獲機極其匱乏。

總而言之，目前市面上大型農(nóng)業(yè)機械種類繁多、功能多樣，相比之下，小型農(nóng)業(yè)機械雖然具有小巧、靈活、高效等特征，但相關研究少、技術人才匱乏，致使種類較少、功能較單一。筆者認為開發(fā)類型和功能多樣化的小型農(nóng)機是提高山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化水平的重要途徑。

1 小型山地自動捆綁式收割機設計理念

針對貴州山地的小型農(nóng)業(yè)機械的開發(fā)，筆者認為：首先，小型農(nóng)業(yè)機械應具有體積小、重量輕等關鍵特征；其次，在偏遠的山區(qū)，經(jīng)濟水平較為落后，且小型農(nóng)業(yè)機械使用者購買力有限，文化知識也具有較大的局限性，因此農(nóng)業(yè)機械需便于操作，同時成本不宜過高；最后，小型農(nóng)業(yè)機械構(gòu)造不宜復雜，應便于使用者對其進行維護[3]。

小型山地自動捆綁式收割機整體規(guī)劃設計采用模塊化設計[4]，其優(yōu)勢在于模塊化設計具有更佳的靈活性、互換性、多樣性等特征，同時易于安裝、更換和維修。將模塊化設計應用到小型農(nóng)業(yè)機械上，可以拓寬產(chǎn)品線、降低小型農(nóng)機的復雜性和生產(chǎn)成本。在功能設計層面上，小型山地自動捆綁式收割機具有捆綁和切割一體化功能，通過設定一定轉(zhuǎn)速，使功能整體同步實現(xiàn)。傳動系統(tǒng)層面上，采取帶傳動、齒輪傳動和聯(lián)軸器傳動等多種傳動方式，提高機械整體傳動效率。

2 小型山地自動捆綁式收割機結(jié)構(gòu)方案

小型山地自動捆綁式收割機總體結(jié)構(gòu)見圖1，機械含機架A、行進裝置B、動力裝置C、收割裝置D 和捆綁裝置E 等五個部分。在機架A 下方設有行進裝置B，機架A 上方設有動力裝置C，動力裝置C 前方設有收割裝置D 和捆綁裝置E。

圖1 小型山地自動捆綁式收割機立體結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 機架A 的結(jié)構(gòu)設計

機架由扶手組件和水平支撐組件組成，扶手組件安裝在水平支撐組件上，在水平支撐組件前方設有收割裝置水平支撐架，在收割裝置水平支撐架上設有收割裝置豎直支撐板。

2.2 行進裝置B 的結(jié)構(gòu)設計

該裝置主要功能是維持整個收割機的平衡和行駛，采用獨輪組件便于對行駛方向的控制。該裝置由行進輪、行進輪固定架和獨輪組件組成，行進輪安裝在行進輪固定架上，在行進輪前方安裝有獨輪組件。獨輪組件包括獨輪固定架，獨輪固定架安裝在收割裝置水平支撐架前中下部。

2.3 動力裝置C 的結(jié)構(gòu)設計

該裝置主要提供機械收割的動力，采用電機驅(qū)動，通過帶傳動、聯(lián)軸器傳動、齒輪傳動，實現(xiàn)對作物的自動化切割和捆綁。該裝置由電池組件、電機、聯(lián)軸器和傳動軸組成，電池組件安裝在機架A 的水平支撐組件上，在電池組件右側(cè)安裝有電機，在電機上安裝有聯(lián)軸器，在聯(lián)軸器上安裝有傳動軸，電機安裝在電池組件的右部前端。

2.4 收割裝置D 的結(jié)構(gòu)設計

收割裝置主要功能是對作物進行切割，通過葉片把作物推進通道，由安置在葉片下刀片對作物切割。該裝置由機械傳動組件、收割刀具組件和收割裝置從動組件構(gòu)成，在機械傳動組件上安裝有收割刀具組件，在收割刀具組件中部設有收割裝置從動組件，在收割裝置從動組件和收割刀具組件上安裝有扶禾器組件。

2.5 捆綁裝置E 的結(jié)構(gòu)設計

該裝置中的推桿組件往返運動，其搖桿轉(zhuǎn)軸和三角形滑塊的結(jié)構(gòu)設計采用了對心曲柄滑塊機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡圖如圖2 所示。該機構(gòu)中的搖桿轉(zhuǎn)軸類似于圖2 中的原動件，三角形滑塊類似于圖2 中的從動件和滑塊。推桿的往返運動和捆綁口的特殊自動鎖頭結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)對作物的反復自動捆綁。該裝置設計有固定槽組件、推桿組件和捆綁傳動組件，在捆綁傳動組件上安裝有推桿組件，在推桿組件兩側(cè)安裝有固定槽組件，固定槽組件和推桿組件中間位置設有通道。

圖2 對心曲柄滑塊機構(gòu)示意圖

3 小型山地自動捆綁式收割機工作方案

3.1 收割工作時的設計方案

啟動動力裝置C 中的電機，電池組件對電機進行供電，電機轉(zhuǎn)動，帶動聯(lián)軸器與傳動軸轉(zhuǎn)動。傳動軸與傘齒輪組件連接，傘齒輪組件為直齒錐齒輪，能實現(xiàn)90°的換向傳動，將水平方向的傳動換成豎直方向的傳動，從而帶動主傳動軸轉(zhuǎn)動。安裝在主傳動軸下端的主齒輪也隨之轉(zhuǎn)動，主齒輪與第三傳動軸上的副齒輪配合，副齒輪的轉(zhuǎn)動帶動第三帶輪，第三帶輪通過皮帶與第一傳動軸下端的第一帶輪配合，帶動第一帶輪和第四帶輪轉(zhuǎn)動。

主帶輪通過皮帶與第二傳動軸下端的第二帶輪配合，帶動安裝在第二傳動軸上端的第五帶輪轉(zhuǎn)動，從而帶動第一刀具軸和第二刀具軸轉(zhuǎn)動，安裝在第一刀具軸和第二刀具軸上的第一刀具上葉片、第一刀具下葉片、第一刀片、第二刀具上葉片、第二刀具下葉片、第二刀片轉(zhuǎn)動，通過第一刀片和第二刀片完成農(nóng)作物的收割動作，通過第一刀具上葉片、第一刀具下葉片、第二刀具上葉片、第二刀具下葉片、收割裝置從動組件完成農(nóng)作物的傳送動作。

3.2 捆綁工作時的設計方案

通過傘齒輪組件帶動捆綁傳動軸轉(zhuǎn)動，在捆綁傳動軸另一端安裝有齒輪傳動組件，齒輪傳動組件為小齒輪和大齒輪傳動，在捆綁傳動軸上安裝有小齒輪，小齒輪與大齒輪相互嚙合，大齒輪轉(zhuǎn)動帶動搖桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而帶動搖桿轉(zhuǎn)軸上的推桿組件轉(zhuǎn)動。

推桿組件上設有三角形滑塊、豎直固定滑槽組件和水平固定滑槽組件，搖桿轉(zhuǎn)軸帶動搖桿繞搖桿轉(zhuǎn)軸軸心做圓周運動，使三角形滑塊向下移動，從而推動水平固定滑槽組件的推壓彈簧和推桿左右運動，推壓彈簧包括左側(cè)彈簧和右側(cè)彈簧，推桿包括左側(cè)推桿和右側(cè)推桿。

工作時，當左側(cè)推桿碰到固定槽組件的左側(cè)固定槽釘、右側(cè)推桿碰到固定槽組件的右側(cè)固定槽釘時，驅(qū)使綁帶進行綁定，并左側(cè)推桿從左側(cè)綁帶盒拉出新的綁帶，右側(cè)推桿從右側(cè)綁帶盒拉出新的綁帶。此時搖桿繞搖桿轉(zhuǎn)軸軸心做圓周運動，使三角形滑塊向上移動，同時左側(cè)彈簧、右側(cè)彈簧回彈拉回左側(cè)推桿、右側(cè)推桿，即可完成捆綁工作。

4 結(jié)論

貴州山地不適合大型農(nóng)業(yè)機械作業(yè)，農(nóng)民對于實用小型農(nóng)業(yè)機械的需求是非常迫切的，小型山地自動捆綁式收割機的設計可滿足農(nóng)民的這一需求。該收割機結(jié)構(gòu)簡單，功能包含切割和捆綁，同時動力裝置采用電力驅(qū)動，對作業(yè)環(huán)境非常環(huán)保，且工作穩(wěn)定。

通過模塊化設計，小型山地自動捆綁式收割機的結(jié)構(gòu)分為五個裝置；通過單個模塊機構(gòu)的設計，產(chǎn)品具有很好的靈活性和互換性；通過模塊組裝，可快速拼接和拆卸小型山地自動捆綁式收割機，便于轉(zhuǎn)移，在山地等地形條件下非常適用。