馬鈴薯糧菜兼用，產(chǎn)量高，營(yíng)養(yǎng)豐富，產(chǎn)品附加值高，國(guó)內(nèi)種植面積及產(chǎn)量皆居世界首位，是我國(guó)重要的糧食安全作物。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向集約化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械的需求日益增大。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)校企在馬鈴薯裝備的研發(fā)與制造方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，涌現(xiàn)了一批競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng)的龍頭企業(yè)，這些企業(yè)結(jié)合我國(guó)具體國(guó)情進(jìn)行整合創(chuàng)新，成功研制出了多款適用于中國(guó)馬鈴薯產(chǎn)區(qū)的聯(lián)合收獲機(jī)械，但同時(shí)，體現(xiàn)在馬鈴薯聯(lián)合收獲中的潔凈率低、傷薯率高等問(wèn)題也越加明顯。

本研究針對(duì)馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)土雜及石塊清選不凈和破皮、損傷率高的問(wèn)題，結(jié)合中國(guó)北方馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)收獲模式，以馬鈴薯高效低損輸送為目標(biāo)，探究物料提升過(guò)程的碰撞損傷機(jī)理，研制用于馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的物料提升裝置，以期在滿足馬鈴薯聯(lián)合收獲生產(chǎn)效率及潔凈率的同時(shí)最大限度減少機(jī)收損失。

一、作業(yè)環(huán)境

物料提升裝置是為裝袋型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)實(shí)現(xiàn)二次清選提供集薯及升運(yùn)支持而設(shè)計(jì)。在滿足整機(jī)對(duì)作業(yè)空間有限和作業(yè)效率契合的前提下實(shí)現(xiàn)集薯—升運(yùn)—卸料的功能，具備一定的清土能力，同時(shí)達(dá)到低損作業(yè)效果，其作業(yè)環(huán)境如圖1所示：

裝袋型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)流程：①挖掘→②清土輸送→③物料提升→④分揀→⑤裝箱→⑥卸料裝袋。薯塊、秧蔓和土壤等混合物經(jīng)挖掘后由薯土輸送分離篩輸送至棘輪清選裝置，棘輪清選裝置將大量泥土、石塊、秧蔓等清除后送入物料提升裝置（本研究主體內(nèi)容），物料提升運(yùn)裝置進(jìn)行物料提升作業(yè)后將馬鈴薯卸至手選輸送平臺(tái)，經(jīng)人工清雜后由手選輸送平臺(tái)輸送至集料箱，集料箱內(nèi)馬鈴薯由卸料輸送帶輸送至裝袋平臺(tái)上的儲(chǔ)薯袋內(nèi)，儲(chǔ)薯袋裝滿后由裝袋平臺(tái)卸至田間，完成整套馬鈴薯聯(lián)合收獲作業(yè)。本課題內(nèi)容即為上述作業(yè)流程中的第③環(huán)節(jié)—馬鈴薯物料提升裝置的研究，為裝袋型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)實(shí)現(xiàn)二次清選提供物料提升支持。

二、總體結(jié)構(gòu)

物料提升裝置主要用于裝袋型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的物料提升環(huán)節(jié)，其整體結(jié)構(gòu)形態(tài)呈現(xiàn)為“外方內(nèi)圓”，即外部框架為方形，內(nèi)部作業(yè)主體結(jié)構(gòu)呈類圓形，框架內(nèi)側(cè)呈類圓形排布導(dǎo)向限位膠輪，限制升運(yùn)輸送帶及托運(yùn)輸送帶運(yùn)行軌跡；此種升運(yùn)結(jié)構(gòu)形可有效減小升運(yùn)輸送對(duì)整機(jī)縱向空間的占用，充分利用馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)橫向空間，實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)對(duì)馬鈴薯物料在垂直方向的集料及升運(yùn)，在大幅減小裝袋型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)整機(jī)體量的同時(shí)，有效避免馬鈴薯因長(zhǎng)距離輸送造成的翻滾、摩擦及碰撞損傷。

該裝置主要由機(jī)架、升運(yùn)輸送帶、托運(yùn)輸送帶、動(dòng)力系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及輸送帶限位膠輪組組成，采用網(wǎng)兜式升運(yùn)輸送帶作為輸送主體，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯由水平輸送至垂直提升的轉(zhuǎn)向作業(yè)，并結(jié)合升運(yùn)+托運(yùn)雙帶協(xié)同的作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯由垂直提升回轉(zhuǎn)至水平輸送的環(huán)形輸送作業(yè)模式。動(dòng)力系統(tǒng)由液壓泵站、液壓馬達(dá)、電液比例流量閥、液壓管路、驅(qū)動(dòng)帶輪、皮帶輪等組成；電控系統(tǒng)由可編程邏輯控制器、轉(zhuǎn)速傳感器、電控線路、觸屏式顯示終端等組成，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

三、主要技術(shù)參數(shù)

馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)物料提升裝置主要技術(shù)參數(shù)如下表所示：

四、工作原理

物料提升裝置接收清選輸送裝置縱向送至的馬鈴薯物料，落入升運(yùn)輸送帶的馬鈴薯物料被由聚氨酯網(wǎng)板組成的多個(gè)網(wǎng)兜分別收集，并在升運(yùn)輸送帶的帶動(dòng)下進(jìn)行橫向外側(cè)方輸送；在經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)向時(shí)，升運(yùn)輸送帶載負(fù)馬鈴薯由橫向水平輸送轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较蛱嵘?；?jīng)過(guò)二次轉(zhuǎn)向時(shí)，馬鈴薯在升運(yùn)輸送帶在和托運(yùn)輸送帶的協(xié)同作用下由垂直方向提升轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向內(nèi)側(cè)方水平輸送，為避免此過(guò)程中馬鈴薯發(fā)生不必要的翻滾、摩擦及碰撞，雙帶線速度保持一致，過(guò)程中馬鈴薯逐漸脫離升運(yùn)輸送帶網(wǎng)兜并落至托運(yùn)輸送帶，由托運(yùn)輸送帶繼續(xù)進(jìn)行輸送作業(yè)并最終落至手選輸送平臺(tái)，完成整套作業(yè)過(guò)程。

該裝置通過(guò)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。常規(guī)情況下，裝置單位時(shí)間內(nèi)接收物料量提高時(shí)，升運(yùn)輸送帶載料量增加，動(dòng)力系統(tǒng)負(fù)荷升高，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速降低，驅(qū)動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速降低，輸送帶線速度減小，此時(shí)輸送帶單位時(shí)間內(nèi)上料量增加和線速度降低呈相互促進(jìn)趨勢(shì)，需人工調(diào)整液壓流量閥開(kāi)啟度，增大液壓流量，提高液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力，來(lái)保持升運(yùn)輸送帶穩(wěn)定的工作狀態(tài)；裝置單位時(shí)間內(nèi)接收上料量降低時(shí)，升運(yùn)輸送帶載料量減少，動(dòng)力系統(tǒng)負(fù)荷降低，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速升高，驅(qū)動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速升高，輸送帶線速度增加，此時(shí)輸送帶單位時(shí)間內(nèi)上料量減少和線速度增加呈相互促進(jìn)趨勢(shì)，需人工調(diào)整液壓流量閥開(kāi)啟度，減小液壓流量，降低液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力，使升運(yùn)輸送帶保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速正常工作。

五、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（一）提升結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)形式可充分利用馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)橫向空間，實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)對(duì)馬鈴薯物料在水平方向的集料、卸料和垂直方向的升運(yùn)，大幅減小馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)整機(jī)體量。

（二）鏤空式聚氨酯柔性網(wǎng)板組合網(wǎng)兜。鏤空網(wǎng)板結(jié)構(gòu)可提供對(duì)殘留于馬鈴薯表面的泥土額外的篩分能力；聚氨酯柔性材料可吸納馬鈴薯落入網(wǎng)兜時(shí)的沖擊力，并對(duì)落入網(wǎng)兜的馬鈴薯形成包裹狀態(tài)，限制升運(yùn)過(guò)程中馬鈴薯的位移和翻滾，避免馬鈴薯之間及馬鈴薯與運(yùn)載結(jié)構(gòu)間發(fā)生過(guò)多的碰撞和摩擦，從而減輕對(duì)其造成的破皮和損傷。

（三）升運(yùn)+托運(yùn)雙帶協(xié)同作業(yè)模式。升運(yùn)輸送過(guò)程中二次轉(zhuǎn)向時(shí)，馬鈴薯物料處于垂直提升至反向水平輸送的運(yùn)輸過(guò)程，此時(shí)單獨(dú)依靠升運(yùn)輸送帶無(wú)法處理馬鈴薯物料因自身重力而掉落的問(wèn)題，故采用升運(yùn)+托運(yùn)雙帶協(xié)同作業(yè)模式，利用托運(yùn)輸送帶輔助升運(yùn)輸送帶完成提升轉(zhuǎn)向及后續(xù)的卸料工作。（作者單位：山東理工大學(xué)）