摘要 針對(duì)旱收荸薺（Eleocharis dulcis）時(shí)人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低和果土分離困難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種振動(dòng)擠壓式荸薺收獲機(jī)。通過(guò)對(duì)作業(yè)過(guò)程中荸薺土塊的受力分析，確定了影響分離性能的關(guān)鍵參數(shù)為振動(dòng)板振幅、振動(dòng)板振頻和釘齒輥轉(zhuǎn)速，并根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)初步確定關(guān)鍵參數(shù)取值范圍。以振動(dòng)板振幅、振動(dòng)板振頻和釘齒輥轉(zhuǎn)速為影響因素，以土層破碎率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用Design-Expert 10.0 設(shè)計(jì)CCD 中心組合試驗(yàn)，通過(guò)Recur‐Dyn-EDEM 耦合進(jìn)行仿真，確定當(dāng)振動(dòng)板振幅為33.04 mm、振動(dòng)板振頻6.63 Hz、釘齒輥轉(zhuǎn)速336.72 r/min 時(shí)，存在較優(yōu)破碎效果，土層破碎率為93.58%。以振動(dòng)板實(shí)際振幅32.41 mm、振頻6.5 Hz，釘齒滾轉(zhuǎn)速330 r/min進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果顯示，實(shí)際土層破碎率93.54%、明薺率80.33%、損傷率28.08%，碎土效果好，與仿真結(jié)果擬合度高。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)增強(qiáng)土層破碎效果進(jìn)而提高果土分離程度，使得分離后的荸薺拋撒在表層，便于人工撿拾。

關(guān)鍵詞 荸薺； 收獲機(jī)械； 振動(dòng)擠壓破碎； RecurDyn-EDEM 耦合仿真

中圖分類(lèi)號(hào) S225.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2421（2024）02-0205-10

荸薺（Eleocharis dulcis）又名馬蹄，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，廣泛種植于我國(guó)南方及東南亞，我國(guó)種植面積約5 萬(wàn)hm2，年產(chǎn)量超80 萬(wàn)t，主要種植于廣西、安徽及湖北等地［1-2］。當(dāng)前荸薺收獲主要有水收和旱收2 種形式，其中，人工手持高壓水槍采挖屬于現(xiàn)階段主流收獲方式，旱收多為人工利用專(zhuān)用齒鍬挖掘作業(yè)［3］，2種方式均存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低的問(wèn)題，且利用高壓水槍采收的荸薺存在難保存、口感變差的問(wèn)題［4］。研制高效可靠的旱收荸薺收獲機(jī)顯得尤為重要。

國(guó)外荸薺總種植面積較小，美國(guó)夏威夷的SteveHopkins 研究了一套在種植池底鋪設(shè)襯網(wǎng)的荸薺栽培技術(shù)，主要依靠高壓水槍沖刷配合人工拽拉栽培襯網(wǎng)進(jìn)行收獲［5］。國(guó)內(nèi)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)秦皇島分校、陜西科技大學(xué)和安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)院等科研院校關(guān)于荸薺收獲機(jī)的研究主要分為3 類(lèi)：一種為利用高壓水槍沖刷，配合撈取裝置進(jìn)行采收作業(yè)的水收荸薺收獲機(jī)［6］，此種方式作業(yè)效率高、損傷率低，但明薺率低且荸薺果實(shí)不易保存，適合小區(qū)塊荸薺收獲作業(yè)；第二種為利用土壤液化原理進(jìn)行泥果分離［7］，再通過(guò)打撈裝置對(duì)荸薺進(jìn)行打撈，該機(jī)對(duì)田間土壤含水率要求嚴(yán)格，更適用于提前灌田的田塊；第三種為利用挖掘鏟先挖掘，后運(yùn)用輸送篩分離的旱收荸薺收獲機(jī)［8］，此種方式作業(yè)效率高，但果土分離效果不佳，明薺率低，適合規(guī)模化種植收獲作業(yè)。

本研究主要針對(duì)現(xiàn)有的旱收荸薺收獲機(jī)果土分離差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款振動(dòng)擠壓分離式荸薺收獲機(jī)，以有效解決黏重土壤破碎問(wèn)題為導(dǎo)向，以提高果實(shí)挖凈率及降低損傷率為目標(biāo)［9］，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)田間試驗(yàn)考察振動(dòng)板振頻、釘齒輥轉(zhuǎn)速和振動(dòng)板振幅對(duì)機(jī)具的土壤破碎性能的影響，為旱收荸薺收獲機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 機(jī)具結(jié)構(gòu)與工作原理

振動(dòng)擠壓分離式荸薺收獲機(jī)主要由振動(dòng)式挖掘鏟、一級(jí)振動(dòng)輸送篩、振動(dòng)擠壓分離裝置、二級(jí)輸送篩等裝置組成，其中振動(dòng)擠壓分離裝置由振動(dòng)板和釘齒輥等組成（圖1）。其外形尺寸為2 400mm×1 000 mm ×1 000 mm（長(zhǎng)×寬×高），整機(jī)質(zhì)量約為463 kg，配套動(dòng)力為51.5～66.2 kW 拖拉機(jī)，配套形式為三點(diǎn)懸掛，作業(yè)幅寬為900 mm。