魯磊 李麗 盧世博 唐華林

摘要：針對丘陵山地桑葉采收機(jī)械缺乏、桑葉采摘收集困難、手工采摘?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大等問題，研制一種丘陵山地桑葉采收機(jī)，并著重對轉(zhuǎn)運(yùn)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。首先分析桑葉采收機(jī)工作環(huán)境與桑葉采收流程，完成轉(zhuǎn)運(yùn)裝置接料機(jī)構(gòu)、導(dǎo)料機(jī)構(gòu)、送袋機(jī)構(gòu)的工作原理分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。其次根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)制作出桑葉采收機(jī)樣機(jī)，在丘陵山地桑園進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)裝置試驗(yàn)。最后根據(jù)試驗(yàn)得到結(jié)論：桑葉采收機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置撥料器轉(zhuǎn)速為80r/min，自動(dòng)脫鉤長度尺寸b1=25mm、寬度尺寸b2=25mm、深度尺寸b3=15mm，掛鉤厚度h3=8mm時(shí)，接料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)過程桑葉平均轉(zhuǎn)運(yùn)率為95.78%，導(dǎo)料機(jī)構(gòu)桑葉平均入袋率為97.88%，送袋機(jī)構(gòu)掉袋率為1.25%，自動(dòng)脫袋成功率為98.75%，桑園田間試驗(yàn)表明桑葉采收機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置可以滿足桑葉采收的功能需求，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性及可行性。

關(guān)鍵詞：桑葉采收機(jī)；轉(zhuǎn)運(yùn)裝置；接料機(jī)構(gòu)；導(dǎo)料機(jī)構(gòu)；送袋機(jī)構(gòu)

中圖分類號：S225.93? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2095-5553 （2024） 03-0133-07

Design and experimentation of the transport mechanism for mulberry leafharvesting machine in hilly terrain

Lu Lei 1， 2， Li Li1， 2， Lu Shibo1， Tang Hualin1

（1. College of Engineering and Technology， Southwest University/Chongqing key Laboratory of AgriculturalEquipment for Hilly and Mountainous Regions， Chongqing， 400715， China; 2. Yibin Academy of SouthwestUniversity， Yibin， 644000， China）

Abstract：

Aiming at the lack of mulberry leaf harvesting machinery in hilly and mountainous areas， the difficulty of mulberry leaf harvesting and collection， and the labor intensity of manual harvesting， developing a mulberry leaf harvesting machine for hilly and mountainous terrains. and mountainous areas， and focused on the design and test of the transfer device. Firstly， analyze the working environment of the mulberry leaf harvester and the mulberry leaf harvesting process， and complete the analysis of the working principle and structural design and calculation of the receiving mechanism， guiding mechanism and bag feeding mechanism of the transfer device. Secondly， according to the design parameters， the prototype of mulberry leaf harvester is made， and the test of?the transfer device is carried out in the hilly and mountainous mulberry gardens. Finally， according to the test to get the conclusion： mulberry leaf harvester transfer device toggle speed for 80 r/min， automatic decoupling length size b1=25mm， width size b2=25mm， depth size b3=15mm， when hook thickness h3=8mm， the receiving mechanism transfer process mulberry leaves average transfer rate of 95.78%， the guide mechanism mulberry leaves into the bag of the average rate of 97.88%， the bag feeding mechanism bag drop rate of 1.25%， the success rate of automatic bag removal is 98.75%. The field test in mulberry orchard shows that the mulberry leaf harvester transfer device can meet the functional requirements of mulberry leaf harvesting， which verifies the correctness and feasibility of the design.

Keywords：mulberry leaf harvesting machine； transport mechanism； receiving mechanism; guide mechanism; bag feeding mechanism

0 引言

中國是世界蠶桑商品出口大國，具有悠久蠶桑歷史文化，國家出臺了一系列政策促使蠶桑產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展［1， 2］。桑葉是蠶桑行業(yè)前端原料，并且桑葉具有藥用價(jià)值豐富［3］以及抗氧化性與抗衰老功效［4］，是我國重要經(jīng)濟(jì)作物，但其機(jī)械化采收是目前該產(chǎn)業(yè)卡脖子問題［5］。針對丘陵山地桑葉采收機(jī)械缺乏、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、采收作業(yè)成本高的問題，其中桑葉采收機(jī)的轉(zhuǎn)運(yùn)裝置是桑葉采收機(jī)的重要組成成分，但每株桑樹枝條多，采摘收集困難，因此研究丘陵山地桑葉自動(dòng)采收機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置對桑葉采摘機(jī)械化具有重要意義。

目前對桑葉采收機(jī)的研究較少，國外設(shè)計(jì)了一種適合桑枝的莖葉分離器［6］；國內(nèi)提出了自動(dòng)往復(fù)式、搖桿式、具有定位裝置的桑葉采摘機(jī)［7， 8］；以上研究應(yīng)用于桑葉采摘，并未在收集部分做出相關(guān)研究。針對桑園環(huán)境研究了復(fù)雜自然環(huán)境下桑葉采摘枝干的識別方法［9］，為桑葉采摘的識別與收集展開了研究，在此基礎(chǔ)上桑葉采摘的自動(dòng)定位變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。Fragapane等［10］主要將轉(zhuǎn)運(yùn)裝置運(yùn)用到大型產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高，較少運(yùn)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械上。徐勤超等［11］提出了一種間歇式柑橘育苗缽機(jī)械裝填轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)；劉宏新等［12］研發(fā)了玉米播種機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)平臺，解決播種機(jī)作業(yè)轉(zhuǎn)場困難的問題；王相友等［13］研究了輸送線速度、引流板角度、裝袋高度等對馬鈴薯的裝袋裝置的影響，上述轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)為桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的研究提供不同方法。鄭占賀等［14］研究了一種連桿式自動(dòng)撐袋裝置。根據(jù)不同采收裝置研究為桑葉采摘與收集裝袋相結(jié)合提供了思路［1520］。

以上研究并沒有將桑葉收集裝袋與桑葉采摘相結(jié)合，針對上述研究現(xiàn)狀，結(jié)合丘陵山地桑園桑葉特殊作業(yè)環(huán)境、桑葉尺寸大小等綜合因素，研制一種符合桑葉采收機(jī)完成桑葉采收的轉(zhuǎn)運(yùn)裝置，對關(guān)鍵部件進(jìn)行理論分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并制作出樣機(jī)完成轉(zhuǎn)運(yùn)裝置試驗(yàn)與桑園試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性與正確性，為丘陵山地桑葉采收機(jī)收集技術(shù)與機(jī)具研究提供方法與技術(shù)理論支撐。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與送料裝置工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

我國大部分桑園處于丘陵山地地區(qū)，本文對重慶市某桑園基地，進(jìn)行前期測量，得到該地區(qū)桑樹間距2m，坡度為0～25°，因此采用履帶式底盤作為桑葉自動(dòng)采收機(jī)的行駛工具。

根據(jù)該地區(qū)條件，完成桑葉采摘機(jī)的方案設(shè)計(jì)，丘陵山地桑葉采收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，整體裝置主要由桑葉采摘裝置、桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)裝置、桑葉取袋裝置、履帶行走底盤組成。

為滿足桑葉采收機(jī)完成桑葉采摘裝置作業(yè)后，與桑葉收集裝袋功能之間的銜接更為流暢，考慮桑園桑葉采收的空間狹小，對采收作業(yè)有時(shí)序等要求，提出了一種桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)裝置實(shí)現(xiàn)對桑葉的轉(zhuǎn)運(yùn)入袋，其中桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，可完成在桑葉采摘后，桑葉的轉(zhuǎn)運(yùn)入袋功能。

接料機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架上，通過推桿作用實(shí)現(xiàn)伸縮，在接料機(jī)構(gòu)伸展時(shí)完成桑葉接取，收縮實(shí)現(xiàn)桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)入導(dǎo)料機(jī)構(gòu)。導(dǎo)料機(jī)構(gòu)上設(shè)置有撥料器，沿著順勢方向旋轉(zhuǎn)，對轉(zhuǎn)運(yùn)桑葉實(shí)現(xiàn)撥料入袋。送袋機(jī)構(gòu)上袋盤與自動(dòng)脫袋掛鉤在鏈輪鏈條作用下完成有序編織袋的供給。各機(jī)構(gòu)聯(lián)合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)桑葉采收機(jī)桑葉的轉(zhuǎn)運(yùn)功能。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 桑葉大小參數(shù)

對6～8月份桑葉生長大小情況做出判斷，隨機(jī)對桑樹上中下三個(gè)位置桑葉進(jìn)行最大長度與最大寬度的測量，得到桑葉生長數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 接料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)滿足桑葉采摘接料功能，及時(shí)將采摘桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)裝袋。接料機(jī)構(gòu)的最大展開距離要確保大于桑葉采摘裝置的張開距離，考慮結(jié)構(gòu)緊湊性與空間有限性，將電動(dòng)推桿橫向安裝在固定架上，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出與控制，電動(dòng)推桿的最大工作長度將決定接料機(jī)構(gòu)的最大展開長度L1，接料機(jī)構(gòu)上安裝有自動(dòng)伸縮布，受彈簧的拉力，隨著接料機(jī)構(gòu)的伸縮而伸縮。接料機(jī)構(gòu)原理示意圖如圖3所示。

桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)順利完成過程，要求桑葉能完全落在預(yù)設(shè)接料區(qū)域，桑葉采摘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)單邊最大張開距離Lmax=480mm，支架到采摘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中間距離為760mm，得到最大展開距離需要大于1240mm。

電動(dòng)推桿工作帶動(dòng)接料機(jī)構(gòu)的伸縮，最大間距受到電動(dòng)推桿工作范圍h1-h2影響，其中設(shè)置接料機(jī)構(gòu)所有短邊長度l相等，并且考慮到伸縮架伸縮性能與結(jié)構(gòu)性能，要求h2大小的設(shè)置需要大于總長度h1的一半，當(dāng)不滿足時(shí)，接料機(jī)構(gòu)最大展開狀態(tài)下滑塊位置受力增大，穩(wěn)定性變差。因此可得

L1=n1l2（1－cosα2）（1）

h1=l2（1+cosα1）（2）

h2=l2（1+cosα2）（3）

h2≥12h1（4）

式中：L1——接料機(jī)構(gòu)子伸展，mm；n1——接料機(jī)構(gòu)單邊設(shè)置個(gè)數(shù)；l——接料機(jī)構(gòu)短邊長度，mm；α1——接料機(jī)構(gòu)完全收縮時(shí)短邊夾角，mm；α2——接料機(jī)構(gòu)完全展開時(shí)短邊夾角，mm；h1——固定架安裝與滑塊設(shè)置最大長度，mm；h2——固定架安裝與滑塊設(shè)置最小長度，mm。

在桑葉采收機(jī)工作過程中，接料裝置最大展開距離L1需大于1240mm，α2的參數(shù)大小由總體推桿長h1與推桿長度h1-h2共同決定，綜上展開距離L1由n1、h1、h2、l的參數(shù)大小決定。根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，固定架安裝與滑塊設(shè)置最大長度h1受到限制，h1長度過長，整機(jī)尺寸高度方向尺寸變大，整機(jī)穩(wěn)定性變差。結(jié)合如圖1采收機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)，接料機(jī)構(gòu)展開后最大高度應(yīng)該低于桑葉采摘機(jī)構(gòu)完成采摘后的最大抬升高度，避免發(fā)生干涉。最后得到參數(shù)n1=5，h1=320；h2=170；l=160，此時(shí)得到接料機(jī)構(gòu)最大展開長度L1=1355mm。

2.3 導(dǎo)料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

接料機(jī)構(gòu)作業(yè)將桑葉從桑葉采摘裝置運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入導(dǎo)料機(jī)構(gòu)，導(dǎo)料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)會影響桑葉最終入袋效果，因此，導(dǎo)料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要綜合考慮桑葉采收機(jī)整體空間因素與實(shí)際作業(yè)因素。

2.3.1 料框與撥料器設(shè)計(jì)

桑葉導(dǎo)料過程中，采摘桑葉大小決定了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的尺寸參數(shù)，桑葉最大長度尺寸為282mm，為了完成采收過程中桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)與入袋，限制了桑葉導(dǎo)料機(jī)構(gòu)的尺寸大小、撥料器的大小與個(gè)數(shù)，導(dǎo)料結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，最終設(shè)置桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)裝置料框尺寸L2×W2×H2為510mm×400mm×395mm。

為完成桑葉的順利裝袋，在導(dǎo)料機(jī)構(gòu)中設(shè)置撥料器，采摘完成的桑葉在具有導(dǎo)向性的撥料器作用下順利入袋，完成桑葉的轉(zhuǎn)運(yùn)入袋。導(dǎo)料機(jī)構(gòu)之間設(shè)置撥料器的數(shù)量與間距依據(jù)桑葉大小生長情況設(shè)定，設(shè)置數(shù)量為n2，則有

L2=（n2－1）d+n2q+2s+2δ（5）

式中：L2——料框長度，mm；n2——撥料器個(gè)數(shù)；d——兩撥料器相互間距離，mm；q——撥料器的厚度，mm；s——撥料器與料框壁之間距離，mm；δ——料框厚度，mm。

料框的材質(zhì)選擇考慮整機(jī)輕量化、加工實(shí)際條件與經(jīng)濟(jì)性能，最后采用Q235，δ=1mm厚的碳素結(jié)構(gòu)鋼為料框材料，在完成焊接工藝同時(shí)具有較輕重量。

桑葉采摘過程中，為了桑葉二次發(fā)芽，進(jìn)行二次采摘，需要對嫩葉進(jìn)行保護(hù)，其中嫩芽部分主要分布在桑樹上部區(qū)域。本案例桑葉采收機(jī)采摘過程為從下往上有序采收，從下部區(qū)域開始，采摘到達(dá)上部區(qū)域30%左右時(shí)停止采摘，達(dá)到保護(hù)嫩葉作用。所以桑葉的采摘主要為下部區(qū)域和中部區(qū)域，桑葉采收區(qū)域比例可按3∶10∶10（上、中、下）來進(jìn)行計(jì)算。桑葉采摘的大小平均長度尺寸l與寬度尺寸w尺寸計(jì)算如式（6）、式（7）所示。

l-=323lt+1023lm+1023lb（6）

w-=323wt+1023wm+1023wb（7）

式中：l-——桑葉平均長度，mm；lt——上端桑葉長度，mm；lm——中端桑葉長度，mm；lb——下端桑葉長度，mm；w-——桑葉平均寬度，mm；wt——上端桑葉長度，mm；wm——中端桑葉長度，mm；wb——下端桑葉長度，mm。

根據(jù)公式得到l-=219.4mm，w-=175.6mm，其中最小長度和寬度均值分別為l-=180.4mm，w-=143.6mm。為保證導(dǎo)料機(jī)構(gòu)順利完成桑葉的轉(zhuǎn)運(yùn)與入袋，要求設(shè)計(jì)最小距離尺寸小于最小平均值，并考慮實(shí)際桑葉最小寬度尺寸為134mm，桑葉在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中多數(shù)以無規(guī)則狀態(tài)進(jìn)入料箱，最終選擇撥料之間距離d=130mm。撥料器工作時(shí)，側(cè)邊間距過短可能將導(dǎo)致桑葉堵塞在撥料器底部與影響撥料器后續(xù)工作，側(cè)邊間距長度將影響撥料器作業(yè)時(shí)的桑葉撥料性能，桑葉堆積在撥料器兩側(cè)，結(jié)合料框與桑葉生長大小，初步確定撥料器到兩側(cè)壁之間距離s=110mm。結(jié)合L2尺寸限制，設(shè)置撥料器個(gè)數(shù)為3，撥料器厚度q=6mm。

2.4 送袋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在有限空間為滿足桑葉在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中及時(shí)裝袋入袋，提出一種鏈條式送袋機(jī)構(gòu)，送袋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

送袋機(jī)構(gòu)作業(yè)時(shí)，能自動(dòng)完成桑葉送袋功能，避免多次人工套袋與上袋，提高采摘效率。其中電機(jī)傳輸動(dòng)力到主動(dòng)軸，帶動(dòng)鏈輪鏈條逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)工作，實(shí)現(xiàn)編織袋的輸送，其中編織袋一端與自動(dòng)脫袋掛鉤相連，另一端與上袋盤相連。

其中送袋機(jī)構(gòu)包含送袋過程、裝袋過程、脫袋過程，送袋機(jī)構(gòu)示意圖如圖6所示。在送袋的過程中，電機(jī)工作帶動(dòng)鏈輪鏈條逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，鏈條向前移動(dòng)兩個(gè)節(jié)距（2P），帶耳板鏈條上裝有上袋盤，將帶有編織袋的一端移至待取袋的位置。此時(shí)，取袋裝置開始工作，完成編織袋取袋與展開操作，完成送袋過程。

其中送袋機(jī)構(gòu)因占據(jù)空間較小，受力不大，考慮選用06b號鏈條，節(jié)距P=9.525，鏈輪齒數(shù)為17。裝袋過程中電機(jī)保持靜止?fàn)顟B(tài)，桑葉采收機(jī)開始桑葉的采摘裝袋，編織袋桑葉滿袋時(shí)，裝袋過程完成。脫袋過程發(fā)生在桑葉采摘機(jī)完成裝袋后，電機(jī)再次工作帶動(dòng)鏈輪鏈條逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，鏈條向前移動(dòng)四個(gè)節(jié)距距離，在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，自動(dòng)脫袋掛鉤到達(dá)極限脫落位置，使編織袋能夠自行脫離。

自動(dòng)脫袋掛鉤與上袋盤的尺寸幾何參數(shù)會對編織袋的送袋和自動(dòng)脫袋過程產(chǎn)生影響，這兩者之間的匹配和調(diào)整非常關(guān)鍵，可以確保送袋和脫袋能夠順利完成。脫袋效果與自動(dòng)脫袋掛鉤長度尺寸b1、寬度尺寸b2、深度尺寸b3、掛鉤厚度h3的參數(shù)相關(guān)，取袋效果與上袋盤內(nèi)圓直徑r1的參數(shù)相關(guān)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

送袋機(jī)構(gòu)自動(dòng)脫袋掛鉤參數(shù)b1、b2、b3參數(shù)的不同配置將影響編織袋自動(dòng)脫落效果，為了探尋自動(dòng)脫袋掛鉤自動(dòng)脫袋效果，對其進(jìn)行前期預(yù)實(shí)驗(yàn)分析。因?yàn)樯Ｈ~采收機(jī)空間限制，得到b1距離不能大于25mm，否則易造成運(yùn)動(dòng)過程中的干涉，過小影響桑葉袋掛帶性能；b2決定自動(dòng)脫袋掛鉤與袋口橫跨幅度，b2過小時(shí)，寬距變小，經(jīng)測試小于25mm時(shí)效果欠佳；b3決定自動(dòng)脫袋掛鉤與袋口嵌入深度，深度太大不容易脫落，太小則不能將袋口成功掛??；h3為掛鉤厚度，將影響編織袋與掛鉤內(nèi)陷深度與整體強(qiáng)度。上袋盤參數(shù)r1決定磁吸石最大外徑，上袋盤參數(shù)r1選擇過大時(shí)在送袋機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中易于料箱發(fā)生干涉，過小時(shí)磁吸石最大外徑小，與取袋裝置電磁吸鐵作用面積小，影響送袋效果。

3 樣機(jī)試驗(yàn)

完成桑葉采收機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置設(shè)計(jì)后，加工出桑葉采收物理樣機(jī)，對樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1 接料機(jī)構(gòu)試驗(yàn)

桑葉采收機(jī)采摘機(jī)構(gòu)完成桑葉采摘作業(yè)，后續(xù)接料機(jī)構(gòu)需對完成采摘的桑葉承接轉(zhuǎn)運(yùn)。為驗(yàn)證桑葉接料機(jī)構(gòu)桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)功能，進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)驗(yàn)證試驗(yàn)。其中通過分析桑葉采摘過程，隨機(jī)向桑葉接料機(jī)構(gòu)輸送固定數(shù)量桑葉實(shí)現(xiàn)控制變量過程，以桑葉成功運(yùn)轉(zhuǎn)率為指標(biāo)，判斷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性，桑葉成功運(yùn)轉(zhuǎn)率計(jì)算如式（8）所示。

P=Ne－Nf－NrNe×100%（8）

式中：P——運(yùn)轉(zhuǎn)率，%；Ne——轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)桑葉試驗(yàn)數(shù)量；Nf——轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)桑葉掉落數(shù)量；Nr——轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)桑葉滯留數(shù)量。

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。在接料機(jī)構(gòu)伸縮向料框轉(zhuǎn)運(yùn)采摘的桑葉過程中，部分桑葉沿接料機(jī)構(gòu)邊緣位置滑落，原因在于桑葉采摘完成后，桑葉隨機(jī)落入接料機(jī)構(gòu)中，處于接料機(jī)構(gòu)邊緣的桑葉在接料機(jī)構(gòu)回縮過程中靠邊掉落。并且存在一定桑葉滯留接料機(jī)構(gòu)上，原因在于接料機(jī)構(gòu)回縮過程，底部桑葉與自動(dòng)伸縮布發(fā)生粘連，導(dǎo)致較少桑葉滯留接料機(jī)構(gòu)上。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可得桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)過程平均轉(zhuǎn)運(yùn)率為95.78%，符合桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)計(jì)要求。

3.2 導(dǎo)料機(jī)構(gòu)試驗(yàn)

接料機(jī)構(gòu)完成工作后，桑葉進(jìn)入導(dǎo)料機(jī)構(gòu)，在撥料器作用下，桑葉掉入編織袋，為探究導(dǎo)料機(jī)構(gòu)將桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)入袋的功能，以入袋率為指標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)料機(jī)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證，其中入袋率是桑葉成功在導(dǎo)料機(jī)構(gòu)作用下轉(zhuǎn)運(yùn)入袋的概率。

撥料器工作轉(zhuǎn)速過快會將桑葉拋出預(yù)定入袋區(qū)域，所以對撥料器進(jìn)行轉(zhuǎn)速預(yù)試驗(yàn)，得到在轉(zhuǎn)速為80r/min時(shí)桑葉能在撥料器作用下成功入袋。在取袋開袋試驗(yàn)中得到編織袋種類為550×550×550方形編織袋、上袋盤r1決定的磁吸石的尺寸大小為20時(shí)，開袋取袋效果最佳，所以本文以撥料器轉(zhuǎn)速為80r/min、編織袋種類為550×550×550方形、磁吸石的尺寸大小為20進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明，導(dǎo)料機(jī)構(gòu)桑葉平均入袋率為97.88%，滿足桑葉導(dǎo)料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

3.3 送袋機(jī)構(gòu)自動(dòng)脫袋掛鉤脫鉤試驗(yàn)

根據(jù)條件分析，b1越大時(shí)掛袋性能越好，最大上限為25mm，h3設(shè)計(jì)時(shí)需考慮鏈條耳板外側(cè)寬度，測量得到耳板外側(cè)寬度大小為10mm，為避免與鏈條干涉，h3應(yīng)小于10mm；h3過小會導(dǎo)致自動(dòng)脫袋掛鉤強(qiáng)度不夠，則最終確定b1為25mm，h3為8mm。在三維軟件中對b1、b2進(jìn)行評估分析，考慮模型的可建立性與功能性，對b1、b2進(jìn)行不同搭配試驗(yàn)，如表4所示。

探究不同自動(dòng)脫袋掛鉤組合下的自動(dòng)脫袋效果與掛袋效果，以成功自動(dòng)脫袋率與掉袋率為指標(biāo)，成功脫袋率越多、掉袋率越低，自動(dòng)脫袋掛鉤的效果越好。掉袋率與自動(dòng)脫袋率分別進(jìn)行80次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果最終確定自動(dòng)脫鉤參數(shù)為b1=25mm、b2=25mm、b3=15mm，h3=8mm。

3.4 桑葉采收機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)桑園試驗(yàn)

試驗(yàn)在重慶市合川區(qū)某桑園基地，桑園行寬2m，坡度0°～25°，選用農(nóng)桑14號品種進(jìn)行試驗(yàn)，桑葉平均長度大小l-為219.4mm，平均寬度大小w-為175.6mm，樣機(jī)試驗(yàn)如圖8所示。

對桑葉采收機(jī)進(jìn)行丘陵山地桑園采收試驗(yàn)，由試驗(yàn)可知，桑葉采收機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置能完成桑葉采摘轉(zhuǎn)運(yùn)入袋，機(jī)器能夠流暢完成桑葉的采收作業(yè)，整機(jī)在桑園運(yùn)行穩(wěn)定，驗(yàn)證了桑葉轉(zhuǎn)運(yùn)裝置設(shè)計(jì)的正確性及可行性。

4 結(jié)論

1） 針對丘陵山地桑園地理?xiàng)l件與農(nóng)桑14號桑葉大小，提出一種桑葉采收機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置，可實(shí)現(xiàn)桑葉采收過程中的轉(zhuǎn)運(yùn)、桑葉入袋、送袋一體化作業(yè)，有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高桑園桑葉采摘效率。

2） 完成對桑葉采收機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的接料機(jī)構(gòu)、導(dǎo)料機(jī)構(gòu)、送袋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際要求與預(yù)試驗(yàn)完成關(guān)鍵參數(shù)的確定，最終得到接料機(jī)構(gòu)最大伸展距離L1=1355mm、導(dǎo)料機(jī)構(gòu)撥料器個(gè)數(shù)n1=3，撥料器厚度q=6mm。通過驗(yàn)證試驗(yàn)，得到接料機(jī)構(gòu)平均轉(zhuǎn)運(yùn)率為95.78%；撥料器轉(zhuǎn)速為80r/min時(shí)桑葉撥料平均入袋率為97.88%；在自動(dòng)脫袋掛鉤長度、寬度、深度參數(shù)b1=25mm、b2=25mm、b3=15mm，掛鉤厚度h3=8mm時(shí)，掉袋率為1.25%，自動(dòng)脫袋成功率為98.75%，桑園田間試驗(yàn)運(yùn)行穩(wěn)定，滿足桑園桑葉采收轉(zhuǎn)運(yùn)要求。試驗(yàn)表明桑葉采收機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置可以滿足桑葉采收的功能需求，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性及可行性。

參 考 文 獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：重慶市杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目（2022NSCQ—JQX0030）；宜賓市雙城協(xié)議保障科研經(jīng)費(fèi)科技項(xiàng)目計(jì)劃（XNDX2022020015）；“西南大學(xué)先導(dǎo)計(jì)劃”2023年度自然科學(xué)領(lǐng)域項(xiàng)目（Swu—XDJH202302）

第一作者：魯磊，男，1998年生，四川瀘州人，碩士研究生；研究方向?yàn)橹悄苻r(nóng)業(yè)裝備。E-mail： 507719784@qq.com

通訊作者：李麗，女，1982年生，重慶人，博士，教授，博導(dǎo)；研究方向?yàn)橹悄苻r(nóng)業(yè)裝備及應(yīng)用示范。E-mail： cqulily@163.com