馬偉順 魏燕 馬寶田 方濤 王松紅 吳曉燕

摘?要：生姜收獲具有勞動強(qiáng)度大、成本高、效率低，生姜怕傷、易碎、怕凍的特點(diǎn)，研制了高質(zhì)、高效生姜聯(lián)合收獲機(jī)，設(shè)備具有挖掘、姜母回收、削苗、裝箱等功能。設(shè)備主要由破土減阻機(jī)構(gòu)、夾拔提升機(jī)構(gòu)、姜母回收機(jī)構(gòu)、姜秧切削機(jī)構(gòu)、姜秧打捆機(jī)構(gòu)5部分組成，生姜收獲機(jī)的研究對促進(jìn)生姜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展、提高農(nóng)民收入、降低勞動強(qiáng)度具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

關(guān)鍵詞：生姜收獲；多功能；自走式

中圖分類號：TB?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.10.088

0?引言

目前，在生姜收獲環(huán)節(jié)存在兩個問題，對生姜產(chǎn)業(yè)造成了嚴(yán)重的影響。一是人工收獲生姜費(fèi)時費(fèi)力，作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度大，如果雇傭工人收獲，由于人工收獲效率低導(dǎo)致成本非常高，市場急需成熟的收獲裝備。二是生姜收獲存在晚收、急收的特點(diǎn)，人工收獲時對勞動力需求量大，短期內(nèi)很難找到需求的人力資源。生姜晚收可以增加產(chǎn)量，提高生姜的質(zhì)量，根據(jù)生姜生長特點(diǎn)，收獲前期每天畝產(chǎn)增加100～150公斤，如果生姜收獲太晚，氣溫較低會導(dǎo)致霜凍，生姜易出現(xiàn)腐爛，存放時間較短。因此，需要在霜凍出現(xiàn)前的最短時間的窗口期完成姜的收獲和儲存，才能實(shí)現(xiàn)生姜生產(chǎn)的最佳收益。

國內(nèi)生姜收獲機(jī)械主要為分段式，替代人工挖掘工序，按作業(yè)方式可分為挖掘式和提拉式。僅能完成松土挖掘和提拉拔姜的工序，但是削苗、姜母回收等工作仍需要人工完成。其中挖掘式收姜機(jī)人工操作難度大，勞動強(qiáng)度大，對機(jī)手操作技術(shù)要求高，收獲過程中姜的損傷率高。提拉式收姜機(jī)對不同土質(zhì)的地塊存在適應(yīng)性問題，提拉角度和高度調(diào)整困難，機(jī)器加拔機(jī)構(gòu)的土質(zhì)適應(yīng)性差，在土壤松散的地區(qū)收獲效果好，土壤黏濕時收獲效果差，姜母收獲率低。姜母回收率低不僅是姜母經(jīng)濟(jì)價值的損失，更重要的是容易造成或加重姜瘟、病蟲害的發(fā)生，影響來年生姜的種植生產(chǎn)。為進(jìn)一步提高生姜收獲的自動化程度，提高生姜收獲效率和質(zhì)量，本文根據(jù)生姜收獲的基本流程，設(shè)計一款集挖掘、姜母回收、削苗、裝箱等于一體的多功能自走式生姜收獲裝置。

1?總體設(shè)計

結(jié)合生姜收獲農(nóng)藝方案，通過對破土減阻機(jī)構(gòu)、夾拔提升機(jī)構(gòu)、姜母回收機(jī)構(gòu)、姜秧切削機(jī)構(gòu)、姜秧打捆機(jī)構(gòu)的研究，實(shí)現(xiàn)生姜挖掘夾拔出土、姜母回收、姜秧切削、姜塊裝箱或裝車生姜聯(lián)合收獲作業(yè)。生姜聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

其工作流程是：通過驅(qū)動裝置，沿著生姜種植的姜壟，行走于姜田中，安裝于裝置前方的挖掘松土機(jī)構(gòu)在姜壟兩側(cè)插入姜塊下方，通過液壓控制運(yùn)動，使挖掘松土機(jī)構(gòu)完成松土和姜根切斷；通過夾持輸送機(jī)構(gòu)把姜苗夾拾，可將其連根拔起，并隨著鏈條的運(yùn)動送入底部清土機(jī)構(gòu)，清除附著在姜塊上的泥土，然后進(jìn)入姜秧切削機(jī)構(gòu)切削姜秧，利用裁剪刀的剪切切削機(jī)構(gòu)將姜苗與姜塊切割分離；姜塊自動落入裁剪刀下方的輸送碼放平臺，人工撿拾裝箱；姜苗則隨著姜秧輸送機(jī)構(gòu)繼續(xù)向裝置后方運(yùn)動，直至裝置尾部，姜苗自動落地。

2?生姜破土減阻技術(shù)

根據(jù)生姜種植和姜塊生長特點(diǎn)，設(shè)計液壓控制的破土減阻機(jī)構(gòu)，布置于收獲機(jī)前端。解決因土壤板結(jié)或干旱造成生姜收獲挖掘阻力較大造成挖掘困難的問題。采用輕型土壤切割片，設(shè)計優(yōu)化入土傾角，從姜壟兩側(cè)傾斜入土，切斷姜塊側(cè)根、疏松土壤，降低夾拔阻力。該機(jī)構(gòu)采用缸液壓控制提升，作業(yè)時入土深度根據(jù)種植情況調(diào)整；非作業(yè)時提升到合理高度，避免影響行走。

3?生姜夾拔收獲技術(shù)

通過對生姜夾拔阻力、姜秧加持力、提升力與提升速度的關(guān)系等要素的研究，生姜夾拔收獲機(jī)采用柔性技術(shù)方案，以防止姜秧被夾斷，同時根據(jù)生姜加拔阻力，調(diào)整合適的提升速度，避免姜塊，特別是姜母沒有拔出。加拔機(jī)構(gòu)采用姜秧夾持帶前低后高的傾斜設(shè)計，通過夾持帶與行進(jìn)速度的匹配，使夾持位置與地面保持水平方向近似不動，實(shí)現(xiàn)緩慢向上提拉的效果，保證姜塊的完成性，降低收獲損傷率、提高姜母收獲率。

4?姜母回收技術(shù)

在夾持輸送過程中，通過柔性敲打、螺旋輸送分離、刮板式提升技術(shù)，將姜塊底部姜母敲落，并實(shí)現(xiàn)姜塊土壤的破碎脫落，將姜塊底部包裹土壤清除，同時將姜母打落，姜母落至姜母回收橫向輸送裝置，橫向輸送裝置將姜母輸送至姜母回收裝備，并在輸送過程中將土塊和姜母分離。螺旋式分離輸送機(jī)構(gòu)可有效的對姜母和土塊進(jìn)行分離并輸送至刮板機(jī)構(gòu)，然后由刮板式提升機(jī)構(gòu)將姜母輸送至姜母收集機(jī)構(gòu)。

5?姜塊削秧機(jī)構(gòu)

根據(jù)姜塊形狀特征和生姜收貯農(nóng)藝要求，設(shè)計姜塊削秧機(jī)構(gòu)，姜秧削苗機(jī)構(gòu)液壓驅(qū)動方式，裁剪機(jī)構(gòu)由裁剪刀、拉桿、移動桿、曲柄、連桿、蝸輪和蝸桿組成，并將姜秧輸送至收獲機(jī)一側(cè)。

6?結(jié)論

多功能自走式生姜收獲機(jī)是復(fù)雜的機(jī)械、電子、控制等多學(xué)科知識融合的機(jī)電產(chǎn)品，其組成機(jī)構(gòu)的設(shè)計研究是本產(chǎn)品的關(guān)鍵。本文設(shè)計的產(chǎn)品基于對生姜種植和收獲的流程，模擬人工采收的工作方式，一次性完成多個收獲環(huán)節(jié)的處理。對產(chǎn)品進(jìn)行了總體設(shè)計和破土減阻機(jī)構(gòu)、夾拔提升機(jī)構(gòu)、姜母回收機(jī)構(gòu)、姜秧切削機(jī)構(gòu)等設(shè)計制作，對促進(jìn)我國生姜種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

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