摘要：為實(shí)現(xiàn)山東省濟(jì)南市章丘區(qū)大蔥機(jī)械化聯(lián)合收獲作業(yè)，研究履帶底盤、限深挖掘、振動(dòng)松土、清土排土、柔性夾持輸送、橫向鋪放及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)一種適應(yīng)章丘大蔥生物性狀特點(diǎn)和種植模式的連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機(jī)。該機(jī)可以一次性完成單行大蔥的挖掘、振動(dòng)松土、清土排土、柔性輸送、橫向均勻鋪放等聯(lián)合收獲作業(yè)過程。重點(diǎn)闡述該機(jī)的工作原理和主要部件設(shè)計(jì)，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)整機(jī)進(jìn)行數(shù)字化建模，完成樣機(jī)制作并進(jìn)行田間試驗(yàn)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明：大蔥損傷率為3.2%、損失率為0.9%、含雜率為2.6%、作業(yè)效率為0.07 hm2/h，該機(jī)工作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、收獲效果好、鋪放均勻，能夠滿足大蔥機(jī)械化聯(lián)合收獲作業(yè)需要。

關(guān)鍵詞：大蔥聯(lián)合收獲機(jī)；連續(xù)鋪放；振動(dòng)輸送；兩級(jí)清土

中圖分類號(hào)：S225.93" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：2095?5553 （2024） 09?0001?08

Design and test of continuous laying self?propelled combine harvester for scallion

Li Qingjiang Sun Zhimin Ren Qingju Guo Hong'en Zhang Cuiying Luo Shuai

（1. Shandong Academy of Agricultural Machinery Sciences， Jinan， 250100， China；

2. Agricultural Development Service Center of Zhangqiu District， Jinan， 250200， China）

Abstract： In order to achieve the mechanized joint harvesting operations for Zhangqiu scallion， key technologies such as track chassis， limited?depth excavation， loosening soil by vibrating， soil cleaning and disposal， flexible clamping and conveying， lateral dumping and driving systems were studied to develop a continuous laying self?propelled scallion combine harvester， which could meet the biological traits and the planting mode of Zhangqiu scallion. The harvester could complete the operation process of scallion excavation， loosening soil by vibrating， soil cleaning and disposal， flexible conveying， lateral uniform laying of single?row scallion. The working principle and the design of the main parts of the machine were expounded emphatically， the key parameters were calculated， the whole machine was digitally modeled， and the prototype production and field test were completed. The test results showed that the damage rate of scallions was 3.2%， the loss rate was 0.9% and the impurity rate was 2.6%， the operating efficiency was 0.07 hm2/h. The machine worked stably with strong adaptability， had good harvest effect and uniform laying， which could meet the requirements of Zhangqiu scallion joint harvesting operations.

Keywords： combine harvester for scallion; continuous laying; vibratory conveying; two levels of soil clearing

0 引言

大蔥在我國蔬菜生產(chǎn)中占有極其重要的地位，年均種植面積超過500 khm2，其栽培面積占蔬菜總播種面積的10%，產(chǎn)量占總產(chǎn)量的7%。中國大蔥種植面積廣闊，有三大主產(chǎn)區(qū)，主要分布在淮河北部和秦嶺，包括華北平原、西北地區(qū)以及東北平原[1]。章丘大蔥作為“地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品”，是章丘農(nóng)業(yè)文明的重要標(biāo)志和珍貴的歷史文化名片，也是章丘最負(fù)盛名的特色優(yōu)勢(shì)農(nóng)業(yè)資源，2017年入選中國重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，章丘被認(rèn)定為首批“中國特色農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)區(qū)”。2021年，山東省將章丘大蔥列入首批13個(gè)“區(qū)域優(yōu)勢(shì)特色產(chǎn)業(yè)”進(jìn)行重點(diǎn)培育。目前，章丘大蔥品牌價(jià)值近53億元，成為拉動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、帶動(dòng)農(nóng)民增收致富支柱產(chǎn)業(yè)。

目前，歐美地區(qū)主要以扁葉蔥、韭蔥為主，其種植和收獲模式與國內(nèi)差別較大[2]。日、韓等國與國內(nèi)大蔥種植模式相仿，其品種比較適宜于機(jī)械化收獲；采用精細(xì)化作業(yè)，農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)化程度比較高，適宜機(jī)械化作業(yè)。典型收獲機(jī)械有日本小橋株式會(huì)社HG100型大蔥收獲機(jī)和山本農(nóng)機(jī)自走式大蔥收獲機(jī)，以及韓國禾田牽引式大蔥收獲機(jī)等。由于與國內(nèi)大蔥的農(nóng)藝特點(diǎn)和生物性狀不符，無法滿足國內(nèi)大蔥收獲作業(yè)需求，無法在我國進(jìn)行應(yīng)用和推廣[3， 4]。

近年來，國內(nèi)大蔥全程機(jī)械化獲得了長足的發(fā)展，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)基本解決“有機(jī)可用”，但離“有機(jī)好用”還有很大距離。特別是大蔥收獲作業(yè)環(huán)節(jié)，目前主要采用人工作業(yè)，勞動(dòng)量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高[5]。大蔥收獲機(jī)分為分段式大蔥收獲機(jī)和聯(lián)合大蔥收獲機(jī)，現(xiàn)有大蔥收獲主要采用分段式收獲機(jī)作業(yè)，替代人工掘蔥環(huán)節(jié)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省勞動(dòng)力成本有限。章丘大蔥有著高、長、粗、脆等生物性狀特點(diǎn)，易夾傷、折斷、拔斷；深栽植、高培土的種植模式，蔥壟寬大，土塊不易碎，挖掘阻力大，難以機(jī)械化作業(yè)；需要田間分級(jí)捆扎，現(xiàn)有大蔥收獲機(jī)械難以滿足其作業(yè)需求[6]。為解決上述問題，針對(duì)章丘大蔥的農(nóng)藝特點(diǎn)、生物性狀和作業(yè)需求，研發(fā)一種連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機(jī)。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 農(nóng)藝特點(diǎn)及生物性狀

章丘大蔥最大特點(diǎn)是“大”，植株直立高大，主要品種為“大梧桐”。典型大梧桐株高可達(dá)175 cm，蔥白直徑6.7 cm，長度可達(dá)70 cm，單株重可達(dá)1.5 kg。其他還有“氣煞風(fēng)”長蔥白品種。章丘大蔥高、長、脆、粗的生物性狀特點(diǎn)，易夾傷、折斷、拔斷；其深栽植、高培土的種植模式，蔥壟寬大，土塊不易碎，挖掘阻力大，難以機(jī)械化作業(yè)；并且產(chǎn)量越高、株高越大、則需要栽植深度越深、行距越大、培土高度越高[5]。在章丘大蔥的收獲期，其種植性狀特點(diǎn)如圖1所示。

壟高約310 mm，壟底寬約440 mm，壟頂寬約180 mm，壟距900～950 mm，株距為20～60 mm，大蔥平均直徑約35 mm。

1.2 總體結(jié)構(gòu)

連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機(jī)主要包括行走底盤總成、驅(qū)動(dòng)總成、限深挖掘機(jī)構(gòu)、清土輥2、柔性夾持輸送機(jī)構(gòu)、鋪放機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)等，如圖2所示。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

本文設(shè)計(jì)的履帶自走連續(xù)鋪放式大蔥聯(lián)合收獲機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.4 工作原理

本機(jī)采用HST液壓無級(jí)變速后置后驅(qū)履帶式行走底盤，可實(shí)現(xiàn)雙向三檔液壓無級(jí)變速行走驅(qū)動(dòng)。作業(yè)時(shí)，隨收獲機(jī)前行作業(yè)，限深輪由溝底和蔥壟支撐，對(duì)破土機(jī)構(gòu)和挖掘機(jī)構(gòu)起到限深支撐作用。導(dǎo)蔥板將歪倒的蔥葉和大蔥挑起并向中間集攏，同時(shí)防護(hù)破土機(jī)構(gòu)損傷大蔥。破土機(jī)構(gòu)首先對(duì)蔥壟兩側(cè)土壤進(jìn)行破碎攤平，挖掘機(jī)構(gòu)深入蔥壟底部，對(duì)大蔥進(jìn)行連續(xù)性挖掘，底部振動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)將蔥壟整體抬升并向上輸送，振動(dòng)輸送鏈和兩級(jí)清土機(jī)構(gòu)對(duì)大蔥根部土壤進(jìn)行破碎清除；挖掘輸送過程中，大蔥同步導(dǎo)入柔性夾持輸送機(jī)構(gòu)，柔性夾持輸送機(jī)構(gòu)將大蔥連續(xù)夾持輸送，然后由導(dǎo)蔥機(jī)構(gòu)將大蔥連續(xù)橫向放倒在鋪放機(jī)構(gòu)上，隨著鋪放機(jī)構(gòu)輸送帶向后輸送；輸送帶將大蔥輸送至鋪放帶上，最終將大蔥橫向均勻鋪放在大蔥收獲機(jī)后方，由人工進(jìn)行分揀、捆扎、包裝，并轉(zhuǎn)運(yùn)存放，實(shí)現(xiàn)大蔥連續(xù)鋪放收獲作業(yè)。工作原理如圖3所示。

2 主要工作部件設(shè)計(jì)

2.1 底盤總成

本收獲機(jī)采用HST行走驅(qū)動(dòng)變速箱后置驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)三擋調(diào)速、雙向（正向、倒行）無極變速行走方式。底盤總成主要起承載作業(yè)部件，提供行走驅(qū)動(dòng)作用。底盤總成結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括履帶行走總成、動(dòng)力總成、車架總成和行走驅(qū)動(dòng)總成等。車架總成主要為作業(yè)部件提供支撐，動(dòng)力總成以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為主，為整機(jī)提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力[7]。

2.1.1 履帶行走總成設(shè)計(jì)計(jì)算

履帶行走總成主要含橡膠履帶、支重輪、張緊輪和履帶導(dǎo)軌板。主要技術(shù)指標(biāo)為承載力和驅(qū)動(dòng)力。

P_a=G/2BL （1）

式中： P_a——履帶接地比壓，kPa；

G——大蔥收獲機(jī)重量，kN；

B——履帶寬度，m；

L——履帶接地長度，m。

本設(shè)計(jì)中大蔥收獲機(jī)重量為14 kN，選用的履帶寬度0.2 m，履帶接地長度1.26 m，代入式（1），可得履帶接地比壓Pa=27.78 kPa。收獲機(jī)作業(yè)方式與履帶式拖拉機(jī)類似，可參考履帶拖拉機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)。履帶式拖拉機(jī)平均接地比壓在30～70 kPa[7]，考慮大蔥收獲機(jī)作業(yè)環(huán)境與履帶式拖拉機(jī)作業(yè)環(huán)境不同，作業(yè)土地比較松軟，為減小土地壓實(shí)，履帶的接地比壓應(yīng)選擇偏小值[8]，所以本收獲機(jī)選用履帶規(guī)格合理。

履帶式底盤的牽引力包括履帶支撐面與土壤地表的摩擦力產(chǎn)生的附著力和履帶輪的履齒進(jìn)入地面對(duì)土壤擠壓的反力產(chǎn)生的附著力。

F_f=φ×G （2）

式中： F_f——履帶的牽引力，kPa；

φ——履帶附著系數(shù)。

履帶附著系數(shù)見參考文獻(xiàn)[9]，根據(jù)蔥地土質(zhì)，類似于細(xì)沙土和松軟沙質(zhì)土路，選擇附著系數(shù)φ=0.6。代入式（2）可得，履帶底盤附著牽引力F_f =8.4 kN。

2.1.2 行走驅(qū)動(dòng)總成

行走驅(qū)動(dòng)總成主要包括HST驅(qū)動(dòng)帶輪、HST（靜液壓無級(jí)變速器）、行走驅(qū)動(dòng)變速箱、邊減速變速箱和履帶驅(qū)動(dòng)輪等，如圖5所示。

行走驅(qū)動(dòng)總成采用兩級(jí)變速，以滿足收獲作業(yè)速度的要求，一級(jí)減速由HST驅(qū)動(dòng)行走驅(qū)動(dòng)變速箱，可實(shí)現(xiàn)三檔變速。二級(jí)減速為安裝在行走驅(qū)動(dòng)變速箱輸出端邊減速變速箱，直接驅(qū)動(dòng)履帶驅(qū)動(dòng)輪。收獲機(jī)作業(yè)行走速度計(jì)算如式（3）所示。

V=120nπR/10⁶i₁i₂ （3）

式中： n——HST輸出轉(zhuǎn)速，r/min；

R——履帶驅(qū)動(dòng)輪半徑，mm；

i₁——行走驅(qū)動(dòng)變速箱傳動(dòng)比；

i₂——邊減速變速箱速傳動(dòng)比。

根據(jù)HST功率輸出特性，優(yōu)選設(shè)計(jì)作業(yè)狀態(tài)下HST輸出轉(zhuǎn)速n=2 500 r/min，履帶驅(qū)動(dòng)輪半徑R=110 mm，行走驅(qū)動(dòng)變速箱可實(shí)現(xiàn)三檔變速，傳動(dòng)比i₁如表2所示，邊減速變速箱傳動(dòng)比為i₂=2.35。

代入式（3），得到收獲機(jī)的行走速度如表3所示，一檔作業(yè)速度1.2 km/h，滿足收獲作業(yè)要求；二檔、三檔主要用于行走、轉(zhuǎn)場等。

2.2 限深挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

限深挖掘機(jī)構(gòu)是收獲機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其主要作用是將大蔥從田里挖掘出來，將蔥壟整體向上輸送，把大蔥輸送至柔性夾持輸送機(jī)構(gòu)，并在輸送的過程中將蔥壟土塊進(jìn)行破碎。如圖6所示，主要包括限深輪支架、限深輪、導(dǎo)蔥板、破土刀機(jī)構(gòu)、挖掘機(jī)構(gòu)、振動(dòng)輸送鏈和清土輥1等。

如圖6所示，限深輪、導(dǎo)蔥板、破土刀機(jī)構(gòu)固定在限深輪支架上，柔性夾持輸送機(jī)構(gòu)前端鉸接在限深輪支架，挖掘機(jī)構(gòu)后端與限深輪支架鉸接，前端通過油缸與限深輪支架連接。限深輪支撐蔥溝底部，可以對(duì)夾持高度、挖掘深度起到限制固定作用；破土刀機(jī)構(gòu)在蔥壟兩側(cè)，對(duì)蔥壟土壤破碎至一定深度，減小挖掘阻力；導(dǎo)蔥板將倒伏蔥葉和大蔥挑起，并集攏導(dǎo)送至柔性夾持輸送機(jī)構(gòu)，同時(shí)，防護(hù)大蔥不受破土刀機(jī)構(gòu)損傷；挖掘鏟深入蔥壟底部，隨設(shè)備前行將蔥壟整體挖掘抬升，并導(dǎo)送至輸送鏈向上輸送，輸送鏈尾部布置清土輥1，對(duì)蔥根底部土壤進(jìn)行清理并打落至地面。限深挖掘裝置工作原理及參數(shù)示意如圖7所示。

2.2.1 挖掘阻力計(jì)算

挖掘鏟在作業(yè)時(shí)，其阻力主要來自蔥壟對(duì)鏟刃的切割阻力、蔥壟對(duì)鏟面的摩擦阻力以及蔥壟對(duì)鏟面的重力等[10]，挖掘阻力計(jì)算如式（4）所示。

R_c=SL_cρgtan（α+ψ）+KS+K_pG₂ （4）

式中： L_c——鏟的長度，m；

S——土壤沉切面積，m²；

g——重力系數(shù)，N/kg；

α——挖掘角，（°）；

ψ——土壤和挖掘鏟的摩擦角，（°）；

K——鏟溝土壤比阻，N/m²；

ρ——土壤密度，kg/m³；

K_p——機(jī)器沿壟驅(qū)動(dòng)的阻力系數(shù)；

G₂——鏟上土壤重力，N。

如圖8所示，鏟的長度L_c=0.14 m，挖掘角α=35°；根據(jù)大蔥收獲時(shí)的土壤特點(diǎn)，土壤比阻K=25 000 N/m²；阻力系數(shù)K_p=0.15，土壤密度ρ=1 420 kg/m³；土壤與鋼的滾動(dòng)摩擦因數(shù)范圍為0.4～0.7，tanψ取0.5，計(jì)算得摩擦角ψ=27°。土壤沉切區(qū)域?yàn)橥诰蜱P底、鏟底到蔥溝底以及清土刀機(jī)構(gòu)清理后蔥壟寬度所包圍的頂寬290 mm，底寬200 mm、高300 mm等邊梯形內(nèi)，可求得S=0.073 5 m²。鏟上土壤重量包括沉切土壤、壟上土壤以及大蔥，如圖8所示，其截面面積大約為2S，鏟的長度L_c =0.14 m；蔥株距約40 mm，單株重約2 kg，鏟長內(nèi)約有大蔥4株。

G₂=（2S×L_c×ρ+2×4）×g （5）

代入式（5），可求得鏟上土壤重力G₂=364.8 N。

將以上參數(shù)代入式（4）可得，挖掘阻力R_c=1.3 kN，履帶行走驅(qū)動(dòng)力F_f =8.4 kN能夠滿足收獲機(jī)挖掘作業(yè)的需要。

2.2.2 挖掘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

挖掘機(jī)構(gòu)如圖9所示，主要包括挖掘鏟柄、挖掘鏟、振動(dòng)輸送鏈、振動(dòng)鏈輪、振動(dòng)破碎板、驅(qū)動(dòng)軸等組成。

挖掘鏟安裝在鏟柄前端，首先對(duì)蔥壟進(jìn)行挖掘；輸送鏈布置在鏟柄內(nèi)側(cè)，與挖掘鏟銜接，將挖掘鏟導(dǎo)送過來的蔥壟向上輸送；振動(dòng)鏈輪采用偏心結(jié)構(gòu)，兩組振動(dòng)鏈輪前后布置在振動(dòng)輸送鏈下方，在振動(dòng)輸送鏈工作時(shí)，跟隨振動(dòng)輸送鏈從動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，使振動(dòng)輸送鏈托著蔥壟底部上下振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蔥壟土壤的振動(dòng)破碎；振動(dòng)破碎板布置在振動(dòng)輸送鏈，通過布置在驅(qū)動(dòng)軸上的凸輪激振而上下振動(dòng)，輔助對(duì)輸送鏈上方蔥壟就行破碎。

如圖10所示，挖掘鏟由連接板、鏟面和導(dǎo)桿組成。鏟面采用曲面結(jié)構(gòu)，中間有鏟脊，以達(dá)到在挖掘過程中對(duì)蔥壟土壤進(jìn)行破碎的目的。鏟面后面布置到導(dǎo)流桿，將蔥壟導(dǎo)送至振動(dòng)輸送鏈，桿狀結(jié)構(gòu)可減小導(dǎo)送阻力。

輸送鏈如圖11所示，采用板、軸式不銹鋼鏈條，不生銹、免潤滑。鏈條輸送速度高于挖掘速度和柔性夾持輸送速度，除了對(duì)蔥壟進(jìn)行輸送，較高的速度可以起到對(duì)蔥壟進(jìn)行破碎的效果。輸送鏈上方固定安裝有輔助輸送齒，輔助輸送齒為中間低兩側(cè)高的齒狀結(jié)構(gòu)，起到加強(qiáng)輸送和破碎蔥壟的效果作用，中間低的結(jié)構(gòu)可避免對(duì)大蔥造成損傷。

2.3 柔性夾持輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

柔性夾持輸送機(jī)構(gòu)如圖12所示，主要包括夾持帶、前張緊輪、中間張緊輪、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、導(dǎo)蔥機(jī)構(gòu)等。

夾持帶為復(fù)合結(jié)構(gòu)，內(nèi)層高韌性皮帶為驅(qū)動(dòng)層，中間層為高彈型橡膠海綿，外層為柔軟高摩擦性無紡布；夾持帶分左右兩側(cè)成對(duì)使用，在保持對(duì)大蔥有較好夾持力的同時(shí)，不至于對(duì)大蔥造成夾傷。前張緊輪對(duì)夾持帶進(jìn)行張緊，同時(shí)使夾持輸送機(jī)構(gòu)前端夾持帶形成V型夾角，便于大蔥的導(dǎo)入夾持；中間張緊輪從內(nèi)側(cè)支撐夾持帶，使夾持帶可對(duì)不同粗細(xì)、不同株距的大蔥都具有穩(wěn)定的夾持力；驅(qū)動(dòng)馬達(dá)直接帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)帶輪，為夾持帶提供驅(qū)動(dòng)。

導(dǎo)蔥機(jī)構(gòu)分上導(dǎo)蔥桿和下導(dǎo)蔥桿，上導(dǎo)蔥桿主要是為了防止大蔥與夾持的粘連；下導(dǎo)蔥桿為兩根圓弧形導(dǎo)桿，形成圓弧狀通道；當(dāng)夾持帶釋放大蔥后，蔥根部接觸輸送帶，大蔥仍然保持直立；然后，大蔥上部由夾持帶后續(xù)輸送過來的大蔥推擠，沿下導(dǎo)蔥桿所形成的圓弧通道向右側(cè)逐漸的放倒，蔥根部則基本保持與輸送帶的相對(duì)位置不動(dòng)，并隨輸送帶向后輸送，最終將大蔥由豎直均勻向右側(cè)連續(xù)放倒在輸送帶上。在大蔥放倒的過程中，大蔥上部始終處于無固定夾持狀態(tài)，僅依靠下導(dǎo)蔥桿、后續(xù)大蔥的推擠實(shí)現(xiàn)放倒，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大蔥的無損放倒。

章丘大蔥具有高、粗、脆等特點(diǎn)，極易損傷。除了夾持力對(duì)損傷的影響之外，作業(yè)速度對(duì)大蔥的損傷影響也特別大。在收獲作業(yè)過程中，夾持輸送速度如果比較慢，極易造成柔性夾持輸送機(jī)構(gòu)前端V型喂入口位置大蔥堵塞，進(jìn)而對(duì)大蔥造成擠壓損傷，嚴(yán)重時(shí)無法正常作業(yè)。如果夾持輸送速度比較快，在夾持輸送前段，大蔥根部仍包裹大量的土壤，有的甚至整個(gè)蔥壟的土壤完全結(jié)實(shí)的包裹在大蔥根部，夾持帶快速夾持提拉大蔥以及大蔥包裹土壤向后輸送，為保證大蔥不至于滑落，則需要更大的夾持力，容易對(duì)大蔥造成擠傷；由于夾持力不足造成大蔥與夾持帶相對(duì)滑動(dòng)，還會(huì)造成大蔥的挫傷或掉落損失，增大收獲機(jī)的損失率和損傷率[11， 12]。為保證較好收獲作業(yè)效果，較好的收獲作業(yè)狀態(tài)為：在收獲機(jī)作業(yè)時(shí)，夾持帶和底部輸送同步將大蔥向上輸送，大蔥在向上輸送的過程中，大蔥保持水平方向絕對(duì)位置不變，豎直方向向上提拉。這就要求，在設(shè)計(jì)時(shí)，保證夾持帶在水平方向的與收獲機(jī)作業(yè)速度相同，或者略大于收獲機(jī)作業(yè)速度相同。夾持帶速度計(jì)算如式（6）所示。

V_jcosβ=V （6）

式中： V_j——夾持帶速度，km/h；

β——柔性夾持輸送裝置與水平面夾角，（°）。

本設(shè)計(jì)中收獲機(jī)設(shè)計(jì)的作業(yè)速度為1.2 km/h，柔性夾持輸送裝置與水平面夾角為35°，代入式（6），得到夾持帶的線速度為V_j=1.5 km/h。設(shè)計(jì)夾持帶驅(qū)動(dòng)半徑R=90 mm，驅(qū)動(dòng)輪需要的轉(zhuǎn)速

n₂=V_j×1 000/2πR×60 （7）

代入式（7）可得，驅(qū)動(dòng)輪（驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)）需要轉(zhuǎn)速n₂=44.2 r/min。

2.4 鋪放機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋪放機(jī)構(gòu)如圖13所示，主要包括輸送機(jī)構(gòu)、鋪蔥機(jī)構(gòu)、對(duì)齊機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等，輸送機(jī)構(gòu)設(shè)置在夾持輸送機(jī)構(gòu)尾部，與導(dǎo)蔥桿聯(lián)合工作，將大蔥右向均勻放倒在輸送帶上，在大蔥放倒向后輸送過程中，對(duì)齊機(jī)構(gòu)推擠大蔥根部，將大蔥對(duì)齊后，輸送至鋪蔥機(jī)構(gòu)上，鋪蔥機(jī)構(gòu)上的鋪放帶具有橫向隔條，可起一定的橫向整理作用，使蔥橫向均勻性更好；同時(shí)，可阻擋大蔥滑落，將大蔥均勻鋪放在收獲機(jī)后方。

如圖14所示，大蔥能否順利橫向放倒主要受以下因素影響：（1）夾持輸送的速度。當(dāng)大蔥釋放后，大蔥上部放倒的速度取決于夾持帶后續(xù)輸送大蔥的推動(dòng)作用和大蔥沿圓弧型下導(dǎo)蔥桿的下滑速度。（2）夾持帶托著大蔥根部的輸送速度。由于滑落速度具有不確定性，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)圓弧型通道的立體曲線，使大蔥的放倒以后續(xù)大蔥的擠壓作用為主。

圓弧型通道后擋桿水平曲線尺寸L=0.84 m，夾持帶的輸送速度

V_s=0.62/0.84V_j （8）

可得Vs=1.11 km/h。

2πR_sn_s=V_s （9）

輸送帶驅(qū)動(dòng)半徑Rs=0.028 m。代入式（9）可得，輸送帶驅(qū)動(dòng)輪需要轉(zhuǎn)速ns=105.2 r/min。

2.5 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)如圖15所示，主要分蔥壟松土模塊、夾持輸送模塊、挖掘清土模塊、集蔥放鋪模塊和動(dòng)力及行走驅(qū)動(dòng)模塊五大模塊，動(dòng)力及行走驅(qū)動(dòng)模塊、夾持輸送模塊、挖掘清土模塊、集蔥放鋪模塊四個(gè)模塊都由液壓馬達(dá)通過鏈條、皮帶等獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。動(dòng)力及行走驅(qū)動(dòng)模塊的動(dòng)力有發(fā)動(dòng)機(jī)提供，一路由發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)液壓齒輪泵，為整機(jī)工作部裝提供液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力；另一路通過皮帶驅(qū)動(dòng)HST無極變速箱，通過兩側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)鏈輪驅(qū)動(dòng)履帶，為整機(jī)提供行走驅(qū)動(dòng)。蔥壟松土模塊驅(qū)動(dòng)由液壓馬達(dá)通鏈輪鏈條驅(qū)動(dòng)松土刀。夾持輸送模塊由液壓馬達(dá)通過帶輪直接驅(qū)動(dòng)夾持輸送帶。挖掘清土模塊有液壓馬達(dá)通過雙聯(lián)鏈輪分兩個(gè)路線傳遞，路線一：向后通過鏈條驅(qū)動(dòng)清土輥2；路線二：通過鏈條驅(qū)動(dòng)清土輥1軸，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)清土輥1，清土輥1軸通過鏈條驅(qū)動(dòng)振動(dòng)輸送鏈驅(qū)動(dòng)軸，然后振動(dòng)輸送鏈驅(qū)動(dòng)軸通過鏈輪驅(qū)動(dòng)振動(dòng)輸送鏈；在振動(dòng)輸送鏈下方設(shè)計(jì)有從動(dòng)振動(dòng)鏈輪，在振動(dòng)輸送鏈驅(qū)動(dòng)的過程中，使振動(dòng)輸送鏈產(chǎn)生上下振動(dòng)。

2.6 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

收獲機(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)原理圖如圖16所示。液壓系統(tǒng)主要包括雙聯(lián)泵、單穩(wěn)閥、HST、電磁閥閥組、作業(yè)操控閥、液壓執(zhí)行元件（6個(gè)液壓馬達(dá)和7根液壓油缸）等液壓部件。發(fā)動(dòng)力通過皮帶分兩路分別驅(qū)動(dòng)HST液壓無級(jí)變速行走系統(tǒng)和作業(yè)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。作業(yè)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)由雙聯(lián)泵提供動(dòng)力，齒輪泵1通過電磁閥直接驅(qū)動(dòng)三個(gè)串聯(lián)的蔥壟松土模塊驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、挖掘清土模塊驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的蔥壟松土模塊和挖掘清土模塊。齒輪泵2首先接單穩(wěn)閥進(jìn)油口，單穩(wěn)閥節(jié)流口液壓輸出通過電磁閥驅(qū)動(dòng)三個(gè)串聯(lián)的夾持輸送模塊驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和集蔥放鋪驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的夾持輸送模塊和集蔥放鋪模塊，使夾持輸送機(jī)構(gòu)和集蔥放鋪機(jī)構(gòu)具有穩(wěn)定的作業(yè)速度，而不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響；單穩(wěn)閥的變節(jié)流口液壓輸出至作業(yè)操控閥，分別控制行走轉(zhuǎn)向油缸、挖掘深度控制油缸、夾持高度控制油缸和鋪放機(jī)構(gòu)控制油缸，實(shí)現(xiàn)對(duì)收獲機(jī)作業(yè)及作業(yè)部件的控制[13]。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)條件

連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機(jī)的田間性能試驗(yàn)在章丘區(qū)棗園街道辦事處山東省農(nóng)機(jī)院田間試驗(yàn)示范基地進(jìn)行。試驗(yàn)條件如表4所示。

為驗(yàn)證連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機(jī)的可靠性及工作穩(wěn)定性，依據(jù)自走式大蔥收獲機(jī)通用技術(shù)條件（2017-010-T/NJ1110）對(duì)收獲機(jī)的整機(jī)性能進(jìn)行了測(cè)試。通過測(cè)定結(jié)果平均值來測(cè)算出收獲機(jī)的作業(yè)效率、損傷率、損失率、含雜率，并檢驗(yàn)鋪放的均勻性[14]。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，該機(jī)的作業(yè)穩(wěn)定性比較高、操作性比較好、鋪蔥效果能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要、大蔥損傷及損失少、去土效果好，收獲效果較理想，能夠滿足章丘地區(qū)大蔥的收獲作業(yè)。

4 結(jié)論

1） 針對(duì)章丘大蔥生物性狀特點(diǎn)和種植模式，研究履帶底盤、限深挖掘、振動(dòng)松土、清土排土、柔性夾持輸送、橫向鋪放及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)一種連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機(jī)，能夠有效解決章丘地區(qū)大蔥收獲機(jī)械化程度低、效率低和勞動(dòng)強(qiáng)大的問題，連續(xù)鋪放的收獲模式滿足章丘大蔥田間現(xiàn)場分級(jí)的特殊作業(yè)需求。

2） 該機(jī)破土挖掘的設(shè)計(jì)可以有效減小挖掘作業(yè)阻力。振動(dòng)輸送鏈和振動(dòng)破碎板機(jī)構(gòu)可有效對(duì)蔥壟土壤進(jìn)行破碎。兩級(jí)清土輥機(jī)構(gòu)可以有效排出挖掘出的蔥壟土壤，清理大蔥包裹的土壤，有效解決大蔥收獲過程因排土不暢造成的堵塞問題。

3） 田間試驗(yàn)結(jié)果表明：該機(jī)可以一次性完成單行大蔥的扶蔥破土、限深挖掘、振動(dòng)松土、兩級(jí)清土、柔性夾持輸送、橫向放倒、均勻鋪放等作業(yè)過程，正常作業(yè)速度下，作業(yè)效率可達(dá)0.07 hm2/h， 大蔥損傷率3.2%、損失率0.9%、含雜率2.6%，作業(yè)效果較好，能夠滿足章丘大蔥的聯(lián)合收獲作業(yè)需求。

4） 該收獲機(jī)碎土、排土效果較好，收獲損傷率、損失率低，可實(shí)現(xiàn)大蔥的橫向連續(xù)均勻鋪放聯(lián)合收獲作業(yè)，收獲效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度小，能夠滿足章丘大蔥以及我國其他區(qū)域大蔥機(jī)械化聯(lián)合收獲作業(yè)需求。

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