徐少華　孫登峰　陳建華等

摘要：針對(duì)我國(guó)蔬菜收獲仍然屬于手工收獲、勞動(dòng)強(qiáng)度極大且工作效率低的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了莖葉類蔬菜通用收獲機(jī)械。該機(jī)械具有操作簡(jiǎn)單、效果好等特點(diǎn)。重點(diǎn)介紹了莖葉類蔬菜收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理、技術(shù)參數(shù)。目前該機(jī)具已通過試驗(yàn)驗(yàn)證，完成了預(yù)定功能。

關(guān)鍵詞：葉莖類蔬菜；收獲機(jī)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： S225.92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）03-0365-03

我國(guó)是蔬菜生產(chǎn)大國(guó)，隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)蔬菜生產(chǎn)機(jī)械的需求日益迫切。近年來，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)已經(jīng)遍布全國(guó)各地，蔬菜育苗移栽技術(shù)取得重大突破，灌溉和植保技術(shù)突飛猛進(jìn)，但是，蔬菜收獲環(huán)節(jié)的機(jī)械化進(jìn)展緩慢，特別是葉類蔬菜的收獲機(jī)械化尚屬空白。2008年，蔬菜播種面積增加到1.864×107 hm2，且每年以7%速度增長(zhǎng)，其中，葉菜類作物的播種面積是6.057×106 hm2，占總播種面積的32.5%，產(chǎn)量占蔬菜總產(chǎn)量的30.5%。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，廣大民眾對(duì)新鮮蔬菜的需求逐年上升，部分省市新鮮蔬菜價(jià)格居高不下，且供不應(yīng)求，歸其原因主要是菜農(nóng)不能及時(shí)將田間蔬菜收獲。在整個(gè)葉類蔬菜的生產(chǎn)過程中，收獲與加工作業(yè)約占整個(gè)作業(yè)勞動(dòng)量的60%以上。收獲作業(yè)質(zhì)量的好壞直接影響到蔬菜的儲(chǔ)存、加工和銷售，從而影響市場(chǎng)價(jià)格和經(jīng)濟(jì)效益。由于收獲作業(yè)的復(fù)雜性，收獲作業(yè)的自動(dòng)化程度還很低。目前，國(guó)內(nèi)葉菜的收獲作業(yè)主要依靠人工完成，需要?jiǎng)趧?dòng)者不停地彎腰，勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，發(fā)展機(jī)械化收獲技術(shù)、研究開發(fā)葉菜收獲機(jī)械具有重要意義[1]。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究結(jié)合國(guó)內(nèi)外葉類蔬菜收獲機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，從符合我國(guó)國(guó)情的葉類蔬菜收獲機(jī)設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵技術(shù)中凝練科學(xué)問題，采取理論研究、規(guī)律探索與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合、前沿技術(shù)研究與工程應(yīng)用示范相結(jié)合的方式，集中和融合科研院所和裝備制造企業(yè)各自的優(yōu)勢(shì)，開展葉類蔬菜收獲機(jī)設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵科學(xué)理論和核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)研究。該研究成果將直接推動(dòng)我國(guó)蔬菜收獲機(jī)械化。其總體技術(shù)路線見圖1[2-5]。

1.1 葉類蔬菜收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)

該機(jī)具收割的對(duì)象為莖葉類蔬菜。主要分為蔬菜收割部分、蔬菜收集部分和行走控制部分?？傮w設(shè)計(jì)方案如圖2所示，具體部件分為：操作手把桿、 蔬菜收集箱、后固定輪、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速齒輪箱、鼓風(fēng)系統(tǒng)、切割齒輪箱、割刀、機(jī)架、前浮動(dòng)輪等10個(gè)部件組成。

1.2 蔬菜收獲機(jī)的工作原理

由發(fā)動(dòng)機(jī)提供割刀收割蔬菜和鼓風(fēng)機(jī)收集已收割蔬菜的

[FK（W15][TPXSH1.tif]

兩方面動(dòng)力，利用調(diào)速齒輪箱對(duì)輸出的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整至合適的速度。通過曲軸和凸輪的有效配合來控制割刀的開合，從而完成蔬菜的收割工作。當(dāng)蔬菜被割刀切斷后，固定在割刀前上方的吹風(fēng)孔吹著被割下的蔬菜并將蔬菜收到收割臺(tái)上，進(jìn)而對(duì)已經(jīng)收割的蔬菜進(jìn)行收集，最終完成蔬菜的收割工作。

1.3 機(jī)具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)高度、角度均可調(diào)的水平割刀，達(dá)到高效、地毯式割盡的目的。為了適應(yīng)在不同的田塊里均能夠?qū)崿F(xiàn)從葉類蔬菜根部地毯式切割，本研究所設(shè)計(jì)的機(jī)具采用高度和角度均可調(diào)節(jié)的水平割刀，每把割刀根據(jù)種植地面的坡度實(shí)現(xiàn)角度與高度的調(diào)節(jié)，并優(yōu)化最佳切割角度（圖3）。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出通過調(diào)速齒輪箱、曲軸與凸輪的有效配合，合理地輸出切割力及切割頻率等參數(shù)，這樣可以保證蔬菜切割齊整，留茬深淺一致，不但有利于蔬菜整齊收獲，而且方便田塊后續(xù)作業(yè)。

（2）設(shè)計(jì)輪式行走機(jī)構(gòu)以滿足不同寬度田間作業(yè)要求，行走輪間距方便可調(diào)。由于葉類蔬菜種植模式為壟上種植，收獲方式必然是一壟一收，保證葉類蔬菜收獲機(jī)收獲行駛的直線是必要的，因此，這給行走底盤的設(shè)計(jì)有了更高的要求。本研究設(shè)計(jì)的行走輪為前輪浮動(dòng)可調(diào)，可以根據(jù)田塊的平整程度上下自動(dòng)調(diào)整，從而保證機(jī)具在工作的時(shí)候蔬菜切割整齊，對(duì)割刀也起到有利的保護(hù)作用。由于使用的是導(dǎo)向輪，機(jī)具在行走過程中可以根據(jù)地壟直線要求進(jìn)行靈活的調(diào)整，從而保證機(jī)具的行走輪始終保持在壟溝中。為了滿足不同作物的農(nóng)藝要求，本機(jī)具所設(shè)計(jì)的輪心距可調(diào)。

（3）設(shè)計(jì)輸送裝置起落架與微調(diào)裝置并聯(lián)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輸送裝置與切割刀的高度調(diào)節(jié)。葉類蔬菜收獲機(jī)的田間轉(zhuǎn)向靈活與平地行駛方便是現(xiàn)代蔬菜收獲機(jī)發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)。設(shè)計(jì)的輸送裝置起落架與微調(diào)裝置并聯(lián)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)收獲裝置高度的調(diào)節(jié)，使其脫離地面，該系統(tǒng)使得機(jī)具行駛更為靈活，田間調(diào)頭更為快捷，減少駕駛員操作難度，提高機(jī)具工作效率。

1.4 設(shè)計(jì)的驗(yàn)證和改進(jìn)

本項(xiàng)目的研發(fā)體現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研的充分結(jié)合，設(shè)計(jì)工作由農(nóng)業(yè)部門組織科研院校與南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司共同完成，使用了成熟的技術(shù)。零部件的加工來自富來威公司及江浙一帶設(shè)備先進(jìn)、質(zhì)量保證體系完善的機(jī)械加工企業(yè)，以保證零件的質(zhì)量。但是，在實(shí)際試制生產(chǎn)和田間試驗(yàn)過程中，也暴露了產(chǎn)品的一些問題。針對(duì)存在的問題進(jìn)行了一些改進(jìn)：（1）風(fēng)機(jī)，原先選用的是青島一家風(fēng)機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)，這種風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟而且價(jià)格便宜，試驗(yàn)結(jié)果表明，這種風(fēng)機(jī)為立式時(shí)會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及整機(jī)的安裝配套帶來不便，而且此風(fēng)機(jī)外罩材料為鑄鋼材料，整體笨重，操作不方便，風(fēng)壓也達(dá)不到要求，為此，改變了設(shè)計(jì)思路，按照任務(wù)書的設(shè)計(jì)要求和市場(chǎng)上發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)格型號(hào)及相關(guān)零件的配合尺寸重新設(shè)計(jì)合適的風(fēng)機(jī)，并通過模具來保證尺寸要求；（2）第一輪設(shè)計(jì)制造的樣機(jī)主要用于菠菜、白菜等平地種植形式的蔬菜收割，對(duì)于生長(zhǎng)在壟上的蔬菜（如食用紅薯葉）該機(jī)具卻無法進(jìn)行收割，為了提高此機(jī)具的適用能力，改進(jìn)了地輪行走及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，增加其調(diào)節(jié)高度的范圍，不但可以在平地上進(jìn)行收割而且也可以在壟上進(jìn)行收割，從而拓寬了機(jī)具的使用性能。

2 機(jī)具主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)

本研究通過2～3輪樣機(jī)的試制試驗(yàn)獲得較理想的葉類蔬菜通用收獲機(jī)，可實(shí)現(xiàn)葉類蔬菜地毯式切割，其技術(shù)在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，可提高江蘇省葉類蔬菜收獲機(jī)械化水平，加快與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的接軌。設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)如下：endprint

2.1 技術(shù)指標(biāo)

作業(yè)能力：0.33～0.40 hm2/h；收 獲 率：≥98%；配套動(dòng)力：18.4 kW；行駛速度：0.2～0.3 m/s。

2.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）機(jī)械收獲費(fèi)用比人工收獲費(fèi)用降低60%；（2）作業(yè)效率比傳統(tǒng)機(jī)具效率高50%以上；（3）形成年生產(chǎn)300臺(tái)的生產(chǎn)能力；（4）制定葉類蔬菜通用收獲機(jī)的操作規(guī)程和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 葉類蔬菜收獲試驗(yàn)情況

2013年6月19日在江蘇省海門市海門鎮(zhèn)文明村蔬菜種植基地進(jìn)行莖葉類蔬菜收獲機(jī)性能試驗(yàn)。該大棚占地約004 hm2，規(guī)格為8 m×50 m。收獲的品種為白菜，整體收獲情況良好，留茬整齊，高度在3～5 cm。收獲過程中對(duì)白菜的莖葉損壞情況較小，使用靈活，操作方便。但是也暴露出了一些問題：一是此收獲機(jī)的收獲形式為無序收獲，收割完的蔬菜是雜亂無序的，蔬菜的后續(xù)整理工作量很大，此問題是由該機(jī)具結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的，如果要滿足有序收獲，機(jī)具的結(jié)構(gòu)形式要進(jìn)一步改善；二是由于機(jī)具是在平地上進(jìn)行收割，行走輪是在蔬菜田里行走，不是在壟溝內(nèi)行走，該大棚種植前期沒有考慮機(jī)械收獲，種植的時(shí)候是成片種植，沒有預(yù)留機(jī)具行走的壟溝，機(jī)具在菜地里行走時(shí)，田塊本身不平整，車輪有時(shí)軋到白菜，給機(jī)具行走帶來一定的困難，所以如果要考慮使用機(jī)具收獲，那么在蔬菜的種植前期就應(yīng)該為機(jī)具預(yù)留收獲時(shí)行走的壟溝。

通過幾次試驗(yàn)情況下來機(jī)具的整體適用性還算良好，不管從機(jī)具收獲的質(zhì)量、留茬的高度、對(duì)蔬菜莖葉的損壞情況，還是機(jī)具的工作效率、操作的方便靈活性都完全達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。但是由于蔬菜機(jī)械化收獲是系統(tǒng)工程，單是從收獲一個(gè)環(huán)節(jié)無法徹底解決問題。所以在整田種植的開始環(huán)節(jié)就應(yīng)該考慮機(jī)械的收獲，為后續(xù)的收獲工作做好準(zhǔn)備，讓蔬菜種植的農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)充分結(jié)合，只有這樣機(jī)械才能充分發(fā)揮其性能，很好地完成每一次收獲工作。

4 收獲機(jī)主要特點(diǎn)

采用輪式后輪導(dǎo)向前輪驅(qū)動(dòng)底盤系統(tǒng)，利于采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)，使收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)緊湊，且能有效保證收獲機(jī)沿直線行駛，不偏離蔬菜種植田塊。

采用高度和角度可調(diào)、可換的水平割刀，將葉類蔬菜地毯式切斷，保證葉類蔬菜收獲干凈；水平割刀可換能使收獲機(jī)在保證收獲質(zhì)量的情況下對(duì)不同收獲要求的蔬菜進(jìn)行收獲。

葉類蔬菜收獲機(jī)的田間轉(zhuǎn)向靈活與平地行駛方便是現(xiàn)代蔬菜收獲機(jī)發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)，設(shè)計(jì)的輸送裝置液壓起落架與液壓微調(diào)裝置并聯(lián)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)收獲裝置的高度調(diào)節(jié)，使其脫離地面。該系統(tǒng)使得機(jī)具行駛更為靈活，減少駕駛員操作難度，增加機(jī)具工作效率。

5 結(jié)論

本研究所設(shè)計(jì)的莖葉類蔬菜收獲機(jī)經(jīng)過初步試驗(yàn)?zāi)軌蛲瓿深A(yù)定的設(shè)計(jì)功能，實(shí)現(xiàn)莖葉類蔬菜的機(jī)械化收獲。收獲的效率為 0.33～0.40 hm2/h，是人工收獲的數(shù)十倍，并且機(jī)具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)具的設(shè)計(jì)研究對(duì)于提高蔬菜收獲的作業(yè)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、促進(jìn)蔬菜種植全程機(jī)械化的進(jìn)程，加快我國(guó)高效設(shè)施農(nóng)業(yè)前進(jìn)的步伐有著十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王 俊，杜冬冬，胡金冰，等. 蔬菜機(jī)械化收獲技術(shù)及其發(fā)展[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45（2）：81-87.

[2]王志強(qiáng)，郭維俊，王芬娥，等. 4YB-Ⅰ型甘藍(lán)收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，46（3）：126-130.

[3]譚洪祥. 加工番茄果秧分離裝置的試驗(yàn)研究[D]. 石河子：石河子大學(xué)，2012.

[4]胡志超，Peng B L，尹文慶，等. 多功能根莖類作物聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008，39（8）：58-61.

[5]姚會(huì)玲. 大白菜收獲機(jī)關(guān)鍵部件的研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.endprint