宋 江，劉麗華，王 密，張 佳

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶 163319）

4B-1200型平貝母藥材收獲機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

宋 江1，劉麗華2※，王 密1，張 佳1

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶 163319）

針對4B-1200型平貝母藥材收獲機(jī)田間收獲試驗(yàn)中存在的篩下貝土輸送螺旋和尾輪轉(zhuǎn)彎過程中需抬起這一轉(zhuǎn)彎不夠靈活問題；收獲期多雨季，土壤含水分率高，分土鏟表面土壤滯留堆積問題；尺寸大于8 mm以上的平貝母分離，尺寸在2.6～8 mm之間的平貝母尚未分離這一分級不夠徹底問題；裝袋位置過低；平貝母產(chǎn)區(qū)動(dòng)力來源以四輪拖拉機(jī)為主，手扶拖拉機(jī)來源不足的問題，改進(jìn)設(shè)計(jì)平貝母藥材收獲機(jī)分土機(jī)構(gòu)和振動(dòng)篩，增加了提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，對改進(jìn)前后的平貝母收獲機(jī)進(jìn)行損失率和損傷率對比試驗(yàn)；利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析振動(dòng)篩曲柄轉(zhuǎn)速、篩面傾角和篩面長度對分凈率的聯(lián)合影響。試驗(yàn)表明：改進(jìn)機(jī)型在清理表層覆蓋土、貝土輸送、貝土分離、分級裝袋等各部分工作更協(xié)調(diào)、平穩(wěn)、可靠，收獲的質(zhì)量、適應(yīng)性好，損失率、損傷率分別低于3.8%和2.9%，較改進(jìn)前分別降低了1.1和1.2個(gè)百分比，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)最優(yōu)組合為：振動(dòng)篩曲柄轉(zhuǎn)速為550 r/min、篩面傾角為3°和篩面長度為1.6 m，分凈率達(dá)到95%，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和平貝母機(jī)械化收獲的生產(chǎn)率要求。該研究為平貝母藥材收獲機(jī)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考。

收獲機(jī)；機(jī)械化；設(shè)計(jì)；改進(jìn)；平貝母；分土機(jī)構(gòu)；提升機(jī)構(gòu)；雙層振動(dòng)篩

0 引 言

平貝母人工種植已經(jīng)有40幾年的歷史[1-2]，人工種植地區(qū)主要分布于黑龍江大、小興安嶺和東北長白山，其中黑龍江海林和伊春鐵力農(nóng)場種植面積最大，已成為平貝母的主產(chǎn)區(qū)，是當(dāng)?shù)刂赂坏闹饕侄蝃3]。平貝母機(jī)械化收獲近些年才剛剛起步，其收獲方式主要采用半機(jī)械收獲和聯(lián)合機(jī)械收獲 2種。半機(jī)械收獲是指等級分級階段采用機(jī)械分離，其余環(huán)節(jié)采用人工收獲；聯(lián)合收獲采用拖拉機(jī)牽引平貝母聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)。目前，平貝母收獲機(jī)的研究主要集中在前者,主要包括振動(dòng)式平貝母等級篩分機(jī)[4-6]和螺旋式平貝母等級篩分機(jī)[7-9]，聯(lián)合收獲機(jī)鮮見報(bào)道[10-11]。課題組自從事平貝母機(jī)械化收獲技術(shù)研究以來，研制開發(fā)了與手扶拖拉機(jī)配套的4B-1200型平貝母收獲機(jī)[12]，該機(jī)可一次完成刮表土、挖掘和分離平貝母和土壤混合物、清理篩下平貝母與土壤混合物至壟面兩側(cè)和篩上平貝母裝袋等作業(yè)，大幅度減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了人工耗費(fèi)，提高了生產(chǎn)效率。但存在篩下貝土輸送螺旋和尾輪轉(zhuǎn)彎過程中需抬起這一轉(zhuǎn)彎不夠靈活問題；收獲期多雨季，土壤含水分率高[13]，分土鏟表面土壤滯留堆積問題；尺寸大于8 mm以上的平貝母分離，尺寸在2.6～8 mm之間的平貝母尚未分離這一分級不夠徹底問題；裝袋位置過低；平貝母產(chǎn)區(qū)動(dòng)力來源以四輪拖拉機(jī)為主，手扶拖拉機(jī)來源不足的問題，故推廣效果不佳。為此，通過改進(jìn)刮土機(jī)構(gòu)、振動(dòng)篩系統(tǒng)，增加了提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)和田間收獲試驗(yàn)研究，完善了平貝母藥材收獲機(jī)，以期達(dá)到推廣應(yīng)用之效。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

該型平貝母藥材收獲機(jī)型號命名為4B-1200A，主要由分土機(jī)構(gòu)、主傳動(dòng)箱、提升機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、雙層振動(dòng)篩、振動(dòng)篩物料出口、機(jī)架、挖掘鏟和限深地輪等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該機(jī)與拖拉機(jī)配套方式由固定連接改為懸掛式，動(dòng)力由四輪拖拉機(jī)提供。工作時(shí)，分土機(jī)構(gòu)刮掉表層土并將其推至作業(yè)道，之后經(jīng)挖掘鏟將貝土混合物挖起，經(jīng)提升機(jī)構(gòu)傳送到雙層振動(dòng)篩上，通過曲柄帶動(dòng)雙層振動(dòng)篩面做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，篩掉尺寸小于0.26 cm以下的大部分土壤，收集大于0.6 cm以上和0.26～0.6 cm的平貝母于袋中。分土機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)和雙層振動(dòng)篩的動(dòng)力由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸通過萬向節(jié)傳遞到平貝母收獲機(jī)主傳動(dòng)錐齒箱上，錐齒箱輸出軸帶動(dòng)分土機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)刮表層土。主動(dòng)軸帶動(dòng)升運(yùn)器轉(zhuǎn)動(dòng)和雙層振動(dòng)篩往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輸送和分離平貝母混合物。整機(jī)前段設(shè)有調(diào)節(jié)絲杠，用以調(diào)節(jié)挖掘鏟挖掘深度；挖掘鏟與機(jī)架鉸接可調(diào)，實(shí)現(xiàn)挖掘鏟角度調(diào)整；機(jī)架尾部設(shè)有調(diào)節(jié)螺栓，用以調(diào)節(jié)搖臂與機(jī)架的鉸接點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩面角度的調(diào)整；機(jī)架尾段和地輪連接臂之間通過調(diào)整螺栓，實(shí)現(xiàn)地輪高度的調(diào)整。轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于四輪拖拉機(jī)與平貝母藥材收獲機(jī)聯(lián)結(jié)方式為后懸掛式，利用四輪拖拉機(jī)液壓將平貝母收獲機(jī)升起，拖拉機(jī)自行轉(zhuǎn)彎。

圖1 4B-1200A型平貝母藥材收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structure diagram of 4B-1200A type Bulbus Fritillariae Ussuriensis medicinal material harvester

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

4B-1200A型平貝母收獲機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 4B-1200A型平貝母藥材收獲機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of 4B-1200A type Bulbus Fritillariae Ussuriensis medicinal materials harvester

2 主要機(jī)構(gòu)及部件改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 分土機(jī)構(gòu)

該分土機(jī)構(gòu)是在4B-1200型[14]平貝母藥材收獲機(jī)篩下貝土輸送螺旋基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。改進(jìn)前，該螺旋由一根軸上焊接兩段反向螺旋，動(dòng)力靠螺旋軸與傳動(dòng)軸端之間的鏈傳動(dòng)，該機(jī)構(gòu)存在螺旋端鏈輪和鏈條經(jīng)常與土壤接觸，磨損加劇，鏈傳動(dòng)使用壽命低且傳動(dòng)不夠平穩(wěn)等問題。針對上述問題，改進(jìn)后，該分土機(jī)構(gòu)如圖2a所示，主要由螺旋軸、反向螺旋葉片、變速箱、螺旋外罩、軸承、軸承座等組成。螺旋與變速箱、軸承座連接方式如圖2b、2c所示，螺旋的一端與中間變速箱輸出軸鍵連接，另一端通過軸承、軸承座與機(jī)架連接，該機(jī)構(gòu)避免了鏈傳動(dòng)與土壤接觸帶來的使用壽命降低問題，又可高速旋轉(zhuǎn)，使平貝母表層覆蓋土隨螺旋葉片拋起并沿螺旋軸方向向兩段移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，清理平貝母的表層覆蓋土效果更好。改進(jìn)的分土機(jī)構(gòu)主要參數(shù)有螺旋外徑、內(nèi)徑、螺距、螺旋傾角、單側(cè)螺旋長度和螺旋轉(zhuǎn)速。

圖2 分土機(jī)構(gòu)Fig.2 Soil separation mechanism

初選幾何參數(shù)[15]：螺旋外徑190 mm，內(nèi)徑60 mm，螺距60 mm，螺旋傾角30o，單側(cè)螺旋長度為500 mm。

螺旋轉(zhuǎn)速[16]的確定

式中ω1為表層土在螺旋葉片上的角速度，rad/s；r為螺旋葉片上表層土到旋轉(zhuǎn)中心距離，m；m為螺旋葉片上表層土質(zhì)量，kg；μ為螺旋葉片與表層土的摩擦系數(shù)；g為重力加速度，m/s2；α1為螺旋傾角，（o）。帶入初選幾何參數(shù)得：ω1≥10 rad/s，即螺旋最小轉(zhuǎn)速為191 r/min，分土機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的最小降速比為27:100。

2.2 提升機(jī)構(gòu)

提升機(jī)構(gòu)是將挖掘鏟挖掘起的平貝母混合物提升到一定的高度進(jìn)入平貝母雙層振動(dòng)篩進(jìn)行貝土分離，這有效地提高了雙層振動(dòng)篩的高度，解決了平貝母裝袋位置過低問題，提升機(jī)構(gòu)種類較多，一般地下作物機(jī)械化收獲多采用鏈?zhǔn)教嵘b置[17-19]，鑒于平貝母尺寸大小不一，選用輸送帶方式進(jìn)行提升，普通輸送帶傾角小（小于18°)，提升到一定高度占用整機(jī)空間較大，因此，采用大傾角皮帶輸送（傾角大于25°)。該提升機(jī)構(gòu)主要由主動(dòng)輥、從動(dòng)輥和輸送帶組成，其主要參數(shù)包括主動(dòng)輥直徑D、輸送帶輪中心距L、橫隔板高h(yuǎn)、橫隔板間隔l、輸送帶傾角δ、輸送帶寬度B和主動(dòng)輥轉(zhuǎn)速n，如圖3所示。

圖3 提升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.3 Lifting mechanism diagram

提升機(jī)構(gòu)在提升平貝母混合物時(shí)，每個(gè)橫隔板最大輸送量如圖3所示，其傾角θ為平貝母混合物的休止角，該輸送帶輸送量的計(jì)算公式如下

式中Q為輸送帶單位時(shí)間內(nèi)的輸送量，m3/h；h為橫隔板高，m；n為主動(dòng)輥轉(zhuǎn)速，r/min；B為輸送帶寬度，m；D為主動(dòng)輥直徑，m；l為橫隔板間距，m；δ為輸送帶傾角，（°）；θ為平貝母混合物休止角，（°）。

按照平貝母收獲機(jī)生產(chǎn)率最高值計(jì)算，提升機(jī)構(gòu)參數(shù)取輸送帶寬為1.2 m，主動(dòng)輥直徑為0.11 m，輸送帶傾角取45°，平貝母混合物休止角取30°[20]，橫隔板高為0.02 m，橫隔板間距為0.15 m。

將上述已知量代入公式（2），得到n=100.9 r/min，取整得n=100 r/min，提升機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速（720 r/min[21]）的最小降速比為5:36。

2.3 雙層振動(dòng)篩

按照農(nóng)藝要求，需收起全部尺寸的平貝母并進(jìn)行等級分級，故將4B-1200型平貝母收獲機(jī)的單層篩和篩下貝土輸送螺旋改為雙層振動(dòng)篩來滿足上述需要。統(tǒng)計(jì)表明，當(dāng)雙層振動(dòng)篩的下層篩篩孔直徑不小于2.6 mm時(shí)，可收起全部尺寸的平貝母。改進(jìn)后的雙層振動(dòng)篩由上篩面、下篩面和曲柄、擺桿機(jī)構(gòu)組成。工作參數(shù)主要有篩孔尺寸、篩面傾角、篩面長度、篩面寬度、振動(dòng)篩振幅和頻率。

2.3.1 篩面幾何參數(shù)的確定

根據(jù)藥材收購的要求，成品平貝母按形狀分主要有“桃形貝”和“平頭貝”[22]，對應(yīng)的尺寸為2.6～6 mm和大于6 mm 2個(gè)等級。如圖4a、4b所示，篩面采用鐵皮沖孔篩面，其上、下層篩面的篩孔尺寸分別為6 mm×40 mm和2.6 mm×40 mm 2種篩孔，該篩面優(yōu)點(diǎn)是：減輕根須纏繞，減少平貝母機(jī)械破損率，同時(shí)，為了提高篩面的分凈率，盡可能加長篩面長度，提高篩面的有效篩分面積，經(jīng)調(diào)查，平貝母主產(chǎn)區(qū)使用的振動(dòng)篩下層篩（篩面尺寸2.6 mm×40 mm）長1.2～1.6 m，上層篩（篩面尺寸6 mm×40 mm）長0.8～1.2 m。上下篩面傾角為3°～9°，篩面寬度1.3 m。

圖4 篩面幾何參數(shù)Fig.4 Geometrical parameters of screen surface

2.3.2 振動(dòng)篩振幅的確定

為滿足平貝母和土壤混合物既能透篩面又能順利通過篩面，振動(dòng)篩曲柄轉(zhuǎn)速范圍：240＜nAB＜535 r/min[23]，同時(shí)，為降低平貝母的破損率，要求平貝母混合物沿篩面上滑，且不跳離篩面，其條件[24-27]如圖5所示。

圖5 篩面平貝母混合物受力分析Fig.5 Force analysis of Fritillariae mixture on screen surface

1）沿篩面上滑的臨界條件

式中Q1為平貝母混合物篩面往復(fù)振動(dòng)的慣性力，N；F1為平貝母混合物與篩面之間的摩檫力，N；G為平貝母混合物的重力，N；α2為篩面傾角，（°）。

式中m1為平貝母混合物篩面質(zhì)量，kg；r2為振動(dòng)篩振幅，m；ω2振動(dòng)篩曲柄角速度，rad/s;t為時(shí)間，s。

式中N為平貝母混合物篩面正壓力，kg；φ為摩擦角，（°）；n1為沿篩面上滑振動(dòng)篩曲柄轉(zhuǎn)速，r/min。

求得臨界轉(zhuǎn)速

2）平貝母混合物不跳離篩面的臨界條件：N≥0

求得臨界轉(zhuǎn)速

式中n2為不跳離篩面振動(dòng)篩曲柄轉(zhuǎn)速，r/min。

對于雙層振動(dòng)篩，曲柄轉(zhuǎn)速范圍

式（3）～（11）聯(lián)立得：振動(dòng)篩振幅為20 mm＜r2＜36 mm。

3 田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

2016年6月在黑龍江省伊春市紅星林業(yè)局進(jìn)行樣機(jī)田間收獲試驗(yàn)。平貝母收獲期田間狀況調(diào)查情況如下：紅星林業(yè)局平貝母種植主要有1、1.2和1.6 m 3種形式的壟寬，其中，壟寬1 200 mm（占70%），溝寬400 mm，壟高50 mm，覆土層平均厚度40 mm，平貝母和土壤混合層平均厚度40 mm，平貝母直徑為3～20 mm，土壤含水率為18%，容重為1.26 g/cm3，土壤松散，無黏性，土粒黏結(jié)力適中。平貝母收獲機(jī)配套動(dòng)力為甬野324型拖拉機(jī)，功率為23.5 kW，作業(yè)速度為慢一檔，1.6 km/h，如圖6所示。

圖6 改進(jìn)樣機(jī)及其田間試驗(yàn)Fig.6 Improved prototype and field experiment

3.2 試驗(yàn)方法

平貝母收獲機(jī)的性能指標(biāo)主要有損失率、損傷率、生產(chǎn)率和含雜率?？紤]損失率、損傷率和生產(chǎn)率對平貝母經(jīng)濟(jì)效益影響十分明顯，而含雜率影響不大，且收獲后需用水清洗，因此，重點(diǎn)研究前3個(gè)性能指標(biāo)。試驗(yàn)參照國家標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件測定方法的一般規(guī)定》（GB/T5262-2008）、《農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)試驗(yàn)方法》（GB5667-2008）和其他地下經(jīng)濟(jì)作物收獲機(jī)械的試驗(yàn)方法[28]，對比改進(jìn)前后平貝母收獲機(jī)損失率和損傷率 2 個(gè)指標(biāo)，考核平貝母收獲機(jī)分土、升運(yùn)、貝土分離、分級裝袋、傳動(dòng)等各部分及整機(jī)的性能；設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)分析分凈率的影響因素。

3.2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)條件：平貝母藥材收獲機(jī)的試驗(yàn)區(qū)分為2塊，一塊是平貝母藥材收獲機(jī)改進(jìn)前試驗(yàn)區(qū)，另一塊是改后試驗(yàn)區(qū)，2塊試驗(yàn)區(qū)壟寬、溝寬、壟高、覆土層平均厚度和土壤條件均相同。每塊試驗(yàn)區(qū)由穩(wěn)定區(qū)、測定區(qū)、停車區(qū)組成。穩(wěn)定區(qū)長度為10 m，測定區(qū)長度為20 m，測定區(qū)后有停車區(qū)，損失率、損傷率性能測定和分凈率正交試驗(yàn)在測定區(qū)內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)測定次數(shù)為一個(gè)往返，收獲機(jī)在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)不改變工作狀況。

3.2.2 指標(biāo)測定方法

針對改進(jìn)后的平貝母藥材收獲機(jī)，平貝母收集后，人工找出收獲機(jī)沒有挖掘出來的殘留平貝母（對損傷平貝母，要分放），并稱質(zhì)量。人工找出所有損傷的平貝母，并稱質(zhì)量。人工找出透過篩面平貝母的質(zhì)量。則損失率、損傷率和分凈率計(jì)算如下：

式中W為平貝母總質(zhì)量（W=W1+W2），kg；W1為挖掘出的平貝母質(zhì)量，kg；W2為未挖掘出的平貝母質(zhì)量，kg；W3為損傷的平貝母質(zhì)量，kg；W4為透過篩面平貝母的質(zhì)量，kg；W5為未透過篩面的平貝母質(zhì)量，kg；T1為損失率，%；T2為損傷率，%；T3為分凈率，%。

由于改進(jìn)后的平貝母藥材收獲機(jī)增加了2.6 mm×40 mm的篩孔（下層篩），篩分變得困難，生產(chǎn)率有所降低，為完成既定的生產(chǎn)率和分凈率（T3）要求，通過分析主要參數(shù)對分凈率性能指標(biāo)聯(lián)合影響的規(guī)律，優(yōu)選參數(shù)組合，確定雙層振動(dòng)篩的最佳結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。本試驗(yàn)選取雙層振動(dòng)篩曲柄轉(zhuǎn)速、篩面傾角和篩面長度3個(gè)因素，依據(jù)因素選正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)[29-30]安排試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)因素選取3個(gè)水平分別為：振動(dòng)篩曲柄轉(zhuǎn)速250、400、550 r/min，篩面傾角3°、6°、9°和篩面長度為1.2、1.4、1.6 m，見表2。

表2 試驗(yàn)因素與水平Table 2 Experimental factors and levels

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.3.1 4B-1200A型平貝母藥材收獲機(jī)改進(jìn)前后損失率和損傷率試驗(yàn)結(jié)果對比分析

試驗(yàn)結(jié)果表明：該機(jī)對平貝母收獲的質(zhì)量和適應(yīng)性好。經(jīng)黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站現(xiàn)場檢測，其主要性能指標(biāo)達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和要求，損失率（T1）、損傷率（T2）分別低于3.8%和2.9%，較改進(jìn)前分別降低了1.1和1.2個(gè)百分點(diǎn)，主要原因是將三角形推土鏟改為反向螺旋的方式，清理表層覆蓋土并增加限深輪，使清理表層覆蓋土更加平整、深度更加可控，同時(shí)，改進(jìn)后的收獲機(jī)去掉篩下分土機(jī)構(gòu)，減小了篩下平貝母的損傷，降低了平貝母的損傷率。

平貝母藥材收獲機(jī)改進(jìn)前后主要性能指標(biāo)如表3所示。

表3 平貝母藥材收獲機(jī)改進(jìn)前后主要性能指標(biāo)Table 3 Main performance indexes of Bulbus Fritillariae Ussuriensis medicinal materials harvester before and after improvement

該機(jī)也存在一些問題：雙層振動(dòng)篩有待進(jìn)一步完善，尤其是高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，振動(dòng)篩振動(dòng)加劇，曲柄和擺桿與機(jī)架連接處和曲柄強(qiáng)度有待加強(qiáng)，其改進(jìn)方法是采用加強(qiáng)筋得以固定，單曲柄改為雙曲柄提高曲柄的強(qiáng)度。挖掘鏟剛度低。上層篩振動(dòng)過程中容易從篩面框架上脫離，需進(jìn)一步加強(qiáng)，以提高工作的可靠性。

3.3.2 4B-1200A型平貝母藥材收獲機(jī)分凈率試驗(yàn)方案與結(jié)果分析

平貝母藥材收獲機(jī)雙層振動(dòng)篩正交參數(shù)優(yōu)選試驗(yàn)方案與結(jié)果見表4。

表4 試驗(yàn)方案與結(jié)果Table 4 Test scheme and results

分凈率方差分析見表5可知，在95%置信度下A''、C''具有顯著性，影響平貝母分凈率指標(biāo)的各因素主次排列順序?yàn)锳''＞C''＞B''，最優(yōu)組合為A''3B''1C''3。

綜上所述，影響平貝母分凈率指標(biāo)的各因素主次排列順序?yàn)锳''＞C''＞B''，最優(yōu)組合為A''3B''1C''3，即振動(dòng)篩曲柄轉(zhuǎn)速為550 r/min、篩面傾角為3°和篩面長度為1.6 m。由表4可知，在最優(yōu)組分凈率達(dá)到95%，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表5 分凈率方差分析Table 5 Analysis of variance of screening rate

4 結(jié) 論

改進(jìn)的4B-1200型平貝母藥材收獲機(jī)可一次完成清理表層覆蓋土、貝土輸送、貝土分離、分級裝袋等作業(yè)，且工作平穩(wěn)、可靠，收獲的質(zhì)量、適應(yīng)性好。

該機(jī)分土機(jī)構(gòu)由三角形推土鏟改為反向螺旋機(jī)構(gòu)，可有效的解決表層土滯留堆積的問題；提升機(jī)構(gòu)和雙層振動(dòng)篩的應(yīng)用解決了等級分級不夠徹底和裝袋位置過低的問題；四輪拖拉機(jī)的使用解決了轉(zhuǎn)彎和手扶拖拉機(jī)動(dòng)力不足的問題。對比試驗(yàn)表明，損失率、損傷率分別低于3.8%和2.9%，較改進(jìn)前分別降低了1.1和1.2個(gè)百分點(diǎn)。下層振動(dòng)篩最優(yōu)組合為曲柄轉(zhuǎn)速550 r/min、篩面傾角3°和篩面長度1.6 m，分凈率達(dá)到95%，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。該研究可為平貝母藥材收獲機(jī)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考。

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Improved design and test of 4B-1200 type Bulbus Fritillariae Ussuriensis medicinal materials harvester

Song Jiang1,Liu Lihua2※,Wang Mi1,Zhang Jia1
(1.College of Engineering,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319,China;2. College of Agronomy,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319,China)

Bulbus Fritillariae Ussuriensis is herbaceous perennial of fritillaria,and its underground bulb has high medical value. Bulbus Fritillariae Ussuriensis is a valuable traditional medicine in China and it is favoured in Chinese herbal medicine market at home and abroad. The artificial cultivation of Bulbus Fritillariae Ussuirensis has a history of over 40 years. At present,Fritillariae harvest is an exceedingly laborious and time-consuming hand operation. Fritillaria harvest timeliness is very strong,and Fritillariae harvest is almost concentrated between June and July,and a lot of labors are hired. Under the current condition of high labor costs and labor shortage,the effective way of solving the above problem is to realize mechanization of Fritillaria harvest. However,the level of Fritillariae harvest mechanization is very low. The mechanized harvest method for Bulbus Fritillariae Ussuirensis mainly adopts semi-mechanization and combine-mechanization. Semi-mechanization refers to mechanical harvesting of the vibrating screen,and the remaining portion is artificially harvested. Combine-mechanization adopts tractors to pull Bulbus Fritillariae Ussuriensis. At present,the research is mainly focused on the former. The 4B-1200 bype Bulbus Fritillariae Ussuriensis harvester matched with a walking tractor is developed in this study. The machine can complete the tasks of surface soil scraping,mining and separation of Fritillariae Ussuriensis and soil mixture,cleaning undersize Bulbus Fritillariae Ussuriensis and soil mixture onto the ridge on both sides,and sieving Fritillariae bagging. These greatly reduce the labor intensity,reduce the labor cost,and improve the production efficiency. But there are some problems such as not flexible steering,surface soil accumulation,incomplete grade classification,low bagging location and walking tractor power shortage. Aimed at above problems,soil separation mechanism and vibration screen of Fritillariae medicinal materials harvester were improved,the lifting mechanism was added. Contrasting experiments of loss rate and damage rate were carried out before and after the improvement of Fritillariae medicinal materials harvester. The orthogonal experimental design analyzed the combined effect of vibration screen’s crank rotating speed,screen surface inclination and screen face length on the screening rate. Experiment showed that the improved machine was more coordinated,stable and reliable about cleaning surface soil covered,conveying and separating Fritillariae and soil,grading and bagging fritillaria. Harvest quality and adaptability were good. The loss rate and the damage rate were less than 3.8% and 2.9% respectively,and by 1.1% and 1.2% respectively compared with the harvester before the improvement. The indices were in accord with the industry standard regulations. Through the orthogonal contrast design,the optimum combination scheme was obtained:when the vibration screen’s crank rotating speed was 550 r/min,the inclination of screen surface is was 3°and the screen surface length was 1.6 m,the screening rate reached up to 95%. All the data were in accord with the industry standard regulations. The test results met the mechanized harvesting productivity requirements,too. The study provides the technical reference for the popularization and application of Fritillariae medicinal materials harvester.

harvesters;mechanization;design;improvement;Bulbus Fritillariae Ussuriensis;soil separation mechanism;lifting mechanism;double-layer vibration screen

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.006

S225.7+9

A

1002-6819(2017)-01-0045-07

宋 江，劉麗華，王 密，張 佳. 4B-1200型平貝母藥材收獲機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(1)：45－51.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.006 http://www.tcsae.org

Song Jiang,Liu Lihua,Wang Mi,Zhang Jia. Improved design and test of 4B-1200 type Bulbus Fritillariae Ussuriensis medicinal materials harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2017,33(1):45－51.(in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.006 http://www.tcsae.org

2016-07-29

2016-11-25

黑龍江省教育廳面上項(xiàng)目（12541577）；黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校內(nèi)培育課題資助計(jì)劃項(xiàng)目（XZR2014-03）；黑龍江省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（Hljbyndgc2013005）；大慶市創(chuàng)新能力提升計(jì)劃項(xiàng)目（scx2010-06-06）

宋 江，男，漢族，講師，主要從事經(jīng)濟(jì)作物機(jī)械收獲與加工研究。大慶 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，163319。Email：songjiang_770313@163.com.

※通信作者：劉麗華，女，漢族，副教授，主要從事經(jīng)濟(jì)作物栽培研究。大慶黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，163319。Email：llh1979_2001@163.com.