劉加利

摘 要：通過對大蒜收獲方式的研究，闡述了大蒜清根、清莖的工藝路徑，拔取大蒜后，采用螺旋輥夾持蒜莖進(jìn)給、浮動(dòng)切刀切根方式，完成蒜根清理，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化聯(lián)合收獲，并應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)提升收獲機(jī)械可靠性和自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞：大蒜收獲；聯(lián)合收獲；機(jī)電一體化

中圖分類號：U223.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0068-02

1 概述

大蒜廣泛種植于我國山東、江蘇、河南等省區(qū)，是重要的經(jīng)濟(jì)作物，近年來我國已經(jīng)成為全球最大的大蒜種植國家和出口國家。大蒜的收獲過程主要包括：挖掘、清土、撿拾、清選、分級和裝運(yùn)等工序。收獲方式一般有三種：人力收獲、分段收獲和機(jī)械化聯(lián)合收獲。人力收獲主要靠人工借助簡單挖掘和剪切工具，完成各項(xiàng)工序，得到的蒜頭清潔度高、損傷率低，但是勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作時(shí)間長，工效低。分段收獲是采用起蒜機(jī)將大蒜挖出鋪條晾曬后，用其他機(jī)械進(jìn)行撿拾、雜物分離、清選、分級和裝運(yùn)等操作，效率提高，但作業(yè)周期長。機(jī)械化聯(lián)合收獲機(jī)可以一次性地進(jìn)行大蒜挖掘、清理、蒜頭收集等作業(yè)，收獲損失小，生產(chǎn)效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，對環(huán)境適應(yīng)性差，適于大規(guī)模農(nóng)場作業(yè)。隨著我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，人口逐漸向城市轉(zhuǎn)移，農(nóng)村勞動(dòng)力減少，大蒜收獲與處理加工還主要靠人力及單一功能機(jī)具，造成生產(chǎn)成本上升，大蒜價(jià)格時(shí)常高漲，大蒜收獲環(huán)節(jié)己經(jīng)成大蒜種植業(yè)發(fā)展的瓶頸。發(fā)展大蒜聯(lián)合收獲機(jī)是未來大蒜種植業(yè)的唯一出路，能顯著降低大蒜生產(chǎn)成本，避免在市場競爭中被淘汰。

2 大蒜收獲機(jī)械的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)大蒜收獲機(jī)械主要存在以下問題：（1）大蒜收獲機(jī)械無法定型。大蒜種植模式不一致導(dǎo)致大蒜收獲機(jī)械化的推廣受到限制，目前我國大蒜種植區(qū)大部分為平作模式，也有少部分為壟作模式，且行距、壟距不一致，因此首先要推廣機(jī)械化標(biāo)準(zhǔn)種植作業(yè)，才能保證行距、壟距一致。（2）大蒜收獲機(jī)械適用性較差。在粘性土壤后或土壤濕度比較大時(shí)機(jī)器擁堵嚴(yán)重，造成機(jī)器無法正常運(yùn)行，必須人工清理，遇到連續(xù)的陰雨天氣只能人工挖掘。（3）大蒜收獲機(jī)械的功能較少。目前國內(nèi)大部分大蒜收獲機(jī)械技術(shù)還不夠成熟，多數(shù)均處于樣機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)或田間試驗(yàn)階段，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)機(jī)化研究所研制的4HLB-2型半喂入自走式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)（圖1）能基本實(shí)現(xiàn)挖掘、輸送、清土、切莖、收集于一體，但缺乏對蒜根的精處理。國外發(fā)達(dá)地區(qū)對大蒜機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)與裝備的研發(fā)，起步早、投入大、發(fā)展快，早已實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、成套化和系列化，實(shí)用性強(qiáng)，可以提供很好的借鑒。

3 大蒜聯(lián)合收獲加工機(jī)械

大蒜聯(lián)合收獲根據(jù)市場需求，可以對大蒜進(jìn)行分門別類的預(yù)加工，大蒜可以挖掘、輸運(yùn)、蒜莖分離（或打捆）、集中收集等工序，大蒜挖掘可以分為兩類：挖掘式和拔取式；挖掘式還有預(yù)先割除莖桿（圖2（a）所示）和保留莖稈兩類，保留莖稈只能鋪條晾曬，分段收獲。預(yù)切除莖稈的大蒜經(jīng)過篩分，進(jìn)入運(yùn)輸通道，在滾動(dòng)過程中，蒜莖部分在重力作用下落，蒜莖完成倒立，然后由螺旋輥夾持行進(jìn)，進(jìn)入切根切莖階段。拔取式（圖2（b）所示）是機(jī)具前進(jìn)方向上成列的蒜秧在分禾器的引導(dǎo)下被導(dǎo)入到膠帶構(gòu)成的夾持通道之中，在導(dǎo)入與夾持的同時(shí)相配合的挖掘鏟在土下將蒜根部挖松，蒜株在挖拔力的共同作用下被拎起，挖掘機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)需滿足挖掘大蒜根莖時(shí)帶土量最少、粉碎土垡能力強(qiáng)、不纏草、傷蒜率低、耐磨等要求，常用松土鏟主要有固定式和振動(dòng)式。拍土裝置在蒜株沿斜置的輸送膠帶向上輸送的過程中振動(dòng)清土，最后輸送至打捆機(jī)構(gòu)批量打捆或者在輸送過程中實(shí)現(xiàn)蒜莖分離并完成蒜頭的集中收集。

按照田間種植模式的調(diào)查數(shù)據(jù)，大蒜株距15cm，收獲機(jī)械行走速度一般在0.6m/s～0.8m/s，相應(yīng)的單行機(jī)械化收獲切根效率為4～6個(gè)/s。由于種植區(qū)域不同、生長環(huán)境不同、栽植品種不同，蒜直徑d1（45cm

從定位來看，定位大蒜根部困難，由于根部和蒜莖沿一條直線，莖部定心性好，蒜莖為蒜的中心，可以作為牽引蒜的關(guān)鍵部位，從方位上可以分為蒜莖向上型和蒜莖向下型。大蒜切根裝置的關(guān)鍵部分是對松散的大蒜實(shí)現(xiàn)有效的夾持，4HLB-2型半喂入自走式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)切莖裝置（圖2）采用夾持皮帶與導(dǎo)軌分離的策略，基本實(shí)現(xiàn)切莖和粗切根，但蒜的序列位置還不能適合精細(xì)切根。如果莖部的夾持采用螺旋輥能使蒜莖一直保持受拉力的狀態(tài)，不論蒜的方位向上或向下，都能較好的勻速運(yùn)動(dòng)。從設(shè)備銜接上，螺旋輥裝置安裝在皮帶夾持系統(tǒng)下方，在初步莖葉分離后代替皮帶夾持，使蒜的運(yùn)行更平穩(wěn)，拔取式收割蒜莖向上，在經(jīng)歷清土工序后，蒜莖部分切斷，夾持機(jī)構(gòu)切換為螺旋輥，蒜莖部分沿螺旋輥向前并被拉緊到軌道中，夾持力增強(qiáng)，對切的圓刀切掉大部分根須，隨后浮動(dòng)切根系統(tǒng)，利用仿形輪彈簧張緊裝置（圖4），仿形輪除了矯正蒜頭姿態(tài)，還具有使蒜體不被切根刀割傷的作用。但實(shí)際工作中蒜的運(yùn)動(dòng)速度太快，仿形輪內(nèi)的切根器來不及將根須切凈，切根速度無法適合收獲速度，因此需要將根的切除分成多步走，盡量減少最終切根的工作量。

清根清莖裝置生產(chǎn)節(jié)拍與拔取裝置生產(chǎn)節(jié)拍一致，為減少最后精加工的工作時(shí)間，清根設(shè)置多道工序：清土、預(yù)清根、清根?；蛘咴诎稳∏安捎眯眯X在地下將根切斷，然后拔取。清根方式有旋切和橫切，旋切利用刀具高速旋轉(zhuǎn)，逐漸將根削短，漸進(jìn)式旋切能較好地適應(yīng)蒜的大小，避免產(chǎn)生過切，但在對齊上比較困難，需要螺旋輥設(shè)置螺線空白段，使蒜體做短暫停留完成切根；橫切沿莖盤切除根須，是最快切除方法，但找準(zhǔn)莖盤比較困難，容易過切。采用柔性仿形刀具仿人手部切削動(dòng)作，蒜頭穩(wěn)定移動(dòng)，切刀抵住蒜頭底部切根；或者使用由傳感器和氣動(dòng)壓緊裝置組成的浮動(dòng)切根系統(tǒng)，傳感器發(fā)出信號，可以精準(zhǔn)壓緊蒜體，快速修理根型。

4 機(jī)電液氣一體化技術(shù)在大蒜聯(lián)合收獲機(jī)械的應(yīng)用

大蒜聯(lián)合收獲機(jī)械包括挖掘裝置、輸送裝置、清土裝置、切根裝置、切莖裝置、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等主要組成部分，大蒜挖掘拔取及輸送裝置受力較大，液壓系統(tǒng)為挖掘裝置、輸送裝置、清土裝置提供動(dòng)力。切刀控制裝置受力小，速度要求快，采用彈簧式蒜頭適應(yīng)系統(tǒng)屬于被動(dòng)式，適應(yīng)性較差，氣動(dòng)系統(tǒng)為浮動(dòng)切刀和風(fēng)選裝置提供動(dòng)力，傳感器檢測蒜的大小并控制氣動(dòng)浮動(dòng)刀頭快速定位切削，檢測系統(tǒng)壓力異?？膳袛嘣O(shè)備堵轉(zhuǎn)并調(diào)整收獲速度。農(nóng)業(yè)機(jī)械因?yàn)槌杀締栴}，在動(dòng)力上多采用機(jī)械傳動(dòng)的方式，受空間限制，能實(shí)現(xiàn)的功能較為單一，機(jī)電液氣一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、布置上靈活方便、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、控制簡單、能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，雖然設(shè)備成本提高了，但功能更適應(yīng)生產(chǎn)需要，是農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展方向，機(jī)電液氣一體化技術(shù)將提高聯(lián)合收獲機(jī)械的可靠性和自動(dòng)化水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，提高生產(chǎn)效率。

5 結(jié)束語

蒜根的清理在大蒜收獲中，一般采用分段處理，人工喂料，清根效率較低，把清根清莖裝置和拔取裝置聯(lián)合在一起，大大提高了效率，聯(lián)合收獲是大蒜種植業(yè)提高生產(chǎn)效率的必由之路，本文開展了相關(guān)研究，為下一步實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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