蘇維慶 袁盼盼

摘要：為提高韭菜收割的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，在借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)韭菜收割原理設(shè)計(jì)一款溫室韭菜收割機(jī)。介紹溫室韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)思路和關(guān)鍵零部件的參數(shù)確定，探討傳送機(jī)構(gòu)的選用，使機(jī)具一次完成韭菜的機(jī)械化收割和接收。

關(guān)鍵詞：韭菜收割機(jī);撥禾機(jī)構(gòu);設(shè)計(jì);傳送機(jī)構(gòu)

近年來，隨著反季節(jié)葉菜類蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，溫室韭菜的收割、打捆、加工、包裝成為研究熱點(diǎn)。我國處于韭菜收割機(jī)的發(fā)展初期，許多菜農(nóng)仍采用人工和小型割刀收割，收割機(jī)械的使用率不高。為此，根據(jù)韭菜收割原理設(shè)計(jì)一款溫室韭菜收割機(jī)，用來實(shí)現(xiàn)韭菜的機(jī)械化收割和接收，為提高韭菜收割的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益提供適用機(jī)具。

1 溫室韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)思路

溫室韭菜收割機(jī)主要由分禾器、撥禾輪、割刀、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、傳送滾、傳送帶、電機(jī)、機(jī)架等結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。

在確定行距后，發(fā)動(dòng)機(jī)利用減速器驅(qū)動(dòng)韭菜收割機(jī)。進(jìn)地后，在分禾器的作用下實(shí)現(xiàn)單行韭菜喂入，用撥禾輪扶正韭菜后，通過與機(jī)架垂直的2個(gè)傳送滾夾緊韭菜。往復(fù)式割刀在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，被割斷的韭菜通過傳送帶傳送至接收器，完成韭菜收割。

傳送帶由傳送電機(jī)帶動(dòng)，通過齒輪連接2個(gè)傳送滾反向轉(zhuǎn)動(dòng)。傳送帶的主動(dòng)傳送滾帶動(dòng)從動(dòng)傳送滾運(yùn)動(dòng)，再通過皮帶和齒輪實(shí)現(xiàn)撥禾輪轉(zhuǎn)動(dòng)。在韭菜收割過程中，傳送裝置和割刀裝置的配合使用，使整個(gè)過程變得簡單。前輪的高度可調(diào)，可根據(jù)不同作物調(diào)整割茬高度，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。韭菜的割茬一般在1 cm左右。

2 溫室韭菜收割機(jī)關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

2.1 撥禾機(jī)構(gòu)

撥禾輪可幫助收割機(jī)完成直立和一般倒伏作物的收割，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

撥禾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，取決于撥禾輪的圓周速度Vy與機(jī)器前進(jìn)的速度Vm的比值。只有當(dāng)撥禾速度比λ≥1時(shí)，才有可能將作物莖干引向割刀配合切割，并在割斷后繼續(xù)向后推送莖桿，避免在割刀上發(fā)生堆積和堵塞。工作過程中，需要撥禾輪具有良好的工作質(zhì)量，除滿足λ>1外，還應(yīng)滿足不同階段的要求。切割時(shí)，撥禾輪扶持作物莖桿配合切割，避免切割器將莖桿向前推倒。

2.2 撥禾輪的位置調(diào)整

要使撥禾輪正常工作，安裝高度就必須滿足以下條件：H=L-h+R/H。式中：R為撥禾輪的半徑;h為割刀離地的高度;L為作物高;H為撥禾輪軸安裝高度。

當(dāng)莖桿被割斷后，若撥禾輪的作用點(diǎn)位于已割作物中心上方，就能將莖桿穩(wěn)定地向后推送，直至與撥禾輪圓周相切的位置。如果撥禾輪的作用點(diǎn)過高，清掃切割的作用將減弱。如果撥禾輪的作用點(diǎn)在重心之下，則被割斷的作物可能向前翻或被挑起。已割斷作物的中心位置一般在頂部向下的1/3處，設(shè)已割部分的長度為L，則H=1/3 L。因此，若要使撥禾齒在割斷作物的中心點(diǎn)以上，則應(yīng)該保證H≥R+2/3（L-H）。

2.3 撥禾輪的轉(zhuǎn)速

根據(jù)撥禾速度比確定撥禾輪轉(zhuǎn)速。加大撥禾輪的速度比，其作用范圍和作用程度將增加，但λ也不能過大。機(jī)器的前進(jìn)速度Vm一定時(shí)，增大λ值，就需提高撥禾輪的圓周速度Vy，這將加大對作物的沖擊，使作物不能夠很好地被切割。

試驗(yàn)證明，韭菜收割速度一般為1.5 m/s。當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度Vm較高時(shí)，為使Vy不超過脫離損失限制的允許值，撥禾輪的速度比應(yīng)減小。當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度較低時(shí)，可在Vy不超過3 m/s的情況下增加撥禾輪速度比，但會(huì)出現(xiàn)回彈現(xiàn)象。

撥禾速度比λ=Vm/Vy;角速度ω=πn/30。λ一般取1.3～2.3，這里取1.0。所以n=30 λVm/πR=30×1.8/0.4π=22 r/min。前進(jìn)速度Vm應(yīng)根據(jù)機(jī)器的生產(chǎn)率、割副、調(diào)配動(dòng)力等因素而定。

2.4 撥禾輪的直徑

撥禾輪的直徑與穩(wěn)定推送有很大關(guān)系，應(yīng)滿足：

3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

一般情況下，在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄為主動(dòng)件且等速轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿為從動(dòng)件作變速往返擺動(dòng)，連桿作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，也可用搖桿作主動(dòng)構(gòu)件，其往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的簡單設(shè)計(jì)

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)見圖3。

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為韭菜收割時(shí)的核心機(jī)構(gòu)，AB為搖桿，在割刀電機(jī)的帶動(dòng)下繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連桿BC擺動(dòng)。D點(diǎn)為一定點(diǎn)，CDE為一彎曲連桿，在連桿BC的作用下CDE擺動(dòng)，再用連桿EF連接刀具，實(shí)現(xiàn)動(dòng)刀具的往返運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)韭菜切割。

3.2 割刀在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)下的運(yùn)動(dòng)分析

割刀的運(yùn)動(dòng)特性對切割器性能有直接影響。為簡化分析，設(shè)曲柄軸的偏心距為0，連桿的長度為無窮大，則割刀運(yùn)動(dòng)可視為曲柄在割刀運(yùn)動(dòng)線上的投影，為一簡諧運(yùn)動(dòng)，如圖4所示。

若以曲柄軸心為坐標(biāo)原點(diǎn)O，水平向右為X軸，向上為Y軸，并令曲柄由第二象限的水平位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則：

速度Vx與位移x的關(guān)系為一橢圓方程式。橢圓的長軸半徑為r，短軸半徑為r2。

4 傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇

傳送機(jī)構(gòu)選用帶式傳送，是連續(xù)運(yùn)輸機(jī)的一種，運(yùn)輸特點(diǎn)是形成裝載點(diǎn)到裝載點(diǎn)之間連續(xù)的物料流，可很好地完成韭菜從收割點(diǎn)到接收點(diǎn)的傳送。傳送帶按放置分為水平、傾斜和組合3種;按轉(zhuǎn)向分為順時(shí)針、逆時(shí)針2種;按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為勻速和變速2種。

結(jié)合溫室韭菜收割機(jī)的特點(diǎn)，采用組合式的傳送機(jī)構(gòu)，主動(dòng)傳送滾在韭菜收割機(jī)的后方，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸入。韭菜收割機(jī)具有特殊性，采用雙傳送實(shí)現(xiàn)韭菜傳送，動(dòng)力輸出的同時(shí)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)傳送滾的反轉(zhuǎn)。為此，使用齒輪連接2個(gè)傳送滾筒的方式實(shí)現(xiàn)滾筒反轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

從動(dòng)滾筒在割刀的前方，既能實(shí)現(xiàn)韭菜傳送，又能對韭菜進(jìn)行夾緊，整個(gè)傳送裝置如圖6所示。

5 結(jié)語

目前，國外的韭菜收割機(jī)研制技術(shù)比較成熟，機(jī)具類型較多，效率較高，通用性也比較強(qiáng)，可以很好地實(shí)現(xiàn)韭菜收割。同時(shí)，有些收割機(jī)能夠一機(jī)多用，在實(shí)現(xiàn)收割的前提下不傷根莖，不影響韭菜再生長。在借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)韭菜收割原理設(shè)計(jì)一款溫室韭菜收割機(jī)，實(shí)現(xiàn)韭菜的機(jī)械化收割和接收。機(jī)具具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、節(jié)省人力等特點(diǎn)，且可連續(xù)作業(yè)，不易出現(xiàn)故障，應(yīng)用范圍廣，具有較高的推廣價(jià)值。

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