肖輝燈，鄧忠瓊，潘吉常，徐 進(jìn)，鄧 靜

（貴州師范大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550025）

貴州省山地、丘陵占全省耕地面積的92.8%，屬于典型的喀斯特山區(qū)，為了滿足人民生活的需要，山地、丘陵土地發(fā)展成了貴州農(nóng)業(yè)發(fā)展必要途徑。然而，隨著自然環(huán)境的不斷變化，處在喀斯特農(nóng)村山區(qū)的貴州山區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)用機(jī)械化技術(shù)發(fā)展受到了極大的限制，發(fā)展?fàn)顩r不容樂(lè)觀，在此類情況下，為了更好地促進(jìn)貴州山區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，必須加大對(duì)喀斯特農(nóng)村山區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)的研究力度，努力提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化水平，使喀斯特山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力得到極大提高。

貴州省喀斯特山區(qū)的道路大都崎嶇不平，道路不僅極窄，而且多為碎石和土梯，在很大程度上，阻礙了農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)的推廣與發(fā)展[1]，對(duì)于山區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，解決機(jī)械運(yùn)輸難的問(wèn)題是必不可少的技術(shù)要求。因此，需要加大對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重視度，除了修建農(nóng)業(yè)機(jī)械通行的道路外，還要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、輕便、易拆的小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)，努力提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)效率，進(jìn)一步提高貴州省喀斯特山區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)水平。

1 小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)功能原理設(shè)計(jì)

貴州省屬于典型的喀斯特山區(qū)，特殊的自然地形地貌給農(nóng)業(yè)種植機(jī)械化發(fā)展普及帶來(lái)了許多困難，其中機(jī)械采摘不易、機(jī)械捆綁復(fù)雜、機(jī)械運(yùn)輸困難、機(jī)械收割不便等挑戰(zhàn)尤為突出，為了解決這些問(wèn)題，針對(duì)貴州地區(qū)各市州農(nóng)民關(guān)于機(jī)械采摘、機(jī)械捆綁、機(jī)械運(yùn)輸、機(jī)械收割等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行線下和線上調(diào)查。本次調(diào)查采用問(wèn)卷調(diào)查和訪談的形式，共發(fā)放4 500 份調(diào)查問(wèn)卷，其中畢節(jié)市占27.5%、黔東南州占20%、安順市占15.5%、遵義市占14.5%、其他各市州共占22.5%，有效問(wèn)卷4 500 份。經(jīng)過(guò)對(duì)調(diào)查問(wèn)卷的收集、整理、分析，發(fā)現(xiàn)以下的問(wèn)題，分析問(wèn)題后，基于小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)功能原理，設(shè)計(jì)了一款小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)。

1.1 農(nóng)作物機(jī)械采摘不易

在貴州省農(nóng)作物的采摘多是依靠人工進(jìn)行，作業(yè)效率較低、周期較長(zhǎng)、勞動(dòng)量較大，若大面積種植，則人工成本會(huì)大大提高，導(dǎo)致多數(shù)人只能采摘小面積種植和混種種植的模式，使得實(shí)現(xiàn)機(jī)械采摘不易，阻礙了農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展[2]。文章針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)了一種葉刃刀具對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行切割，同時(shí)刀具上方設(shè)計(jì)有扶禾器對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行分類，以滿足有效的分類切割，從而改善農(nóng)作物機(jī)械采摘不易問(wèn)題。

1.2 農(nóng)作物機(jī)械捆綁復(fù)雜

農(nóng)作物收割不僅對(duì)切割有一定要求，對(duì)捆綁也有一定的要求，且貴州省水稻、油菜、大豆等作物為主，此類作物需切割后再集合成捆，然后進(jìn)行下一環(huán)節(jié)。但是，在捆綁時(shí)只能運(yùn)用人工進(jìn)行，勞動(dòng)量極大，工作過(guò)程極其繁瑣。市場(chǎng)上的捆綁機(jī)器又少之又少，且大多不適用于在貴州喀斯特山區(qū)作業(yè)。為此設(shè)計(jì)一種專用自動(dòng)捆綁裝置安裝于該收割機(jī)上，該自動(dòng)捆綁裝置待切割完成后對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行自動(dòng)捆綁，并運(yùn)送至下一步工作中，從而解決農(nóng)作物機(jī)械捆綁復(fù)雜問(wèn)題。

1.3 機(jī)械的運(yùn)輸困難

貴州屬于喀斯特山區(qū)，多以山地、丘陵為主，大多道路為石梯或者土路，道路交通不便，不能使用大型機(jī)器，多以使用微耕機(jī)為主，但大多微耕機(jī)不能拆卸，質(zhì)量對(duì)于機(jī)械來(lái)說(shuō)是很難克服的問(wèn)題，相對(duì)人們長(zhǎng)期在山區(qū)工作來(lái)說(shuō)是難以承受的，除了想盡一切辦法開(kāi)辟農(nóng)機(jī)通行的道路外，人們只能人力扛動(dòng)機(jī)器，這個(gè)勞動(dòng)量是非常大的，從而設(shè)計(jì)一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、輕便、易拆、易裝的小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)，從而解決機(jī)械的運(yùn)輸困難問(wèn)題。

1.4 農(nóng)作物機(jī)械收割不便

農(nóng)作物的收割是由采摘和捆綁2 個(gè)環(huán)節(jié)組成，兩者之間又存在先后關(guān)系，所以將采摘部分與捆綁部分統(tǒng)一起來(lái)，人工完成，勞動(dòng)量非常大，且效率較低、工作周期長(zhǎng)，工勞動(dòng)成本大，大大增加工作成本。所以運(yùn)用模塊化細(xì)分設(shè)計(jì)應(yīng)用到小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)上，使該機(jī)器便于安裝拆卸，便于更換維修，降低工作成本與人工勞動(dòng)成本，更好地解決農(nóng)作物實(shí)現(xiàn)機(jī)械收割不便問(wèn)題。

2 小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)采摘、捆綁裝置設(shè)計(jì)

2.1 采摘裝置設(shè)計(jì)

首先，針對(duì)農(nóng)作物的切割方法進(jìn)行分析，大部分的農(nóng)作物使用鐮刀等工具進(jìn)行人工收割，效率低且勞動(dòng)量大。設(shè)計(jì)的采摘裝備見(jiàn)圖1，電機(jī)通過(guò)齒輪及皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)2 把特制刀具進(jìn)行高速、大扭矩旋轉(zhuǎn)切割，從而減少不必要的人工成本，提高工作效率。

圖1 采摘裝置Fig.1 The picking device

其次，針對(duì)農(nóng)作物小面積種植和混種種植的情況，在刀具上方設(shè)計(jì)有3 個(gè)扶禾器，與2 把刀具形成2 個(gè)通道，通道兩側(cè)及中間有8 個(gè)葉片，隨農(nóng)作物的喂進(jìn)可將農(nóng)作物源源不斷地向捆綁裝置直接運(yùn)送。另外，3個(gè)扶禾器可將農(nóng)作物分行、分段進(jìn)行切割，解決混種種植帶來(lái)的農(nóng)作物雜亂無(wú)章、人工很難分離切割、分離捆綁的難題。只設(shè)置2把刀具，是因?yàn)闇p少刀具可減少收割機(jī)的占地面積，解決小面積種植收割空間不足的問(wèn)題。

最后，為降低收割機(jī)的成本，方便組裝、拆卸維修、更換零件等，該采摘裝置的各個(gè)部件的連接部分都采用螺栓連接，用到的軸承、桿類都是可在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)自行更換，有效地減少收割機(jī)的成本，實(shí)現(xiàn)快拆快裝快換的功能，既可以在小面積種植地和混種種植地工作，又可以減少工作成本，提高工作效率。

2.2 捆綁裝置設(shè)計(jì)

農(nóng)作物的收割要求各式各樣，不僅是對(duì)其進(jìn)行切割采摘，還要對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行集堆成捆，特別是水稻、油菜、大豆等作物，但是該類農(nóng)作物在捆綁時(shí)只能由人工完成，勞動(dòng)量極大，工作過(guò)程極其繁瑣，且在貴州喀斯特山區(qū)大型捆綁機(jī)器也無(wú)法進(jìn)地作業(yè)。針對(duì)該情況設(shè)計(jì)自動(dòng)捆綁裝置安裝于該收割機(jī)的擋板上，處在采摘裝置的后面，方便切割，并經(jīng)過(guò)扶禾器和葉片的運(yùn)動(dòng)將農(nóng)作物運(yùn)輸至捆綁裝置處，運(yùn)用簡(jiǎn)單的機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)繁瑣的捆綁流程。捆綁裝置見(jiàn)圖2。

圖2 捆綁裝置Fig.2 The binding device

裝置該由兩側(cè)的綁線盒和中間的取綁線裝置構(gòu)成，其中取綁線裝置主要由搖桿轉(zhuǎn)軸與三角形滑塊構(gòu)成的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和推桿與彈簧構(gòu)成的往返運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，當(dāng)搖桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)三角形滑塊會(huì)將推桿向捆綁口運(yùn)動(dòng)，彈簧可將推桿恢復(fù)到原來(lái)位置，另外由于綁線盒中的捆綁口中有特殊自動(dòng)鎖頭結(jié)構(gòu)，最后完成取線、綁線、切線工作，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行反復(fù)自動(dòng)捆綁。

該自動(dòng)捆綁裝置由螺栓固定在收割機(jī)的擋板上，可以單獨(dú)組裝和拆卸，使該收割機(jī)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能。該自動(dòng)捆綁裝置待切割完成后對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行自動(dòng)捆綁，并運(yùn)送至下一步工作中，進(jìn)一步減少人工成本，從而實(shí)現(xiàn)低成本、高收益的目的。

3 小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)運(yùn)輸、收割總體設(shè)計(jì)

該小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)包括機(jī)架、采摘裝置、捆綁裝置、行進(jìn)裝置（位于機(jī)架下方）、動(dòng)力裝置（位于機(jī)架上方）、采摘裝置和捆綁裝置（位于動(dòng)力裝置前方）。采摘裝置包括機(jī)械傳動(dòng)組件、收割刀具組件和采摘裝置從動(dòng)組件，在機(jī)械傳動(dòng)組件上安裝有收割刀具組件，在收割刀具組件中部設(shè)有收割裝置從動(dòng)組件，在收割裝置從動(dòng)組件和收割刀具組件上安裝有扶禾器組件。各個(gè)裝置之間采用可快速拆卸螺栓連接，做到可靠、穩(wěn)定、安全，能快速組裝、快速維修、快速拆卸。本收割機(jī)能夠集合農(nóng)作物收割、運(yùn)送、捆綁等多種功能于一體，可快速對(duì)各種農(nóng)作物進(jìn)行半自動(dòng)收割，較大程度地提高了收割效率，降低了收割成本[3]。

4 小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)可行性分析總結(jié)

小型自動(dòng)捆綁式收割機(jī)可應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)及城市園林綠化等多領(lǐng)域，可進(jìn)行油菜、稻谷、大豆、牧草等作物收割。

收割機(jī)特點(diǎn)：①收割干凈，鋪放整齊，同時(shí)進(jìn)行條條平鋪或分層疊放；②能在水田、旱地快速收割水稻、豆類、麥類、牧草等作物；③適合平原、丘陵、梯田、山地等大小地塊及泥洼地作業(yè)；④收割、運(yùn)送、捆綁速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工以及同類相關(guān)機(jī)械；⑤操作簡(jiǎn)單，能快速組裝、維修、拆卸；⑥可拆分運(yùn)送機(jī)械各個(gè)部件，各部分功能互不影響。