全自動韭菜收割機的設計與研發

宋立軍++廖增成++郭志遠++陳亮

摘 要：小型韭菜收割機可以應用于多種場合，其集收割、捆綁、施肥等多功能于一體，具有體積小，操作簡單，環保無污染等優點。在收割的同時，可以根據場地韭菜的密度而選擇不同的檔位，更換檔位的同時，施肥流量也隨著車速的改變而改變，體現了收割機智能化的特點。本項目集切割、捆綁、施肥與一體。主要由收割機構，傳送機構，施肥機構和原地旋轉機構構成。收割機構：由收割刀、凸盤以及電機配合收割，由推桿電機控制割刀的高度；傳送機構：由兩塊旋轉90度的小傳送帶與大傳送帶的結合，傳送收割后的韭菜；施肥機構：本機構采用種植式施肥機的原理，將肥料桶與鏈條很好的配合；原地旋轉機構：采用了滑移裝載機的原理，可減少對韭菜的傷害。

關鍵詞：多功能；收割機；環保；智能；便捷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.204

1 引言

1.1 研究背景及意義

本產品其創新之處在于其集合自動收割、捆綁、施肥于一體，其一體化的設計很好地解決了手工方式耗時時間長、工作效率低、工作質量差等問題，大大滿足了農業生產的需要。[1]傳統的韭菜收割機僅僅支持收割技術，其工作方式比較單一，而我們的全自動韭菜收割機在此基礎上添價了電機傳輸動力、自動捆綁、自動施肥等技術，使收割機的功能更加全面。 其次其項目成本低、效率高，有效地提高我國韭菜的加工質量和水平，將會在未來市場贏得先機，應用前景十分廣闊。

1.2 研究現狀分析

據了解，韭菜屬于蔥科多年生宿根蔬菜，適應性強，抗寒耐熱，全國各地到處都有栽培，南方不少地區可常年種植。近年來，隨著蔬菜生產機械化的快速發展，涉及韭菜的種植面積逐漸擴大并形成產業，這對于實現韭菜優質高效的周年供應具有非常重要的意義。[2]但是，相對于國外韭菜生產的全程機械化而言，國內很多地方設施韭菜的機械化水平仍然較低，機械應用的覆蓋范圍還不高，許多種植戶在韭菜生產過程仍然使用大量的人工勞力，而隨著勞動力緊缺、人工費用上漲，韭菜的生產成本迅速增加，急需設施韭菜的全程機械化生產技術。因此，全自動韭菜收割機有很好的開發市場，將來的需求量也一定很高，所以該收割機有很好的研發價值。

2 技術指標

3 機械結構設計

3.1 傳送機構設計

在傳送機構的設計過程中，我們采用了傳送獨立電機的動力傳輸方式，整個傳送過程共用了三個電機，在調試的過程中，大大方便了傳送帶速度的調節，為了更好了調節韭菜傳送的速度，以及傳送過程中韭菜的損失。[3] 其中輸送鏈條對軸的扭矩T=9550*（0.0733/24.72）=28.32N·m。

在小傳送帶的傳送部分，有水平傳送和旋轉傳送兩種選擇，但是，考慮到韭菜有一定質量，以及采用水平傳送會增大其生產成本，因此我們最終選用了旋轉傳送的方法，利用兩個旋轉90度設計的傳送帶，利用傳送帶的速度以及傳送帶之間的摩擦，將收割后的韭菜很好的傳送至大傳送帶上。輸送帶速度則應該按指定的蔬菜堆厚度使輸送帶單位時間內的韭菜輸送量和機器收量相等而確定[4]。

式中

—機器前進速度（ m/s）；

—韭菜生產密度（株/）；

—割幅（ m）；

一輸送帶速度（ m/s）；

d—韭菜在輸送帶的夾持厚度（ mm）；

—為蔬菜在輸送帶上的集聚密度（m/s）；

輸送帶受力條件：

式中 m—蔬菜的質量（ kg） ；

r—輸送輪的半徑（ mm） ；

ω —輸送帶輪的角速度（ rad /s） ；

g—重力加速度（）；

α —輸送帶的傾角。因此有

又因

所以

當 cosα =1 時為最不利的情況，其最低極限值為

其中，為輸送帶的最低極限值。所以綜上所述二級輸送帶的速度大于。

3.2 原地旋轉機構設計

采用鏈輪與鏈條傳動。鏈傳動有許多優點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，

過載能力強，相同工況下的傳動尺寸小；所需張緊力小，作用于軸上的壓力小。

4 分析與結論

4.1 設計創新點

（1）全自動韭菜收割機操作簡單，結構簡單。

（2） 可實現自動收割，捆綁，施肥于一體，保證機械運行的高效性。

（3）一體機運行非常平穩，安全系數高。

（4）體積和質量都不大，成本低。

（5）市場上無同類產品，有較好的前景。

4.2 前景展望

相對于國外韭菜生產的全程機械化而言，國內很多地方設施韭菜的機械化水平仍然較低，機械應用的覆蓋范圍還不高，許多種植戶在韭菜生產過程仍然使用大量的人工勞力，而隨著勞動力緊缺、人工費用上漲，韭菜的生產成本迅速增加，急需設施韭菜的全程機械化生產技術。[7]

本產品的主要功能是對于韭菜的收割流程以及對韭菜進行施肥，在目前國內的市場，沒有能夠滿足大眾需要的韭菜收割機，而我們的收割機，面對的主要對象就是大眾消費群體，其操作簡單，制作成本較低，能夠達到大眾的消費觀念。鑒于該產品功能強大，但是出售價格相對比較合理，因此，該產品有很好的應用前景，尤其在當今社會，隨著工業4.0的到來，機械勞動漸漸的代替人工勞動，智能化的韭菜收割機更加會受到廣大消費者的喜愛。

4.3 結論

全自動韭菜收割機設計理念是一切為了便捷、實用，保證使用者最大化利益。其中全自動的特點大大節約了人力資源，而且該裝置通過運用收割機構、傳送機構、施肥機構和原地旋轉機構，實現了自動收割、捆綁、施肥功能。此外，獨立電機動力傳輸機構也大大減少了故障的發生。但為了更好保證收割的質量，我們還需對整機進行大量的實地試驗。

相比傳統的收割裝置，本文所設計的全自動韭菜收割機具有操作簡單，功能多樣化，工作效率高的特點。此外，目前市場上缺少同類產品。因此，全自動韭菜收割機具有很大的推廣價值和應用前景，但在裝置中我們還需更進一步改進，以確保設備最優化、農民利益最大化。

參考文獻

[1]趙勻.農業機械分析與綜合[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]周振和，呂維.韭菜種植技術[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]高國訓.韭菜栽培與病蟲害防治[M].天津：天津科技翻譯出版公司，2009.

[4]高國訓，靳力.韭菜生產關鍵技術百問百答（第2版）[M].北京：中國農業出版社出版社，2009.

[5]殷召學.氮磷鉀對韭菜生理效應、營養品質及氮代謝關鍵酶的影響[D].河北農業大學，2005.

作者簡介：宋立軍（1981-），男，山東濱州人，講師。