番茄扶秧收割機設計

韓曉琪　馮指名　蘇娜　王文娟　王瑞麗

摘要：針對番茄聯合收割獲過程中分秧扶秧效果不好、收割損失大的問題，提出番茄兩段收獲方法，研制番茄扶秧收割機。該機主要由分秧器、扶秧器、切割器、電機和機架構成，能完成番茄分秧、扶秧和收割功能。采用蓄電池提供動力，可實現清潔生產，在大棚、溫室內進行收獲作業。利用三維建模軟件建立收割機三維模型，對關鍵部件進行有限元分析。通過虛擬試驗和有限元分析優化部件結構并制作樣機，為番茄扶秧收獲機的研制提供了參考。

關鍵詞：番茄；收獲機； 分秧；扶秧；有限元分析

中圖分類號：G312；S-03 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）01-0026-03

我國是世界上番茄栽培面積最大、生產總量最多的國家，也是世界第二大加工番茄生產基地。番茄種植和田間管理已基本實現機械化，但仍主要依靠人工采摘，收獲機械化水平較低。國外對番茄收獲機研究起步早且技術成熟，主要以 FMC，CTM等公司為代表。進口收獲機價格昂貴，服務周期長，難以滿足國內番茄收獲需求。國內對番茄收獲機的研究主要集中在新疆，李景彬等研究了番茄收獲拋秧裝置，對其結構進行簡化和優化，提高了番茄收獲質量。齊偉等對番茄收獲機的風機進行改進設計，以提高番茄收獲機的作業效率和番茄收獲質量。陳明昌等在番茄收獲機上加裝測產裝置，以提高番茄收獲信息化水平。周軍平等對番茄收獲機喂入機構進行優化設計，以提高番茄收獲的質量。另外，番茄分枝能力強，果實多且重，容易導致番茄秧倒伏，收獲時難以從地表收集并分離倒伏的番茄秧和果實，部分番茄漏收或被收獲機輪胎壓碎，造成較大損失。徐為民等研究番茄扶秧機，對其結構和關鍵部件進行了設計和仿真分析，為機械化收獲番茄提供依據。

為解決番茄倒伏難以完整收獲的問題，可采用兩段收獲方法，即先把倒伏的番茄秧和果實扶起并收割鋪放到壟上，再用番茄聯合收獲機進行撿拾、輸送、摘果、分離等作業，減少因倒伏導致的番茄損失。結合番茄生產農藝要求，研制一種兩段式小型番茄扶秧收割機，旨在探索番茄扶秧收獲的參數，為研制番茄扶秧收獲機提供依據。

1 整體結構及工作過程

番茄扶秧收獲試驗裝置由分秧器、撥秧器、切割器和機架組成（圖1），能夠實現對成熟番茄的分秧、扶秧、切割功能。分秧器使倒伏在壟溝內相互纏繞的番茄秧分離，通過一對相對旋轉的撥秧器把分離開來的番茄秧扶正并撥向兩側，為切割器收割番茄秧做準備。最后，用往復運動的切割器切割長有番茄的番茄秧，并輸送到一側鋪放。番茄收割并鋪放后可人工摘果或使用帶有撿拾器的聯合收獲機進行后續摘果和分離作業。

番茄扶秧機試驗裝置主要參數如表1所示。

2 典型零部件設計

2.1 分秧器

分秧器（圖2）由護板、擋板和支撐架組成，護板擋板連接成楔形，分秧器較長直角邊長度350 mm，與地面形成一個5°～7°的向下偏角（視支撐輪大小角度可以調整）。分秧器的作用是將收割機收割范圍之外的相互纏繞的秧分離；支撐架起到固定和支撐的作用，防止番茄秧過于濃密對材質較軟的分秧器阻力過大造成變形；偏向地面的微小角度可以更好地分離貼近地面的秧，起到更好的分離效果；分秧過程中，分秧器兩側與番茄秧緊密接觸，摩擦損失較大，護板可以有效保護分秧器。

2.2 撥秧器

撥秧器（圖3）由撥秧輥子和若干軟質橡膠條組成，輥子由軸承固定在機架上，軟質橡膠條均勻地在輥子上纏繞兩周。輥子裝在分秧器之后，2個一組相向旋轉，前排一組的兩個輥子向外側旋轉，后排輥子向內側旋轉。需要注意的是，輥子上為增加摩擦力而加裝的軟質橡膠條的纏繞方向一定要正確。分秧器將番茄秧分離后，撥秧器利用輥子旋轉使軟質橡膠條和番茄秧接觸產生摩擦力，將番茄秧扶正，便于番茄秧進入收割范圍。其中，前排輥子間距較小，向外側旋轉將倒向中間的番茄秧扶正；后排輥子間距較大，向內側旋轉將倒向外側的番茄秧扶正。前后排輥子一起工作，可以將倒伏的番茄秧扶正，等待收割刀切割。橡膠管的直徑不宜過大或過小，過大或過小都會影響輥子對番茄秧的扶秧作用。

2.3 切割器

切割器為往復式割刀，主要由曲柄滑塊機構和割刀組成，由于番茄秧較為粗大，故采用通用I型割刀。I型割刀的切割速度較高，切割性能較強。割刀的帶動裝置為曲柄滑塊結構，其優勢是結構簡單、工作可靠，在小型聯合收割機中應用較廣。

2.4 機架和動力選擇

機架是整個裝置的基礎。為防止往復式割刀的巨大震動破壞整體結構、影響工作效率，機架整體應有足夠的強度和剛度，故機架材料選用高強度高剛度的鋼材。此外，該機還在機架上安裝了支撐輪，主要起支撐作用，并減小割刀擺動震蕩對正常工作的影響。

為能在溫室或大棚進行番茄收獲作業，選擇電機（12 V，50 r/min）為收割機和撥秧器提供動力，電機由12 V蓄電池供電。

3 分秧器有限元分析

利用Solidworks軟件對試驗裝置進行三維建模和有限元分析，如圖4所示。

分析結果表明，分秧器最大應力為501 kN/m2，最小應力為3 kN/m2，強度達到設計要求。

4 結論

采用三維建模方法設計番茄扶秧收割機并進行樣機制作，在沈陽農業大學機械設計競賽中獲得三等獎。該機集分秧、扶秧、切割功能于一體，能節省人工分秧、扶秧成本。樣機尚需進一步試驗完善，以期在生產實踐中應用。

參考文獻

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