溫室韭菜收割機設計研究

蘇維慶 袁盼盼

摘要：為提高韭菜收割的生產率和經濟效益，在借鑒國內外先進技術的基礎上，根據韭菜收割原理設計一款溫室韭菜收割機。介紹溫室韭菜收割機的設計思路和關鍵零部件的參數確定，探討傳送機構的選用，使機具一次完成韭菜的機械化收割和接收。

關鍵詞：韭菜收割機;撥禾機構;設計;傳送機構

近年來，隨著反季節葉菜類蔬菜產業的發展，溫室韭菜的收割、打捆、加工、包裝成為研究熱點。我國處于韭菜收割機的發展初期，許多菜農仍采用人工和小型割刀收割，收割機械的使用率不高。為此，根據韭菜收割原理設計一款溫室韭菜收割機，用來實現韭菜的機械化收割和接收，為提高韭菜收割的生產率和經濟效益提供適用機具。

1 溫室韭菜收割機的設計思路

溫室韭菜收割機主要由分禾器、撥禾輪、割刀、曲柄搖桿機構、傳送滾、傳送帶、電機、機架等結構組成，如圖1所示。

在確定行距后，發動機利用減速器驅動韭菜收割機。進地后，在分禾器的作用下實現單行韭菜喂入，用撥禾輪扶正韭菜后，通過與機架垂直的2個傳送滾夾緊韭菜。往復式割刀在曲柄搖桿機構的作用下實現往復運動，被割斷的韭菜通過傳送帶傳送至接收器，完成韭菜收割。

傳送帶由傳送電機帶動，通過齒輪連接2個傳送滾反向轉動。傳送帶的主動傳送滾帶動從動傳送滾運動，再通過皮帶和齒輪實現撥禾輪轉動。在韭菜收割過程中，傳送裝置和割刀裝置的配合使用，使整個過程變得簡單。前輪的高度可調，可根據不同作物調整割茬高度，實現一機多用。韭菜的割茬一般在1 cm左右。

2 溫室韭菜收割機關鍵零部件設計

2.1 撥禾機構

撥禾輪可幫助收割機完成直立和一般倒伏作物的收割，其結構如圖2所示。

撥禾輪的運動軌跡，取決于撥禾輪的圓周速度Vy與機器前進的速度Vm的比值。只有當撥禾速度比λ≥1時，才有可能將作物莖干引向割刀配合切割，并在割斷后繼續向后推送莖桿，避免在割刀上發生堆積和堵塞。工作過程中，需要撥禾輪具有良好的工作質量，除滿足λ>1外，還應滿足不同階段的要求。切割時，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。

當莖桿被割斷后，若撥禾輪的作用點位于已割作物中心上方，就能將莖桿穩定地向后推送，直至與撥禾輪圓周相切的位置。如果撥禾輪的作用點過高，清掃切割的作用將減弱。如果撥禾輪的作用點在重心之下，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以上，則應該保證H≥R+2/3（L-H）。

2.3 撥禾輪的轉速

根據撥禾速度比確定撥禾輪轉速。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。機器的前進速度Vm一定時，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。

試驗證明，韭菜收割速度一般為1.5 m/s。當機器前進速度Vm較高時，為使Vy不超過脫離損失限制的允許值，撥禾輪的速度比應減小。當機器前進速度較低時，可在Vy不超過3 m/s的情況下增加撥禾輪速度比，但會出現回彈現象。

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。前進速度Vm應根據機器的生產率、割副、調配動力等因素而定。

2.4 撥禾輪的直徑

撥禾輪的直徑與穩定推送有很大關系，應滿足：

3 曲柄搖桿機構的設計與計算

一般情況下，在曲柄搖桿機構中，曲柄為主動件且等速轉動，搖桿為從動件作變速往返擺動，連桿作平面復合運動。同時，也可用搖桿作主動構件，其往復擺動轉換成曲柄轉動。

3.1 曲柄搖桿機構的簡單設計

曲柄搖桿機構的結構見圖3。

曲柄搖桿機構作為韭菜收割時的核心機構，AB為搖桿，在割刀電機的帶動下繞A點轉動，從而帶動連桿BC擺動。D點為一定點，CDE為一彎曲連桿，在連桿BC的作用下CDE擺動，再用連桿EF連接刀具，實現動刀具的往返運動，進而實現韭菜切割。

3.2 割刀在曲柄搖桿機構下的運動分析

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

若以曲柄軸心為坐標原點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針轉動，則：

速度Vx與位移x的關系為一橢圓方程式。橢圓的長軸半徑為r，短軸半徑為r2。

4 傳送機構的設計與選擇

傳送機構選用帶式傳送，是連續運輸機的一種，運輸特點是形成裝載點到裝載點之間連續的物料流，可很好地完成韭菜從收割點到接收點的傳送。傳送帶按放置分為水平、傾斜和組合3種;按轉向分為順時針、逆時針2種;按運動狀態分為勻速和變速2種。

結合溫室韭菜收割機的特點，采用組合式的傳送機構，主動傳送滾在韭菜收割機的后方，實現動力輸入。韭菜收割機具有特殊性，采用雙傳送實現韭菜傳送，動力輸出的同時實現主動傳送滾的反轉。為此，使用齒輪連接2個傳送滾筒的方式實現滾筒反轉，結構如圖5所示。

從動滾筒在割刀的前方，既能實現韭菜傳送，又能對韭菜進行夾緊，整個傳送裝置如圖6所示。

5 結語

目前，國外的韭菜收割機研制技術比較成熟，機具類型較多，效率較高，通用性也比較強，可以很好地實現韭菜收割。同時，有些收割機能夠一機多用，在實現收割的前提下不傷根莖，不影響韭菜再生長。在借鑒國內外先進技術的基礎上，根據韭菜收割原理設計一款溫室韭菜收割機，實現韭菜的機械化收割和接收。機具具有結構簡單、操作方便、節省人力等特點，且可連續作業，不易出現故障，應用范圍廣，具有較高的推廣價值。

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