微型單行手扶式大蒜聯合收獲機設計

崔 軍，鐘志堂，王成文，吳小偉，李 想，莊 睿

（1.江蘇省農業機械技術推廣站，江蘇 南京 210017；2.徐州三石工控科技有限公司/徐州庫卡機械科技有限公司，江蘇 豐縣 221700；3.江蘇省農機化服務站，江蘇 南京 210017）

0 引言

我國是世界上大蒜種植面積最大的國家，但是我國大部分大蒜種植區主要以人工收獲方式為主，勞動強度大，工作效率低，嚴重影響了對它們的適時收獲。目前，大蒜聯合收獲機在發達國家的研制已形成體系。歐美地區國家主要采用大型側置牽引式聯合收獲機，不僅作業效率高，而且節省大量勞動力，適合大面積的種植模式。我國現在的大蒜收獲機針對中國大蒜種植農藝，也已經逐步走向實用階段，目前國內大蒜收獲主要有分段條鋪式大蒜收獲機和大蒜聯合收獲機。分段條鋪式大蒜收獲機具有結構簡單，成本低的優點，但是自動化程度低，后期大蒜收集、切秧、切根仍需要人工完成。現有大蒜聯合收獲機雖然能一次完成挖掘、去土、夾持輸送、切秧及蒜頭收集等作業，但是仍存在以下缺點：（1）國外國內大蒜聯合收獲機價格昂貴，售后維修成本高，超出了農民的購買力；（2）對操作人員技術要求高；（3）由于我國大蒜主產區大蒜種植多以小地塊為主，對大型收獲機的使用受到一定的限制；（4）行距適應性差、挖掘阻力大、限深輪易被薄膜纏繞。

大蒜收獲機對于提高大蒜收獲機械的技術水平，促進大蒜收獲機械優化升級和產業結構調整，凝聚培養智能化技術開發和應用的創新人才隊伍，全面提升大蒜收獲機械科技創新能力和國際競爭力，提升保障農產品可持續發展和有效供給能力具有重要的現實意義和戰略意義[1-2]。為了解決當前聯合收獲機存在的缺點，本項目設計一款微型單行手扶式大蒜聯合收獲機，它具有結構簡單、操作方便、行距適應性強、挖掘阻力小、不易纏繞等優點，該機獲得了一項實用新型專利：微型單行手扶式大蒜聯合收獲機，專利號ZL201821836719.9。

1 基本結構及工作原理

1.1 基本結構

本微型單行手扶式大蒜聯合收獲機整體結構如圖1，采用的雙限位輪結構，保證了工作時掘取刀適當的掘取深度，采用了對齊切秧一體化裝置，使得結構簡單緊湊，保證切秧一致性，同時使用了串聯十字空心換向裝置，工作部與前進方向成一定的夾角，從而保證在工作前進時，不影響操控人員的視線，主夾持傳動機構由串聯的十字空心換向機構配合可伸縮十字萬向節組成，動力系統能夠同時帶動主夾持傳動機構和對齊切秧機構工作，行走萬向輪組件只在道路上行走時使用工作時取下。

1.2 工作原理

作業時最前方的分禾器將大蒜莖葉扶正，同時位于土層下方的掘取刀通過前后和上下振動將大蒜根須切斷，并將土蒜分離，大蒜在夾持機構的夾持下通過切秧裝置，將蒜秧與蒜頭切割分離，蒜秧在夾持機構的夾持下順勢向后方拋出至地面，蒜頭在重力作用下掉入在切秧裝置下方的蒜頭收集箱。

1.3 基本參數

外形尺寸：長*寬*高210cm*80cm*121cm，配套動力：7馬力汽油機，掛接形式：輪式自走式，作業幅寬：20cm，作業行數：1行，作業行距：15cm以上，株距：6～8株/m。

2 六面安裝十字空心換向裝置設計

在農用機械領域，為了實現多種功能，需要使用動力的裝置較多，這不僅增加了設備體積，而且設備的運行效率不高，并且造成機具的機構復雜、體積龐大等缺點。為此本文設計了一種六面安裝十字空心換向裝置，它包括長方體殼體、油封、空心螺旋圓柱軸齒輪、軸承、黃油嘴和卡簧等，長方體殼體內設有兩個十字交叉放置且相互嚙合的空心螺旋圓柱軸齒輪，空心螺旋圓柱軸齒輪分別通過軸承與長方體殼體轉動連接，軸承的外側分別設有油封和卡簧，長方體殼體的一側設有黃油嘴。該裝置體積小，重量輕，結構簡單，造價低，用途廣泛，能夠實現動力的換向輸出。如圖2。

將一對空心螺旋圓柱軸齒輪副呈十字交叉裝配到殼體中，構成十字空心換向裝置，將驅動軸裝配到空心螺旋圓柱軸齒輪中，就可以實現輸出垂直于驅動軸方向的傳動，如果保持驅動軸的旋向不變，要得到與相反方向的動力輸出，只需要空心螺旋圓柱軸齒輪加工成相反旋向即可；該裝置可以進行多個裝置串并聯使用，還可以根據旋向的不同，根據實際傳動需要，進行多種組合，該裝置的殼體為長方體殼體，在六個面上分別鉆四個安裝孔，方便根據實際需要固定該裝置。該裝置設計獲得了一項實用新型專利：一種六面安裝十字空心換向裝置，專利號ZL201821835948.9。

3 試驗

3.1 試驗目的

考察設計的聯合收獲機作業性能是否達到設計目標，以及六面安裝十字空心換向裝置的使用功能是否可靠、方便、可行。

3.2 試驗條件

試驗地點在邳州市宿羊山鎮，大蒜品種為華農白蒜，大蒜地表面為地膜覆蓋。試驗地塊面積為220m×250m，倒伏比例為4%，大蒜種植行距為 20cm，株距為15cm，蒜頭直徑為6.1cm，蒜頭高度為4.4cm。土壤類型為沙壤土，含水率為25.8%。土壤硬度24．8kPa。試驗條件適合機械收獲作業要求。

3.3 試驗結果及分析

經過多次試驗，重點考核了與作業質量密切相關的5個指標：損失率、傷蒜率、含雜率、切頭成功率、挖掘深度，對獲得的試驗數據進行統計并分析，結果及分析如下：

（1）作業時整機運行可靠，沒有發生換擋困難、動力熄火、陷車、故障等情況，切秧整齊，蒜秧、蒜頭沒有發生堵塞裝置的情形，刀具無變形折斷現象，操作方便，對行容易。

（2）六面安裝十字空心換向裝置運行可靠、平穩，換擋順暢、靈敏，達到了設計目標。

（3）機具性能：損失率為2.4%，傷蒜率為1.2%，含雜率為4%，切頭成功率為95%，挖掘深度在0～12cm可調。

4 結論

本項目結合我國大蒜種植小田塊的實際需求，設計了微型單行手扶式大蒜聯合收獲機，該機結構緊湊，重量輕，成本低廉，操作簡單，對行容易。試驗結果表明，機具性能滿足設計要求和國家相關技術標準，具有極大的社會和經濟價值；根據近年在江蘇、山東、河南等地的推廣使用情況來看，深受農戶的喜愛，企業獲得了良好經濟效益。