基于貴州喀斯特山區的小型自動捆綁式收割機設計研究

肖輝燈，鄧忠瓊，潘吉常，徐 進，鄧 靜

（貴州師范大學，貴州 貴陽 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，為了滿足人民生活的需要，山地、丘陵土地發展成了貴州農業發展必要途徑。然而，隨著自然環境的不斷變化，處在喀斯特農村山區的貴州山區農業農用機械化技術發展受到了極大的限制，發展狀況不容樂觀，在此類情況下，為了更好地促進貴州山區農業經濟發展，必須加大對喀斯特農村山區農業機械化技術的研究力度，努力提高農業生產的機械化水平，使喀斯特山區農業生產能力得到極大提高。

貴州省喀斯特山區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，阻礙了農業機械化技術的推廣與發展[1]，對于山區農業機械化生產來說，解決機械運輸難的問題是必不可少的技術要求。因此，需要加大對農業生產的重視度，除了修建農業機械通行的道路外，還要設計簡單、輕便、易拆的小型自動捆綁式收割機，努力提高農業機械的作業效率，進一步提高貴州省喀斯特山區的農業機械化技術水平。

1 小型自動捆綁式收割機功能原理設計

貴州省屬于典型的喀斯特山區，特殊的自然地形地貌給農業種植機械化發展普及帶來了許多困難，其中機械采摘不易、機械捆綁復雜、機械運輸困難、機械收割不便等挑戰尤為突出，為了解決這些問題，針對貴州地區各市州農民關于機械采摘、機械捆綁、機械運輸、機械收割等相關問題進行線下和線上調查。本次調查采用問卷調查和訪談的形式，共發放4 500 份調查問卷，其中畢節市占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%，有效問卷4 500 份。經過對調查問卷的收集、整理、分析，發現以下的問題，分析問題后，基于小型自動捆綁式收割機功能原理，設計了一款小型自動捆綁式收割機。

1.1 農作物機械采摘不易

在貴州省農作物的采摘多是依靠人工進行，作業效率較低、周期較長、勞動量較大，若大面積種植，則人工成本會大大提高，導致多數人只能采摘小面積種植和混種種植的模式，使得實現機械采摘不易，阻礙了農業機械化的發展[2]。文章針對這一情況，設計了一種葉刃刀具對農作物進行切割，同時刀具上方設計有扶禾器對農作物進行分類，以滿足有效的分類切割，從而改善農作物機械采摘不易問題。

1.2 農作物機械捆綁復雜

農作物收割不僅對切割有一定要求，對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，然后進行下一環節。但是，在捆綁時只能運用人工進行，勞動量極大，工作過程極其繁瑣。市場上的捆綁機器又少之又少，且大多不適用于在貴州喀斯特山區作業。為此設計一種專用自動捆綁裝置安裝于該收割機上，該自動捆綁裝置待切割完成后對農作物進行自動捆綁，并運送至下一步工作中，從而解決農作物機械捆綁復雜問題。

1.3 機械的運輸困難

貴州屬于喀斯特山區，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，不能使用大型機器，多以使用微耕機為主，但大多微耕機不能拆卸，質量對于機械來說是很難克服的問題，相對人們長期在山區工作來說是難以承受的，除了想盡一切辦法開辟農機通行的道路外，人們只能人力扛動機器，這個勞動量是非常大的，從而設計一種設計簡單、輕便、易拆、易裝的小型自動捆綁式收割機，從而解決機械的運輸困難問題。

1.4 農作物機械收割不便

農作物的收割是由采摘和捆綁2 個環節組成，兩者之間又存在先后關系，所以將采摘部分與捆綁部分統一起來，人工完成，勞動量非常大，且效率較低、工作周期長，工勞動成本大，大大增加工作成本。所以運用模塊化細分設計應用到小型自動捆綁式收割機上，使該機器便于安裝拆卸，便于更換維修，降低工作成本與人工勞動成本，更好地解決農作物實現機械收割不便問題。

2 小型自動捆綁式收割機采摘、捆綁裝置設計

2.1 采摘裝置設計

首先，針對農作物的切割方法進行分析，大部分的農作物使用鐮刀等工具進行人工收割，效率低且勞動量大。設計的采摘裝備見圖1，電機通過齒輪及皮帶傳動帶動2 把特制刀具進行高速、大扭矩旋轉切割，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，針對農作物小面積種植和混種種植的情況，在刀具上方設計有3 個扶禾器，與2 把刀具形成2 個通道，通道兩側及中間有8 個葉片，隨農作物的喂進可將農作物源源不斷地向捆綁裝置直接運送。另外，3個扶禾器可將農作物分行、分段進行切割，解決混種種植帶來的農作物雜亂無章、人工很難分離切割、分離捆綁的難題。只設置2把刀具，是因為減少刀具可減少收割機的占地面積，解決小面積種植收割空間不足的問題。

最后，為降低收割機的成本，方便組裝、拆卸維修、更換零件等，該采摘裝置的各個部件的連接部分都采用螺栓連接，用到的軸承、桿類都是可在市場上購買自行更換，有效地減少收割機的成本，實現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 捆綁裝置設計

農作物的收割要求各式各樣，不僅是對其進行切割采摘，還要對農作物進行集堆成捆，特別是水稻、油菜、大豆等作物，但是該類農作物在捆綁時只能由人工完成，勞動量極大，工作過程極其繁瑣，且在貴州喀斯特山區大型捆綁機器也無法進地作業。針對該情況設計自動捆綁裝置安裝于該收割機的擋板上，處在采摘裝置的后面，方便切割，并經過扶禾器和葉片的運動將農作物運輸至捆綁裝置處，運用簡單的機械機構實現繁瑣的捆綁流程。捆綁裝置見圖2。

圖2 捆綁裝置Fig.2 The binding device

裝置該由兩側的綁線盒和中間的取綁線裝置構成，其中取綁線裝置主要由搖桿轉軸與三角形滑塊構成的對心曲柄滑塊機構和推桿與彈簧構成的往返運動機構構成，當搖桿轉軸轉動時三角形滑塊會將推桿向捆綁口運動，彈簧可將推桿恢復到原來位置，另外由于綁線盒中的捆綁口中有特殊自動鎖頭結構，最后完成取線、綁線、切線工作，從而可實現對農作物進行反復自動捆綁。

該自動捆綁裝置由螺栓固定在收割機的擋板上，可以單獨組裝和拆卸，使該收割機實現一機多用的功能。該自動捆綁裝置待切割完成后對農作物進行自動捆綁，并運送至下一步工作中，進一步減少人工成本，從而實現低成本、高收益的目的。

3 小型自動捆綁式收割機運輸、收割總體設計

該小型自動捆綁式收割機包括機架、采摘裝置、捆綁裝置、行進裝置（位于機架下方）、動力裝置（位于機架上方）、采摘裝置和捆綁裝置（位于動力裝置前方）。采摘裝置包括機械傳動組件、收割刀具組件和采摘裝置從動組件，在機械傳動組件上安裝有收割刀具組件，在收割刀具組件中部設有收割裝置從動組件，在收割裝置從動組件和收割刀具組件上安裝有扶禾器組件。各個裝置之間采用可快速拆卸螺栓連接，做到可靠、穩定、安全，能快速組裝、快速維修、快速拆卸。本收割機能夠集合農作物收割、運送、捆綁等多種功能于一體，可快速對各種農作物進行半自動收割，較大程度地提高了收割效率，降低了收割成本[3]。

4 小型自動捆綁式收割機可行性分析總結

小型自動捆綁式收割機可應用于現代農業及城市園林綠化等多領域，可進行油菜、稻谷、大豆、牧草等作物收割。

收割機特點：①收割干凈，鋪放整齊，同時進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；④收割、運送、捆綁速度遠遠高于人工以及同類相關機械；⑤操作簡單，能快速組裝、維修、拆卸；⑥可拆分運送機械各個部件，各部分功能互不影響。