帶有真空吸附裝置的小青菜收割機

錢 程，張 凱

(南京信息工程大學，南京 210044)

1 收割機設計要求

根據葉菜類蔬菜的生長收獲特點，設計并制造了帶有真空吸附裝置的小青菜收割機，如圖1所示。葉菜收獲設備需要滿足以下的設計要求。

(1)根據現有蔬菜種植區域面積和空間的差異性，能夠適用于大棚或者小地塊的蔬菜收獲，即適應于操作空間有限的蔬菜種植的區域。收獲作業的時候，具有良好的靈活性、操控性和高效性。

(2)考慮到蔬菜種植的大棚是封閉的作業環境，為了適應現代農業節能減排的目標和低碳化、電驅化的趨勢，保證操作人員的工作環境和蔬菜的健康生長，收獲裝備采用電機作為驅動源。

(3)由于不同蔬菜的生長和食用條件各異，所設計的收獲裝備需要適應不同的葉菜類蔬菜的收獲，能夠完成不同速度要求、不同土質環境的收獲作業；能通過簡單操作，完成割茬高度的調節等功能。

(4)根據蔬菜的農藝要求，所設計的收獲裝備需要具備與農藝相符合的收獲質量，同時具備結構緊湊、體積小、重量輕、操作便利、價格適中等一系列特點[1]。

圖1 輕量化綠葉菜收獲總裝

(5)在收割機研究中，針對蔬菜收獲設備存在的不足，研制了一種輕量化的蔬菜收獲設備。完成整機結構設計，編制控制策略和軟件，初步實現蔬菜的高效收割，為下一步研究開發高效輕量化蔬菜收獲裝備奠定基礎[2]。

2 收割機的創新點

針對目前蔬菜收割機械只能收獲單一品種和收獲效率較低的問題，研究提高蔬菜收獲機械收割效率的方法。具體創新點如下：

(1)提出一種在傳送帶下設置向下氣流通道的方法，氣流可以形成吸附作用，把蔬菜吸附在傳送帶上，以增大傳送帶的傳送效率和傾斜角度，提高收割效率。

(2)開發一款國內先進的高效蔬菜收獲設備，并運用輕量化的材料實現整機質量的降低，以提高操作性[3]。

(3)采用割臺組合高度調整機構，粗細結合，便于調整。

(4)在后輪與收割機機體之間設置一個調節器，用來調節車體高度，方便用于不同土質情況的收割作業。

3 收割機主要部件設計

收割機的硬件主要包含鋁合金結構機架；輸送裝置包括撥禾片、傳送帶、傳送電機；切割裝置包括割刀、割刀連桿、割刀電機、割刀傳動裝置、收集裝置、收割高度調節裝置；驅動行走裝置包括前置驅動輪、后置方向控制輪、主控制裝置和蓄電池。

該機主要結構如圖2所示。

1.動力系統；2.收集框；3.輸送裝置；4.機架；5.拔禾輪；6.割刀高度調整裝置；7.切割裝置；8.行走裝置；9.控制裝置

4 帶有真空吸附裝置的傳送帶

傳送帶的結構與尺寸設計如圖3、圖4所示。在收獲過程中，根據蔬菜的類型和收獲要求，操作人員將割臺調整到合適的高度；并調節后置絲杠與收割機之間的高度以減小割刀與地面的高度，操作人員調節驅動電機[4]，驅動輪在電機的作用下向前行駛；控制割刀電機，割刀在電機的帶動下作直線往復運動，將蔬菜割下；撥禾片在電機的作用下，將切割下來的蔬菜撥送到傳送帶上；傳送帶兩邊采用不銹鋼鈑金，防止傳送帶上蔬菜掉落。傳送帶采用鐵氟龍網帶，表面有均勻分布的小孔，并在傳送帶上設置條狀突起增加摩擦力提高傳送效率。利用傳送帶下面設置的氣流通道，氣流可以使傳送帶產生一定的吸附作用，增大傳送帶的傾斜角度。同時將氣流引導至割刀上部的前方，把切割下的蔬菜吹向傳送帶，代替撥禾片的撥禾作用[5]。

輸送裝置主要分為鼓風機和傳送帶輸送裝置兩類，由于鼓風機式傳送裝置大多采用柴油驅動，存在高耗能、高污染問題，不符合本課題的節能減排的設計目標，所以采用了傳送帶輸送裝置。

傳送帶輸送裝置包括撥禾片和傳送帶組成，電機帶動撥禾片將切割下來的蔬菜撥禾到傳送帶上，傳送帶再將蔬菜運送到收集裝置中。當葉菜收割機向前運行時，割刀會對葉菜施加一個向前推的力，導致葉菜前傾，引起割刀對葉菜的破壞問題。通過撥禾片可以將田間由于生長導致呈倒伏狀的葉菜扶持起來，方便切割裝置的切割，從而減小田間收割的漏割面積。傳統傳送帶為了減少蔬菜從傳送帶上掉落的概率，會選擇減小傳送帶的傾斜角度，這帶來的問題就是收割機的機身長度會偏長[6]。為了增加傳送帶傾斜角度，減小葉菜收割機體積，本課題選用帶吸附作用的傳送帶，并在傳送帶上設置條狀突起提高傳送效率，通過在傳送帶下面設置氣流風道，形成傳送帶的吸附作用，增大傳送帶的傾斜角度。如果將氣流引導至割刀上前方，把切割下的蔬菜向傳送帶吹送，則可以代替撥禾片的撥禾作用，如圖3所示。

為了實現輕量化的目標，傳送帶選用不變形、無污染、輕巧耐用的鐵氟龍網帶，表面有均勻分布的小孔并在傳送帶上設有帶狀凸起能大大提高傳送帶的摩擦力。在傳送帶兩側設有導流擋板，一方面對收割完的葉菜進行聚流匯入傳送帶，另一方面防止葉菜從傳送帶的側面掉落。同時在傳送帶末端安裝有收集筐，收集從傳送帶上運送過來的蔬菜[7]。

圖3 傳送帶總成三維模型

5 試驗評估分析

葉菜類蔬菜收獲裝備的性能基本達到設計要求。由于機架總成及割臺總成主體均采用了鋁合金結構型材，整機重量大大降低。撥禾片取代了傳統的撥攏桿，撥禾效率明顯提高。傳送帶采用鐵氟龍網帶，不但可以減輕重量，更重要的可以在傳送帶下設置氣流風道，形成傳送帶對蔬菜的吸附力，從而增大傳送帶總成的傾斜角度，減小葉菜收獲裝置的結構尺寸。

圖4 傳送帶總成尺寸圖

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