油莎草地下塊莖采收機研究與測試

李開宇，楊 寧，馬鳳江，馮良山

（遼寧省農業科學院耕作栽培所，遼寧沈陽 110161）

遼寧是我國北方重要的草原區，主要分布在朝陽、阜新、葫蘆島等遼西北地區。長期以來，由于對草原功能認識不到位，有關政策不配套，致使各類草原破壞嚴重、功能衰退、面積銳減，人工草地建設受阻，生產形勢十分嚴峻。人工草地建設滯后已成為限制農牧業經濟持續發展和生態環境改善的重要因素，人工草地建設可有效改善遼西北地區脆弱的生態環境。

油莎草塊莖集油、糧、牧、飼于一體，是一種綜合化利用效果明顯、經濟效益較高的新型經濟作物，適用于人工草地建設和生態修復。采收環節技術成熟，形成油莎草塊莖種植產業化，能夠有效助力遼寧省林草地區農業種植結構調整，增加當地農民經濟收入，對遼寧省地區油莎草塊莖產業健康發展起到示范和推動作用，同時也可促進生態環境保護，對實現農業可持續發展具有重要的現實意義。

1 總體結構及工作原理

1.1 總體方案

一是功能性要求。針對油莎草塊莖采收過程中的勞動強度大、提高作業效率低問題，機具不僅有挖掘功能同時還具有清選功能，有效改善采收質量，提高機具工作性能。二是土與豆分離要求。針對油莎草塊莖采收機土與豆分離難問題，采用輔助拋土機構提高土與豆分離的效果。三是根、草與豆分離。針對油莎草塊莖采收機根、草與豆分離難問題，采用前置振動式分離機構，以減輕后續機構作業的負擔。四是傳動系統簡單要求。機具挖掘、輸送及清選由拖拉機輸出動力驅動，傳動系統既要驅動脫粒、輸送及清選工作部件，同時又要保證傳動可靠。

1.2 總體結構

該油莎草塊莖采收機，包括機架、挖土鏟、輔助拋土機構、振動機構、輸送機構、分離機構、傳動機構、地輪和收集箱（圖1）。挖土鏟安裝在機架前下方，輔助拋土機構安裝在機架上，置于挖土鏟的后上方，在拋土鏟后方的機架上依次傾斜安裝所述振動機構和輸送機構，用于將油莎草塊莖混合物輸送至分離機構，分離機構安裝在機架后方。在分離機構輸料端設置收集箱，收集油沙豆。傳動機構分別連接輔助拋土機構、振動機構、輸送機構和分離機構，用于驅動輔助拋土機構、振動機構、輸送機構和分離機構。

圖1 油莎草塊莖采收機結構示意圖

1.3 工作原理

該機在作業時，挖土鏟挖起土壤，輔助拋土機構的拋土輪將破碎的土壤拋向振動機構，通過振動機構的振動，使油莎草塊莖和土壤的混合物通過振動進一步破碎分離，完成兩次分離。然后由輸送機構再將油莎草塊莖和土壤的混合物送至分離機構，通過分離機構的圓筒篩轉動，泥土由網格狀篩網落下，沒落下的泥土和豆在導向板作用下一邊滾動一邊向后運動，泥土落下。剩下的豆由接豆槽板排出，落入收集箱，完成分離收集作業。

2 主要零部件設計

2.1 輔助拋土機構

輔助拋土機構由拋土輪、拋土輪軸、軸承座和拋土鏈輪等組成。其中拋土輪是在拋土輪軸兩端分別固定端板，在兩端板間沿周向均勻固定多個柵條構成，拋土輪軸兩端分別伸出端板，通過軸承座安裝在機架側板上。在拋土輪軸的一端設有拋土鏈輪，通過拋土鏈輪連接傳動機構，由傳動機構驅動拋土輪軸帶動拋土輪轉動，拋土輪將挖土鏟挖起的土壤，由下向上向后滾動翻送。滾動過程中，通過柵條的撞擊將土壤破碎。

2.2 振動機構

振動機構由柵條軸、振動柵條、曲臂和偏心輪等組成。柵條軸兩端均鉸接安裝在機架兩側板上，振動柵條一端等間距安裝在柵條軸上，另一端為自由端，柵條軸一端伸出機架側板，其上連接曲臂一端，曲臂另一端鉸接連桿一端，連桿另一端連接安裝在機架側板上的偏心輪，偏心輪連接傳動機構。通過偏心輪驅動，帶動振動柵條軸轉動，使振動柵條振動，將油莎草塊莖混合物進一步破碎，以利于分離作業。

2.3 輸送機構

輸送機構由輸送帶、主動滾筒、從動滾筒、護板、主動鏈輪和從動鏈輪等組成。主動滾筒一端設有主動鏈輪，從動滾筒一端設有從動鏈輪，主動鏈輪連接傳動機構，主動鏈輪和從動鏈輪間通過傳動鏈連接。在主動滾筒和從動滾筒間套置輸送帶，輸送帶兩側設有護板，可避免雜物進入輸送帶內側，影響輸土作業。輸送機構將油莎草塊莖混合物向后輸送至分離機構。

2.4 分離機構

分離機構由圓筒篩、齒圈、環圈、托輪、導向板、齒輪、驅動齒輪和接豆槽板等組成。圓筒篩是由數個等間距周向柵條環和數個沿周向布置的縱柵條構成的網格狀圓筒，圓筒篩一端設有齒圈，另一端設有環圈，驅動齒輪、齒輪分置于機架兩側，分別與所述齒圈嚙合。托輪為兩個，分別為左、右托輪，設置在機架上環圈兩側。兩托輪支撐環圈，其中驅動齒輪連接傳動機構，驅動齒圈帶動圓筒篩轉動，完成分離作業。

2.5 圓筒篩

圓筒篩內壁設有延螺旋分布的多個導向板，起導向作用，并防止分離物的堆集、堵塞。驅動齒輪、齒輪通過軸承座安裝在機架上，兩托輪通過支架安裝在機架上，驅動齒輪、齒輪及兩托輪支撐分離機構。分離機構工作時，圓筒篩轉動，泥土由網格狀篩網落下，沒落下的泥土和豆在導向板作用下一邊滾動一邊向后運動，泥土落下，剩下的豆由接豆槽板排出，落入收集箱。

2.6 傳動機構

傳動機構由中央變速箱、左傳動輸出軸、右傳動輸出軸、側傳動軸及各個鏈輪等組成。中央變速箱通過左傳動輸出軸連接振動機構的偏心輪，驅動偏心輪轉動，帶動振動機構工作。中央變速箱通過右傳動輸出軸上設置的鏈輪和輸送機構的主動鏈輪通過傳動鏈連接，通過鏈傳動帶動輸送機構的主動滾筒轉動。主動滾筒和從動滾筒上同側的鏈輪通過傳動鏈連接，從動滾筒上的另一側鏈輪和輔助拋土機構的鏈輪通過傳動鏈連接，通過鏈傳動帶動輔助拋土機構的拋土輪工作。中央變速箱的輸入軸和側傳動軸花鍵連接，側傳動軸上的鏈輪和分離機構的驅動齒輪軸上安裝的鏈輪通過傳動鏈連接。通過鏈傳動帶動分離機構的驅動齒輪轉動，由驅動齒輪帶動齒圈轉動，使分離圓筒篩轉動，實現分離作業。

3 結語

針對現有油沙豆種采收機的技術缺點，開發出一種油莎草塊莖采收機，基本解決了目前油莎草塊莖采收過程中存在的勞動量大、收獲滾筒易纏繞、脫凈率不高、不易清理等問題，并實現油沙豆種采收機的多功能化。該機采用傳動機構采用機械傳動，結構簡單、制造成本低，更易于推廣應用。