馬鈴薯聯合收獲機物料提升裝置研究

馬鈴薯糧菜兼用，產量高，營養豐富，產品附加值高，國內種植面積及產量皆居世界首位，是我國重要的糧食安全作物。隨著我國農業生產向集約化、產業化方向發展，馬鈴薯生產機械的需求日益增大。近年來，國內校企在馬鈴薯裝備的研發與制造方面取得了長足進步，涌現了一批競爭能力較強的龍頭企業，這些企業結合我國具體國情進行整合創新，成功研制出了多款適用于中國馬鈴薯產區的聯合收獲機械，但同時，體現在馬鈴薯聯合收獲中的潔凈率低、傷薯率高等問題也越加明顯。

本研究針對馬鈴薯聯合收獲機土雜及石塊清選不凈和破皮、損傷率高的問題，結合中國北方馬鈴薯主產區收獲模式，以馬鈴薯高效低損輸送為目標，探究物料提升過程的碰撞損傷機理，研制用于馬鈴薯聯合收獲機的物料提升裝置，以期在滿足馬鈴薯聯合收獲生產效率及潔凈率的同時最大限度減少機收損失。

一、作業環境

物料提升裝置是為裝袋型馬鈴薯聯合收獲機實現二次清選提供集薯及升運支持而設計。在滿足整機對作業空間有限和作業效率契合的前提下實現集薯—升運—卸料的功能，具備一定的清土能力，同時達到低損作業效果，其作業環境如圖1所示：

裝袋型馬鈴薯聯合收獲機作業流程：①挖掘→②清土輸送→③物料提升→④分揀→⑤裝箱→⑥卸料裝袋。薯塊、秧蔓和土壤等混合物經挖掘后由薯土輸送分離篩輸送至棘輪清選裝置，棘輪清選裝置將大量泥土、石塊、秧蔓等清除后送入物料提升裝置（本研究主體內容），物料提升運裝置進行物料提升作業后將馬鈴薯卸至手選輸送平臺，經人工清雜后由手選輸送平臺輸送至集料箱，集料箱內馬鈴薯由卸料輸送帶輸送至裝袋平臺上的儲薯袋內，儲薯袋裝滿后由裝袋平臺卸至田間，完成整套馬鈴薯聯合收獲作業。本課題內容即為上述作業流程中的第③環節—馬鈴薯物料提升裝置的研究，為裝袋型馬鈴薯聯合收獲機實現二次清選提供物料提升支持。

二、總體結構

物料提升裝置主要用于裝袋型馬鈴薯聯合收獲機的物料提升環節，其整體結構形態呈現為“外方內圓”，即外部框架為方形，內部作業主體結構呈類圓形，框架內側呈類圓形排布導向限位膠輪，限制升運輸送帶及托運輸送帶運行軌跡；此種升運結構形可有效減小升運輸送對整機縱向空間的占用，充分利用馬鈴薯聯合收獲機橫向空間，實現小范圍內對馬鈴薯物料在垂直方向的集料及升運，在大幅減小裝袋型馬鈴薯聯合收獲機整機體量的同時，有效避免馬鈴薯因長距離輸送造成的翻滾、摩擦及碰撞損傷。

該裝置主要由機架、升運輸送帶、托運輸送帶、動力系統、電控系統及輸送帶限位膠輪組組成，采用網兜式升運輸送帶作為輸送主體，實現馬鈴薯由水平輸送至垂直提升的轉向作業，并結合升運+托運雙帶協同的作業方式，實現馬鈴薯由垂直提升回轉至水平輸送的環形輸送作業模式。動力系統由液壓泵站、液壓馬達、電液比例流量閥、液壓管路、驅動帶輪、皮帶輪等組成；電控系統由可編程邏輯控制器、轉速傳感器、電控線路、觸屏式顯示終端等組成，其整體結構如圖2所示。

三、主要技術參數

馬鈴薯聯合收獲機物料提升裝置主要技術參數如下表所示：

四、工作原理

物料提升裝置接收清選輸送裝置縱向送至的馬鈴薯物料，落入升運輸送帶的馬鈴薯物料被由聚氨酯網板組成的多個網兜分別收集，并在升運輸送帶的帶動下進行橫向外側方輸送；在經過一次轉向時，升運輸送帶載負馬鈴薯由橫向水平輸送轉變為垂直方向提升；經過二次轉向時，馬鈴薯在升運輸送帶在和托運輸送帶的協同作用下由垂直方向提升轉變為橫向內側方水平輸送，為避免此過程中馬鈴薯發生不必要的翻滾、摩擦及碰撞，雙帶線速度保持一致，過程中馬鈴薯逐漸脫離升運輸送帶網兜并落至托運輸送帶，由托運輸送帶繼續進行輸送作業并最終落至手選輸送平臺，完成整套作業過程。

該裝置通過液壓系統提供動力。常規情況下，裝置單位時間內接收物料量提高時，升運輸送帶載料量增加，動力系統負荷升高，液壓馬達轉速降低，驅動帶輪轉速降低，輸送帶線速度減小，此時輸送帶單位時間內上料量增加和線速度降低呈相互促進趨勢，需人工調整液壓流量閥開啟度，增大液壓流量，提高液壓馬達驅動力，來保持升運輸送帶穩定的工作狀態；裝置單位時間內接收上料量降低時，升運輸送帶載料量減少，動力系統負荷降低，液壓馬達轉速升高，驅動帶輪轉速升高，輸送帶線速度增加，此時輸送帶單位時間內上料量減少和線速度增加呈相互促進趨勢，需人工調整液壓流量閥開啟度，減小液壓流量，降低液壓馬達驅動力，使升運輸送帶保持穩定轉速正常工作。

五、結構特點

（一）提升結構。環形結構形式可充分利用馬鈴薯聯合收獲機橫向空間，實現小范圍內對馬鈴薯物料在水平方向的集料、卸料和垂直方向的升運，大幅減小馬鈴薯聯合收獲機整機體量。

（二）鏤空式聚氨酯柔性網板組合網兜。鏤空網板結構可提供對殘留于馬鈴薯表面的泥土額外的篩分能力；聚氨酯柔性材料可吸納馬鈴薯落入網兜時的沖擊力，并對落入網兜的馬鈴薯形成包裹狀態，限制升運過程中馬鈴薯的位移和翻滾，避免馬鈴薯之間及馬鈴薯與運載結構間發生過多的碰撞和摩擦，從而減輕對其造成的破皮和損傷。

（三）升運+托運雙帶協同作業模式。升運輸送過程中二次轉向時，馬鈴薯物料處于垂直提升至反向水平輸送的運輸過程，此時單獨依靠升運輸送帶無法處理馬鈴薯物料因自身重力而掉落的問題，故采用升運+托運雙帶協同作業模式，利用托運輸送帶輔助升運輸送帶完成提升轉向及后續的卸料工作。（作者單位：山東理工大學）