多功能自走式生姜聯合收獲機的研制

馬偉順 魏燕 馬寶田 方濤 王松紅 吳曉燕

摘?要：生姜收獲具有勞動強度大、成本高、效率低，生姜怕傷、易碎、怕凍的特點，研制了高質、高效生姜聯合收獲機，設備具有挖掘、姜母回收、削苗、裝箱等功能。設備主要由破土減阻機構、夾拔提升機構、姜母回收機構、姜秧切削機構、姜秧打捆機構5部分組成，生姜收獲機的研究對促進生姜產業健康發展、提高農民收入、降低勞動強度具有非常現實的意義。

關鍵詞：生姜收獲；多功能；自走式

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.10.088

0?引言

目前，在生姜收獲環節存在兩個問題，對生姜產業造成了嚴重的影響。一是人工收獲生姜費時費力，作業人員的勞動強度大，如果雇傭工人收獲，由于人工收獲效率低導致成本非常高，市場急需成熟的收獲裝備。二是生姜收獲存在晚收、急收的特點，人工收獲時對勞動力需求量大，短期內很難找到需求的人力資源。生姜晚收可以增加產量，提高生姜的質量，根據生姜生長特點，收獲前期每天畝產增加100～150公斤，如果生姜收獲太晚，氣溫較低會導致霜凍，生姜易出現腐爛，存放時間較短。因此，需要在霜凍出現前的最短時間的窗口期完成姜的收獲和儲存，才能實現生姜生產的最佳收益。

國內生姜收獲機械主要為分段式，替代人工挖掘工序，按作業方式可分為挖掘式和提拉式。僅能完成松土挖掘和提拉拔姜的工序，但是削苗、姜母回收等工作仍需要人工完成。其中挖掘式收姜機人工操作難度大，勞動強度大，對機手操作技術要求高，收獲過程中姜的損傷率高。提拉式收姜機對不同土質的地塊存在適應性問題，提拉角度和高度調整困難，機器加拔機構的土質適應性差，在土壤松散的地區收獲效果好，土壤黏濕時收獲效果差，姜母收獲率低。姜母回收率低不僅是姜母經濟價值的損失，更重要的是容易造成或加重姜瘟、病蟲害的發生，影響來年生姜的種植生產。為進一步提高生姜收獲的自動化程度，提高生姜收獲效率和質量，本文根據生姜收獲的基本流程，設計一款集挖掘、姜母回收、削苗、裝箱等于一體的多功能自走式生姜收獲裝置。

1?總體設計

結合生姜收獲農藝方案，通過對破土減阻機構、夾拔提升機構、姜母回收機構、姜秧切削機構、姜秧打捆機構的研究，實現生姜挖掘夾拔出土、姜母回收、姜秧切削、姜塊裝箱或裝車生姜聯合收獲作業。生姜聯合收獲機結構示意圖如圖1所示。

其工作流程是：通過驅動裝置，沿著生姜種植的姜壟，行走于姜田中，安裝于裝置前方的挖掘松土機構在姜壟兩側插入姜塊下方，通過液壓控制運動，使挖掘松土機構完成松土和姜根切斷；通過夾持輸送機構把姜苗夾拾，可將其連根拔起，并隨著鏈條的運動送入底部清土機構，清除附著在姜塊上的泥土，然后進入姜秧切削機構切削姜秧，利用裁剪刀的剪切切削機構將姜苗與姜塊切割分離；姜塊自動落入裁剪刀下方的輸送碼放平臺，人工撿拾裝箱；姜苗則隨著姜秧輸送機構繼續向裝置后方運動，直至裝置尾部，姜苗自動落地。

2?生姜破土減阻技術

根據生姜種植和姜塊生長特點，設計液壓控制的破土減阻機構，布置于收獲機前端。解決因土壤板結或干旱造成生姜收獲挖掘阻力較大造成挖掘困難的問題。采用輕型土壤切割片，設計優化入土傾角，從姜壟兩側傾斜入土，切斷姜塊側根、疏松土壤，降低夾拔阻力。該機構采用缸液壓控制提升，作業時入土深度根據種植情況調整；非作業時提升到合理高度，避免影響行走。

3?生姜夾拔收獲技術

通過對生姜夾拔阻力、姜秧加持力、提升力與提升速度的關系等要素的研究，生姜夾拔收獲機采用柔性技術方案，以防止姜秧被夾斷，同時根據生姜加拔阻力，調整合適的提升速度，避免姜塊，特別是姜母沒有拔出。加拔機構采用姜秧夾持帶前低后高的傾斜設計，通過夾持帶與行進速度的匹配，使夾持位置與地面保持水平方向近似不動，實現緩慢向上提拉的效果，保證姜塊的完成性，降低收獲損傷率、提高姜母收獲率。

4?姜母回收技術

在夾持輸送過程中，通過柔性敲打、螺旋輸送分離、刮板式提升技術，將姜塊底部姜母敲落，并實現姜塊土壤的破碎脫落，將姜塊底部包裹土壤清除，同時將姜母打落，姜母落至姜母回收橫向輸送裝置，橫向輸送裝置將姜母輸送至姜母回收裝備，并在輸送過程中將土塊和姜母分離。螺旋式分離輸送機構可有效的對姜母和土塊進行分離并輸送至刮板機構，然后由刮板式提升機構將姜母輸送至姜母收集機構。

5?姜塊削秧機構

根據姜塊形狀特征和生姜收貯農藝要求，設計姜塊削秧機構，姜秧削苗機構液壓驅動方式，裁剪機構由裁剪刀、拉桿、移動桿、曲柄、連桿、蝸輪和蝸桿組成，并將姜秧輸送至收獲機一側。

6?結論

多功能自走式生姜收獲機是復雜的機械、電子、控制等多學科知識融合的機電產品，其組成機構的設計研究是本產品的關鍵。本文設計的產品基于對生姜種植和收獲的流程，模擬人工采收的工作方式，一次性完成多個收獲環節的處理。對產品進行了總體設計和破土減阻機構、夾拔提升機構、姜母回收機構、姜秧切削機構等設計制作，對促進我國生姜種植產業的發展具有重要的意義。

參考文獻

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