宋帥帥，楊 欣，馮曉靜，殷夢杰，何建華

(河北農業(yè)大學 機電工程學院，河北 保定 071000)

自走式麻山藥收獲機的研究

宋帥帥，楊 欣，馮曉靜，殷夢杰，何建華

(河北農業(yè)大學 機電工程學院，河北 保定 071000)

針對麻山藥人工收獲效率低、傷根及收獲標準不統(tǒng)一等問題，設計了專用的麻山藥收獲機。該機采用鏈式開溝自走方式進行作業(yè)，可同時平整土地、收獲山藥、自動填溝，是一種多功能麻山藥收獲機。田間試驗和收獲作業(yè)表明：收獲機作業(yè)過程中性能穩(wěn)定、效率高，收獲麻山藥根系完整、破損率低、開溝質量及翻振效果良好，作業(yè)質量符合農藝要求。該機具的設計為產業(yè)化麻山藥收獲提供了技術支持。

麻山藥；收獲機；機械化；鏈式開溝

0 引言

麻山藥是藥食兩用無公害作物，其蛋白質含量高而含糖量低，種植投資少且產量高，近幾年市場需求量逐漸增大，在河北、山東、河南等省份均有較大面積種植，發(fā)展前景廣闊[1]。麻山藥的塊莖呈長圓柱形，垂直向地下生長，深度可達1m以上。麻山藥挖掘收獲絕大多數(shù)依靠人工刨溝采收，占用大量的勞動力，增加了勞動成本，影響了生產效率，不能滿足市場的大批量需求[2]。由于麻山藥特殊的生長環(huán)境和自身生長特點，其機械化收獲發(fā)展一直處于緩慢時期。近幾年，絕大多數(shù)農戶開始借用單純的開溝機進行輔助開溝作業(yè)，但塊莖受損度較高，農戶也處在觀望狀態(tài)，等待更好的收獲方式出現(xiàn)，因此麻山藥收獲亟待實現(xiàn)機械化。針對此問題，對麻山藥的收獲環(huán)節(jié)進行了技術調研，根據(jù)麻山藥種植戶收獲要求，結合農藝要求，設計開發(fā)了麻山藥收獲機。

1 總體結構

在整機結構布局上，首先要考慮機具作業(yè)條件和機具性能的穩(wěn)定性，結合作業(yè)特點及實際作業(yè)中裝卸和安裝是否方便等因素對整機做出合理布局，要求適用性、通過性良好、結構緊湊[3]。麻山藥收獲機主要工作部件包括推土機構、駕駛室、發(fā)動機及傳動系統(tǒng)、機架、覆土回填機構、開溝器和土壤翻振機構，如圖1所示。

1.1 工作過程與特點

麻山藥收獲機采用自走鏈軌式行走，與103kW發(fā)動機配套，動力充足，性能穩(wěn)定。收獲機作業(yè)前，確認連接與安裝部件連接安全。收獲機進田前，先調節(jié)翻振機構于升起狀態(tài)，便于開溝器入土，并通過駕駛室控制調整機具平行于作業(yè)路線并保證開溝機構位于麻山藥兩側。為便于作業(yè)，機具前端的整土機構開出平坦的作業(yè)路線，開溝裝置在山藥兩側挖出深溝，土壤翻振機構跟隨機具在麻山藥下方進行振動翻土，將麻山藥完整托出土面。該機作業(yè)是進行麻山藥根部土壤松動，作業(yè)開始時開溝鏈轉動入土，翻振機構隨其后入土開始作業(yè)，從山藥的底部和兩側實現(xiàn)多方位的松動。作業(yè)過程中，收獲機自動回填機構將開溝鏈附帶的土經運輸帶回填到上一行程產生的溝，實現(xiàn)覆土回填功能；隨著機具前進，只需人工將松動的麻山藥拾取放到一邊，不妨礙機具往返作業(yè)路線即可。該機適用性良好，操作簡單，主要有以下3個特點:

1) 可同時收獲兩行，中間鏈條配合振動鏟對麻山藥底部進行充分松動；

2) 機具液壓轉向代替?zhèn)鹘y(tǒng)轉向，采用液壓控制，方便可靠;

3)可同時平整土地、收獲山藥、自動填溝，極大地降低了人工勞動強度。

1.2 主要參數(shù)

麻山藥收獲機主要技術參數(shù)如表1所示。

2 主要工作部件及工作性能

2.1 鏈式開溝器

鏈式開溝器縱向開溝時，鏈刀的刀齒主要受到兩種力，分別是動力的驅動力及開挖土壤所受到的阻力。開溝作業(yè)中，兩種力同時施加在鏈條上，鏈刀上的刀齒部分必然會發(fā)生小幅度晃動。經研究，為了確保開溝質量，應盡量減小鏈刀在開溝過程中的振動，對鏈刀的線速度在設計時需進行一定的限定[4]。根據(jù)國外研究人員進行的實驗測試，鏈式開溝方式的開溝鏈對于沙性土來說，鏈速不宜過高，一般為 1.0～2.0m/s[5]。經綜合分析，設計開溝裝置基本參數(shù)如表2所示。

1.推土機構 2.駕駛室 3.發(fā)動機及傳動系統(tǒng) 4.機架 5.覆土回填機構 6.開溝器 7.土壤翻振機構圖1 自走式麻山藥收獲機結構示意圖Fig.1 The structure of hemp yam harvester表1 主要參數(shù) Tabl 1 The main parameters

參數(shù)單位數(shù)值機長mm5200機寬mm1940機高mm2500發(fā)動機功率kW103入土最大深度mm1200作業(yè)速度m/h130作業(yè)幅寬mm800

表2 開溝裝置基本參數(shù)

為了保證開溝質量，要求開溝裝置與機組行走速度和動力輸出系統(tǒng)相匹配。作為收獲機主要工作部件，其材料的選用也很重要?；诓牧厦芏?、極限強度、泊松比和耐磨性等，結合材料造價和可維護性，選用65Mn鋼。優(yōu)質65Mn剛性好，耐磨損，最常用于農機部件中的觸土工作部件[ 6-7]。開溝裝置應在保證開溝掘土性能的前提下較少增加整機質量，阻力最小，節(jié)省材料，降低生產成本。

2.2 土壤翻振機構

土壤翻振機構是麻山藥收獲機關鍵部件，關鍵在于振動鏟作業(yè)于麻山藥兩側進行振動松土。振動鏟采用兩側式，保證不傷及麻山藥的根系，降低破損率。該機構由振動鏟、偏心機構和傳動機構等組成，如圖2所示。同時，設計了撥土裝置，其作用是將已松動麻山藥聚集到中間位置，便于人工拾取。

2.3 覆土自動回填機構

覆土自動回填機構將所挖深溝進行土壤自動回填，極大地方便后期的人工作業(yè)和土地平整。該機構利用開溝刀切削土壤產生的阻力將土壤刨到輸送帶上，隨輸送帶運動到機構一側。在土壤輸送一側，設置可調節(jié)擋土板，通過調節(jié)卡板控制擋土板。通過擋土板的作用，可變化輸送帶上的土被拋出去的距離。農戶可根據(jù)自身需求設定卡板的位置,完成土壤自動回填。覆土自動回填機構如圖3所示。

1.偏心機構 2.撥土裝置 3.振動鏟 4.擺臂圖2 土壤翻振機構Fig.2 Soil vibration turning mechanism

圖3 覆土自動回填機構Fig.3 The backfill mechanism of Soil covering automatic

3 試驗與結果

在河北蠡縣試驗田進行樣機試驗，檢驗麻山藥收獲機的性能和作業(yè)質量，圖4為田間試驗情況。試驗田面積0.08hm2，土質為黃沙土。麻山藥類型為小白嘴山藥，設定開溝深度為1 200mm，寬度800mm。

圖4 田間試驗Fig.4 The field test

3.1 測試方法

對每一行程開溝深度、開溝寬度及塊莖完整度進行記錄，抽取其中的4組數(shù)據(jù)進行分析。根據(jù)收獲機在作業(yè)過程中的性能檢測記錄，來檢驗收獲機的性能指標和破損率是否符合農藝要求。

3.2 測試結果

隨機抽取4個行程作業(yè)情況記錄，每個行程中包括隨機抽取的 4 組數(shù)據(jù)。機具作業(yè)性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表3所示，破損率測試數(shù)據(jù)如表4所示。

表3 機具性能統(tǒng)計

利用下列公式進行計算，具體如下:

單個行程的平均開溝深度為

4 個行程的平均開溝深度為

每個行程的開溝深度變異系數(shù)為

4 個行程的開溝深度變異系數(shù)為

每個行程開溝深度穩(wěn)定性系數(shù)為

u=1-υ

4 個行程開溝深度穩(wěn)定性系數(shù)為

um=1-υm

每個行程的開溝深度標準差為

4 個行程的開溝深度標準差為

式中αi—各測點的測定開溝深度;

談職業(yè)信息采集與大學生就業(yè)………………………………………………………………………………………田孝彥（3.74）

n—每行程的測定點數(shù)；

nm—4個行程的測定點數(shù);

υ、υm—開溝深度變異系數(shù);

s、sm—開溝深度標準差;

u、um—開溝深度穩(wěn)定性系數(shù)。

表4 破損率測試表

續(xù)表4

將記錄數(shù)據(jù)通過下列公式進行計算，具體如下:

每個行程的平均破損率為

4 個行程的平均開溝深度為

式中bi—各測點的破損率;

n—每行程的測定點數(shù);

nm—4個行程的測定點數(shù);

計算結果為：收獲機破損率b=2.7%。

試驗數(shù)據(jù)和作業(yè)情況表明：該機開溝深度比較穩(wěn)定，變異系數(shù)較小，收獲麻山藥完整度較高，作業(yè)速度快，滿足設計要求。

4 結論

通過實地調研和查閱相關文獻，針對收獲麻山藥這一技術難題，設計了自走式麻山藥收獲機。該機可同時平整土地、收獲山藥、自動填溝，是一種多功能麻山藥收獲機。田間試驗表明：收獲機破損率在5%以下，滿足農藝要求。

[1] 梁學強，張景崎，翟雯雯，等.山藥收獲機械化技術研究[J].農業(yè)技術與裝備,2012(13):42,45.

[2] 閆帥華，劉文君，劉憶，等.山藥收獲機械化研究的現(xiàn)狀分析[J].中國高新技術企業(yè)，2016(18)：190-192.

[3] 路志坤，劉俊峰，李建平，等.蘋果樹起苗機的研究[J].農機化研究,2012,34(2):55-61.

[4] 楊國欣，鄧云澤，陳婷.土壤耕作部件力學綜述[J].農業(yè)與技術，1996(4)：40-41.

[5] 曾德超.機械土壤動力學[M].北京：北京科學技術出版社，1995.

[6] 胡佳佳,劉俊峰,李建平,等.果園施肥開溝機開溝刀的優(yōu)化設計[J].農機化研究,2010，32(12):41-44.

[7] 中國農業(yè)機械化科學研究院．農業(yè)機械設計手冊(上冊)[K]．北京:中國農業(yè)科學技術出版社，2007．

Study of the Yam Harvester

Song Shuaishuai,Yang Xin, Feng Xiaojing, Yin Mengjie, He Jianhua

(College of Mechanical and Electrical Engineering，Agricultural University of Hebei，Baoding 071001，China)

In view of the problems of low efficiency of artificial harvesting, the injury of root and the standard of harvest, the special purpose of the flax yam harvester was designed. This machine adopts the chain trencher self-propelled operation means. Field test and harvesting operation showed that harvest machine has stable performance, high efficiency, harvest Yam Root integrity, quality and good effect on vibration of ditching, work quality meets the agronomic requirements. The design of this machine is to provide technical support for the industrial production of yam.

hemp yam; harvest machine; mechanical; chain ditcher

2016-11-28

國家蘋果產業(yè)技術體系果園機械崗項目(CARS-28)

宋帥帥(1990-),男，河北邯鄲人，碩士研究生，(E-mail) 540214667@qq.com。

楊 欣(1976-)，男，河北定州人，副教授，碩士生導師，(E-mail)yangxin@hebau.edu.cn。

S225.7+2

A

1003-188X(2018)02-0080-05