薛向磊，鄭航，葉云翔，俞國(guó)紅，武萌，任寧

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)裝備研究所,杭州市,310021)

0 引言

榨菜是我國(guó)特有的農(nóng)產(chǎn)品,現(xiàn)已形成完整的榨菜產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)發(fā)展格局,年生產(chǎn)榨菜140萬(wàn)噸以上,產(chǎn)品遠(yuǎn)銷全國(guó)各地并出口52個(gè)國(guó)家和地區(qū)。2020年涪陵區(qū)榨菜產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)120億元,帶動(dòng)16萬(wàn)余農(nóng)戶人均榨菜純收入2 200元[1]。收獲過(guò)程是榨菜生產(chǎn)中用工最多環(huán)節(jié),也是全程機(jī)械化最為薄弱環(huán)節(jié),其種植區(qū)域多為丘陵山地,收獲完全依靠人工,作業(yè)過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、成本高。隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的日益短缺和勞動(dòng)力成本的不斷增加,榨菜人工收獲的成本逐年提升,嚴(yán)重影響榨菜的產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益,成為制約榨菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)榨菜等根莖類作物的機(jī)械化收獲方式進(jìn)行了大量研究并取得一定成果[2-3]。張濤等[4]設(shè)計(jì)了一種具有柔性?shī)A持功能的青菜頭收獲機(jī),切割成功率為89.5%,青菜頭損傷率為10.8%。金月等[5]設(shè)計(jì)的手扶自走式的青菜頭聯(lián)合收獲機(jī),其采用圓盤切割根莖,配合剪葉和脫葉裝置,青菜頭清潔率可達(dá)90.04%。杜冬冬等[6-7]對(duì)甘藍(lán)根莖部進(jìn)行了切割試驗(yàn)研究,表明夾持方式和切割速度對(duì)切割力的影響顯著,切割力與粗纖維含量呈線性關(guān)系。王金武等[8-9]設(shè)計(jì)了一種用于胡蘿卜收獲的單圓盤對(duì)頂切割裝置,裝置性能最優(yōu)情況下胡蘿卜損傷率為0.53%。

此外,也有不少學(xué)者針對(duì)不同的切割方式進(jìn)行了研究[10-12]。鄭智旗等[13-14]利用等滑切角式粉碎定刀和隨粉碎刀輥高速旋轉(zhuǎn)的粉碎動(dòng)刀形成的支撐滑切作用對(duì)秸稈進(jìn)行粉碎,并進(jìn)行了應(yīng)力分析和激勵(lì)頻率校驗(yàn)。周華等[15-16]基于滑切和自激振動(dòng)減阻的原理,設(shè)計(jì)了滑切型自激振動(dòng)深松裝置,試驗(yàn)表明,在各速度下相對(duì)于傳統(tǒng)弧形深松鏟可減阻7.79%～8.81%。苑進(jìn)等[17]設(shè)計(jì)了一種用于菠菜收獲的兼具切根與根系聚攏功能的新型根切鏟,并建立受力模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化?？捣宓萚18]利用自制的往復(fù)式枝條切割試驗(yàn)臺(tái)對(duì)探究蘋果枝條剪切力學(xué)特性,并得出切割力與枝條直徑呈線性增長(zhǎng)關(guān)系。種植榨菜的丘陵山區(qū)土壤一般含水量高,黏度大,榨菜根部與土壤間的作用力較大,采用傳統(tǒng)的夾持拔取的收獲方式往往會(huì)造成表皮破損,進(jìn)而損傷榨菜頭,影響儲(chǔ)存與加工。

本文基于榨菜的幾何參數(shù)與物理特性,根據(jù)榨菜物理力學(xué)特性和種植地區(qū)地形特點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)榨菜快速無(wú)損收獲為目標(biāo),研究青菜頭切根原理,設(shè)計(jì)一種基于定刀滑切原理的“打葉—切根”聯(lián)合作業(yè)榨菜收獲機(jī),對(duì)滑切裝置、切纓裝置、行走底盤等關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì),并對(duì)不同刀具刃口進(jìn)行了受力分析,設(shè)計(jì)了履帶式底盤,并對(duì)履帶式行走裝置的行走速度v、接地比壓P、最大牽引力T等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計(jì)算;分析了各因素對(duì)打葉、切根成功率的影響,并進(jìn)行了整機(jī)參數(shù)優(yōu)化,得到榨菜收獲機(jī)最佳工作參數(shù)組合。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 榨菜種植農(nóng)藝及物理特性

榨菜種植采用兩行相間的方式,如圖1所示。兩行行間距為40 cm,株距25 cm;兩行之間留50 cm的操作走道,栽后田間肥水管理嚴(yán)格按照榨菜農(nóng)藝要求執(zhí)行,種植地塊坡度一般低于10°。

圖1 種植農(nóng)藝圖Fig.1 Diagram of planting agronomy

榨菜的相關(guān)幾何尺寸測(cè)定對(duì)榨菜切割裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的確定起到至關(guān)重要的作用。如圖2所示,榨菜莖瘤及縮短莖位于地表上方,主根及須根位于地表以下。

圖2 榨菜尺寸示意圖Fig.2 Diagram of pickled cabbage size

參照GB/T 5262—2008 《農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)驗(yàn)條件測(cè)定方法的一般規(guī)定》要求,采用游標(biāo)卡尺、直尺、電子秤等測(cè)量工具對(duì)榨菜縮短莖離地高度和直徑,莖瘤直徑、縱徑和質(zhì)量,地表以下根長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量,并統(tǒng)計(jì)分析,進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)切割裝置,避免榨菜莖瘤與切割裝置發(fā)生干涉現(xiàn)象。

試驗(yàn)品種為涪雜4號(hào),種植于重慶市涪陵區(qū)江北榨菜加工區(qū),隨機(jī)選取成熟程度相近的青菜頭植株,測(cè)得榨菜的縮短莖離地高度在10～50 mm之間,地表以下根長(zhǎng)在60～160 mm之間,縮短莖直徑在15～40 mm之間,莖瘤直徑在100～180 mm之間,莖瘤縱莖在70～110 mm之間。榨菜在成熟收獲時(shí)一般有5～6片葉子,株高40～50 cm,葉片展開度為50～75 cm。

1.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)

榨菜收獲機(jī)主要由機(jī)架、履帶底盤、切纓裝置、滑切裝置、電控系統(tǒng)等組成,如圖3所示。履帶底盤通過(guò)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng),用于承載機(jī)架等作業(yè)裝置;切纓裝置對(duì)榨菜的葉纓進(jìn)行切割,主要包括切纓刀、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和調(diào)節(jié)電缸;滑切裝置對(duì)切纓后的榨菜進(jìn)行切根收獲,并將其引導(dǎo)至兩側(cè);電控系統(tǒng)用于行走及作業(yè)控制,通過(guò)推桿實(shí)現(xiàn)整機(jī)操控。

圖3 整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Diagram of the machine Structure1.滑切裝置 2.刀架 3.機(jī)架 4.控制板 5.發(fā)動(dòng)機(jī) 6.蓄電池 7.切纓裝置 8.履帶底盤

1.3 工作原理

本文設(shè)計(jì)的榨菜收獲機(jī)主要作業(yè)部件為切纓裝置和滑切裝置,切纓裝置安裝在機(jī)器的前端,其安裝架與履帶底盤鉸接,二者之間設(shè)置有電缸,用于調(diào)整切纓裝置的高度;滑切裝置安裝在整機(jī)的后方,主要由滑切割刀、刀架和電缸組成,且割刀通過(guò)刀架與機(jī)架連接,刀架上安裝有調(diào)節(jié)高度的電缸,割刀傾角可通過(guò)兩端的弧形槽進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)整機(jī)開始作業(yè)時(shí),履帶底盤向前行進(jìn),通過(guò)控制臺(tái)兩側(cè)推桿控制行走方向,蓄電池為前后調(diào)節(jié)電缸和切纓轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)供電,通過(guò)控制臺(tái)中間推桿控制前后裝置高度,隨著底盤向前行進(jìn),滑切刀平移向前進(jìn)行榨菜切根收獲,整機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 榨菜收獲機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of mustard harvester

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 滑切裝置設(shè)計(jì)

2.1.1 割刀滑切角參數(shù)確定

收獲割刀從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上可分為固定式割刀和往復(fù)震動(dòng)式割刀,由于榨菜切割收獲作業(yè)是入土切割,動(dòng)割刀在工作時(shí)易出現(xiàn)進(jìn)土卡殼和損傷榨菜菜頭的問(wèn)題。固定式割刀切割穩(wěn)定性好,根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為平刀和非平刀,但平刀對(duì)于切割后的榨菜和積土的分導(dǎo)能力較差,易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,收獲行進(jìn)阻力大,耗費(fèi)功率。

本文根據(jù)榨菜的生長(zhǎng)特性和收獲要求,設(shè)計(jì)一種固定式V形榨菜收獲滑切割刀,如圖4所示。該滑切割刀由V形割刀與焊接在兩端的固定板組成,其中割刀V形突出部分開刃用于切割榨菜根部,兩側(cè)的固定板設(shè)置有調(diào)整槽和固定孔,可通過(guò)螺栓與割刀桿相連并可調(diào)整入土角度。

圖4 滑切割刀示意圖Fig.4 Diagram of sliding cutter1.固定孔 2.調(diào)整槽 3.V形割刀 4.刃口角

V形刀口的設(shè)計(jì)可避免出現(xiàn)收獲堵塞現(xiàn)象,并可在收獲時(shí)對(duì)榨菜縮短莖產(chǎn)生滑切效應(yīng),可以有效防止榨菜植株傾翻進(jìn)而造成損傷的情況出現(xiàn)?；薪鞘歉畹度芯€與水平方向的夾角,作為V形割刀的設(shè)計(jì)關(guān)鍵,同時(shí)也決定著滑切效應(yīng);滑切角過(guò)小,滑切效應(yīng)不明顯,滑切角過(guò)大,割刀整體尺寸過(guò)大,易損壞。

基于以上分析,選取割刀一側(cè)刃口一點(diǎn)對(duì)滑切角與滑切效應(yīng)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算,分析求解滑切角取值范圍為試驗(yàn)提供理論依據(jù)。基于X-Y坐標(biāo)系,以割刀的前進(jìn)方向作為Y軸正方向,任選刃口上一滑切質(zhì)點(diǎn)P,其與定刀刃口的相對(duì)位置如圖5所示。

圖5 定刀滑切受力分析Fig.5 Analysis of the stress of the knife sliding cutting

當(dāng)履帶底盤帶動(dòng)割刀向前平移時(shí),將受到割刀刃口的法向力、菜根摩擦力、割刀摩擦力。建立質(zhì)點(diǎn)P動(dòng)力學(xué)平衡方程如式(1)所示。

(1)

式中：Fn——定刀刃口法向力,N;

Ffy——菜根對(duì)滑切質(zhì)點(diǎn)P沿Y軸摩擦力,N;

θ——滑切角,(°);

m——滑切質(zhì)點(diǎn)P質(zhì)量,kg;

ay——沿Y軸方向牽連加速度,m/s2;

Ffτ——滑切質(zhì)點(diǎn)沿定刀刃口切線方向的摩擦力,N;

aτ——質(zhì)點(diǎn)沿定刀刃口切線方向加速度,m/s2。

滑切質(zhì)點(diǎn)P在割刀刃口的切割作用下有向正方向前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),菜根對(duì)質(zhì)點(diǎn)P有沿Y軸負(fù)方向的摩擦力,割刀和滑切質(zhì)點(diǎn)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),故P點(diǎn)沿刃口切向的摩擦力

Ffτ=Fnf=Fntanφ

(2)

式中：f——滑切質(zhì)點(diǎn)與割刀刃口的摩擦因數(shù);

φ——滑切質(zhì)點(diǎn)與割刀刃口的摩擦角,(°)。

將式(2)代入式(1)化簡(jiǎn)可得

Fn(tanθ-tanφ)=maτ

(3)

割刀在正常工作狀態(tài)下法向力Fn>0,為使定刀和滑切質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),滑切質(zhì)點(diǎn)切向加速度必然大于零,即ατ>0,由式(2)可得θ>φ,即滑切角大于割刀和滑切質(zhì)點(diǎn)間的摩擦角。該摩擦角是為兩者之間的復(fù)合摩擦角。經(jīng)測(cè)定,其摩擦因數(shù)不超過(guò)0.5,對(duì)應(yīng)的摩擦角約為25°,因此,割刀的設(shè)計(jì)滑切角需大于該摩擦角。參照一般滑切角取值范圍[13]為20°～55°。綜合滑切角與滑切效應(yīng)的關(guān)系,選取滑切角θ為25°、40°、55°不同刀型開展試驗(yàn)。

2.1.2 割刀刃口角確定

刀具刃口一般有雙面刃和單面刃,假設(shè)榨菜莖稈質(zhì)地均勻,且兩種刃口的刀具材質(zhì)和質(zhì)量相同,對(duì)二者分別進(jìn)行受力分析,如圖6所示。

(a) 雙面

1) 雙刃口刀具受力分析。如圖6(a)所示,通過(guò)對(duì)雙刃口刀片與莖稈間的受力分析,構(gòu)建摩擦力f′的公式如式(3)所示。

f′=Ftanα

(4)

式中：f′——雙面刃楔面所受莖稈的摩擦力;

F——莖稈對(duì)雙面刃楔面的壓力;

α——刀具切割時(shí)的摩擦角。

同時(shí)可計(jì)算刀片所需的切割力,如式(5)所示。

(5)

式中：F2——雙面刃刀具所需的切割力;

β——刀具刃角。

2) 單刃口刀具受力分析。如圖6(b)所示,根據(jù)假設(shè)條件可知,F1=F、F3′=F3,同時(shí)摩擦角大小保持不變。根據(jù)式(4)可以類比推導(dǎo)出f1、f2,如式(6)和式(7)所示。

f1=F′tanα

(6)

f2=F1tanα

(7)

式中：f1——單面刃刀具下方所受莖稈的摩擦力;

f2——單面刃刀具楔面所受莖稈的摩擦力;

F′——莖稈對(duì)單面刃刀具下方的正壓力;

F1——莖稈對(duì)雙單刃楔面的壓力。

結(jié)合式(6)和式(7)可求得切割刀片所需要的切割力,如式(8)所示。

F2′=F3′+f1+f2cosβ+F1sinβ+ma

(8)

式中：F2′——單面刃刀具所需的切割力;

F3′——莖稈對(duì)單面刃刀具刃口的阻力。

同時(shí)根據(jù)受力分析圖可求得出F′。

F′=F1cosβ-f2sinβ

(9)

結(jié)合式(8)和式(9)可得式(10)。

F2′=F3+2Fcosβtanα-Fsinβtan2α+Fsinβ

(10)

結(jié)合式(5)和式(10)可得式(11)。

ΔF2=F2-F2′

(11)

根據(jù)刀具設(shè)計(jì)要求,可確定β和α的邊界條件,如式(12)所示。

(12)

綜上所示,結(jié)合式(11)和式(12)可得出：ΔF2恒大于零。因此,本文采用單刃口的刀具類型作為切割刀片。

2.1.3 割刀刀架設(shè)計(jì)

為適應(yīng)不同品種的榨菜切割收獲,V形滑切刀需安裝在可上下移動(dòng)的刀架上,本問(wèn)選用穩(wěn)定性強(qiáng)且易調(diào)節(jié)的平行四桿機(jī)構(gòu)作為刀架的基本結(jié)構(gòu)。刀架各桿的牽引角α牽、長(zhǎng)度l以及橫向?qū)挾萢的大小等都對(duì)平行四桿工作的穩(wěn)定性有直接的影響。根據(jù)實(shí)際工作條件本研究確定刀桿上下平移高度為10～20 cm,如圖7所示平行四桿機(jī)構(gòu)上下總運(yùn)動(dòng)量為h。

圖7 平行四桿機(jī)構(gòu)參數(shù)圖Fig.7 Parameters of parallel four-shot mechanism

h=l[sin(α牽+α1)+sin(α2-α牽)]

(13)

式中：α1——上牽引角,(°);

α2——下牽引角,(°)。

若要上下牽引量相同,平行四桿的上下拉桿越長(zhǎng),則牽引角α變化范圍越小;上下拉桿越短,則牽引角α變化范圍越大。為使單組部件能夠穩(wěn)定工作,牽引角變化范圍越小越好。因此,上下拉桿長(zhǎng)一些有利。但拉桿加長(zhǎng),會(huì)使結(jié)構(gòu)不緊湊,機(jī)具重心后移,對(duì)懸掛式刀架的縱向穩(wěn)定性不利。

本研究參照一般的平行四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理,確定α牽為0°～10°,α2為6°～22°,即刀具最大入土深度時(shí)的向下移動(dòng)牽引角6°～22°,α牽+α2為20°～40°,即刀具最小入土深度的向上移動(dòng)牽引角20°～40°。

由于初始工作角α0=0°,上下移動(dòng)高度相等,只計(jì)算一側(cè)即可,即連桿的長(zhǎng)度

(14)

式中：L——連桿的長(zhǎng)度;

h2——下移動(dòng)量,mm;

α0——初始工作角,取0°。

基于以上分析,得出桿長(zhǎng)范圍,刀架通過(guò)電動(dòng)推桿控制刀桿無(wú)極升降,刀桿同時(shí)設(shè)有角度調(diào)節(jié)孔,確保刀具入土角可調(diào),刀具位置布置緊湊,前置橡膠履帶保持了切根作業(yè)的穩(wěn)定性,采用平行四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成,整機(jī)結(jié)構(gòu)輕簡(jiǎn),刀架升降平穩(wěn),可適應(yīng)丘陵山地收獲需求,平行四桿刀架如圖8所示。

圖8 平行四桿刀架Fig.8 Parallel four-shot knife rack1.割刀連接桿 2.電缸 3.刀架

2.2 切纓裝置設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中選用于榨菜打葉切纓的裝置采用無(wú)級(jí)變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)均勻分布的正反共6把刀具旋轉(zhuǎn),并通過(guò)電缸調(diào)節(jié)打葉高度完成不同狀態(tài)下對(duì)成熟榨菜頂葉去除作業(yè)。打葉裝置由鋰電提供電力通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀片高速旋轉(zhuǎn),并通過(guò)控制單元調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,調(diào)速范圍為0～2 000 r/min,如圖9所示。

圖9 切纓裝置Fig.9 Diagram of tassel cutting device1.切纓刀 2.旋轉(zhuǎn)電機(jī) 3.切纓罩殼 4.電缸 5.切纓刀架

2.3 行走底盤設(shè)計(jì)

根據(jù)榨菜實(shí)際生長(zhǎng)的田間情況,輪式底盤在榨菜田間容易打滑且前進(jìn)過(guò)程中需要較大的牽引力,為保證機(jī)器在田間的良好通過(guò)性,確定選用履帶式底盤,并對(duì)履帶式行走裝置的行走速度v、接地比壓P、最大牽引力T等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計(jì)算。行走裝置要滿足不同作業(yè)情況的要求,針對(duì)不同的土壤情況,調(diào)整行走速度,設(shè)定行走速度在0.5～1.0 m/s之間。

履帶單位接地面積所承受的垂直荷載,稱為履帶接地比壓。假設(shè)兩條履帶與土壤完全接觸,且行走裝置的重心與機(jī)器的幾何中心重合,即

(15)

式中：P——履帶平均接地比壓,MPa;

G——機(jī)器工作重力與垂直外載荷所構(gòu)成的合力,N;

b——履帶接地寬度,mm;

L——履帶接地區(qū)段長(zhǎng)度,mm。

計(jì)算可得P=5 015.38 Pa,并依據(jù)榨菜種植壟寬與動(dòng)需求設(shè)計(jì)的三角履帶底盤,主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 履帶底盤的技術(shù)參數(shù)Tab.2 Technical parameters of the track chassis

3 田間試驗(yàn)與分析

3.1 試驗(yàn)條件與方案

為了確定榨菜聯(lián)合收獲機(jī)的最佳工作參數(shù)組合,針對(duì)所設(shè)計(jì)榨菜收獲機(jī)分別就打葉和根切分別進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)品種選擇涪雜4號(hào),并于涪陵江北街道鄧家村分別進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)與優(yōu)化組合的性能試驗(yàn)。

根據(jù)涪陵榨菜收獲農(nóng)藝要求,打葉合格以打葉收獲后葉纓高度為指標(biāo),小于80 mm即為合格,其余為不合格;切根合格以切根位置距青菜頭縮短莖距離為指標(biāo),距離小于30 mm為合格,其余為不合格。以打葉合格率為試驗(yàn)指標(biāo),刀具轉(zhuǎn)速、行走速度和刀軸中心距地高度為試驗(yàn)因素開展打葉優(yōu)化試驗(yàn);以切根合格率為試驗(yàn)指標(biāo),以入土角度、行走速度和滑切角度為試驗(yàn)因素開展切根優(yōu)化試驗(yàn),得到優(yōu)化組合后再進(jìn)行優(yōu)化組合的性能試驗(yàn)。

因?yàn)榇蛉~試驗(yàn)和切根試驗(yàn)因素間互不影響故采用六因素三水平正交試驗(yàn),根據(jù)實(shí)際榨菜打葉的可操作性和效率等因素,確定切纓裝置速度的較優(yōu)范圍為1 000～2 000 r/min;承載底盤行走速度的較優(yōu)范圍為0.5～1 m/s;刀軸中心高度的較優(yōu)范圍為200～400 mm;確定刀具入土角度的較優(yōu)范圍為0°～10°;刀具滑切角度的較優(yōu)范圍為20°～55°。試驗(yàn)因子水平如表3所示。

表3 試驗(yàn)因素水平表Tab.3 Leaf-leaf test factors horizontal

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

選擇榨菜切纓合格率與采收合格率作為試驗(yàn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),打葉試驗(yàn)和切根試驗(yàn)的9組試驗(yàn)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。A、B、C、D、E、F分別為刀具轉(zhuǎn)速、打葉行走速度、刀軸中心高度、入土角度、切根行走速度、滑切角度的因素編碼值。

表4 試驗(yàn)方案及結(jié)果分析表Tab.4 Table of test scheme and result analysis

從表4可以看出,以試驗(yàn)5打葉效果最優(yōu),其水平組合為A2B2C3,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析可知：R3>R1>R2,影響試驗(yàn)結(jié)果的各因素關(guān)系為打葉高度>刀具轉(zhuǎn)速>打葉行走速度。試驗(yàn)的最佳條件組合為：刀軸中心高度為400 mm,打葉行走速度為0.75 m/s,打葉刀轉(zhuǎn)速為1 500 r/min。

在切根試驗(yàn)結(jié)果中試驗(yàn)9效果最優(yōu),但在實(shí)際試驗(yàn)中由于入土角度和行走速度較大,導(dǎo)致榨菜莖瘤表面損壞較多,所以取試驗(yàn)4作為最優(yōu)的水平組合,割刀入土角度對(duì)切根合格率影響最大,行走速度對(duì)打葉和切根作業(yè)的合格率影響較小。試驗(yàn)的最佳條件組合為：刀具入土角度為5°,切根行走速度為0.5 m/s,刀具滑切角為40°。

由上述分析可見,車體行走速度對(duì)于打葉成功率和切根成功率影響較小,選取最優(yōu)組合：切根刀具入土角為5°,刀具滑切角為40°、打葉刀軸中心高度400 mm、刀具轉(zhuǎn)速為1 500 r/min,切根行走速度定為0.5 m/s。

以此工作參數(shù)組合進(jìn)行聯(lián)合收獲作業(yè)性能試驗(yàn),得到打葉成功率和切根成功率分別為96.8%和91.2%。

4 結(jié)論

1) 通過(guò)對(duì)榨菜種植農(nóng)藝和物理特性進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)了一種定刀滑切式榨菜聯(lián)合收獲機(jī),主要包括基于滑切原理設(shè)計(jì)的滑切型收獲割刀,該割刀具有滑切和收獲導(dǎo)向的作用,通過(guò)建立滑切質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)系對(duì)滑切角進(jìn)行理論分析,該割刀可以有效地實(shí)現(xiàn)榨菜的切根收獲作業(yè),設(shè)計(jì)滿足要求。

2) 結(jié)合榨菜收獲農(nóng)藝分別對(duì)旋轉(zhuǎn)切纓裝置、平行四桿刀架以及履帶底盤進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真,設(shè)計(jì)用于安裝鏟刀的平行四桿刀架以及切纓裝置,實(shí)現(xiàn)了割刀的縱向位置可調(diào),調(diào)整范圍是10～20 mm,使其可適應(yīng)不同高度地隙與環(huán)境的榨菜切根作業(yè),該機(jī)能夠較好地解決榨菜機(jī)械化收獲問(wèn)題。

3) 分別進(jìn)行了榨菜打葉和切根的多因素正交試驗(yàn)及性能試驗(yàn),選取最優(yōu)參數(shù)組合：切根刀具入土角為5°,刀具滑切角為40°、打葉刀軸中心高度400 mm、打葉刀轉(zhuǎn)速為1 500 r/min,行走速度為0.5 m/s,田間試驗(yàn)表明,在最佳榨菜收獲參數(shù)下進(jìn)行收獲作業(yè)下,打葉合格率和根切合格率可分別達(dá)到96.8%和91.2%。