芋头收获机的设计与试验研究

2017-03-03武汉市农业科学技术研究院农业机械化科学研究所廖剑王锐李旭杜铮卢泽民舒虹杰

湖北农机化 2017年1期

武汉市农业科学技术研究院农业机械化科学研究所廖剑王锐李旭杜铮卢泽民舒虹杰

芋头收获机的设计与试验研究

武汉市农业科学技术研究院农业机械化科学研究所廖剑王锐李旭杜铮卢泽民舒虹杰

近年来，芋头作为一种重要的水生蔬菜，种植面积不断增加，规模化、产业化生产发展迅速，截至2015年，芋头全国种植面积已经达到5.33万hm2，在农业增效、农民增收、农村环境改良等方面作用显著。然而传统芋头收获主要依靠人工挖掘，劳动强度大、收获效率低，严重影响芋头规模化种植。本文根据芋头种植农艺要求，在茎块类收获机基础上改型研究，选择合适的配套动力，实现了芋头的机械化采收，并进行了田间试验，采收试验效果良好。

种植农艺；芋头收获机；收获试验；

1 前言

芋头又名山芋、冬芋、毛芋等，多年生块茎植物，常做一年生作物栽培[1]，分为水芋和旱芋[2]，湖北省主要栽培旱芋。芋头营养丰富，含有大量的淀粉、矿物质及维生素，既是蔬菜又是粮食；芋头还是一种清热解毒、健脾强身的保健蔬菜，有一定的药用价值[3]。截至2015年，芋头全国栽培面积约5.33万hm2，种植面积呈进一步增长趋势[4]。

近年来，芋头作为一种重要的水生蔬菜品种，种植面积不断增加，规模化、产业化生产发展迅速，在农业增效、农民增收、农村环境改良等方面作用显著。然而传统芋头收获主要依靠人工挖掘，劳动强度大、收获效率低，严重影响芋头规模化种植和产业化发展。

目前，国内外茎块类收获机研究进展迅速，尤其是马铃薯收获机，20世纪90年代，美国、前苏联、德国、日本等几个主要生产马铃薯的发达国家，已经实现了马铃薯收获全程机械化[5]，国内也实现了马铃薯收获挖掘工作的机械化，然后通过人工捡拾完成马铃薯的采收。

旱芋也属于茎块类作物，然而一直没有芋头收获的专用机械。本文根据武汉市芋头种植农艺要求，在通用薯类收获机基础上进行改型研究，选择合适的配套动力和参数，实现了芋头的机械化采收。

2 芋头种植农艺要求

以武汉市黄陂区鑫宝元农业发展有限公司种植的白牙芋为例，其种植面积13.33 hm2。该品种11月下旬播种，地膜覆盖；次年4～5月揭膜、培土；7月下旬至9月收获。

其种植模式采用单垄双行，垄宽1.5～1.6 m，垄高150 mm，挖100 mm深沟下种，行距900 mm，株距250 m m～300 mm。如图1、图2所示。

次年5月，两行之间开150 mm深沟，变为单垄单行，并培土至垄高300～400 mm，如图3所示。

图1 芋头种植垄示意图

图2 芋头种植垄行间距示意图

图3 培土后种植垄示意图

3 结构设计及工作原理

3.1 总体结构设计

芋头收获机主要由机架、减速箱、铲刀、杆条固定皮带、振动杆、振动筛、驱动轮、传动机构等组成，其整体结构设计如图4所示，其中图4（a）为芋头收获机二维结构示意图、图4（b）为芋头收获机三维模型图。

图4 芋头收获机结构示意图

3.2 结构参数设计

3.2.1 杆条间隙确定

一般芋头为球形、卵形、椭圆形或块状等形状，为了研究方便统一采用长、宽、厚3个特征尺寸来描述芋头的物理机械特性，其中厚度尺寸是关键的一个尺寸。分离输送器的杆条间隙如图5所示，从图中可以看出以下关系：

L=L1+D，式中L—杆条间距；L1—杆条间隙；D—杆条直径。

图5 杆条间隙

要使分离输送器达到筛分土壤，保留芋头的目的，杆条间隙的设计应该满足L1＜c的条件，即保证芋头在杆条上的漏失率≤5%，据资料和实际测量，我国红白芋厚度大多在100～200 mm之间，我们选择杆条间距为100 mm，杆条直径为13 mm，得到杆条间距为87 mm。

3.2.2 动力传动总成

整个动力传动系统如图6所示，由万向节、变速箱、链传动等组成。拖拉机动力输出轴的动力经过变速箱和链传动两级减速驱动输送链旋转，可以通过更换不同直径的链轮达到改变传动比的目的。拖拉机动力输出轴通过万向联轴节将动力传给齿轮Z1、Z2。由Z2将动力传递给Z3，Z3通过链条将动力传递给链轮Z4和Z5，链轮Z5在机具右侧，通过链传动将动力传递给振动筛轴Z6。齿轮Z1、Z2在齿轮箱内，它们不但改变传动方向，而且改变传动比，相当于一级减速器。