一种手扶式小型电动挖蒜机的设计与试验研究

秦贞龙+高迟

摘要：根据莱芜地区大蒜种植模式和技术要求，借鉴现有的研究成果，设计一种手扶式小型电动挖蒜机。挖蒜机以蓄电池组为动力源，由直流无刷电机直接驱动，采用变频控制技术控制转速，利用后翻土和震土分离原理实现大蒜挖掘。

关键词：挖蒜机；后翻土犁刀；设计；震土装置；地膜收集

中图分类号：S225.7+9 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）09-0041-03

大蒜是一种重要的经济作物，在我国北方地区种植面积较大。作为一种密集型种植、收获作物，大蒜生产的劳动强度较高，具有较强的机械化生产需要。大蒜的蒜头容易损坏，暴力型挖掘和机械碾压均会影响其品质，加之种植垄距缺乏统一标准，导致大蒜收获很难完全实现机械化。莱芜地区大蒜种植规模小而散，不适于应用大型收获机械。为此，根据当地大蒜的种植模式和技术要求，借鉴现有的研究成果，设计一种手扶式小型电动挖蒜机，旨在为大蒜收获提供适用机具。

1 小型电动挖蒜机总体设计

挖蒜机由犁刀、震土装置、犁刀架、直流无刷电机、爪型旋转地膜收集机构、蓄电池及控制箱和车体构成，结构如图1所示。直流无刷电机、蓄电池及控制箱属于车体的一部分。直流无刷电机是动力来源，而蓄电池是能源和整机运动的关键，设置时必须有较大余量，一般按普通电动车的2倍标准设置，同时设定合理的工作时间，以防电源缺电造成损坏和不便。

直流无刷电机和驱动地轮是一体化结构，即电机直接安装在轮子上。本设计选用一种电动车的驱动电机和轮子。

2 小型电动挖蒜机工作原理

手扶式小型电动挖蒜机以蓄电池组为动力源，由直流无刷电机提供动力，驱动单只地轮行走。后翻土挖蒜犁刀安装在犁刀支架上，犁刀支架为矩形中空结构；犁刀支架下挂装有震土装置，犁刀支架和震土装置构成“回”形机构；在行走过程中，犁刀挖起的土和蒜头被抛向后侧的犁刀支架中部，并落入震土装置；震土装置通过转动震动分离蒜头和土，其中土被震碎后从震土装置的链条间隙落回田地；在安装于震土离装置上面的网状右抛机构控制下，蒜头从挖蒜机右侧落向田地并成行排列，以方便收集或晾晒，避免在行走过程中碾压蒜头。

前置后翻土挖蒜犁刀采用独特设计，挖起的土从犁刀正上方犁刀支架中间落到震土装置。挖蒜机前部设置爪型旋转地膜收集机构。该装置具有多种功能，可在挖取蒜头和蒜苗茎的同时收集地膜并暂存于地膜收集箱，储存到一定量时可抛向挖蒜机右侧集中放置。

只挖取蒜头时，需要先切断蒜头和蒜茎，地膜收集爪安装切茎刀，地膜收集机构收集地膜和蒜苗茎。不安装挖蒜犁刀时，地膜收集机构可以用作整地辅助工具，收集地表的作物秸秆、杂草等轻便杂物。该挖蒜机还可以用于收获马铃薯。

3 小型电动挖蒜机关键部件设计

3.1 犁刀结构

犁刀是挖蒜机的关键部件，必须与总体机构相匹配，且符合大蒜种植的垄距要求。经过考察和试验，确定选用后翻土犁刀，其结构图如图2所示。犁刀能挖沟开土和切断蒜根，并在行走过程中把土和蒜头抛向后方的震土装置。考虑到动力的大小，选配单犁刀，一次挖一垄。

3.2 震土装置

震土装置（见图3）主要由链轮、链条组成，是与犁刀相结合的平面链轮行走装置。该装置以链轮触地，中间通过链条连接，上部安装右侧抛蒜挡板。行走时，震土装置利用自身的震动实现碎土功能。

震土装置安装在犁刀后部的犁刀架和车架上，在挖蒜机的带动下前进。调节震土装置高度可控制犁刀入土深度。犁刀架是用来安装固定犁刀的矩形支架，犁刀安装在矩形支架前端，方便土和蒜头落入矩形支架内部。

3.3 地膜收集机构

爪型旋转地膜收集机构由地膜收集爪、地膜装载爪、传送带、清卸地膜爪和地膜收集箱组成，如图4所示。

地膜收集爪设置在挖蒜机前端、挖蒜犁刀之上，左右各1个，用来把地膜从地中切断搂起。地膜装载爪和清卸地膜爪是作用相反的2种铁钩型机构。在传送链条带动下，地膜装载爪把地膜收集爪搂起的地膜勾住并挑到传送带上。地膜装载爪垂直于传送带表面，与地膜收集爪交错安装。行走过程中，传送带向上逆时针旋转，带动地膜装载爪向上运动，使搂起的地膜向上传递。清卸地膜爪把传送带上的地膜勾住，送入地膜收集箱。地膜收集爪、地膜装载爪和清卸地膜爪均为左右2只，类似于铁钩。

实际生产中，大蒜收获有2种形式：一是传统带蒜茎收获，蒜头和蒜茎不分离；二是先切除蒜茎只挖蒜头收获。为适应第二种收获，在地膜收集爪上安装切茎刀（见图5），用于切掉蒜茎。

若卸掉挖蒜犁刀，地膜收集装置可作为平整田地辅助工具，用于快速收集田间的作物秸秆、杂草等轻便杂物。更换专门的犁刀，挖蒜机还能用于马铃薯挖掘收获。

4 小型电动挖蒜机性能分析

配直流无刷电机1 200 W，蓄电池组容量60 Ah，可承受总阻力≤100 N，轮径20.8 cm。根据公式

v=60 πdn/1 000，求得直流无刷电机的转速约为1 r/s。

根据传统种植习惯，大蒜垄间距10～15 cm，株距小于10 cm，深度10～12 cm。挖蒜时，每棵蒜的总土量约为0.001 m3，质量为1～2 kg。而挖蒜机总阻力小于100 N，车体小于25 kg，在摩擦系数0.3的情况下，能够满足挖蒜作业要求。

设计运行速度4 km/h左右，与人行走速度相仿，收获效率为400 m2/h左右（约0.6亩）。按每天收获7 h计算，总行走距离不超过30 km，蓄电池充1次电即可。

根据设计方案制作样机模型，图6为后翻土犁刀；图7为旋转地膜收集机构，虽然能完成相应功能，但不稳定，需要改进。由于条件有限，样机结构还需进一步精简优化。

5 结论

手扶式小型电动挖蒜机以蓄电池组为动力源，由直流无刷电机直接驱动，采用变频控制技术控制转速，减少了辅助机构和机械体积，成本低，绿色环保。震土装置把蒜抛向右侧，符合传统的大蒜收获习惯。地膜收集机构自动完成对地膜的收集，有效降低人工劳动强度，提高效率，经济效益和社会效益显著。

参考文献

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Abstract： The existing research results was used to design a kind of small walking type electric digging garlic machine according to the cropping pattern and technical requirements of garlic in Laiwu area. The digging garlic machine， which used battery as the power source， was drove directly by brushless DC motor， frequency conversion control technology was used to control the revolving speed， and realized garlic dug by taking advantage of the theory of back plough coulter and shaking soil off .

Key words： digging garlic machine； back plough coulter； design； shaking soil off device； mulching film collectionendprint