番茄扶秧收割机设计

韩晓琪　冯指名　苏娜　王文娟　王瑞丽

摘要：针对番茄联合收割获过程中分秧扶秧效果不好、收割损失大的问题，提出番茄两段收获方法，研制番茄扶秧收割机。该机主要由分秧器、扶秧器、切割器、电机和机架构成，能完成番茄分秧、扶秧和收割功能。采用蓄电池提供动力，可实现清洁生产，在大棚、温室内进行收获作业。利用三维建模软件建立收割机三维模型，对关键部件进行有限元分析。通过虚拟试验和有限元分析优化部件结构并制作样机，为番茄扶秧收获机的研制提供了参考。

关键词：番茄；收获机； 分秧；扶秧；有限元分析

中图分类号：G312；S-03 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）01-0026-03

我国是世界上番茄栽培面积最大、生产总量最多的国家，也是世界第二大加工番茄生产基地。番茄种植和田间管理已基本实现机械化，但仍主要依靠人工采摘，收获机械化水平较低。国外对番茄收获机研究起步早且技术成熟，主要以 FMC，CTM等公司为代表。进口收获机价格昂贵，服务周期长，难以满足国内番茄收获需求。国内对番茄收获机的研究主要集中在新疆，李景彬等研究了番茄收获抛秧装置，对其结构进行简化和优化，提高了番茄收获质量。齐伟等对番茄收获机的风机进行改进设计，以提高番茄收获机的作业效率和番茄收获质量。陈明昌等在番茄收获机上加装测产装置，以提高番茄收获信息化水平。周军平等对番茄收获机喂入机构进行优化设计，以提高番茄收获的质量。另外，番茄分枝能力强，果实多且重，容易导致番茄秧倒伏，收获时难以从地表收集并分离倒伏的番茄秧和果实，部分番茄漏收或被收获机轮胎压碎，造成较大损失。徐为民等研究番茄扶秧机，对其结构和关键部件进行了设计和仿真分析，为机械化收获番茄提供依据。

为解决番茄倒伏难以完整收获的问题，可采用两段收获方法，即先把倒伏的番茄秧和果实扶起并收割铺放到垄上，再用番茄联合收获机进行捡拾、输送、摘果、分离等作业，减少因倒伏导致的番茄损失。结合番茄生产农艺要求，研制一种两段式小型番茄扶秧收割机，旨在探索番茄扶秧收获的参数，为研制番茄扶秧收获机提供依据。

1 整体结构及工作过程

番茄扶秧收获试验装置由分秧器、拨秧器、切割器和机架组成（图1），能够实现对成熟番茄的分秧、扶秧、切割功能。分秧器使倒伏在垄沟内相互缠绕的番茄秧分离，通过一对相对旋转的拨秧器把分离开来的番茄秧扶正并拨向两侧，为切割器收割番茄秧做准备。最后，用往复运动的切割器切割长有番茄的番茄秧，并输送到一侧铺放。番茄收割并铺放后可人工摘果或使用带有捡拾器的联合收获机进行后续摘果和分离作业。

番茄扶秧机试验装置主要参数如表1所示。

2 典型零部件设计

2.1 分秧器

分秧器（图2）由护板、挡板和支撑架组成，护板挡板连接成楔形，分秧器较长直角边长度350 mm，与地面形成一个5°～7°的向下偏角（视支撑轮大小角度可以调整）。分秧器的作用是将收割机收割范围之外的相互缠绕的秧分离；支撑架起到固定和支撑的作用，防止番茄秧过于浓密对材质较软的分秧器阻力过大造成变形；偏向地面的微小角度可以更好地分离贴近地面的秧，起到更好的分离效果；分秧过程中，分秧器两侧与番茄秧紧密接触，摩擦损失较大，护板可以有效保护分秧器。

2.2 拨秧器

拨秧器（图3）由拨秧辊子和若干软质橡胶条组成，辊子由轴承固定在机架上，软质橡胶条均匀地在辊子上缠绕两周。辊子装在分秧器之后，2个一组相向旋转，前排一组的两个辊子向外侧旋转，后排辊子向内侧旋转。需要注意的是，辊子上为增加摩擦力而加装的软质橡胶条的缠绕方向一定要正确。分秧器将番茄秧分离后，拨秧器利用辊子旋转使软质橡胶条和番茄秧接触产生摩擦力，将番茄秧扶正，便于番茄秧进入收割范围。其中，前排辊子间距较小，向外侧旋转将倒向中间的番茄秧扶正；后排辊子间距较大，向内侧旋转将倒向外侧的番茄秧扶正。前后排辊子一起工作，可以将倒伏的番茄秧扶正，等待收割刀切割。橡胶管的直径不宜过大或过小，过大或过小都会影响辊子对番茄秧的扶秧作用。

2.3 切割器

切割器为往复式割刀，主要由曲柄滑块机构和割刀组成，由于番茄秧较为粗大，故采用通用I型割刀。I型割刀的切割速度较高，切割性能较强。割刀的带动装置为曲柄滑块结构，其优势是结构简单、工作可靠，在小型联合收割机中应用较广。

2.4 机架和动力选择

机架是整个装置的基础。为防止往复式割刀的巨大震动破坏整体结构、影响工作效率，机架整体应有足够的强度和刚度，故机架材料选用高强度高刚度的钢材。此外，该机还在机架上安装了支撑轮，主要起支撑作用，并减小割刀摆动震荡对正常工作的影响。

为能在温室或大棚进行番茄收获作业，选择电机（12 V，50 r/min）为收割机和拨秧器提供动力，电机由12 V蓄电池供电。

3 分秧器有限元分析

利用Solidworks软件对试验装置进行三维建模和有限元分析，如图4所示。

分析结果表明，分秧器最大应力为501 kN/m2，最小应力为3 kN/m2，强度达到设计要求。

4 结论

采用三维建模方法设计番茄扶秧收割机并进行样机制作，在沈阳农业大学机械设计竞赛中获得三等奖。该机集分秧、扶秧、切割功能于一体，能节省人工分秧、扶秧成本。样机尚需进一步试验完善，以期在生产实践中应用。

参考文献

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