一种履带式全液压蔬菜种植复式机的设计

周学剑 李健

近年来，江苏省设施农业发展迅速。截至2018年底，全省蔬菜播种面积达142.5万hm2，产值突破1000亿元大关。但江苏省蔬菜生产机具保有量较少，机械化率仅在50%左右。设施农业机械作业功能单一，生产环节前后不配套等问题制约了设施农业机械化发展。设施农业机械化生产要达到标准化、规范化的要求，必须先解决机具集成优化问题。为此，基于设施农业作业平台的研发，提出一种履带式全液压蔬菜种植复式机技术方案。

1 整体方案

通过对小青菜、觅菜、茼蒿等蔬菜生产环节和蔬菜生产农艺要素物理特性的研究，研制一种履带式全液压蔬菜种植复式机（如图1所示），搭载耕翻、起垄、整平、镇压、播种及收获等作业装置，可实现一机多用，解决叶菜机械化生产前后环节间的衔接问题，大幅度提高叶菜机械化生产的标准化程度。

2 行走底盘系统设计

行走底盘系统（如图2所示）是复式机的关键部分。行走底盘系统结构布局、动力测算和分配、前进速度和效率决定着整机的作业效能。它由上盘和下盘组合而成，下盘主要功能是用于安装履带驱动轮、履带支重轮、履带导向轮、整机平衡轮、履带导向撬、履带张紧机构以及HST+机械变速箱和左右履带；上盘的主要功能是用于安装发动机、散热器、液压油箱、柴油箱、液压控制电磁阀、蓄电池、操控平台、工作部件悬挂支架、液压管路油缸、控制线束等。

发动机的液压散热组合放置在发动机的右侧，同时朝向整机的右外侧，便于通风散热，且结构紧凑。液压油箱和柴油箱并排放置在左前位置，便于观察和补充油料。操控平台放置在中部左侧位置，并悬空突出，便于不同工作部件的更换安装，操控平台上设计有主操作杆（控制机具前进、后退、转向）、油门控制手柄、组合仪表（显示发动机转速、发动机水温、发动机油温、液压油油温等）、钥匙开关、各工作部件控制按键、安全扶手、中央控制器等元器件。操纵系统采用多功能电液式设计，操作人员可通过一根操作手柄控制整机前进后退、左右转弯，结构紧凑、操作方便、挂接简单、作业流畅。

图1 履带式全液压蔬菜种植复式机

图2 行走底盘系统

3 旋耕起垄装置设计

耕整部件的旋耕起垄部分挂接在整机前端（如图1所示），由机架、起垄刀轴、起垄刀、旋耕刀、液压马达、压垄板、刮土板等组成。

旋耕起垄装置采用高效率液压摆线驱动，结构简化，便于拆卸和更换，通过一个平行四边形连杆支架挂接在行走底盘上。旋耕起垄部件在液压油缸的作用下升降时，与地面的相对位置、姿态不改变，垄沟开挖清晰。旋耕刀片采用对称单螺旋结构排列，整轴刀片20把，尾部两侧各有两把开沟起垄刀片。作业时，刀片把垄沟的土壤滑切后排到垄面，不同方向排布的旋耕刀片切抛均匀，形成较为规整的垄型，然后在尾部两侧的压垄板和上部刮土板的共同作用下，对垄型挤压修正，形成规整垄面，便于收获环节的机械化作业。

4 镇压装置设计

镇压装置通过连杆和液压缸挂接在行走底盘的尾部（如图1所示）。为保证后期叶菜收获的质量和效果，提高仿形基准面，对畦面机械化压实进行了优化设计。镇压装置由液压马达、传动链、振压辊(2个）和两对重量相等的偏心锤组成，压实装置与行走底盘采用三点挂接，通过油缸举升。

镇压装置采用了主动双振压辊技术，在左右侧板的上部，对称安装两根偏心轴，每根轴的两端，各安装一个偏心锤，两偏心轴之间由一对齿轮啮合相向同步旋转。运转时，左右偏心力相互抵消，上下偏心力合并，产生上下往复变化的激振力，配合两个动力振压辊使得土壤在整平的同时得到压实，垄面更加平整饱满。左右两侧板的下部，按垄型要求折弯成对应尺寸形成梯形状，用来阻挡土壤向两侧垄沟方向移动，也可对垄型的两侧腰面进行拍打压实。采用激振装置使得垄型土壤密实，不易塌陷，前振压辊与后振压辊呈前高后低的布置状态，并且以比前进速度更快的线速度旋转，使压辊与土壤间产生较大的滑移，通过此滑移进一步碾碎表面土块，使得畦面土壤更加细碎和平整。

5 收获装置设计

收获装置（如图3所示）由割台、输送带、升降油缸、液压仿形装置、操控和收集装置等几大模块组成，能实现一次性仿形、切割、输送、收集等功能。

图3 收获装置

割台采用两轮带式回转切割器，主要由液压调速驱动马达、割台主框架、月牙形环形带锯、带锯驱动轮、带锯从动轮、带锯张紧轮、联接座等组成。割台的整体结构简洁、重量轻。割台有三个轮的轴的位置可调，可方便地改变带状齿形割刀上下间的距离，提高对不同高度蔬菜收获的适应性。割刀以滑切的形式切割蔬菜茎秆，振动小，噪音低，并可根据不同的蔬菜特性，由液压调速阀手动调整切割速度，能适应大多数叶菜品种的切割要求。

切割输送装置由左右侧板、联接机架、输送带、输送带驱动装置、输送带被动辊、输送带张紧机构、仿形辊组件、液压马达等部件组成。在运输或田间行走时，割台升降油缸抬升，使得割台切割输送装置远离地面；作业时，割台升降油缸回收。当液压仿形辊接触畦面时，割台升降油缸通过电动控制，液压回路处于常开状态，割台切割输送装置的控制权转移到液压仿形装置，从而最大限度的实现与畦面的机械仿形功能，提高整机的适应性，降低收获损失；同时，可避免切割器入土带来的诸多问题。

收获作业时，带刀回转运动，叶菜被切割，顺着输送带方向倒伏到输送带上，再被传送至输送带上端，随着回转下落到收集箱中，完成叶菜的收割。操纵人员通过对液压仿形油缸的控制，以畦面为支撑点，实现对割刀与畦面间隙（割茬高度）的调节，满足留茬不同的各类叶菜收获需求。

6 整机性能

履带式全液压蔬菜种植复式机在江都市小纪农业生态园进行了试验检测（如图4、图5所示）。试验条件：土壤类型为壤土，前茬作物是青菜，环境温度为31℃，湿度为38%，播种和收获对象是小青菜，收获菜龄26d，蔬菜高度23cm。检验结果见表1、表2。

7 结语

通过试验验证，履带式全液压蔬菜种植复式机的设计方案是可行的，通过更换不同功能部件可完成叶类蔬菜的旋耕、起垄、镇压、播种、收获机械化作业，实现了一机多用，减少了机具的采购成本，作业效果和作业质量均达到了生产要求，为设施蔬菜机械化生产提供了一种新的解决方案。

表2 收获试验数据

图4 耕整、播种试验

图5 收获试验