温室韭菜收割机设计研究

苏维庆 袁盼盼

摘要：为提高韭菜收割的生产率和经济效益，在借鉴国内外先进技术的基础上，根据韭菜收割原理设计一款温室韭菜收割机。介绍温室韭菜收割机的设计思路和关键零部件的参数确定，探讨传送机构的选用，使机具一次完成韭菜的机械化收割和接收。

关键词：韭菜收割机;拨禾机构;设计;传送机构

近年来，随着反季节叶菜类蔬菜产业的发展，温室韭菜的收割、打捆、加工、包装成为研究热点。我国处于韭菜收割机的发展初期，许多菜农仍采用人工和小型割刀收割，收割机械的使用率不高。为此，根据韭菜收割原理设计一款温室韭菜收割机，用来实现韭菜的机械化收割和接收，为提高韭菜收割的生产率和经济效益提供适用机具。

1 温室韭菜收割机的设计思路

温室韭菜收割机主要由分禾器、拨禾轮、割刀、曲柄摇杆机构、传送滚、传送带、电机、机架等结构组成，如图1所示。

在确定行距后，发动机利用减速器驱动韭菜收割机。进地后，在分禾器的作用下实现单行韭菜喂入，用拨禾轮扶正韭菜后，通过与机架垂直的2个传送滚夹紧韭菜。往复式割刀在曲柄摇杆机构的作用下实现往复运动，被割断的韭菜通过传送带传送至接收器，完成韭菜收割。

传送带由传送电机带动，通过齿轮连接2个传送滚反向转动。传送带的主动传送滚带动从动传送滚运动，再通过皮带和齿轮实现拨禾轮转动。在韭菜收割过程中，传送装置和割刀装置的配合使用，使整个过程变得简单。前轮的高度可调，可根据不同作物调整割茬高度，实现一机多用。韭菜的割茬一般在1 cm左右。

2 温室韭菜收割机关键零部件设计

2.1 拨禾机构

拨禾轮可帮助收割机完成直立和一般倒伏作物的收割，其结构如图2所示。

拨禾轮的运动轨迹，取决于拨禾轮的圆周速度Vy与机器前进的速度Vm的比值。只有当拨禾速度比λ≥1时，才有可能将作物茎干引向割刀配合切割，并在割断后继续向后推送茎杆，避免在割刀上发生堆积和堵塞。工作过程中，需要拨禾轮具有良好的工作质量，除满足λ>1外，还应满足不同阶段的要求。切割时，拨禾轮扶持作物茎杆配合切割，避免切割器将茎杆向前推倒。

2.2 拨禾轮的位置调整

要使拨禾轮正常工作，安装高度就必须满足以下条件：H=L-h+R/H。式中：R为拨禾轮的半径;h为割刀离地的高度;L为作物高;H为拨禾轮軸安装高度。

当茎杆被割断后，若拨禾轮的作用点位于已割作物中心上方，就能将茎杆稳定地向后推送，直至与拨禾轮圆周相切的位置。如果拨禾轮的作用点过高，清扫切割的作用将减弱。如果拨禾轮的作用点在重心之下，则被割断的作物可能向前翻或被挑起。已割断作物的中心位置一般在顶部向下的1/3处，设已割部分的长度为L，则H=1/3 L。因此，若要使拨禾齿在割断作物的中心点以上，则应该保证H≥R+2/3（L-H）。

2.3 拨禾轮的转速

根据拨禾速度比确定拨禾轮转速。加大拨禾轮的速度比，其作用范围和作用程度将增加，但λ也不能过大。机器的前进速度Vm一定时，增大λ值，就需提高拨禾轮的圆周速度Vy，这将加大对作物的冲击，使作物不能够很好地被切割。

试验证明，韭菜收割速度一般为1.5 m/s。当机器前进速度Vm较高时，为使Vy不超过脱离损失限制的允许值，拨禾轮的速度比应减小。当机器前进速度较低时，可在Vy不超过3 m/s的情况下增加拨禾轮速度比，但会出现回弹现象。

拨禾速度比λ=Vm/Vy;角速度ω=πn/30。λ一般取1.3～2.3，这里取1.0。所以n=30 λVm/πR=30×1.8/0.4π=22 r/min。前进速度Vm应根据机器的生产率、割副、调配动力等因素而定。

2.4 拨禾轮的直径

拨禾轮的直径与稳定推送有很大关系，应满足：

3 曲柄摇杆机构的设计与计算

一般情况下，在曲柄摇杆机构中，曲柄为主动件且等速转动，摇杆为从动件作变速往返摆动，连杆作平面复合运动。同时，也可用摇杆作主动构件，其往复摆动转换成曲柄转动。

3.1 曲柄摇杆机构的简单设计

曲柄摇杆机构的结构见图3。

曲柄摇杆机构作为韭菜收割时的核心机构，AB为摇杆，在割刀电机的带动下绕A点转动，从而带动连杆BC摆动。D点为一定点，CDE为一弯曲连杆，在连杆BC的作用下CDE摆动，再用连杆EF连接刀具，实现动刀具的往返运动，进而实现韭菜切割。

3.2 割刀在曲柄摇杆机构下的运动分析

割刀的运动特性对切割器性能有直接影响。为简化分析，设曲柄轴的偏心距为0，连杆的长度为无穷大，则割刀运动可视为曲柄在割刀运动线上的投影，为一简谐运动，如图4所示。

若以曲柄轴心为坐标原点O，水平向右为X轴，向上为Y轴，并令曲柄由第二象限的水平位置顺时针转动，则：

速度Vx与位移x的关系为一椭圆方程式。椭圆的长轴半径为r，短轴半径为r2。

4 传送机构的设计与选择

传送机构选用带式传送，是连续运输机的一种，运输特点是形成装载点到装载点之间连续的物料流，可很好地完成韭菜从收割点到接收点的传送。传送带按放置分为水平、倾斜和组合3种;按转向分为顺时针、逆时针2种;按运动状态分为匀速和变速2种。

结合温室韭菜收割机的特点，采用组合式的传送机构，主动传送滚在韭菜收割机的后方，实现动力输入。韭菜收割机具有特殊性，采用双传送实现韭菜传送，动力输出的同时实现主动传送滚的反转。为此，使用齿轮连接2个传送滚筒的方式实现滚筒反转，结构如图5所示。

从动滚筒在割刀的前方，既能实现韭菜传送，又能对韭菜进行夹紧，整个传送装置如图6所示。

5 结语

目前，国外的韭菜收割机研制技术比较成熟，机具类型较多，效率较高，通用性也比较强，可以很好地实现韭菜收割。同时，有些收割机能够一机多用，在实现收割的前提下不伤根茎，不影响韭菜再生长。在借鉴国内外先进技术的基础上，根据韭菜收割原理设计一款温室韭菜收割机，实现韭菜的机械化收割和接收。机具具有结构简单、操作方便、节省人力等特点，且可连续作业，不易出现故障，应用范围广，具有较高的推广价值。

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