牵引式芹菜自动收获机的研究设计

李蜀予，王艳梅，张清林

（1.宁夏工商职业技术学院，宁夏回族自治区 银川 750021；2.金凤区良田镇奕龙回民希望小学，宁夏回族自治区 银川 750021）

芹菜在我国有着悠久的种植历史和广阔的种植面积。但我国暂时还没有投产性能成熟的芹菜收获机。依靠人工收获，用工量大、费时费力、效率低下，种植经济效益下降。随着经济社会的发展进步，我国芹菜收获机械的发展潜力巨大。

国外在20 世纪六七十年代开发了几种芹菜收获机。从工作结构来分，国外的芹菜收获机主要有2 种，一种是先将芹菜顶部的茎叶割去，再由割根刀深入到土层下将芹菜根直接割除，由夹持带传送到收集箱进行打包；另一种是由夹持部件夹持住芹菜根部带土拔起，在传送带输送过程中由割刀将芹菜根和芹菜顶割去，并继续输送至收集箱打包。国外研制的芹菜收获机具有整体机构庞大、结构复杂的特点，适合于大规模作业收获，不适应我国棚内种植情况。而且大多数收获机价格昂贵、保养维修复杂，同时为了运输方便对芹菜整体破坏较大。

因此，研究适用于国内实际情况，尤其能与拖拉机配套使用的大型芹菜收获机，对提高芹菜收获效率、保持芹菜完整性、降低人工依赖程度、推进农业装备创新发展具有重要意义。

1 芹菜收获机结构设计

考虑到农户一般不具备太多的机械专业知识，因此芹菜收获机必须结构简单、操作性好、可靠性高、价格合理。本项目研制的一种牵引式芹菜收获机，结构主要由盘割刀、液压驱动机构、传送机构等组成。芹菜收获机由拖拉机提供牵引力和液压传动。芹菜在自然生长时茎叶很分散，为了方便收割，可以在夹持输送到盘刀前将芹菜集成一束。

图1 是芹菜收获机的整体结构示意图。

图2 是芹菜收获机的俯视结构图。

图3 为芹菜收获机传送带结构图。

2 芹菜收获机工作原理

该芹菜收获机以割台机架总成为基础，前边安装有2 组前纵向传送带，前纵向传送带的左右侧装有割台护板，在前纵向传送带的前方装有四组割刀总成，割刀总成由盘割刀、4 个刀轴、刀轴轴承总成、刀轴驱动液压马达组成，刀轴轴承总成由刀轴支架总成与割台机架总成连接，在割台机架总成的右侧装有地轮轴、地轮。

切割装置包括割刀盘、上刀架、下刀架，割刀两边的侧翼固定在下刀架上，刀刃呈圆形，上、下刀架通过连接轴连接在一起，其接触面为斜面，连接轴上设有卷簧，在卷簧的弹力作用下，上、下刀架在接触斜面处抵紧。

传动装置包括减速器、2 个链传动副和传动箱，动力源提供的动力经过减速器减速后，通过一个链传动副与传动箱连接，将动力传送给夹持输送装置，另一个链传动副将动力传送给行走装置。为了将切割下来的芹菜及时收集，在机架上还固定有储菜收集装置，该收集装置包括托板、储菜箱和支撑轮，储菜箱固定在托板上方，支撑轮固定在托板下方。

芹菜收获机的上、下悬架臂与拖拉机机架固定，使芹菜收获机挂在拖拉机前方。在拖拉机前进时，由拖拉机的液压系统给刀轴驱动液压马达提供动力带动刀轴转动，刀轴带动盘割刀转动，一组盘割刀顺时针转，另一组盘割刀逆时针转，产生相向的切割力割下芹菜并推送到前纵向传送带，由前纵向传送带运送到横向传送带上。在横向传送带驱动轴的作用下把芹菜并推送到后纵向传送带上，由后纵向传送带送至储菜箱。后纵向传送带由后纵向传送带驱动液压泵驱动，纵向传送带驱动液压泵液压由拖拉机供给。前纵向传送带和横向传送带的动力由地轮提供，地轮在机组前进推力作用下旋转，带动地轮轴直接驱动前纵向传送带，地轮轴带动主动链轮把动力传给链条、从动链、从动链轮轴、主动锥齿轮、从动锥齿轮、横向传送带驱动轴，驱动横向传送带运动。在机组前进中连续作业，实现芹菜的机械化收获。

割台机架总成前上方装有横向传送带，横向传送带由横向传送带右支承轴、支承轴轴承总成、驱动轴，驱动轴支承轴承总成装在割台机架总成，在横向传送带右侧装有后纵向传送带，后纵向传送带由后纵向传送带驱动液压泵、从动轴装在割台机架总成，在后纵向传送带的后方装有储菜箱，割台机架总成的后方装有上悬架臂、下悬架臂，割台机架总成与上悬架臂之间装有左右液压缸、和左右液压缸上支点，在割台机架总成的左侧下方装有横向传送带的驱动轴、驱动轴支承轴承总成、从动锥齿轮、从动链轮、从动链轮轴、从动链轮轴支承轴承总成、主动锥齿轮、链条、主动链轮。

3 研究结论

本项目设计一种牵引式芹菜收获机，包括机架、动力源、传动装置、行走装置、切割装置、夹持输送装置。该收获机具有结构简单、工作效率高等特点，能够降低芹菜收获的劳动强度，增加芹菜种植的经济效益。该机主要的技术指标参数有：①作业能力为0.4 ～0.5 hm2/h；②收获率达到98%以上；③完整率达到95%以上；④配套拖拉机动力不低于18 kW；⑤行驶速度为0.2～0.3 m/s。

设计的芹菜收获机具有如下优点：①整机结构布置合理，将减速器布置在地轮正上方、倾斜的夹持输送装置下方，充分利用空间，并使整机重心落在地轮上，使整机具有良好的稳定性；②为保证芹菜在夹持输送过程中不会由于皮带太松而落下，在输送架上装弹性张紧轮，皮带的张紧力大小可随芹菜茎秆的粗细自动调节；输送皮带上附有一层海绵，增大与芹菜的接触摩擦力，使皮带能夹持住芹菜且不会对其造成物理损伤，如夹裂茎秆等；③芹菜被拔出后直立向后输送，储菜箱位于机器后方，不会影响到未收割的芹菜，并且可以随时查看芹菜收获质量，以利于随时调节；④割刀采用盘式平面割刀，可以防止杂物拥堵、阻塞盘刀，同时刀架倾斜，可以减小切割阻力；⑤采用橡胶地轮式行走装置，增大了接地面积，减小了接地压力，同时整机质量变轻，振动小，行走更加平稳。