旋转上撂式小青菜收割机*

钱 程，张 凯，龚文浩

（南京信息工程大学，江苏 南京 210044）

1 传送带传送方式及缺陷

传统传送带输送装置由拨禾片和传送带组成，电机带动拨禾片将割下来的蔬菜拨禾到传送带上，传送带再将蔬菜运送到收集装置中。当收割机向前运行时，割刀会对蔬菜施加一个向前推的力，导致蔬菜前倾，引起割刀对蔬菜的损坏。通过拨禾片可以将田间由于生长呈倒伏状的蔬菜扶持起来[1]，方便切割装置的切割，从而减少田间收割的漏割面积。传统传送带为了减少蔬菜从传送带上掉落的情况，实现轻量化的目标，传送带需选用不变形、无污染、轻巧耐用的铁氟龙网带，表面有均匀分布的小孔，并在传送带上设有带状凸起能大大提高传送带的摩擦力。在传送带两侧设有导流挡板，一方面将收割完的蔬菜进行聚流汇入传送带[2]，另一方面防止蔬菜从传送带的侧面掉落。同时，在传送带末端安装有收集筐，收集从传送带上运送过来的蔬菜。传统小青菜收割机如图1 所示，用传送带作传送方式的小青菜收割机长度占了整个收割机的一半多，所占体积过大，不仅给装置自身在田间操作带来了困难，同时也不利于操作人员的操作，最重要的是不符合轻量化的研发初衷。

2 旋转上撂式小青菜收割机的关键部分设计

传统的收割机传送模式用的都是传送带，因为坡度较小，所以传送带长度过长，改进方案为取消用传送带的传送方式，用一个旋转上撂滚筒代替[3]，从而在该收割机收割时实现了绿色可持续的理念，同时也可以缩短传送装置的长度，以实现收款机整体的轻量化，节省材料，从而大大提高旋转上撂式小青菜收割机的收割效率。

旋转上撂式小青菜收割机上撂装置的关键部件是旋转上撂滚筒。当割刀开始往复运动时，气吹装置的出风正对着割刀位置，气吹装置将割下来的小青菜沿着弧面斜向上的方向吹送，小青菜会沿着弧形面板被拨送至旋转上撂装置处[4]。旋转上撂装置主要部分为1 根驱动轴，驱动轴装有内置电机，内置电机带动滚轴的转动，滚轴固定在收割机框架之上，滚轴的外部表面嵌有折形拨板，割刀割下来的小青菜会被吹气装置吹送至弧形面板位置处，弧形面板与割刀后方的平板紧密连接，将吹过来的小青菜导流至滚轴拨板位置处，在割刀和平板的上方有一块透明的平板将整个气吹装置气流覆盖区域封闭住，一方面控制气流的流失，能更加高效地将小青菜吹送至弧形面板的位置处，另一方面操作人员可以通过透明面板及时地观察小青菜的状态及其被切割和吹送的情况，以便于操作人员及时调整装置[5]。旋转上撩滚筒最下方的拨板位置要稍低于弧形面板，小青菜在气吹装置的作用下会沿着弧形面板落到旋转上撂装置的拨板上，小青菜落在拨板上随着滚筒的转动一起旋转。当拨板旋转至最上方位置时，通过小青菜的惯性，再加上拨板旋转时给小青菜带来的力，可以将小青菜撂至后方的收集框中。

旋转上撂式小青菜收割机如图2 所示。位置1 为旋转滚筒旋转装置，旋转装置表面嵌入着折形拨板。位置2 为弧形挡板，弧形挡板有利于小青菜的吹送和小青菜的导流作用。位置3 为气吹装置，气吹装置的出风口正对着割刀，沿着弧面斜向上。位置4 为小青菜收割机割刀。位置5 为小青菜收集装置。

图2 旋转上撂式小青菜收割机

3 旋转上撂式小青菜收割机滚筒参数研究

文章所设计的上撂滚筒由内置电机提供相关动力，选择CJ-GRS-256 型24V 直流电机，其主要技术参数如表1 所示。

表1 滚轴电机主要参数

通过实验发现，当改变滚筒的转速时，会改变小青菜后撂的距离，考虑到不同转速会给小青菜施加不同的力度以及摩擦力，可利用往后撂距离的可变性在原本的收集装置后方增加相应的收集装置数量。当前方的收集装置装满之后，通过调节滚筒转速，改变后撂的距离[6]，将小青菜收入后方的空收集装置处，提高小青菜的收获效率。滚筒上均匀分布着6 个拨片，通过对小青菜产生推力，将小青菜送至收集装置中。

已知滚轴的直径为30cm，滚轴上的折形拨片的长度为5cm，默认当将可调速滚轴调整至固定转速时做的是匀速圆周运动，根据匀速圆周运动的线速度公式即抛出速度，速度与水平面的夹角为重力加速度，求得的线速度约为10.5m/s。计算折形拨片给单位小青菜的推力时，默认转矩为4N·m，假设是在封闭大棚内进行试验，不考虑风阻等外部因素的影响，水平方向的速度是竖直方向的速度是，将数据代入公式，假设小青菜位置离开拨片，受力方向为水平方向呈45°斜向上，小青菜的空中运动时间是t，公式如下：

小青菜在被后撂的水平射程如下：

通过实验可以发现，当超过最低转速，也就是小青菜克服了向心力之后，若调整合适的转速[7]，小青菜会被撂至收集框中，并且调整不同的转速可以改变小青菜落在收集装置中的位置。当前面的收集装置收集满之后，增加滚轮的转速，可以将小青菜水平运动距离调整至后面的收集框位置处。

4 改善效果

电动气吹装置取代传统柴油机拨禾板，在能耗方面体现出了节能环保的理念，同时效率也得到了很大的提升。用旋转上撂装置取代传统的传送带传送方式，当需要收获的小青菜量非常大时，可以设置两排收集装置，当前面的收集装置收集满之后通过调节滚轴的转速改变青菜的后撂距离，及时将青菜落位转移到后方的空收集装置中，收集满小青菜的装置迅速将其置换成空地收集装置，这样大大增加了收集的量，减少了将整个装置停下后更换收集装置损耗的能量和时间，提高了收获效率。电动气吹装置取代传统柴油机拨禾板，在能耗方面体现出了节能环保的理念，同时效率也得到了很大的提升。用传送带传送方式的小青菜收割机仅传送带这一块至少就要占整个装置的一大半体积，一般这种传送带水平方向所占长度为1.5m ～2m，整机的重量非常大，体积也很占空间，很难体现出它本来的收割功能，受自身体积和重量的影响，会造成大部分不必要的损失和消耗，更重要的是，也不利于操作人员的操作。用旋转上撂式装置后，之前的缺点几乎都能被克服，文章所采用的滚筒直径为0.3m，折形的拨片沿着表面的距离为0.1m，整个上撂滚筒的水平所占距离大约为0.5m，比传统的传送带所占空间缩小了3 倍～4 倍，节省出来的空间可以都用在收集装置中。不论是从收割效率，还是从能量消耗上，选装上撂的传送方式都得到了很大的改善。

5 结束语

收割机采用新型的旋转上撂式结构取代传统的传送带传送方式，因为取消了传统的传送带传输装置，整个装置的长度减短了很多，整机的质量减轻了很多，更有利于人们的操作。同时，因为旋转上撂装置的特点，小青菜的收割效率得到了大大的提高。利用电动吹气装置取代了柴油机拨禾板装置，不仅能更好地利用能源，也能减少对环境的污染，经过多次实验，旋转上撂式小青菜收割机不论是在装置结构、人员操作上，还是收获效率上，都得到了很大的提升。