4DS-40型大蒜收获机研制与试验示范

李想崔军袁虹陆海莉王成文

0 引言

我国是世界上最大的大蒜生产国，大蒜产量占全球总产量的70%以上。由于大蒜生产机械化技术与装备的研发起步较晚，技术水平不高，目前，大蒜收获作业主要依靠人工完成，费工、费时、费力，占用农时多，收获损失大。研发先进适用的大蒜收获机，对于提高大蒜收获机械化水平，促进大蒜收获机械优化升级和产业结构调整，具有重要的现实意义和战略意义[1-2]。本文按照大蒜生产农艺要求，研制了一款两行大蒜联合收获机，并进行试验示范。该机采用23.52 kW柴油机作动力，能一次完成挖掘、去土、夹持输送、切秧及蒜头收集等作业。

1 设计要求与思路

参考已有的地下农作物特别是块根、块茎作物机械化收获技术要求，根据蒜农的基本需求，设定大蒜机械化收获的要求如下：

1.1 起蒜和蒜土分离

收获机能完整地挖起大蒜，作业中大蒜的损失率及伤蒜率均低于1.5%。大蒜损伤包括蒜皮被划伤、切伤以及压伤。

1.2 作业幅宽

根据调研，目前，在江苏、山东、河南等大蒜主要种植省份，蒜农普遍采用的种植行距在20 cm左右，所以，本机设计行距为20 cm，两行机具的作业幅宽为40 cm。

1.3 防护装置

大蒜收获机作业的地方会有很多杂草和蒜秧，安装防护装置可保护工作部件不被缠绕，确保机具工作流畅。

1.4 适应性

该机能够适应不同土质、不同地形、不同湿度的作业环境，在蒜秧倒伏、干枯或者青绿的情况下均能正常工作。

1.5 机具使用率

该机不仅可用于大蒜收获，还可用于其他块根、块茎类作物收获，使用效率较高。

1.6 操作与保养

为了便于操作和维护保养，设计该机具时，尽量使其结构简单，减少不必要的辅助装置。

2 整体结构及工作原理

2.1 整体结构

该机主要由行走底盘、传动系统、扶禾装置、挖掘装置、夹持装置、蒜秧定位装置、切秧装置、横向输送装置、集蒜箱（装袋）及液压系统等组成［2］（详见图1）。该机结构简单，由手扶秆控制行走速度和行走方向，采用手摇启动方式，有前挡和空挡位。启动时，先将离合器置于空挡，电动启动柴油机，再将离合器置于前挡，机具行走。手扶架上有操纵机构，用来控制制动装置、机具的行走速度和行走方向。

图1 大蒜联合收获机结构图

2.2 工作原理

发动机的动力通过三角带和皮带轮传递至拖拉机底盘，经半轴和链条链轮带动机具工作。工作时，使用液压升降手柄限定挖掘深度，振动挖掘铲入土，将大蒜连同泥土一起挖起，通过扶禾器和拔禾轮将蒜秧送入夹持装置，蒜秧在向后夹持输送过程中，在蒜秧定位装置的作用下调整夹持位置，随后，由切割装置进行蒜茎切割，使蒜茎留茎长度一致。切下的蒜头通过横向输送装置输送到集蒜箱中，蒜秧被均匀地拋送到田中［2］。

每堂课有理论知识的学习，也有实操知识的演练，对理论知识利用交互式电子白板呈现给学生，对比较抽象的概念，在课件中,利用图片、Flash动画、视频等形式帮助学生理解知识点的概念和公式条件。

2.3 基本参数

外形尺寸（长×宽×高）：420 cm×140 cm×160 cm。配套动力：23.52 kW单缸柴油机。挂接形式：轮式自走式。作业幅宽：40 cm。作业行数：2行。作业行距：20 cm。株距：6～8株/m。

3 对齐切秧装置设计

实现根秧分离是大蒜联合收获机的重要功能之一［3］。目前，实现大蒜根秧分离的切秧装置研发存在的主要问题是：无动力被动式对齐容易产生堵塞；有动力对齐的，又因为加装切秧装置，导致整个装置空间尺寸过大，从而影响收获效果。为了解决上述技术问题，本文设计了一种用于大蒜收获机的对齐切秧装置［4］。该装置结构简单、占用空间小、切秧质量高、工作可靠，获得了一项实用新型专利——用于大蒜收获的对齐切秧装置（专利号ZL201821835940.2）。

对齐切秧装置包括左对齐组件、右对齐组件、切刀、定刀以及动力装置。左对齐组件和右对齐组件结构相同且对称设置，分别包括对齐主动轮、对齐从动轮。对齐主动轮和对齐从动轮通过三角带传动连接，对齐从动轮与对齐从动轴通过轴承组件转动连接，对齐从动轴通过螺母与安装角座固连。对齐从动轮的外部安装有橡胶拨齿，对齐主动轮的中心安装有轴承组件，轴承组件外部的轴承套上固连有小角座，安装角座和小角座相向设置，且两者之间设置有伸缩杆结构和张紧结构，其中伸缩杆的伸缩套管与小角座固连，伸缩轴与安装角座固连。左对齐组件的对齐主动轮的轴承组件上安装切刀，右对齐组件的小角座上固连有定刀，定刀位于切刀的旋转路径内。主动轮的轴承组件的中心安装有方套轴，方套轴与夹持收获机构的动力装置连接。详见图2。

4 生产试验

4.1 试验目的

图2 大蒜收获机的对齐切秧装置结构图

考查设计的联合收获机作业质量是否达到设计目标，重点对生产试验参数指标进行考查。

4.2 试验情况

试验时间为2020年5月，试验地点在江苏省徐州市丰县首羡镇穆庄，大蒜品种为徐州白蒜，大蒜地表面用地膜覆盖。试验地块大蒜倒伏比例为5%，大蒜种植平均行距为20 cm，株距为16 cm，蒜头直径为6.2 cm，蒜头高度为4.5 cm。土壤类型为沙壤土，含水率为26.9%，硬度为24.5 kPa。试验条件适合机械作业。

4.3 试验内容

4.4 试验结果及分析

4.4.1 试验结果

1）纯工作小时生产率为1 050 m2/h，机具作业效率尚可。作业时，由于操作手对新机具的操作熟练程度不高，影响了机具生产效率的发挥。若操作人员技能十分熟练，作业效率还可以提高。

2）累计作业时间131 h，产生故障2次，总计故障诊断与修复用时2.5 h，平均故障间隔时间为55.5 h，使用可靠性为98%。两次故障均为小故障。一次故障是离合器分离不清，主要原因是选购的离合器质量不高；另一次故障出现在油门拉杆上，原因是螺栓垫圈破损造成调节不灵。机具整体表现良好，没有出现重大故障，关键核心部件亦未出现故障。

3）环境噪声为73 dB，驾驶员操作位置处噪声为84 dB。因为没有封闭式或半封闭式驾驶室，所以驾驶员操作位置处的噪声值较大。

4.4.2 试验分析

1）雨后短期内下田作业，机具行进时会发生轮子打滑现象。改进时，可考虑采用履带式底盘。

2）操作手的技术水平对机具故障的发生有一定影响，因此，在作业前应对机手进行培训。

3）应尽量选用标准件，确保机具的制造质量，提高整机使用可靠性。

4）集蒜箱大小与袋子的大小不匹配。集蒜箱可设计成圆形，与袋子的口形一致，以便于对袋口与集蒜箱箱口进行固定。

5 结论

根据当前大蒜收获机械化现状以及市场需求，兼顾小农户和规模种植大户的需求，设计的4DS-40型自走式大蒜收获机可一次完成大蒜挖掘、分离、切茎、输送等作业。生产试验结果表明，该机作业特点和性能能够满足大蒜收获农艺要求，其先进性和适应性居国内领先水平。