多功能自走式生姜联合收获机的研制

马伟顺 魏燕 马宝田 方涛 王松红 吴晓燕

摘 要：生姜收获具有劳动强度大、成本高、效率低，生姜怕伤、易碎、怕冻的特点，研制了高质、高效生姜联合收获机，设备具有挖掘、姜母回收、削苗、装箱等功能。设备主要由破土减阻机构、夹拔提升机构、姜母回收机构、姜秧切削机构、姜秧打捆机构5部分组成，生姜收获机的研究对促进生姜产业健康发展、提高农民收入、降低劳动强度具有非常现实的意义。

关键词：生姜收获；多功能；自走式

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.10.088

0 引言

目前，在生姜收获环节存在两个问题，对生姜产业造成了严重的影响。一是人工收获生姜费时费力，作业人员的劳动强度大，如果雇佣工人收获，由于人工收获效率低导致成本非常高，市场急需成熟的收获装备。二是生姜收获存在晚收、急收的特点，人工收获时对劳动力需求量大，短期内很难找到需求的人力资源。生姜晚收可以增加产量，提高生姜的质量，根据生姜生长特点，收获前期每天亩产增加100～150公斤，如果生姜收获太晚，气温较低会导致霜冻，生姜易出现腐烂，存放时间较短。因此，需要在霜冻出现前的最短时间的窗口期完成姜的收获和储存，才能实现生姜生产的最佳收益。

国内生姜收获机械主要为分段式，替代人工挖掘工序，按作业方式可分为挖掘式和提拉式。仅能完成松土挖掘和提拉拔姜的工序，但是削苗、姜母回收等工作仍需要人工完成。其中挖掘式收姜机人工操作难度大，劳动强度大，对机手操作技术要求高，收获过程中姜的损伤率高。提拉式收姜机对不同土质的地块存在适应性问题，提拉角度和高度调整困难，机器加拔机构的土质适应性差，在土壤松散的地区收获效果好，土壤黏湿时收获效果差，姜母收获率低。姜母回收率低不仅是姜母经济价值的损失，更重要的是容易造成或加重姜瘟、病蟲害的发生，影响来年生姜的种植生产。为进一步提高生姜收获的自动化程度，提高生姜收获效率和质量，本文根据生姜收获的基本流程，设计一款集挖掘、姜母回收、削苗、装箱等于一体的多功能自走式生姜收获装置。

1 总体设计

结合生姜收获农艺方案，通过对破土减阻机构、夹拔提升机构、姜母回收机构、姜秧切削机构、姜秧打捆机构的研究，实现生姜挖掘夹拔出土、姜母回收、姜秧切削、姜块装箱或装车生姜联合收获作业。生姜联合收获机结构示意图如图1所示。

其工作流程是：通过驱动装置，沿着生姜种植的姜垄，行走于姜田中，安装于装置前方的挖掘松土机构在姜垄两侧插入姜块下方，通过液压控制运动，使挖掘松土机构完成松土和姜根切断；通过夹持输送机构把姜苗夹拾，可将其连根拔起，并随着链条的运动送入底部清土机构，清除附着在姜块上的泥土，然后进入姜秧切削机构切削姜秧，利用裁剪刀的剪切切削机构将姜苗与姜块切割分离；姜块自动落入裁剪刀下方的输送码放平台，人工捡拾装箱；姜苗则随着姜秧输送机构继续向装置后方运动，直至装置尾部，姜苗自动落地。

2 生姜破土减阻技术

根据生姜种植和姜块生长特点，设计液压控制的破土减阻机构，布置于收获机前端。解决因土壤板结或干旱造成生姜收获挖掘阻力较大造成挖掘困难的问题。采用轻型土壤切割片，设计优化入土倾角，从姜垄两侧倾斜入土，切断姜块侧根、疏松土壤，降低夹拔阻力。该机构采用缸液压控制提升，作业时入土深度根据种植情况调整；非作业时提升到合理高度，避免影响行走。

3 生姜夹拔收获技术

通过对生姜夹拔阻力、姜秧加持力、提升力与提升速度的关系等要素的研究，生姜夹拔收获机采用柔性技术方案，以防止姜秧被夹断，同时根据生姜加拔阻力，调整合适的提升速度，避免姜块，特别是姜母没有拔出。加拔机构采用姜秧夹持带前低后高的倾斜设计，通过夹持带与行进速度的匹配，使夹持位置与地面保持水平方向近似不动，实现缓慢向上提拉的效果，保证姜块的完成性，降低收获损伤率、提高姜母收获率。

4 姜母回收技术

在夹持输送过程中，通过柔性敲打、螺旋输送分离、刮板式提升技术，将姜块底部姜母敲落，并实现姜块土壤的破碎脱落，将姜块底部包裹土壤清除，同时将姜母打落，姜母落至姜母回收横向输送装置，横向输送装置将姜母输送至姜母回收装备，并在输送过程中将土块和姜母分离。螺旋式分离输送机构可有效的对姜母和土块进行分离并输送至刮板机构，然后由刮板式提升机构将姜母输送至姜母收集机构。

5 姜块削秧机构

根据姜块形状特征和生姜收贮农艺要求，设计姜块削秧机构，姜秧削苗机构液压驱动方式，裁剪机构由裁剪刀、拉杆、移动杆、曲柄、连杆、蜗轮和蜗杆组成，并将姜秧输送至收获机一侧。

6 结论

多功能自走式生姜收获机是复杂的机械、电子、控制等多学科知识融合的机电产品，其组成机构的设计研究是本产品的关键。本文设计的产品基于对生姜种植和收获的流程，模拟人工采收的工作方式，一次性完成多个收获环节的处理。对产品进行了总体设计和破土减阻机构、夹拔提升机构、姜母回收机构、姜秧切削机构等设计制作，对促进我国生姜种植产业的发展具有重要的意义。

参考文献

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