4CL-1型自走式大葱联合收获机的研制

王方艳，孙光全，尚书旗

4CL-1型自走式大葱联合收获机的研制

王方艳，孙光全，尚书旗※

（青岛农业大学机电工程学院，青岛 266109）

针对大葱收获劳动力短缺和有效收获机具匮乏的问题，该文结合国内大葱种植的农艺要求和种植模式，设计了一种自走式大葱联合收获机。该机由行走系统、传动系统、组合挖掘装置、链杆清送装置、除土装置、夹送装置、扭铺装置等组成，可一次性完成大葱的挖掘、清土、升运、铺放等作业。整机传动系统分为机械传动部分和液压传动部分。机械传动部分实现收获机行走系统及挖掘收获系统的动力协调，液压传动实现挖掘收获系统的位置调整、夹送装置的转速控制、扭铺装置的转速控制；旋松刀组与V型挖掘铲组成的挖掘装置，实现对土壤的分层松碎及挖掘；杆式输送链完成大葱输送及其黏附土壤的初次清理及抬升，清土辊完成大葱根部残余土壤的二次清除；柔性夹持输送带与清土装置配合，完成大葱的有效喂入及柔性夹持；扭送机构及铺放机构实现大葱由竖直向水平方向的改变，并完成大葱的有序铺放。田间试验结果表明，试验条件下的收净率为99.50%，损伤率为1.40%，损失率为0.70%，生产效率为0.049 hm2/h，约为人工收获的12倍。该机工作性能稳定可靠、作业效果好，可为大葱收获技术及装备的研发提供参考。

收获机；挖掘；设计；自走式；大葱

0 引 言

大葱是重要的调味蔬菜，主要集中在河南、山东、河北等省份种植，常年种植面积约4.67×105hm2。其中，山东大葱享誉海外，种植面积约占全国的1/6。但大葱培土起垄的种植方式给收获作业带来很大困难[1]。当前，大葱收获以简单挖掘配合人工抖土完成，人工收获作业效率低，劳动强度大。农忙时节的劳动力短缺及收获成本增高，已经影响到种植户的经济效益。随着大葱种植规模的不断扩大，传统的人工收获及简单的机械挖掘已经不能满足大葱产业化发展的需要。研发性能稳定、多功能的大葱联合收获装备已成为当前大葱机械化收获作业的关键。

国外大葱联合收获技术及装备相对成熟，可实现大葱打稍、挖掘、除土、夹送、堆放等作业[2-5]。欧美研制的大葱联合收获机以平作的韭葱为主，日韩研制的大葱联合收获装备以火山灰质土壤种植的大葱为收获对象。作业环境及大葱种植品种的差异，使得国外机具未能在国内推广应用。国内对大葱收获技术及装备的研究还处于起步阶段，分段式收获基本成熟，能够完成大葱的简单挖掘，而联合收获还处于试验阶段，还需要不断提升优化。山东农业大学研制的一种双行大葱收获机，整体体积较大、功耗大，且未对收获期大葱进行收获作业性能校验[6]。双行收获的作业模式，与中国大葱多样化栽植的种植方式，存在对行挖掘困难、转弯半径大、适应性及推广性有待提升的问题。中国土壤条件的多样化、大葱品种差异及栽植农艺的多样性，给机械化收获带来了挑战。目前，中国还没有性能稳定的大葱联合收获机可用于大葱生产收获环节。在山东省新旧动能转化的大背景下，工作性能稳定可靠的大葱联合收获装备的研发已经迫在眉睫。因此，结合大葱的种植农艺及种植品种特性，以单行大葱收获为研究目标，提出适宜的挖掘收获方案及机械结构，完成大葱联合收获机的研发，对提高收获机具的适应性及推动大葱机械产业的发展具有重要的现实意义。

1 整机结构及工作原理

4CL-1型大葱联合收获机由行走系统、传动系统、挖掘装置、清送装置、夹送装置、扭铺装置等组成，可一次性完成大葱的挖掘、清土、升运、铺放等作业。其中，旋松刀组与V型铲构成组合挖掘装置；杆式输送链与清土辊构成清送装置。大葱联合收获机的具体结构如图1所示。

作业时，借助调整液压油缸控制挖掘深度及导向轮的位置，通过左右导向轮辅助对行，依托橡胶履带行走系统跨垄前行。旋松刀组将葱垄两侧土壤旋松并分别抛向两外侧，配合V型铲完成大葱的分层、分步挖掘。挖切下的大葱在杆式输送链的输送下抬升并完成初次清土后被夹持输送。后方的清土辊对大葱根部的土壤进行二次滚动清土。在扭送机构及铺放机构的作用下，大葱由竖直夹送到横向输送，完成有序平铺。在整个收获过程中，各机构相互作用位置及参数合理设置，并在液压马达及行走控制系统的带动下，完成大葱的低阻挖掘及有序输送。4CL-1型大葱联合收获机具体参数如表1所示。

1.导向轮 2.旋松刀组 3.V型铲 4.杆式输送链 5.清土辊 6.行走系统 7.液压油箱 8.科林DK-35发动机 9.夹送装置 10.扭送装置 11.铺放装置

表1 4CL-1自走式大葱联合收获机主要参数

2 关键部件结构及参数

2.1 传动系统

传动系统由机械传动系统和液压传动系统组成。机械传动系统为机器的行走提供动力，液压传动系统为挖掘装置的升降，夹送装置的升降及带轮的转动，扭铺装置的转动提供动力。整个传动系统采用分路传动的方式。动力由发动机输出分3路，一路经发动机主轴输出到变速箱，再通过带传动将动力传递到行走系统，驱动履带式底盘前进；一路经发动机输出轴输出，通过带传动变速分别为旋松刀、杆式输送链及清土辊提供动力；最后一路经发动机输出轴输出，通过带传动驱动液压泵转动，经手动换向阀的调节为组合挖掘装置的升降，夹持输送带、扭转输送带及有序铺放装置提供动力。具体动力传动系统如图2所示。

1.旋松刀 2.杆式输送链 3.清土辊 4.链轮 5.变速箱 6.皮带轮

1.Rotary loosening knife 2. Rod conveyor chain 3.Cleaning roller 4.Sprocket 5.Gear box 6.Belt pulley

注：1为发动机与行走系统传动比；2、3、4、5、6为发动机与旋松刀组的各级传动比；7为发动机与液压泵的传动比。

Note:1is the ratio of engine to travel system;2,3,4,5,6are the transmission ratio of the engine and the rotary cutter group；7is the transmission ratio of the engine to the hydraulic pump.

1.手动换向阀 2.截止阀 3.升降油缸 4.换向阀 5.液压马达

大葱联合收获机采用履带行走系统。履带底盘的驱动功率P、驱动力F、扭矩T满足[7-8]

式中max为机具最大前进速度，km/h；F为驱动力，N。

式中为爬坡角度，（°）；m为机具总质量，kg。

式中T为驱动轮的扭矩，N·m；R为驱动轮半径，mm；为安全系数，取1.1[9]

考虑田间实际工作情况及相似机具的设计经验[6]，预估最大爬坡角度为20°。目前，国内引进的能够承担大葱垄作收获的机器只有日本的单行联合收获机，行走速度约为0.072～0.186 km/h,结合设计要求确定前进速度为0.8 km/h，机具总质量为950 kg，驱动轮半径R为150 mm，得F为3 420 N，P为0.7 kW，T为282 N·m，驱动轮最大转速为24 r/min。

在大葱收获过程中，样机的挖掘、输送动力消耗较多，根据各部件之间的运动配合关系，预选用25.74 kW的科林DK-35发动机。根据发动机输出转速为2500 r/min，旋松刀组工作时转速为44 r/min，确定发动机与旋松刀组的传动比为57:1。由驱动轮最大转速24 r/min确定发动机与行走系统的传动比为104:1。由液压泵额定转速确定发动机与液压系统之间的传动比7为7:6，具体传动路线图及各级传动比如图2所示。

2.2 组合挖掘装置

大葱起垄较高，一次挖掘难度较大。挖掘装置作为大葱收获的核心部件，影响大葱的挖掘效果及收获质量。目前，常用的挖掘装置有振动铲式、刀盘式及组合式等[10]。振动铲式、刀盘式挖掘装置入土效果与土壤松碎效果好，但易伤葱且功耗大。组合挖掘装置由位于大葱垄两侧的旋松刀组与垄底的V型挖掘铲组成，采用分步挖掘方式，可有效减少挖掘阻力，适度增加挖掘深度，对土壤的适用性较强，可提高大葱的挖掘深度，有效降低挖掘铲的挖掘阻力及工作适应性。葱垄两侧的土壤被旋松刀组旋松侧抛，底部土壤被V型挖掘铲切割和抬升。组合式挖掘装置结构如图3所示。

注：T为旋松刀组间距，mm；Y为刀盘间距，mm。

2.2.1 旋松刀组

旋松刀组分为左侧和右侧刀组，分别实现土壤的松动和向外抛送。两侧的旋松刀分别交错均匀布置在各自的转轴上，同一时刻两侧各有一把旋松刀入土，可平衡两侧旋松刀组对机架的侧向力。

1）旋松刀结构

旋松刀的刀刃口由正切刃和侧切刃组成，作业时侧切刃与正切刃先后切入土壤，通过对土壤进行周期性挤压、切削、破碎、抛甩，完成旋耕作业[11]，结构如图4所示。作业时，刀刃由刀片根部向外滑切入土，先由侧切刃沿纵向切开土壤，再由正切刃从横向切开土壤，切削阻力相对较小，不易缠草。考虑大葱垄形及种植深度，借鉴旋松刀的工作特性，选用等距螺线切刃旋松刀，以获得较好的滑切效果。其侧切刃为等进螺线，且满足

式中0为螺线起点直径，mm；为螺线极角每增加1弧度，极径的增量，mm；为螺线上升的任意极角，rad。

其中，0和由式（5）、（6）确定

式中为切土节距，mm；为耕深，mm；为旋松刀回转半径，mm。

（6）

式中ρ为等进螺线终点处的极径，mm；φ为等进螺线终点的极角，rad。

其中，φ由式（7）确定

式中t为等进螺线终点处的滑切角,要使侧切刃在潮湿黏土中不缠草, 刀柄基部刃口的滑切角应大于刃口曲线端点的滑切角，常取50°～60°[12]。

1.正切刃 2.侧切刃 3.刀盘中心

1.Forward cutting edge 2.Side cutting edge 3.Cutter disc center

注：ρ为螺线终点处的极径，mm；0为螺线起点极径，mm；φ为螺线终点的极角，rad；为旋松刀回转半径，mm；t为螺旋线终点处的滑切角，rad；为横弯半径，mm；为旋松刀幅宽，mm。

Note:ρis the polar diameter at the end of the spiral, mm;0is the starting point diameter of the spiral, mm;φis the polar angle of the end point of the spiral, rad;is the radius of rotation of the loose knife, mm; tis the slip angle at the end of the spiral, rad；is the radius of the transverse bend, mm;is the width of the rotary cutter, mm.

图4 旋松刀结构

Fig.4 Structural sketch of rotary loosening knife

2）旋松刀布置关系

参照常用旋松刀的设计原则，确定每侧刀组由2个刀盘6把旋松刀组成，每3把旋松刀均匀分布在同一个刀盘圆周，以保证土壤松碎均匀及抛送及时。两侧旋松刀组的安装位置影响大葱挖掘空间及后期挖掘质量和功耗。两侧旋松刀组间距满足

在保证不损伤大葱的前提下，结合大葱田间实际测量数据，=90 mm，=7.5 mm，=30 mm，确定两侧刀组间距=235 mm。同侧2个刀盘的间距应略大于旋松刀幅宽，则刀盘间距=55 mm。

旋松刀组的转速满足

式中为机具前进速度，m/s；为同一安装平面内均匀安装刀片数；为旋松刀转速，r/min；为切土节距，m。由大葱田间生长状态、作业环境及机具前进速度，预定同一平面内安装刀片个数=3，求得转速为44 r/min。

2.2.2 V型铲

依据大葱垄作种植及机具的结构特点，V型铲分为封闭铲面及栅条结构。铲面将含有大葱的土垡从底部挖掘、抬升，降低挖掘阻力。栅条结构可将散落松碎的土壤漏掉，减少土垡运动过程中受到的摩擦力，辅助土垡向后输送及抬升。挖掘铲结构如图5所示。

注：B为挖掘铲宽，mm；L1为铲尖长度，mm；L2为挖掘铲面长度，mm；L3为栅条长度，mm；γ为铲面斜角，（︒）；α为挖掘铲入土角，（︒）；P为土垡运动所需力，N；N0为挖掘铲对土壤的支持力,N；G为掘起物的重力,N；N1为铲面对土壤的摩擦力,N。

1）挖掘铲宽

受大葱种植垄宽的影响，挖掘铲宽满足

式中，为挖掘偏量，mm

经旋松刀组松碎后，根据旋松刀两侧刀组间距，葱垄宽为235 mm，初定为30 mm，则为295 mm。

2）铲面斜角

铲面斜角决定铲面的结构形状，影响铲刃对土壤及大葱须根的切割性能。为保证土壤或大葱根被顺利切割，并沿刃口滑走，提高挖掘铲的自清能力，铲面斜角应满足

式中为挖掘铲与土壤的摩擦角，(°)。

铲面斜角越大，则挖掘铲切入土壤时与土壤接触面积越大，增加机械功率的消耗。铲面斜角变小，则铲面变尖、变长，易发生曲铲或伤葱情况[17]。由土壤与钢的摩擦系数tan=0.4～0.7，取tan为0.46,则为65°[18]。

3）铲面入土角

铲面入土角决定挖掘铲的入土状态及挖掘阻力。根据铲面挖起的土垡受力建立平衡方程

1=0tan（13）

根据式（12）、（13）可得

由式（14）可知，随着入土角的增大，挖掘土垡所需力增大，但入土角的减小，铲面长度会增加[19]。为了适应不同的土壤类型及工作条件，参考常用入土角的范围20°～30°，确定挖掘铲入土角为25°[20-21]。

为了保证挖掘铲的工作稳定性及大葱收获要求，借助平面铲与栅条的结构，完成土垡的挖掘及抬升。由挖掘铲的几何结构，铲尖长度1满足

式中为挖掘铲宽，mm；为铲面斜角，（°）。

2.3 清送装置

在大葱挖掘后带有大量的泥土，甚至碎石，需要进行葱土分离工作，以便于后续的夹持、输送及铺放工作。清送装置由杆式输送链和清土辊组成，结构如图6所示。

清土辊为旋转部件，主要由辊轴、辊筒和割刀组成。割刀为月牙形，采用双螺旋线排列方式固定在滚筒上，保证清土辊运动过程的动平衡。工作时，该装置借助割刀破坏大葱根须及土壤的缠连，通过清土辊与大葱根部的接触摩擦清除大葱根部附着的土壤和根须。为保证清理过程顺畅及结构紧凑，应使其与大葱根部的垂直距离与杆式输送链的水平距离大小合适，即由垂直距离与水平距离确定其安装位置，则清土辊筒直径3满足

式中3为割刀高度，mm。

因收获期大葱根须为50～80 mm，葱白平均直径为30 mm，则确定2为60 mm，割片分布螺线螺距为35 mm。考虑葱根与清土辊有效的接触时间及割片布置数量，确定清土辊筒直径3为80 mm。

1.连接板 2.栅条 3.链轮 4.清土辊筒 5.割刀

1.Connecting plate 2.Grid 3.Sprocket 4.Cleaning roller 5.Cutter

注：1为栅条间距，mm；1为栅条直径，mm；3为清土辊筒直径，mm；4为格条长度，mm；5为输送长度,mm；3为割刀高度，mm.

Note:1is grid spacing, mm;1is grid diameter, mm;3is the diameter of cleaning roller, mm;4is grid length, mm;5is conveying length, mm;3is cutter height, mm.

图6 清送装置结构示意图

Fig.6 Structural sketch of clearing device

2.4 夹送装置

夹送装置位于挖掘装置及清土装置的后上方，为大葱的有效清土、有序输送及转向铺放做准备。其主要由张紧轮、夹持带、摆线马达等组成，结构如图7所示。

工作时，含有大葱的土垡在杆式输送链的带动下运移。大葱向前倾斜，与水平面之间的夹角为90°-。夹持带采用具有一定弹性的海绵环形带，其与水平面之间的夹角为倾角。2根夹持带相对转动，借助大葱与夹持带的摩擦力，将大葱喂入夹持输送并脱离杆式输送链。同时，在张紧轮及张紧弹簧的辅助下适应不同直径的葱白尺寸。

注：D为张紧轮的直径，mm；ψ为夹持带之间的夹角，rad；φ为大葱与夹持带间的摩擦角，rad；B2为夹持带厚度，mm。

通常收获期大葱的生长高度为700～800 mm，大葱假茎长度为400～500 mm，葱白培土部分平均长度为250 mm[22-24]。选用宽度2为75 mm的海绵环形带对大葱叶的分叉处夹持，并通过张紧轮和张紧弹簧调节夹送装置的夹持力，保证整个夹送过程中大葱不掉落、夹持力稳定。经初步试验，大葱单株质量0.5～0.75 kg，采用12～18 N弹簧压力作用于加持带，可满足无损夹持要求[25-26]。但在夹送过程中，大葱根部受到清土辊的清土力及运动干扰，故夹持带选用20 N的夹持力。

式中为大葱与夹持带间的摩擦角，（o）；为张紧轮的直径，mm；为夹持带厚度，mm。

为了保证大葱顺畅喂入夹持带，对夹持带的速度分析如图8所示，且夹持带速度2满足

注：υ1为杆式输送链的线速度, m·s-1；υ2为夹持带线速度, m·s-1；β为夹持带倾角，rad。

2.5 扭铺装置

扭铺装置由扭送机构及铺放机构组成。工作中，大葱通过夹送带的扭送机构完成方向改变，经隔板式输送带的输送有序掉落铺放。其中，扭送机构主要由液压马达、夹持带、张紧轮组成，完成大葱由竖直夹持向水平输送的转向，决定大葱的铺放及效果。大葱开始喂入扭铺装置时，其运动及受力方式与其进入夹送装置相似，参照式（18）计算，确定小带轮直径4为70 mm。其结构及速度关系如图9所示。为避免大葱扭转运动过程的拥堵，扭送机构的速度3满足

由初步试验，选择摆线马达控制扭送机构的夹持带的转速，并确定扭转角度1为13°，以保证大葱的顺畅转向。

注：1为扭转角度，rad；2为隔板输送带的倾角，rad；3为隔板间距，mm；3为送机构的速度，m/s；4为隔板高度，mm；4为小带轮直径，mm。

Note:1is torsion angle, rad;2is inclination angle of partition conveyor belt, rad;3is separator spacing, m m;3is the speed of the feeding mechanism,, m/s;4is separator height, mm;4is the diameter of small pulley, mm.

图9 扭铺装置结构图

Fig. 9 Structural diagram of torsion paving device

铺放机构布置在扭送机构的末端，通过多个均匀隔板避免大葱输送过程中的滚落[28-30]。考虑整机的紧凑性及作业效果，确定隔板输送带的倾角2为28°。收获期，经田间实际测量大葱长度多为700～800 mm，大葱夹持位置为葱白与葱叶的交界处，故选择隔送板的宽度6为600 mm、隔板高度4为100 mm，间距3为440 mm。

3 田间试验

3.1 试验目的

对4CL-1自走式大葱联合收获机的整机性能进行考核，验证技术参数及结构是否设计合理,分析大葱收获作业中存在的问题及不足，并比较与人工收获效果的差异。

3.2 试验条件及设备

在2017年11月20日在潍坊安丘市振来家庭农场进行收获试验。田间土壤为壤土，土壤容重为1.26 g/cm3，土壤硬度为1 254 kPa，含水率为12.80%。大葱品种为日本钢葱，植株高度为700~800 mm，平均株距为42 mm，葱白平均直径为30 mm；大葱种植平均行距为800 mm，起垄平均高度为280 mm。试验设备为4CL-1型自走式大葱联合收获机1台。根据大葱生长及田间状况，调整油缸伸缩长度，控制挖掘深度为300 mm，收获行数为1行。试验重复进行5次分别记录每次试验所用时间、漏挖株数、损伤株数等数据。

3.3 试验方法及指标

参照《大葱收获机》（Q/0781QHL01-2017）作业标准及收获实际情况，采用4CL-1型自走式大葱联合收获机进行大葱田间收获。随机选择5~7垄大葱，每次选择20 m为收获测试区，分别记录测试区大葱作业总株数、漏挖株数、损伤株数，计算大葱收获主要性能指标。

1）挖净率

式中1为挖净率，%；为大葱总株数，棵；1为漏挖株数，棵。

2）损伤率

式中2为损伤率，%；2为损伤株数，棵。

3）损失率

式中3为损失率，%；3为收获株数，棵。

随机选择20 m的收获区，采用挖掘叉人工挖掘大葱，并拔出大葱抖土，分别记录人工收获大葱的总株数、漏挖株数、损伤株数及工作时间，参照大葱机械收获指标计算方法，得到人工大葱收获指标。

3.4 试验结果及分析

样机采用履带式底盘适用于田间凹凸地表，行走稳定性可靠，转弯半径为0.6 m，通过性好。收获过程，大葱可以被顺利挖掘、夹持及输送铺放。人工收获费力费时，收获速度较慢，约为0.005 km/h，但收获质量较高。通过田间试验，研发的自走式大葱收获机行走流畅，操作简便，收获速度为0.061 km/h，生产率为0.049 hm2/h，约为人工收获效率的12倍；与人工收获效果相比，样机收获的挖净率略低，损伤率及损失率略高，且各个指标都满足收获要求，作业效果如表2所示。其中，1.40%的损伤率主要来自大葱的喂入夹送带损伤。0.70%的损失率源于大葱转向过程中遗落。由于大葱种植较深，收获机部件较多，受大葱生长状况的影响较大。大葱生长高度不一，茎叶参差不齐，根须相互缠绕，给大葱输送位置的转向及铺放机构设计提出了更高的要求。当大葱长度大于700 mm或夹持位置不当时，大葱在转向过程中运动不稳，在其他大葱的干扰下易发生掉落或铺放不齐，并大葱之间相互扯动产生连锁反应。为此，在大葱收获允许的条件下，建议去除一定长度的大葱叶梢，使得大葱收获高度一致，便于相关装置的运动及配合。

表2 作业效果

4 结 论

1）结合垄作大葱的种植农机及收获需求，设计了自走式大葱联合收获机，可一次完成大葱的挖掘、清土、夹持及铺放作业。该机采用旋松刀与V型铲的组合挖掘装置实现分层的挖掘方式，解决了垄作大葱挖掘难的问题，并有效降低了挖掘阻力；采用杆式输送链与清土辊配合，实现大葱的有效抬升及清土；采用柔性夹送带减缓大葱的挤压损伤、借助张紧机构适应不同大葱葱白尺寸；采用扭铺装置将大葱由竖直夹持变为平铺输送，弥补了现有大葱收获机械铺放杂乱的问题。

2）田间试验结果表明，该机收获质量高、性能稳定，挖净率为99.50%，损伤率为1.40%，损失率为0.70%，生产效率为0.049 hm2/h，是人工收获效率的12倍。

[1]王方艳. 大葱生产技术及收获装备[J]. 农业工程，2017，7(5)：1－4. Wang Fangyan. Production technology and harvesting equipment of green Chinese onion[J]. Agricultural Engineering, 2017, 7(5): 1－4. (in Chinese with English abstract)

[2]张孝安. 农业机械设计手册（上、下册）[M]. 北京：中国农业科学技术出版社, 2007.

[3]Medlock H G, Ragsdale H F. Green onion harvester: US 3989110[P]. 1976-11-2.

[4]Provitola A I. Ground surface crop harvester and harvesting method: US 6419028[P]. 2002-7-16.

[5]Kido D, Shuff D. Onion harvester with leaf topper: US 7007449[P]. 2006-3-7.

[6]刘敬伟. 双行大葱联合收获机的设计与研究[D].泰安：山东农业大学,2018. Liu Jingwei. Design and Research of Double-row Green Chinese Onion Combined Harvester[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2018. (in Chinese with English abstract)

[7]张云，王吉忠，高金，等. 4YZ-4型玉米联合收割机液压行走系统匹配设计[J]. 机械研究与应用，2016，29(4)：84－86. Zhang Yun, Wang Jizhong, Gao Jin, et al. Design for hydraulic driving system of the 4YZ-4 type combine harvester[J]. Mechanical Research and Application, 2016, 29(4): 84－86. (in Chinese with English abstract)

[8]吴亚. 液压挖掘机履带底盘行驶性能虚拟样机仿真及试验研究[D]. 长春：吉林大学，2017. Wu Ya. Virtual Prototype Simulation and Experimental Study on Travelling Performance of Track Chassis of Hydraulic Excavator[D]. Changchun: Jilin University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[9]刘敬伟，李玉华，吴彦强，等. 双行自走式大葱收获机的设计研究[J].农机化研究,2019,41(3):130-134. Liu Jingwei, Li Yuhua, Wu Yanqiang, et al. Design and research of the double-row self-propelled green Chinese onion [J]. Agricultural Mechanization Research, 2019, 41(3): 130-134. (in Chinese with English abstract)

[10]胡军. 挠性圆盘式大葱移栽机的优化设计与试验研究[D]. 北京：中国农业大学，2003. Hu Jun. The Optimum Design Method and Tests of a Scallion Transplanter with Two Flexible Metal Disks[D]. Beijing: China Agricultural University, 2003. (in Chinese with English abstract)

[11]彭嵩植 ,吴德光.旋耕机工作部件设计方法的研究[J].镇江农业机械学院学报,1982(3):5-26.

[12]中国农业机械科学研究院. 农业机械设计手册[M]. 上册. 北京：中国农业科学技术出版社，2007：237－243.

[13]高丽红.旋耕刀的设计及排列浅析[J].机械管理开发,2007(2):16-18. Gao Lihong. Analysis of design and layout of rotary cultivator blade[J]. Mechanical Management and Development,2007(2):16-18. (in Chinese with English abstract)

[14]丁为民，徐志刚，汪小函. 斜置旋耕刀滑切角及其方程[J]. 农业工程学报，2002，18(3)：49－53. Ding Weimin, Xu Zhigang, Wang Xiaohan. Grass sliding cutting angles and their equations of oblique rotary blades[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2002, 18(3): 49－53. (in Chinese with English abstract)

[15]刘永清，桑正中. 潜土逆转旋耕刀数学模型及参数优化[J]. 农业工程学报，2000，16(4)：88－91. Liu Yongqing, Sang Zhengzhong. Mathematical model of submerged reverse rotary tiller and parameters optimization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2000, 16(4): 88－91. (in Chinese with English abstract)

[16]熊平原，杨洲，孙志全，等. 旋耕刀三向工作阻力试验及作业参数优化[J]. 农业工程学报，2017，33(19)：51－58. Xiong Pingyuan, Yangzhou, Sun Zhiquan, et al. Experiment on three-axis working resistances of rotary blade and working parameters optimization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(19): 51－58. (in Chinese with English abstract)

[17]郭新峰. 小型马铃薯收获机关键部件的设计与研究[D]. 石河子：石河子大学，2017. Guo Xinfeng. Design and Research on Key Components of Small Potato Harvester[D]. Shihezi: Shihezi University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[18]王家胜,尚书旗.自走式双行胡萝卜联合收获机的研制及试验[J].农业工程学报,2012,28(12):38-43. Wang Jiasheng, Shang Shuqi. Development and experiment of double-row self-propelled carrots combine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2012,28(12):38-43. (in Chinese with English abstract)

[19]陈书法,李耀明,孙星钊.花生联合收获机挖掘装置的设计研究[J].中国农机化,2005(1):47-49. Chen Shufa, Li Yaoming, Sun Xingkan. Research design on peanut combine harvester[J]. Chinese Agricultural Mechanization, 2005(01):47-49. (in Chinese with English abstract)

[20]杨然兵,李国莹,尚书旗,等.机械化挖掘收获部件发展现状与展望[J].农机化研究,2008(9):5-9. Yang Ranbing, Li Guoying, Shang Shuqi, et al. Research advances and prospects of mining mechanical harvesting parts[J].Journal of Agricultural Mechanization Research,2008(9):5-9. (in Chinese with English abstract)

[21]贾晶霞,张东兴,桑永英,等.马铃薯挖掘铲计算机辅助分析与模拟试验研究[J].农业工程学报,2006(8):106-110. Jia Jingxia, Zhang Dongxing, Sang Yongying, et al. Computer aided analysis and simulation experiment of potato digging blade [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2006(8): 106-110. (in Chinese with English abstract)

[22]王方艳，高洪伟. 基于农机农艺融合的大葱机械化移栽关键技术研究[J]. 农机化研究，2018，40(9)：257－263. Wang Fangyan, Gao Hongwei. The key technology research of green chinese onion mechanized transplanting for integration of agric[J]. Research on Agricultural Mechanization, 2018, 40(9): 257－263. (in Chinese with English abstract)

[23]刘丹丹，高洪伟，王方艳，等. 章丘大葱种植农艺及机械化生产技术[J]. 农业工程，2017，7(1)：15－18,47. Liu Dandan, Gao Hongwei, Wang Fangyan, et al. Planting agronomy and mechanization production technology of scallion in Zhangqiu [J]. Agricultural Engineering, 2017, 7(1): 15－18,47. (in Chinese with English abstract)

[24]贾智博，侯加林，刘敬伟，等. 大葱茎秆起拔力测试系统的设计与试验[J]. 农机化研究，2019，41(2)：109－113. Jia Zhibo, Hou Jialin, Liu Jingwei, et al. Design and experiment of system for pulling force of scallion[J]. Agricultural Mechanization Research, 2019, 41(2): 109－113. (in Chinese with English abstract)

[25]贾智博. 大葱茎秆力学特性测试系统的设计与试验[D]. 泰安：山东农业大学，2018. Jia Zhibo. Design and Experiment of Mechanical Characteristic Test System for Scallion Stalks[D].Taian: Shandong Agricultural University, 2018. (in Chinese with English abstract)

[26]李志红，区颖刚. 甘蔗收获机圆弧轨道式柔性夹持输送装置的功率模型[J]. 农业工程学报，2009，25(9)：111－116. Li Zhihong, Ou Yinggang. Power model of arc-track-type flexible holding and conveying device of sugarcane harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(9): 111－116. (in Chinese with English abstract)

[27]郑丁科，区颖刚. 甘蔗收割机柔性夹持输送装置驱动马达负载的分析[J]. 农机化研究，2014，36(9)：47－51,56. Zheng Dingke, Ou Yinggang. Analysis of driving load for trackless flexible holding and conveying mechanism of sugarcane harvester[J]. Agricultural Mechanization Research, 2014, 36(9): 47－51,56. (in Chinese with English abstract)

[28]石增武，张道林，刘声春，等. 玉米收获机茎秆切割铺放装置的设计与试验[J]. 农机化研究，2011，33(12)：113－115. Shi Zengwu, Zhang Daolin, Liu Shengchun, et al. Design and experiment of the stalks cutoff and windrowing device of corn harvester[J]. Agricultural Mechanization Research, 2011, 33(12): 113－115. (in Chinese with English abstract)

[29]王方艳. 基于ADAMS的输送清理装置的仿真研究[J]. 中国农机化学报，2016，37(2)：57－61. Wang Fangyan. Simulation research on conveyor cleaning device for sugar beet based on ADAMS[J]. China Journal of Agricultural Machinery Chemistry, 2016, 37(2): 57－61. (in Chinese with English abstract)

[30]周凤波.4CS-1型大葱收获机输送夹持装置的研究[J].农业装备与车辆工程,2015,53(2):78-80. Zhou Fengbo. Research on conveying and clamping device of welsh onion harvester[J].Agricultural Equipment & Vehicle Engineering,2015,53(2):78-80.(in Chinese with English abstract)

Development of 4CL-1 self-propelled combine harvester for green onion

Wang Fangyan, Sun Guangquan, Shang Shuqi※

(,,266109,)

Based on the agronomic requirements and planting methods of domestic green onion planting, a self-propelled green onion combine harvester was designed. The machine is composed of walking system, transmission system, combined excavating device, clearing device, clamping conveyor, torsion paving device, and so on. It can complete the excavating, cleaning, lifting and laying of green onion at one time. Based on the theoretical analysis of power configuration requirements for the machine and motion relationship of each key component, the overall power of the machine and the gear ratio of each stage were determined, and the structural parameters of the key components were designed. The whole drive system consists of mechanical transmission part and hydraulic transmission part. The power coordination of walking system and excavating system is realized by the mechanical transmission part. The position adjustment of the excavating system, the rotation speed control of the clamping conveyor and the torsion paving device are realized by the hydraulic transmission. The combined excavating device composed of rotary loosening knife group and V-typeexcavating shovel, as the core part of green onion harvesting, affects the excavating effect and harvesting quality. That has a strong applicability to improve the excavatingdepth of green onion, realize step-by-step loosening and excavation of the soil, reduce excavation resistance and avoid harvesting congestion. The rotary loosening knife group completes the cutting of the soil on both sides, the V- type excavating shovel realizes the bottom excavation and lifting of the soil, the rod conveyor chain transports and lifts the green onions and the initial cleaning of the onion-attached soil, and the clearing roller remove residual soil from roots of green onion. The two-stage soil cleaning is composed of rod conveyor chain and soil cleaning roller to ensure the effect of soil cleaning and impurity removal. To alleviate the extrusion damage of green onion, the effective feeding and flexible clamping of green onion can be completed by clamping conveyor to adapt to different green onion sizes. Designing the speed of the rod conveyor chain, the forward speed of the machine and the clamping conveying speed, to understand the speed matching relationship among them, and ensure that the soil at the root of the green onion is cleaned and the clamping conveying is stable. The reversal conveying and laying mechanism can change the vertical clamping to horizontal conveying of green onion, and the orderly laying of green onion can be completed. The field test results show that the removal rate, damage rate, loss rate and productivity of the machine are 99.50%, 1.40%, 0.70% and 0.049 hm2/h,respectively. The machine solves the problems of large excavation resistance, unstable clamping and conveying, unclean root soil cleaning, disorderly laying, etc. This research can provide basis for design and development of green onion harvesting and equipment.

harvester; excavating; design; self-propelled; green onion

王方艳，孙光全，尚书旗. 4CL-1型自走式大葱联合收获机的研制[J]. 农业工程学报，2019，35(24)：39－47. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.005 http://www.tcsae.org

Wang Fangyan, Sun Guangquan, Shang Shuqi. Development of 4CL-1 self-propelled combine harvester for green onion[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 39－47. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.005 http://www.tcsae.org

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.005

S225.92

A

1002-6819(2019)-24-0039-09

2019-08-22

2019-11-25

国家自然基金；基于有序运移机理的大葱低阻平稳收获方法的研究（51775290）。山东省农机装备研发创新计划项目：自走式大葱联合收获机研制（2018YF001-06）、自走式大葱联合收获机的研发（2016YF042）、山东省高等学校青创人才引育计划团队建设项目“高端现代农业装备创新研发团队”

王方艳，博士，副教授，主要从事农业装备设计及理论研究。Email：wfy_66@163.com

尚书旗，博士，教授，主要从事农业装备研究。Email：sqshang@qau.edu.cn

中国农业工程学会会员：王方艳（E041500001M）。