微型单行手扶式大蒜联合收获机设计

崔 军，钟志堂，王成文，吴小伟，李 想，庄 睿

（1.江苏省农业机械技术推广站，江苏 南京 210017；2.徐州三石工控科技有限公司/徐州库卡机械科技有限公司，江苏 丰县 221700；3.江苏省农机化服务站，江苏 南京 210017）

0 引言

我国是世界上大蒜种植面积最大的国家，但是我国大部分大蒜种植区主要以人工收获方式为主，劳动强度大，工作效率低，严重影响了对它们的适时收获。目前，大蒜联合收获机在发达国家的研制已形成体系。欧美地区国家主要采用大型侧置牵引式联合收获机，不仅作业效率高，而且节省大量劳动力，适合大面积的种植模式。我国现在的大蒜收获机针对中国大蒜种植农艺，也已经逐步走向实用阶段，目前国内大蒜收获主要有分段条铺式大蒜收获机和大蒜联合收获机。分段条铺式大蒜收获机具有结构简单，成本低的优点，但是自动化程度低，后期大蒜收集、切秧、切根仍需要人工完成。现有大蒜联合收获机虽然能一次完成挖掘、去土、夹持输送、切秧及蒜头收集等作业，但是仍存在以下缺点：（1）国外国内大蒜联合收获机价格昂贵，售后维修成本高，超出了农民的购买力；（2）对操作人员技术要求高；（3）由于我国大蒜主产区大蒜种植多以小地块为主，对大型收获机的使用受到一定的限制；（4）行距适应性差、挖掘阻力大、限深轮易被薄膜缠绕。

大蒜收获机对于提高大蒜收获机械的技术水平，促进大蒜收获机械优化升级和产业结构调整，凝聚培养智能化技术开发和应用的创新人才队伍，全面提升大蒜收获机械科技创新能力和国际竞争力，提升保障农产品可持续发展和有效供给能力具有重要的现实意义和战略意义[1-2]。为了解决当前联合收获机存在的缺点，本项目设计一款微型单行手扶式大蒜联合收获机，它具有结构简单、操作方便、行距适应性强、挖掘阻力小、不易缠绕等优点，该机获得了一项实用新型专利：微型单行手扶式大蒜联合收获机，专利号ZL201821836719.9。

1 基本结构及工作原理

1.1 基本结构

本微型单行手扶式大蒜联合收获机整体结构如图1，采用的双限位轮结构，保证了工作时掘取刀适当的掘取深度，采用了对齐切秧一体化装置，使得结构简单紧凑，保证切秧一致性，同时使用了串联十字空心换向装置，工作部与前进方向成一定的夹角，从而保证在工作前进时，不影响操控人员的视线，主夹持传动机构由串联的十字空心换向机构配合可伸缩十字万向节组成，动力系统能够同时带动主夹持传动机构和对齐切秧机构工作，行走万向轮组件只在道路上行走时使用工作时取下。

1.2 工作原理

作业时最前方的分禾器将大蒜茎叶扶正，同时位于土层下方的掘取刀通过前后和上下振动将大蒜根须切断，并将土蒜分离，大蒜在夹持机构的夹持下通过切秧装置，将蒜秧与蒜头切割分离，蒜秧在夹持机构的夹持下顺势向后方抛出至地面，蒜头在重力作用下掉入在切秧装置下方的蒜头收集箱。

1.3 基本参数

外形尺寸：长*宽*高210cm*80cm*121cm，配套动力：7马力汽油机，挂接形式：轮式自走式，作业幅宽：20cm，作业行数：1行，作业行距：15cm以上，株距：6～8株/m。

2 六面安装十字空心换向装置设计

在农用机械领域，为了实现多种功能，需要使用动力的装置较多，这不仅增加了设备体积，而且设备的运行效率不高，并且造成机具的机构复杂、体积庞大等缺点。为此本文设计了一种六面安装十字空心换向装置，它包括长方体壳体、油封、空心螺旋圆柱轴齿轮、轴承、黄油嘴和卡簧等，长方体壳体内设有两个十字交叉放置且相互啮合的空心螺旋圆柱轴齿轮，空心螺旋圆柱轴齿轮分别通过轴承与长方体壳体转动连接，轴承的外侧分别设有油封和卡簧，长方体壳体的一侧设有黄油嘴。该装置体积小，重量轻，结构简单，造价低，用途广泛，能够实现动力的换向输出。如图2。

将一对空心螺旋圆柱轴齿轮副呈十字交叉装配到壳体中，构成十字空心换向装置，将驱动轴装配到空心螺旋圆柱轴齿轮中，就可以实现输出垂直于驱动轴方向的传动，如果保持驱动轴的旋向不变，要得到与相反方向的动力输出，只需要空心螺旋圆柱轴齿轮加工成相反旋向即可；该装置可以进行多个装置串并联使用，还可以根据旋向的不同，根据实际传动需要，进行多种组合，该装置的壳体为长方体壳体，在六个面上分别钻四个安装孔，方便根据实际需要固定该装置。该装置设计获得了一项实用新型专利：一种六面安装十字空心换向装置，专利号ZL201821835948.9。

3 试验

3.1 试验目的

考察设计的联合收获机作业性能是否达到设计目标，以及六面安装十字空心换向装置的使用功能是否可靠、方便、可行。

3.2 试验条件

试验地点在邳州市宿羊山镇，大蒜品种为华农白蒜，大蒜地表面为地膜覆盖。试验地块面积为220m×250m，倒伏比例为4%，大蒜种植行距为 20cm，株距为15cm，蒜头直径为6.1cm，蒜头高度为4.4cm。土壤类型为沙壤土，含水率为25.8%。土壤硬度24．8kPa。试验条件适合机械收获作业要求。

3.3 试验结果及分析

经过多次试验，重点考核了与作业质量密切相关的5个指标：损失率、伤蒜率、含杂率、切头成功率、挖掘深度，对获得的试验数据进行统计并分析，结果及分析如下：

（1）作业时整机运行可靠，没有发生换挡困难、动力熄火、陷车、故障等情况，切秧整齐，蒜秧、蒜头没有发生堵塞装置的情形，刀具无变形折断现象，操作方便，对行容易。

（2）六面安装十字空心换向装置运行可靠、平稳，换挡顺畅、灵敏，达到了设计目标。

（3）机具性能：损失率为2.4%，伤蒜率为1.2%，含杂率为4%，切头成功率为95%，挖掘深度在0～12cm可调。

4 结论

本项目结合我国大蒜种植小田块的实际需求，设计了微型单行手扶式大蒜联合收获机，该机结构紧凑，重量轻，成本低廉，操作简单，对行容易。试验结果表明，机具性能满足设计要求和国家相关技术标准，具有极大的社会和经济价值；根据近年在江苏、山东、河南等地的推广使用情况来看，深受农户的喜爱，企业获得了良好经济效益。