基于山地丘陵地区的小型自动捆绑式收割机的探究性设计

潘吉常，徐 进，肖辉燈，邓忠琼，邓 静

（1 贵州师范大学 机械与电气工程学院；2 贵州师范大学 经济与管理学院：550001，贵州贵阳）

贵州地貌以高原、丘陵和山地为主，耕地分布不均、面积狭小，是制约其现代农业发展的重要因素[1-2]。目前，其农业机械化程度远低于全国平均水平，位居全国倒数第二。经笔者调查研究发现，贵州省农业机械化发展主要存在以下问题：首先，贵州地域广阔且地势环境复杂，不便于使用大型农业机械耕作；其次，贵州目前众多农作物的收割工作依旧以手工劳作为主，如水稻、油菜、大豆等农作物，劳动强度大，收割效率低；最后，由于特殊的地理特征，贵州省90%以上农业机械都是小型农业机械，其中以微耕机、耕整机为主，山地农机类型单一，山地收获机极其匮乏。

总而言之，目前市面上大型农业机械种类繁多、功能多样，相比之下，小型农业机械虽然具有小巧、灵活、高效等特征，但相关研究少、技术人才匮乏，致使种类较少、功能较单一。笔者认为开发类型和功能多样化的小型农机是提高山区农业机械化水平的重要途径。

1 小型山地自动捆绑式收割机设计理念

针对贵州山地的小型农业机械的开发，笔者认为：首先，小型农业机械应具有体积小、重量轻等关键特征；其次，在偏远的山区，经济水平较为落后，且小型农业机械使用者购买力有限，文化知识也具有较大的局限性，因此农业机械需便于操作，同时成本不宜过高；最后，小型农业机械构造不宜复杂，应便于使用者对其进行维护[3]。

小型山地自动捆绑式收割机整体规划设计采用模块化设计[4]，其优势在于模块化设计具有更佳的灵活性、互换性、多样性等特征，同时易于安装、更换和维修。将模块化设计应用到小型农业机械上，可以拓宽产品线、降低小型农机的复杂性和生产成本。在功能设计层面上，小型山地自动捆绑式收割机具有捆绑和切割一体化功能，通过设定一定转速，使功能整体同步实现。传动系统层面上，采取带传动、齿轮传动和联轴器传动等多种传动方式，提高机械整体传动效率。

2 小型山地自动捆绑式收割机结构方案

小型山地自动捆绑式收割机总体结构见图1，机械含机架A、行进装置B、动力装置C、收割装置D 和捆绑装置E 等五个部分。在机架A 下方设有行进装置B，机架A 上方设有动力装置C，动力装置C 前方设有收割装置D 和捆绑装置E。

图1 小型山地自动捆绑式收割机立体结构示意图

2.1 机架A 的结构设计

机架由扶手组件和水平支撑组件组成，扶手组件安装在水平支撑组件上，在水平支撑组件前方设有收割装置水平支撑架，在收割装置水平支撑架上设有收割装置竖直支撑板。

2.2 行进装置B 的结构设计

该装置主要功能是维持整个收割机的平衡和行驶，采用独轮组件便于对行驶方向的控制。该装置由行进轮、行进轮固定架和独轮组件组成，行进轮安装在行进轮固定架上，在行进轮前方安装有独轮组件。独轮组件包括独轮固定架，独轮固定架安装在收割装置水平支撑架前中下部。

2.3 动力装置C 的结构设计

该装置主要提供机械收割的动力，采用电机驱动，通过带传动、联轴器传动、齿轮传动，实现对作物的自动化切割和捆绑。该装置由电池组件、电机、联轴器和传动轴组成，电池组件安装在机架A 的水平支撑组件上，在电池组件右侧安装有电机，在电机上安装有联轴器，在联轴器上安装有传动轴，电机安装在电池组件的右部前端。

2.4 收割装置D 的结构设计

收割装置主要功能是对作物进行切割，通过叶片把作物推进通道，由安置在叶片下刀片对作物切割。该装置由机械传动组件、收割刀具组件和收割装置从动组件构成，在机械传动组件上安装有收割刀具组件，在收割刀具组件中部设有收割装置从动组件，在收割装置从动组件和收割刀具组件上安装有扶禾器组件。

2.5 捆绑装置E 的结构设计

该装置中的推杆组件往返运动，其摇杆转轴和三角形滑块的结构设计采用了对心曲柄滑块机构，结构简图如图2 所示。该机构中的摇杆转轴类似于图2 中的原动件，三角形滑块类似于图2 中的从动件和滑块。推杆的往返运动和捆绑口的特殊自动锁头结构可实现对作物的反复自动捆绑。该装置设计有固定槽组件、推杆组件和捆绑传动组件，在捆绑传动组件上安装有推杆组件，在推杆组件两侧安装有固定槽组件，固定槽组件和推杆组件中间位置设有通道。

图2 对心曲柄滑块机构示意图

3 小型山地自动捆绑式收割机工作方案

3.1 收割工作时的设计方案

启动动力装置C 中的电机，电池组件对电机进行供电，电机转动，带动联轴器与传动轴转动。传动轴与伞齿轮组件连接，伞齿轮组件为直齿锥齿轮，能实现90°的换向传动，将水平方向的传动换成竖直方向的传动，从而带动主传动轴转动。安装在主传动轴下端的主齿轮也随之转动，主齿轮与第三传动轴上的副齿轮配合，副齿轮的转动带动第三带轮，第三带轮通过皮带与第一传动轴下端的第一带轮配合，带动第一带轮和第四带轮转动。

主带轮通过皮带与第二传动轴下端的第二带轮配合，带动安装在第二传动轴上端的第五带轮转动，从而带动第一刀具轴和第二刀具轴转动，安装在第一刀具轴和第二刀具轴上的第一刀具上叶片、第一刀具下叶片、第一刀片、第二刀具上叶片、第二刀具下叶片、第二刀片转动，通过第一刀片和第二刀片完成农作物的收割动作，通过第一刀具上叶片、第一刀具下叶片、第二刀具上叶片、第二刀具下叶片、收割装置从动组件完成农作物的传送动作。

3.2 捆绑工作时的设计方案

通过伞齿轮组件带动捆绑传动轴转动，在捆绑传动轴另一端安装有齿轮传动组件，齿轮传动组件为小齿轮和大齿轮传动，在捆绑传动轴上安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮相互啮合，大齿轮转动带动摇杆转轴转动，从而带动摇杆转轴上的推杆组件转动。

推杆组件上设有三角形滑块、竖直固定滑槽组件和水平固定滑槽组件，摇杆转轴带动摇杆绕摇杆转轴轴心做圆周运动，使三角形滑块向下移动，从而推动水平固定滑槽组件的推压弹簧和推杆左右运动，推压弹簧包括左侧弹簧和右侧弹簧，推杆包括左侧推杆和右侧推杆。

工作时，当左侧推杆碰到固定槽组件的左侧固定槽钉、右侧推杆碰到固定槽组件的右侧固定槽钉时，驱使绑带进行绑定，并左侧推杆从左侧绑带盒拉出新的绑带，右侧推杆从右侧绑带盒拉出新的绑带。此时摇杆绕摇杆转轴轴心做圆周运动，使三角形滑块向上移动，同时左侧弹簧、右侧弹簧回弹拉回左侧推杆、右侧推杆，即可完成捆绑工作。

4 结论

贵州山地不适合大型农业机械作业，农民对于实用小型农业机械的需求是非常迫切的，小型山地自动捆绑式收割机的设计可满足农民的这一需求。该收割机结构简单，功能包含切割和捆绑，同时动力装置采用电力驱动，对作业环境非常环保，且工作稳定。

通过模块化设计，小型山地自动捆绑式收割机的结构分为五个装置；通过单个模块机构的设计，产品具有很好的灵活性和互换性；通过模块组装，可快速拼接和拆卸小型山地自动捆绑式收割机，便于转移，在山地等地形条件下非常适用。