面向大棚种植结球甘蓝收获机结构设计

青岛理工大学机械与电子工程系 毛玮 任付娥 古福兴 刘澳

前言

甘蓝，原产于地中海沿岸，目前在我国有大面积栽培，尤其是大棚种植。甘蓝有较强的硒富集能力，有增强机体免疫力、抗衰老氧化、消炎杀菌和治疗溃疡等功效。甘蓝适应性强、品质好、易贮耐运，为我国大部分地区春、夏、秋季的主要蔬菜之一[1]。随着培育技术的发展，其种植形式由过去的单家农户进行春、夏、秋三季种植转为农村规模化的多茬多模式种植，以公司与农户结合的方式产销[2]。现阶段甘蓝收获的机械化水平和生产效益较低，主要是人工劳动，少数采用联合收获机作业。本文设计的一款大棚种植的结球甘蓝低损伤收获机旨在从收拢收割、传送方面和机型大小方面解决上述问题。

1 研究背景

我国是传统的农业大国，蔬菜种植产业占据农业很大比例，是人们日常饮食中必不可缺的重要组成部分，同时也和农村的经济收益息息相关。近年我国甘蓝产业的发展如火如荼，种植面积于2012年跃居世界第一，产量于2016年达到世界总产量的一半[3，4]。然而生产的机械化水平仍然较低，尤其是在收获方面用工量达到生产投入劳动量的40%，效率低下、劳动成本高，生产力发展水平与人们的需求之间的矛盾较大[2，5]。

目前，部分地区为提高生产效率使用联合收获机作业，但是一次性采收难度大，农机农艺的融合欠佳，生产成本高，且庞大的机型不适于大棚作业，并不能满足人们对蔬菜越来越高的品质要求。

2 国内外现有技术

2.1 国内研究状况

国内农用机械起步晚，机械化和自动化程度低，设备技术水平不够完善，尤其收获环节的机器未实现商品化，大多处于研发、试制阶段[6]。现试制机器主要是台湾、甘肃、山东和东北等地区自走式机器，单行或双行作业，一次性采收效果差，对甘蓝的损伤较大且田地的不同株间距适应性差。

2.2 国外研究状况

国外农业机械化程度高，已实现实现标准化和商品化，但是主要是悬挂式和牵引式，不适合我国的种植方式的收获。从苏联第一台甘蓝收获机到比利时的KOROVM DB型甘蓝收获机和意大利的RAPID T甘蓝收获机型等一系列机器均存在机型过大、株间距过大、对菜体损伤大、成本高和能耗高的问题，机器对不同的土地作业环境适应性较低，农机农艺融合性差。

综上所述，在甘蓝收获技术上国内外差距较大，但均存在菜体损伤严重、机型过大和种植方式适应性差的问题，本文提出的收获机机型小，可在大棚内一次性完成不同株间距种植的多垄收获、传送和收集，并有效减轻菜体损伤。

3 主要结构设计

3.1 整体结构设计

本文提出的大棚种植的结球甘蓝低损伤收获机主要包括机架（如图1中3104所示），为机器的总体框架部分，用于保证机器的整体性；收拢收割装置（如图1中3103所示）若干组，通过螺栓并排固定于机架上，用于甘蓝球体的收拢、倾斜切割，能够减轻对菜体的损伤；拨动装置（如图1中3102所示）设置于机架前方，用于甘蓝的依次、稳定传送；传送装置（如图1中3101所示）安装于机架顶部，用于甘蓝的输送；收集装置（如图1中3105所示）连接于机架后方，用于收集甘蓝；速度调节装置（如图1中3106所示）设置于机架侧方，用于调控前进、拨动和传送速度。

图1 结球甘蓝低损伤获机的整体图

3.2 重要结构设计

本文提出的大棚种植的结球甘蓝低损伤收获机核心结构为收拢收割部分、拨动部分、传送部分和收集部分。收拢收割装置由一羊角式分叉铲板（如图2中3201所示）和一倾斜收割刀片（如图2中3202所示）栓连，若干组收拢收割装置按照甘蓝的种植方式将通过连接装置固定于机架上，可根据不同的甘蓝种植方式调节间距或直接拆下。机器前进过程中将甘蓝球体收拢，继而倾斜的收割刀片将其割下，在多垄收割的基础上减轻对菜体和根部的损伤，便于甘蓝的二次生长，降低成本、提高经济效益。

图2 收拢收割装置图

拨动装置为带有可升降装置（如图3中3301所示）的拨动板（如图3中3302所示），安装于机架顶部前方，用于收割后的甘蓝菜体顺利进入传送阶段，防止菜体摔落、影响蔬菜质量。传送装置为传送带（如图4中3402所示），不同的是其上设置有等间距小隔板（如图4中3401所示）和防护挡板（如图4中3403所示），用于甘蓝的稳定输送。

图3 拨动装置图

图4 传送装置图

收集装置为一置物台（如图5中3501所示）和多个收集箱（如图5中3502所示）组成，安装在机架后方，用于收集甘蓝，箱满后直接卸下，适用于大棚种植甘蓝的收割、收集，提高了劳动效率。

图5 收集装置图

3.3 机器运作过程

使用大棚种植的低损伤甘蓝收获机收获甘蓝前，根据其种植方式选择性拆卸收拢收割装置并调节至合适位置。投入使用时，首先各羊角式分叉铲板进行收拢，同时下方倾斜的收割刀片对其进行切割，继而拨动装置将甘蓝拨至传送装置，传送装置将甘蓝送入机架后方的收集装置，收集装置放有收集箱用于收集并存放甘蓝，箱满后取下即可。

4 结语

在剖析现有甘蓝收获机的基础上，本文提出了一种大棚种植的结球甘蓝低损伤收获机，对机型大小、收拢收割、传送和收集等方面进行优化设计，以实现减轻甘蓝菜体损伤的同时，一次性完成收拢、收割、传送和收集等工序，对各种不同的种植田地和方式的适应性强，可有效提高生产效率和经济效益、降低劳动和经济成本。