油莎草地下块茎采收机研究与测试

李开宇，杨 宁，马凤江，冯良山

（辽宁省农业科学院耕作栽培所，辽宁沈阳 110161）

辽宁是我国北方重要的草原区，主要分布在朝阳、阜新、葫芦岛等辽西北地区。长期以来，由于对草原功能认识不到位，有关政策不配套，致使各类草原破坏严重、功能衰退、面积锐减，人工草地建设受阻，生产形势十分严峻。人工草地建设滞后已成为限制农牧业经济持续发展和生态环境改善的重要因素，人工草地建设可有效改善辽西北地区脆弱的生态环境。

油莎草块茎集油、粮、牧、饲于一体，是一种综合化利用效果明显、经济效益较高的新型经济作物，适用于人工草地建设和生态修复。采收环节技术成熟，形成油莎草块茎种植产业化，能够有效助力辽宁省林草地区农业种植结构调整，增加当地农民经济收入，对辽宁省地区油莎草块茎产业健康发展起到示范和推动作用，同时也可促进生态环境保护，对实现农业可持续发展具有重要的现实意义。

1 总体结构及工作原理

1.1 总体方案

一是功能性要求。针对油莎草块茎采收过程中的劳动强度大、提高作业效率低问题，机具不仅有挖掘功能同时还具有清选功能，有效改善采收质量，提高机具工作性能。二是土与豆分离要求。针对油莎草块茎采收机土与豆分离难问题，采用辅助抛土机构提高土与豆分离的效果。三是根、草与豆分离。针对油莎草块茎采收机根、草与豆分离难问题，采用前置振动式分离机构，以减轻后续机构作业的负担。四是传动系统简单要求。机具挖掘、输送及清选由拖拉机输出动力驱动，传动系统既要驱动脱粒、输送及清选工作部件，同时又要保证传动可靠。

1.2 总体结构

该油莎草块茎采收机，包括机架、挖土铲、辅助抛土机构、振动机构、输送机构、分离机构、传动机构、地轮和收集箱（图1）。挖土铲安装在机架前下方，辅助抛土机构安装在机架上，置于挖土铲的后上方，在抛土铲后方的机架上依次倾斜安装所述振动机构和输送机构，用于将油莎草块茎混合物输送至分离机构，分离机构安装在机架后方。在分离机构输料端设置收集箱，收集油沙豆。传动机构分别连接辅助抛土机构、振动机构、输送机构和分离机构，用于驱动辅助抛土机构、振动机构、输送机构和分离机构。

图1 油莎草块茎采收机结构示意图

1.3 工作原理

该机在作业时，挖土铲挖起土壤，辅助抛土机构的抛土轮将破碎的土壤抛向振动机构，通过振动机构的振动，使油莎草块茎和土壤的混合物通过振动进一步破碎分离，完成两次分离。然后由输送机构再将油莎草块茎和土壤的混合物送至分离机构，通过分离机构的圆筒筛转动，泥土由网格状筛网落下，没落下的泥土和豆在导向板作用下一边滚动一边向后运动，泥土落下。剩下的豆由接豆槽板排出，落入收集箱，完成分离收集作业。

2 主要零部件设计

2.1 辅助抛土机构

辅助抛土机构由抛土轮、抛土轮轴、轴承座和抛土链轮等组成。其中抛土轮是在抛土轮轴两端分别固定端板，在两端板间沿周向均匀固定多个栅条构成，抛土轮轴两端分别伸出端板，通过轴承座安装在机架侧板上。在抛土轮轴的一端设有抛土链轮，通过抛土链轮连接传动机构，由传动机构驱动抛土轮轴带动抛土轮转动，抛土轮将挖土铲挖起的土壤，由下向上向后滚动翻送。滚动过程中，通过栅条的撞击将土壤破碎。

2.2 振动机构

振动机构由栅条轴、振动栅条、曲臂和偏心轮等组成。栅条轴两端均铰接安装在机架两侧板上，振动栅条一端等间距安装在栅条轴上，另一端为自由端，栅条轴一端伸出机架侧板，其上连接曲臂一端，曲臂另一端铰接连杆一端，连杆另一端连接安装在机架侧板上的偏心轮，偏心轮连接传动机构。通过偏心轮驱动，带动振动栅条轴转动，使振动栅条振动，将油莎草块茎混合物进一步破碎，以利于分离作业。

2.3 输送机构

输送机构由输送带、主动滚筒、从动滚筒、护板、主动链轮和从动链轮等组成。主动滚筒一端设有主动链轮，从动滚筒一端设有从动链轮，主动链轮连接传动机构，主动链轮和从动链轮间通过传动链连接。在主动滚筒和从动滚筒间套置输送带，输送带两侧设有护板，可避免杂物进入输送带内侧，影响输土作业。输送机构将油莎草块茎混合物向后输送至分离机构。

2.4 分离机构

分离机构由圆筒筛、齿圈、环圈、托轮、导向板、齿轮、驱动齿轮和接豆槽板等组成。圆筒筛是由数个等间距周向栅条环和数个沿周向布置的纵栅条构成的网格状圆筒，圆筒筛一端设有齿圈，另一端设有环圈，驱动齿轮、齿轮分置于机架两侧，分别与所述齿圈啮合。托轮为两个，分别为左、右托轮，设置在机架上环圈两侧。两托轮支撑环圈，其中驱动齿轮连接传动机构，驱动齿圈带动圆筒筛转动，完成分离作业。

2.5 圆筒筛

圆筒筛内壁设有延螺旋分布的多个导向板，起导向作用，并防止分离物的堆集、堵塞。驱动齿轮、齿轮通过轴承座安装在机架上，两托轮通过支架安装在机架上，驱动齿轮、齿轮及两托轮支撑分离机构。分离机构工作时，圆筒筛转动，泥土由网格状筛网落下，没落下的泥土和豆在导向板作用下一边滚动一边向后运动，泥土落下，剩下的豆由接豆槽板排出，落入收集箱。

2.6 传动机构

传动机构由中央变速箱、左传动输出轴、右传动输出轴、侧传动轴及各个链轮等组成。中央变速箱通过左传动输出轴连接振动机构的偏心轮，驱动偏心轮转动，带动振动机构工作。中央变速箱通过右传动输出轴上设置的链轮和输送机构的主动链轮通过传动链连接，通过链传动带动输送机构的主动滚筒转动。主动滚筒和从动滚筒上同侧的链轮通过传动链连接，从动滚筒上的另一侧链轮和辅助抛土机构的链轮通过传动链连接，通过链传动带动辅助抛土机构的抛土轮工作。中央变速箱的输入轴和侧传动轴花键连接，侧传动轴上的链轮和分离机构的驱动齿轮轴上安装的链轮通过传动链连接。通过链传动带动分离机构的驱动齿轮转动，由驱动齿轮带动齿圈转动，使分离圆筒筛转动，实现分离作业。

3 结语

针对现有油沙豆种采收机的技术缺点，开发出一种油莎草块茎采收机，基本解决了目前油莎草块茎采收过程中存在的劳动量大、收获滚筒易缠绕、脱净率不高、不易清理等问题，并实现油沙豆种采收机的多功能化。该机采用传动机构采用机械传动，结构简单、制造成本低，更易于推广应用。