馬鈴薯挖掘機的試驗研究

王小娟

(長治市農業機械研究所,山西長治 046000)

1 挖掘部件

挖掘鏟是挖掘部件中的重要組成部分，挖掘鏟的任務是以帶最少的泥土量挖掘薯塊，使土壤松碎，把掘起物送到分離裝置上，要求在克服阻力時消耗的能量最少，要在不同的土壤條件和濕度下完成任務。所以挖掘鏟的幾何尺寸和安裝尺寸是關系到挖掘機能否正常工作的重要因素。

1.1 挖掘鏟的幾何尺寸

挖掘鏟的幾何尺寸是由鏟面傾角α、鏟的長度和寬度組成。挖掘鏟的長度L與鏟面傾角α的大小有關。一般挖掘機上選用α＝20°，根據對平鏟的試驗研究，當α角為16°～20° 時，挖掘鏟的最佳長度L為350～400mm。如（圖1）

圖1 挖掘鏟受力圖

1.2 挖掘鏟的安裝尺寸

挖掘鏟的安裝尺寸主要與鏟面傾角α和挖掘鏟后端的離地高度h有關。當L值一定時，α值越大，則h值越大，對清選篩的安裝更有利。但是隨著α值的增大，挖掘鏟的阻力也隨之增加，挖掘鏟的入土行程卻在縮短。最短的入土行程是保證挖掘機挖凈率的重要措施。在地頭，機組的入土行程短，可減少薯塊的破損率，提高薯塊的挖凈率，適當地提高α值，不但對挖掘鏟的入土行程能有效縮短，而且對機組的正常作業不會造成太大的影響。我們在試驗中測得了相關數據。如（表1）

表1 鏟面傾角α與入土行程

從（表1）中我們可以看到增加α值可以縮短機組的入土行程。但是增加α值也會增大機組的阻力，并會在挖掘鏟面上出現大量的擁土。由圖1可得平衡方程（1-1），移動土垡越過挖掘鏟表面所需要的力P可由方程推出：

式中：P—沿著挖掘鏟移動掘起物所需的力（N）；R —鏟對土壤的反作用力（N）；G —鏟面上土壤的重力（N）；T —土壤對鏟的摩擦力（N）；μ=tgφ—土壤對鏟的摩擦系數

式中：F——被鏟起土垡的橫斷面積 γ——土壤容重 ψ——土壤對鋼的摩擦角

挖掘鏟的工作阻力是由鏟起的土垡沿著挖掘鏟移動和挖掘鏟切割土壤而產生的。土垡在挖掘鏟上的移動阻力很小，（特別是沙壤土）若不考慮土垡沿著挖掘鏟移動速度變化的影響，鏟的總阻力可以用下面的關系式來表示

從式（1-3）中我們可以看出：F、ψ、γ值是相對固定的，要想減小鏟面的總阻力，只有將挖掘鏟的長度縮短，我們在增加α值的同時，將L值由原來的350mm減小到280mm。L值減少，必須增加α值，以保證h值，便于后端桿條輸送鏈的安裝要求。根據（表1）所測數據進行對比分析，α取23°是最理想的數值，根據（圖1）中L、α和h的關系，挖掘鏟的長度超過350mm～400mm時，在保持 h值不變即α減少的情況下，也會引起阻力增加。由此可見，角α值愈大，則挖掘鏟的長度必須愈短。這樣挖掘鏟的總阻力有所增加，但機組的入土行程減小了很多，達到了農藝要求。以上α值和L值的改變最好用在沙土地里挖掘馬鈴薯使用，因為在沙土土壤里的κ值比在粘土土壤里的κ值每平方分米要小120～150N，這樣挖掘鏟鏟面的阻力也可以相對減少很多，有利于機器的正常工作。

2 篩選部件

馬鈴薯挖掘機的篩選部分，主要由傳動軸，傳動箱，抖動器，輸送鏈，軸承等部件組成。輸送鏈在輸送薯塊的同時將挖掘機挖起的混合物向機組的后端輸送，是篩選部件中的主要部件。因輸送鏈的寬度對掘起物的篩選效果影響不大，在這里，我們著重對輸送鏈的長度在不同土壤里，對掘起物的篩選效果作詳細的試驗研究。桿條式升運鏈是目前薯類挖掘機上用的最廣的分離部件。它具有較強的分離能力，并能在傾角達到30°時仍有良好的輸送能力。下面我們分別在沙壤土中和重粘土中進行實地測試，觀察它在整個挖掘過程中，對混合物的分離能力和對薯塊的損傷情況。

2.1 沙壤土地里的試驗情況

選擇的試驗地塊長320m，寬150m，馬鈴薯種植行距60cm，株距25cm，薯秧85%已枯死灘在地表，土壤濕度14%，薯塊分布深度20cm，全部處于成熟狀態。我們選用90型兩行挖掘機，挖掘寬度為90cm，桿式輸送鏈的長度分別為1.2m和1.6m兩種機型，其它配置兩機完全相同，下面是我們對兩種機型的測試結果（表2）。試驗是在同一塊地里，隨機各選5點進行測試，5點的規格同為1.2m×1m。測得其明薯率都能達到農藝要求。從（表2）中我們看到，在沙壤土質中，挖掘機輸送鏈的長應選1.2m為最佳長度。

從試驗中我們觀察到，被挖起的混合物在被輸送到1m左右位置時，土壤的85%～90%已被篩掉，所剩土壤正好保證薯塊在落地前不會被桿條碰撞到。所以1.2m長的桿式輸送鏈，不會造成薯塊的損傷；而在1.6m長的輸送鏈上，后端約30～40cm的輸送鏈上土壤已完全漏掉。薯塊完全裸露在桿條上，此時薯塊不停地和桿條碰撞，造成了薯塊表面的損傷。

表2 兩種機型的測試結果

2.2 重粘土地里的試驗情況

我們將前面的兩種機型放在重粘土地里作對比試驗，試驗地塊長230m，寬100m，馬鈴薯種植行距60cm，株距26cm，薯秧85%以上已枯死灘在地表，土壤濕度17%，薯塊分布最深度16cm，全部處于成熟狀態。因為這兩種機型在粘土地里作業，對薯塊的表皮損傷都不明顯，所以我們只對兩種機型的明薯率進行了測試。在同一塊地里，我們隨機各取5點進行測試，5點的規格同為1.2m×1m。從表2中我們可以看出，當挖掘機在重粘土地里作業時，輸送鏈長取1.2m時，出現了較嚴重的埋薯情況，達不到農藝要求，輸送鏈長取1.6m是理想的長度。在以上試驗中，桿式輸送鏈的速度同為2m/s。

3 結論

通過上面的試驗分析研究，我們對薯類挖掘機的主要部件挖掘鏟和篩選鏈進行了改進設計，確定了最優方案，提高了馬鈴薯挖掘機的挖凈率，降低了傷薯率，明顯提高了機器生產率。薯類挖掘機有它的局限性，我們在設計和生產挖掘機時，必須結合土壤類型，在盡量減小工作阻力的前提下，達到農藝要求，根據不同的土壤，生產不同的機型，輸送鏈取1.2m適用于沙壤土地里作業，用1.6m長的輸送鏈在輕質土壤里挖掘馬鈴薯，如果不按裝抖動器，可減少薯塊的損傷率；輸送鏈取1.6m適用于重粘土壤里作業，兩者不可替換。生產廠家應綜合考慮地區的土壤狀態，針對性的生產銷售，以適應不同土壤的要求。

［1］(波蘭)卡那頭依斯基.收獲機械［M］.中國農業機械出版社,1983.

［2］中國農業機械化科學研究院.農業機械設計手冊［M］.機械工業出版社,1990.