芋頭收獲機的設計與試驗研究

2017-03-03 02:05:26武漢市農業科學技術研究院農業機械化科學研究所廖劍王銳李旭杜錚盧澤民舒虹杰

湖北農機化 2017年1期

武漢市農業科學技術研究院農業機械化科學研究所廖劍王銳李旭杜錚盧澤民舒虹杰

芋頭收獲機的設計與試驗研究

武漢市農業科學技術研究院農業機械化科學研究所廖劍王銳李旭杜錚盧澤民舒虹杰

近年來，芋頭作為一種重要的水生蔬菜，種植面積不斷增加，規模化、產業化生產發展迅速，截至2015年，芋頭全國種植面積已經達到5.33萬hm2，在農業增效、農民增收、農村環境改良等方面作用顯著。然而傳統芋頭收獲主要依靠人工挖掘，勞動強度大、收獲效率低，嚴重影響芋頭規模化種植。本文根據芋頭種植農藝要求，在莖塊類收獲機基礎上改型研究，選擇合適的配套動力，實現了芋頭的機械化采收，并進行了田間試驗，采收試驗效果良好。

種植農藝；芋頭收獲機；收獲試驗；

1 前言

芋頭又名山芋、冬芋、毛芋等，多年生塊莖植物，常做一年生作物栽培[1]，分為水芋和旱芋[2]，湖北省主要栽培旱芋。芋頭營養豐富，含有大量的淀粉、礦物質及維生素，既是蔬菜又是糧食；芋頭還是一種清熱解毒、健脾強身的保健蔬菜，有一定的藥用價值[3]。截至2015年，芋頭全國栽培面積約5.33萬hm2，種植面積呈進一步增長趨勢[4]。

近年來，芋頭作為一種重要的水生蔬菜品種，種植面積不斷增加，規模化、產業化生產發展迅速，在農業增效、農民增收、農村環境改良等方面作用顯著。然而傳統芋頭收獲主要依靠人工挖掘，勞動強度大、收獲效率低，嚴重影響芋頭規模化種植和產業化發展。

目前，國內外莖塊類收獲機研究進展迅速，尤其是馬鈴薯收獲機，20世紀90年代，美國、前蘇聯、德國、日本等幾個主要生產馬鈴薯的發達國家，已經實現了馬鈴薯收獲全程機械化[5]，國內也實現了馬鈴薯收獲挖掘工作的機械化，然后通過人工撿拾完成馬鈴薯的采收。

旱芋也屬于莖塊類作物，然而一直沒有芋頭收獲的專用機械。本文根據武漢市芋頭種植農藝要求，在通用薯類收獲機基礎上進行改型研究，選擇合適的配套動力和參數，實現了芋頭的機械化采收。

2 芋頭種植農藝要求

以武漢市黃陂區鑫寶元農業發展有限公司種植的白牙芋為例，其種植面積13.33 hm2。該品種11月下旬播種，地膜覆蓋；次年4～5月揭膜、培土；7月下旬至9月收獲。

其種植模式采用單壟雙行，壟寬1.5～1.6 m，壟高150 mm，挖100 mm深溝下種，行距900 mm，株距250 m m～300 mm。如圖1、圖2所示。

次年5月，兩行之間開150 mm深溝，變為單壟單行，并培土至壟高300～400 mm，如圖3所示。

圖1 芋頭種植壟示意圖

圖2 芋頭種植壟行間距示意圖

圖3 培土后種植壟示意圖

3 結構設計及工作原理

3.1 總體結構設計

芋頭收獲機主要由機架、減速箱、鏟刀、桿條固定皮帶、振動桿、振動篩、驅動輪、傳動機構等組成，其整體結構設計如圖4所示，其中圖4（a）為芋頭收獲機二維結構示意圖、圖4（b）為芋頭收獲機三維模型圖。

圖4 芋頭收獲機結構示意圖

3.2 結構參數設計

3.2.1 桿條間隙確定

一般芋頭為球形、卵形、橢圓形或塊狀等形狀，為了研究方便統一采用長、寬、厚3個特征尺寸來描述芋頭的物理機械特性，其中厚度尺寸是關鍵的一個尺寸。分離輸送器的桿條間隙如圖5所示，從圖中可以看出以下關系：

L=L1+D，式中L—桿條間距；L1—桿條間隙；D—桿條直徑。

圖5 桿條間隙

要使分離輸送器達到篩分土壤，保留芋頭的目的，桿條間隙的設計應該滿足L1＜c的條件，即保證芋頭在桿條上的漏失率≤5%，據資料和實際測量，我國紅白芋厚度大多在100～200 mm之間，我們選擇桿條間距為100 mm，桿條直徑為13 mm，得到桿條間距為87 mm。

3.2.2 動力傳動總成

整個動力傳動系統如圖6所示，由萬向節、變速箱、鏈傳動等組成。拖拉機動力輸出軸的動力經過變速箱和鏈傳動兩級減速驅動輸送鏈旋轉，可以通過更換不同直徑的鏈輪達到改變傳動比的目的。拖拉機動力輸出軸通過萬向聯軸節將動力傳給齒輪Z1、Z2。由Z2將動力傳遞給Z3，Z3通過鏈條將動力傳遞給鏈輪Z4和Z5，鏈輪Z5在機具右側，通過鏈傳動將動力傳遞給振動篩軸Z6。齒輪Z1、Z2在齒輪箱內，它們不但改變傳動方向，而且改變傳動比，相當于一級減速器。