榨菜收獲機割臺結構設計與試驗

馮偉 李平 張先鋒 吳瑜 李秀寶

摘? ?要? ?為了適應西南丘陵山區的作業環境，解決榨菜收獲關鍵技術問題，設計了一種榨菜收獲機。通過正交試驗分析榨菜收獲機割臺各工作參數對青菜頭損傷程度的影響，對切根裝置與地面夾角、切葉機構轉速、喂入螺旋轉速進行優選。試驗結果表明，當切葉機構轉速為750 r·min-1，切根裝置與地面夾角20°，喂入螺旋轉速250 r·min-1時，收獲損傷率最低;當切葉機構轉速為750 r·min-1，切根裝置與地面夾角30°，喂入螺旋轉速250 r·min-1時，收獲含雜率最低。

關鍵詞? ?榨菜收獲機;割臺設計;損傷率;含雜率

中圖分類號：S225.92? ? ?文獻標志碼：A? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.34.035

重慶涪陵被譽為中國“榨菜之鄉”[1-2]，是榨菜生產的發源地，種植歷史悠久，是國內規模最大、最集中的榨菜產區，至今已有100余年的歷史[3]。榨菜產業是重慶市七大特色效益農業之一，2016年重慶市榨菜種植面積4.33萬公頃，分布在13個區縣，榨菜產業產值達到85億元[4]。榨菜產業是重慶市“十三五”期間重點打造的七大百億產業之一。

目前，榨菜深加工已經全面實現了機械化[5-7]，而榨菜播種和收獲卻還停留在人工操作階段，作業效率十分低下，而且隨著農村勞動力的轉移，勞動力短缺問題日益突出，不少農戶因此放棄了榨菜種植，種植面積逐年減少，嚴重影響了重慶榨菜產業的發展。

近年來，許多學者就榨菜機械化生產開展了一系列研究，如薛元鵬等[8]對青菜頭物理力學特性進行了相關研究;王留步等[9]設計了一種簡易的榨菜拔取輸送裝置，但丘陵山區榨菜收獲機還處于研究空白，迫切需要研發一款適用于丘陵山區的小型榨菜收獲機。本研究旨在研發一款適用于丘陵山區的小型榨菜收獲機，優化作業參數，提高榨菜收獲效率。

1 割臺結構及收獲原理

本項目研究的榨菜收獲機割臺主要由切葉裝置、排葉裝置、切根裝置、縱向輸送裝置、橫向輸送裝置、提升裝置及機架等組成。收獲機工作時，發動機動力通過傳動系統，將動力傳遞到收獲機割臺輸入軸上，并從輸入軸傳遞到割臺所有旋轉部件。切葉裝置是用于切除榨菜頭上部的菜葉，并通過切葉裝置的旋轉運動將菜葉運送到排葉機構，排葉機構在螺旋輸送的作用下將菜葉推送到割臺外部，同時切根裝置隨著收獲機的運動向前行走，前段緊緊貼著地面，榨菜頭根部通過中間縫隙的刀刃時，由于運動產生的切削力將榨菜頭根部切斷，最后通過輸送裝置及提升裝置將榨菜頭輸送到清選系統[10]。

2 割臺的結構設計

針對重慶市坡度大、地塊小等地形地貌特點，結合榨菜種植農藝要求，榨菜種植一般采取條播，行距株距為30 cm，采用傾斜式拱形切根裝置入土梳理結構，既完成對行分禾，又能適應菜頭不同離地高差，提升收獲機割臺的收獲效率。為了避免土壤與榨菜頭粘連影響榨菜品質，在榨菜切割、輸送等環節均采用底部鏤空結構，增強榨菜頭與土壤分離的能力，提升榨菜頭清潔度。設計的榨菜收獲機割臺見圖1。

3 割臺運動參數優選試驗

3.1 試驗目的

割臺各運動部件的參數，直接影響收獲機的收獲效果。分析收獲機的結構及工作原理可知，切葉機構轉速、切根裝置與地面夾角、喂入螺旋轉速等參數對割臺收獲效果影響較大。為了研究這些關鍵參數對收獲性能的影響，采用正交試驗，分析各關鍵參數對榨菜收獲損傷率、含雜率的影響規律，優選試驗參數最佳組合[11]。2016年2月9日在渝東南農科院榨菜種植示范基地開展割臺運動參數的正交試驗。

3.2 試驗方法

將試制好的榨菜收獲機割臺安裝到作業底盤上，在榨菜種植基地里進行收獲試驗，收獲機作業現場見圖2。通過設置各傳動系統參數和速比，調節各工作部件轉速及角度，采用正交試驗設計方法，以切葉機構轉速、切根裝置與地面夾角、喂入螺旋轉速為試驗因子，按正交試驗要求設置水平，選取收獲損傷率、含雜率作為輸送裝置的性能評價指標。

3.3 試驗設置

根據單因素試驗，測試切葉機構轉速、切根裝置與地面夾角、喂入螺旋轉速對榨菜收獲機割臺作業性能的影響，確定作業參數正交因素水平（見表1）。

3.4 正交試驗結果

選擇L9（34）正交試驗表，在各組因素水平組合作用下分析榨菜收獲機割臺對榨菜頭的損傷率、含雜率情況，每組試驗重復3次，取其平均值，正交試驗結果如表2所示。

3.5 顯著性分析

試驗結果的方差和極差分析見表3，Rj為極差，從表中可知，因變量為損傷率時，各因素的影響主次順序為切根裝置與地面夾角>切葉機構轉速>喂入螺旋轉速;因變量為含雜率時，各因素的影響主次順序為切葉機構轉速>切根裝置與地面夾角>喂入螺旋轉速。

3.6 較優組合

各工作參數對損傷率總和Kij的影響見圖3，可以看出，切葉機構轉速第3水平最好;切根裝置與地面夾角第1水平最好;喂入螺旋轉速第2水平最好，故各因素優選組合為A3B1C2，即切葉機構轉速750 r·min-1，切根裝置與地面夾角20°，喂入螺旋轉速250 r·min-1。

各工作參數對含雜率總和Kij的影響見圖4，從圖中可以看出，切葉機構轉速第3水平最好;切根裝置與地面夾角第3水平最好;喂入螺旋轉速第2水平最好，故各因素優選組合為A3B3C2，即切葉機構轉速750 r·min-1，切根裝置與地面夾角30°，喂入螺旋轉速250 r·min-1。

4 小結

1）本研究設計了一種適用于丘陵山區的小型榨菜收獲機割臺，經過試驗驗證，收獲效果基本滿足作業要求。

2）以損傷率為評價指標時，榨菜收獲機割臺收獲試驗中各因素的影響主次順序為切根裝置與地面夾角>切葉機構轉速>喂入螺旋轉速，當切葉機構轉速為750 r·min-1，切根裝置與地面夾角20°，喂入螺旋轉速250 r·min-1時，損傷率最低。

3）以含雜率為評價指標時，榨菜收獲機割臺收獲試驗中各因素的影響主次順序為切葉機構轉速>切根裝置與地面夾角>喂入螺旋轉速，當切葉機構轉速為750 r·min-1，切根裝置與地面夾角30°，喂入螺旋轉速250 r·min-1時，含雜率最低。

參考文獻：

[1] 趙紅麗，夏潔如，李一男，等.榨菜產業發展現狀及前景[J].中國釀造，2008（20）：11-13.

[2] 劉佩瑛.中國芥菜[M].北京：中國農業出版社，1996.

[3] 何侍昌，李乾德.重慶榨菜產業發展問題與對策研究[J].改革與戰略，2014，30（2）：114-118.

[4] 麥地.小榨菜大產業——科技引領重慶榨菜產業壯大[J].植物醫生，2017（1）：6-9.

[5] 羅小紅，謝朝懷，劉正川，等.涪陵榨菜種植與深加工技術探究[J].南方農業，2013，7（2）：55-57.

[6] 姚成強.包裝榨菜食品主要加工技術的研究[J].中國食品工業，2008（5）：68-69.

[7] 張光樸，劉曉容.榨菜種植與深加工技術探究[J].農業開發與裝備，2017（5）：181.

[8] 薛元鵬，陳俊杰，葉進，等.青菜頭物理力學特性研究[J].西南大學學報（自然科學版），2017，39（2）：147-152.

[9] 王留步，葉進，楊仕，等.榨菜收獲機拔取輸送機構的設計與試驗[J].農機化研究，2018（4）：138-141.

[10] 中國農業機械化科學研究院.農業機械設計手冊（上冊）[M].北京：機械工業出版社，1988.

[11] 郁志宏，達布其力吐，王文明，等.撿拾器試驗臺性能參數分析與優化[J].農機化研究，2017（1）：187-191.