4CL-1型自走式大蔥聯合收獲機的研制

王方艷，孫光全，尚書旗

4CL-1型自走式大蔥聯合收獲機的研制

王方艷，孫光全，尚書旗※

（青島農業大學機電工程學院，青島 266109）

針對大蔥收獲勞動力短缺和有效收獲機具匱乏的問題，該文結合國內大蔥種植的農藝要求和種植模式，設計了一種自走式大蔥聯合收獲機。該機由行走系統、傳動系統、組合挖掘裝置、鏈桿清送裝置、除土裝置、夾送裝置、扭鋪裝置等組成，可一次性完成大蔥的挖掘、清土、升運、鋪放等作業。整機傳動系統分為機械傳動部分和液壓傳動部分。機械傳動部分實現收獲機行走系統及挖掘收獲系統的動力協調，液壓傳動實現挖掘收獲系統的位置調整、夾送裝置的轉速控制、扭鋪裝置的轉速控制；旋松刀組與V型挖掘鏟組成的挖掘裝置，實現對土壤的分層松碎及挖掘；桿式輸送鏈完成大蔥輸送及其黏附土壤的初次清理及抬升，清土輥完成大蔥根部殘余土壤的二次清除；柔性夾持輸送帶與清土裝置配合，完成大蔥的有效喂入及柔性夾持；扭送機構及鋪放機構實現大蔥由豎直向水平方向的改變，并完成大蔥的有序鋪放。田間試驗結果表明，試驗條件下的收凈率為99.50%，損傷率為1.40%，損失率為0.70%，生產效率為0.049 hm2/h，約為人工收獲的12倍。該機工作性能穩定可靠、作業效果好，可為大蔥收獲技術及裝備的研發提供參考。

收獲機；挖掘；設計；自走式；大蔥

0 引 言

大蔥是重要的調味蔬菜，主要集中在河南、山東、河北等省份種植，常年種植面積約4.67×105hm2。其中，山東大蔥享譽海外，種植面積約占全國的1/6。但大蔥培土起壟的種植方式給收獲作業帶來很大困難[1]。當前，大蔥收獲以簡單挖掘配合人工抖土完成，人工收獲作業效率低，勞動強度大。農忙時節的勞動力短缺及收獲成本增高，已經影響到種植戶的經濟效益。隨著大蔥種植規模的不斷擴大，傳統的人工收獲及簡單的機械挖掘已經不能滿足大蔥產業化發展的需要。研發性能穩定、多功能的大蔥聯合收獲裝備已成為當前大蔥機械化收獲作業的關鍵。

國外大蔥聯合收獲技術及裝備相對成熟，可實現大蔥打稍、挖掘、除土、夾送、堆放等作業[2-5]。歐美研制的大蔥聯合收獲機以平作的韭蔥為主，日韓研制的大蔥聯合收獲裝備以火山灰質土壤種植的大蔥為收獲對象。作業環境及大蔥種植品種的差異，使得國外機具未能在國內推廣應用。國內對大蔥收獲技術及裝備的研究還處于起步階段，分段式收獲基本成熟，能夠完成大蔥的簡單挖掘，而聯合收獲還處于試驗階段，還需要不斷提升優化。山東農業大學研制的一種雙行大蔥收獲機，整體體積較大、功耗大，且未對收獲期大蔥進行收獲作業性能校驗[6]。雙行收獲的作業模式，與中國大蔥多樣化栽植的種植方式，存在對行挖掘困難、轉彎半徑大、適應性及推廣性有待提升的問題。中國土壤條件的多樣化、大蔥品種差異及栽植農藝的多樣性，給機械化收獲帶來了挑戰。目前，中國還沒有性能穩定的大蔥聯合收獲機可用于大蔥生產收獲環節。在山東省新舊動能轉化的大背景下，工作性能穩定可靠的大蔥聯合收獲裝備的研發已經迫在眉睫。因此，結合大蔥的種植農藝及種植品種特性，以單行大蔥收獲為研究目標，提出適宜的挖掘收獲方案及機械結構，完成大蔥聯合收獲機的研發，對提高收獲機具的適應性及推動大蔥機械產業的發展具有重要的現實意義。

1 整機結構及工作原理

4CL-1型大蔥聯合收獲機由行走系統、傳動系統、挖掘裝置、清送裝置、夾送裝置、扭鋪裝置等組成，可一次性完成大蔥的挖掘、清土、升運、鋪放等作業。其中，旋松刀組與V型鏟構成組合挖掘裝置；桿式輸送鏈與清土輥構成清送裝置。大蔥聯合收獲機的具體結構如圖1所示。

作業時，借助調整液壓油缸控制挖掘深度及導向輪的位置，通過左右導向輪輔助對行，依托橡膠履帶行走系統跨壟前行。旋松刀組將蔥壟兩側土壤旋松并分別拋向兩外側，配合V型鏟完成大蔥的分層、分步挖掘。挖切下的大蔥在桿式輸送鏈的輸送下抬升并完成初次清土后被夾持輸送。后方的清土輥對大蔥根部的土壤進行二次滾動清土。在扭送機構及鋪放機構的作用下，大蔥由豎直夾送到橫向輸送，完成有序平鋪。在整個收獲過程中，各機構相互作用位置及參數合理設置，并在液壓馬達及行走控制系統的帶動下，完成大蔥的低阻挖掘及有序輸送。4CL-1型大蔥聯合收獲機具體參數如表1所示。

1.導向輪 2.旋松刀組 3.V型鏟 4.桿式輸送鏈 5.清土輥 6.行走系統 7.液壓油箱 8.科林DK-35發動機 9.夾送裝置 10.扭送裝置 11.鋪放裝置

表1 4CL-1自走式大蔥聯合收獲機主要參數

2 關鍵部件結構及參數

2.1 傳動系統

傳動系統由機械傳動系統和液壓傳動系統組成。機械傳動系統為機器的行走提供動力，液壓傳動系統為挖掘裝置的升降，夾送裝置的升降及帶輪的轉動，扭鋪裝置的轉動提供動力。整個傳動系統采用分路傳動的方式。動力由發動機輸出分3路，一路經發動機主軸輸出到變速箱，再通過帶傳動將動力傳遞到行走系統，驅動履帶式底盤前進；一路經發動機輸出軸輸出，通過帶傳動變速分別為旋松刀、桿式輸送鏈及清土輥提供動力；最后一路經發動機輸出軸輸出，通過帶傳動驅動液壓泵轉動，經手動換向閥的調節為組合挖掘裝置的升降，夾持輸送帶、扭轉輸送帶及有序鋪放裝置提供動力。具體動力傳動系統如圖2所示。

1.旋松刀 2.桿式輸送鏈 3.清土輥 4.鏈輪 5.變速箱 6.皮帶輪

1.Rotary loosening knife 2. Rod conveyor chain 3.Cleaning roller 4.Sprocket 5.Gear box 6.Belt pulley

注：1為發動機與行走系統傳動比；2、3、4、5、6為發動機與旋松刀組的各級傳動比；7為發動機與液壓泵的傳動比。

Note:1is the ratio of engine to travel system;2,3,4,5,6are the transmission ratio of the engine and the rotary cutter group；7is the transmission ratio of the engine to the hydraulic pump.

1.手動換向閥 2.截止閥 3.升降油缸 4.換向閥 5.液壓馬達

大蔥聯合收獲機采用履帶行走系統。履帶底盤的驅動功率P、驅動力F、扭矩T滿足[7-8]

式中max為機具最大前進速度，km/h；F為驅動力，N。

式中為爬坡角度，（°）；m為機具總質量，kg。

式中T為驅動輪的扭矩，N·m；R為驅動輪半徑，mm；為安全系數，取1.1[9]

考慮田間實際工作情況及相似機具的設計經驗[6]，預估最大爬坡角度為20°。目前，國內引進的能夠承擔大蔥壟作收獲的機器只有日本的單行聯合收獲機，行走速度約為0.072～0.186 km/h,結合設計要求確定前進速度為0.8 km/h，機具總質量為950 kg，驅動輪半徑R為150 mm，得F為3 420 N，P為0.7 kW，T為282 N·m，驅動輪最大轉速為24 r/min。

在大蔥收獲過程中，樣機的挖掘、輸送動力消耗較多，根據各部件之間的運動配合關系，預選用25.74 kW的科林DK-35發動機。根據發動機輸出轉速為2500 r/min，旋松刀組工作時轉速為44 r/min，確定發動機與旋松刀組的傳動比為57:1。由驅動輪最大轉速24 r/min確定發動機與行走系統的傳動比為104:1。由液壓泵額定轉速確定發動機與液壓系統之間的傳動比7為7:6，具體傳動路線圖及各級傳動比如圖2所示。

2.2 組合挖掘裝置

大蔥起壟較高，一次挖掘難度較大。挖掘裝置作為大蔥收獲的核心部件，影響大蔥的挖掘效果及收獲質量。目前，常用的挖掘裝置有振動鏟式、刀盤式及組合式等[10]。振動鏟式、刀盤式挖掘裝置入土效果與土壤松碎效果好，但易傷蔥且功耗大。組合挖掘裝置由位于大蔥壟兩側的旋松刀組與壟底的V型挖掘鏟組成，采用分步挖掘方式，可有效減少挖掘阻力，適度增加挖掘深度，對土壤的適用性較強，可提高大蔥的挖掘深度，有效降低挖掘鏟的挖掘阻力及工作適應性。蔥壟兩側的土壤被旋松刀組旋松側拋，底部土壤被V型挖掘鏟切割和抬升。組合式挖掘裝置結構如圖3所示。

注：T為旋松刀組間距，mm；Y為刀盤間距，mm。

2.2.1 旋松刀組

旋松刀組分為左側和右側刀組，分別實現土壤的松動和向外拋送。兩側的旋松刀分別交錯均勻布置在各自的轉軸上，同一時刻兩側各有一把旋松刀入土，可平衡兩側旋松刀組對機架的側向力。

1）旋松刀結構

旋松刀的刀刃口由正切刃和側切刃組成，作業時側切刃與正切刃先后切入土壤，通過對土壤進行周期性擠壓、切削、破碎、拋甩，完成旋耕作業[11]，結構如圖4所示。作業時，刀刃由刀片根部向外滑切入土，先由側切刃沿縱向切開土壤，再由正切刃從橫向切開土壤，切削阻力相對較小，不易纏草。考慮大蔥壟形及種植深度，借鑒旋松刀的工作特性，選用等距螺線切刃旋松刀，以獲得較好的滑切效果。其側切刃為等進螺線，且滿足

式中0為螺線起點直徑，mm；為螺線極角每增加1弧度，極徑的增量，mm；為螺線上升的任意極角，rad。

其中，0和由式（5）、（6）確定

式中為切土節距，mm；為耕深，mm；為旋松刀回轉半徑，mm。

（6）

式中ρ為等進螺線終點處的極徑，mm；φ為等進螺線終點的極角，rad。

其中，φ由式（7）確定

式中t為等進螺線終點處的滑切角,要使側切刃在潮濕黏土中不纏草, 刀柄基部刃口的滑切角應大于刃口曲線端點的滑切角，常取50°～60°[12]。

1.正切刃 2.側切刃 3.刀盤中心

1.Forward cutting edge 2.Side cutting edge 3.Cutter disc center

注：ρ為螺線終點處的極徑，mm；0為螺線起點極徑，mm；φ為螺線終點的極角，rad；為旋松刀回轉半徑，mm；t為螺旋線終點處的滑切角，rad；為橫彎半徑，mm；為旋松刀幅寬，mm。

Note:ρis the polar diameter at the end of the spiral, mm;0is the starting point diameter of the spiral, mm;φis the polar angle of the end point of the spiral, rad;is the radius of rotation of the loose knife, mm; tis the slip angle at the end of the spiral, rad；is the radius of the transverse bend, mm;is the width of the rotary cutter, mm.

圖4 旋松刀結構

Fig.4 Structural sketch of rotary loosening knife

2）旋松刀布置關系

參照常用旋松刀的設計原則，確定每側刀組由2個刀盤6把旋松刀組成，每3把旋松刀均勻分布在同一個刀盤圓周，以保證土壤松碎均勻及拋送及時。兩側旋松刀組的安裝位置影響大蔥挖掘空間及后期挖掘質量和功耗。兩側旋松刀組間距滿足

在保證不損傷大蔥的前提下，結合大蔥田間實際測量數據，=90 mm，=7.5 mm，=30 mm，確定兩側刀組間距=235 mm。同側2個刀盤的間距應略大于旋松刀幅寬，則刀盤間距=55 mm。

旋松刀組的轉速滿足

式中為機具前進速度，m/s；為同一安裝平面內均勻安裝刀片數；為旋松刀轉速，r/min；為切土節距，m。由大蔥田間生長狀態、作業環境及機具前進速度，預定同一平面內安裝刀片個數=3，求得轉速為44 r/min。

2.2.2 V型鏟

依據大蔥壟作種植及機具的結構特點，V型鏟分為封閉鏟面及柵條結構。鏟面將含有大蔥的土垡從底部挖掘、抬升，降低挖掘阻力。柵條結構可將散落松碎的土壤漏掉，減少土垡運動過程中受到的摩擦力，輔助土垡向后輸送及抬升。挖掘鏟結構如圖5所示。

注：B為挖掘鏟寬，mm；L1為鏟尖長度，mm；L2為挖掘鏟面長度，mm；L3為柵條長度，mm；γ為鏟面斜角，（?）；α為挖掘鏟入土角，（?）；P為土垡運動所需力，N；N0為挖掘鏟對土壤的支持力,N；G為掘起物的重力,N；N1為鏟面對土壤的摩擦力,N。

1）挖掘鏟寬

受大蔥種植壟寬的影響，挖掘鏟寬滿足

式中，為挖掘偏量，mm

經旋松刀組松碎后，根據旋松刀兩側刀組間距，蔥壟寬為235 mm，初定為30 mm，則為295 mm。

2）鏟面斜角

鏟面斜角決定鏟面的結構形狀，影響鏟刃對土壤及大蔥須根的切割性能。為保證土壤或大蔥根被順利切割，并沿刃口滑走，提高挖掘鏟的自清能力，鏟面斜角應滿足

式中為挖掘鏟與土壤的摩擦角，(°)。

鏟面斜角越大，則挖掘鏟切入土壤時與土壤接觸面積越大，增加機械功率的消耗。鏟面斜角變小，則鏟面變尖、變長，易發生曲鏟或傷蔥情況[17]。由土壤與鋼的摩擦系數tan=0.4～0.7，取tan為0.46,則為65°[18]。

3）鏟面入土角

鏟面入土角決定挖掘鏟的入土狀態及挖掘阻力。根據鏟面挖起的土垡受力建立平衡方程

1=0tan（13）

根據式（12）、（13）可得

由式（14）可知，隨著入土角的增大，挖掘土垡所需力增大，但入土角的減小，鏟面長度會增加[19]。為了適應不同的土壤類型及工作條件，參考常用入土角的范圍20°～30°，確定挖掘鏟入土角為25°[20-21]。

為了保證挖掘鏟的工作穩定性及大蔥收獲要求，借助平面鏟與柵條的結構，完成土垡的挖掘及抬升。由挖掘鏟的幾何結構，鏟尖長度1滿足

式中為挖掘鏟寬，mm；為鏟面斜角，（°）。

2.3 清送裝置

在大蔥挖掘后帶有大量的泥土，甚至碎石，需要進行蔥土分離工作，以便于后續的夾持、輸送及鋪放工作。清送裝置由桿式輸送鏈和清土輥組成，結構如圖6所示。

清土輥為旋轉部件，主要由輥軸、輥筒和割刀組成。割刀為月牙形，采用雙螺旋線排列方式固定在滾筒上，保證清土輥運動過程的動平衡。工作時，該裝置借助割刀破壞大蔥根須及土壤的纏連，通過清土輥與大蔥根部的接觸摩擦清除大蔥根部附著的土壤和根須。為保證清理過程順暢及結構緊湊，應使其與大蔥根部的垂直距離與桿式輸送鏈的水平距離大小合適，即由垂直距離與水平距離確定其安裝位置，則清土輥筒直徑3滿足

式中3為割刀高度，mm。

因收獲期大蔥根須為50～80 mm，蔥白平均直徑為30 mm，則確定2為60 mm，割片分布螺線螺距為35 mm。考慮蔥根與清土輥有效的接觸時間及割片布置數量，確定清土輥筒直徑3為80 mm。

1.連接板 2.柵條 3.鏈輪 4.清土輥筒 5.割刀

1.Connecting plate 2.Grid 3.Sprocket 4.Cleaning roller 5.Cutter

注：1為柵條間距，mm；1為柵條直徑，mm；3為清土輥筒直徑，mm；4為格條長度，mm；5為輸送長度,mm；3為割刀高度，mm.

Note:1is grid spacing, mm;1is grid diameter, mm;3is the diameter of cleaning roller, mm;4is grid length, mm;5is conveying length, mm;3is cutter height, mm.

圖6 清送裝置結構示意圖

Fig.6 Structural sketch of clearing device

2.4 夾送裝置

夾送裝置位于挖掘裝置及清土裝置的后上方，為大蔥的有效清土、有序輸送及轉向鋪放做準備。其主要由張緊輪、夾持帶、擺線馬達等組成，結構如圖7所示。

工作時，含有大蔥的土垡在桿式輸送鏈的帶動下運移。大蔥向前傾斜，與水平面之間的夾角為90°-。夾持帶采用具有一定彈性的海綿環形帶，其與水平面之間的夾角為傾角。2根夾持帶相對轉動，借助大蔥與夾持帶的摩擦力，將大蔥喂入夾持輸送并脫離桿式輸送鏈。同時，在張緊輪及張緊彈簧的輔助下適應不同直徑的蔥白尺寸。

注：D為張緊輪的直徑，mm；ψ為夾持帶之間的夾角，rad；φ為大蔥與夾持帶間的摩擦角，rad；B2為夾持帶厚度，mm。

通常收獲期大蔥的生長高度為700～800 mm，大蔥假莖長度為400～500 mm，蔥白培土部分平均長度為250 mm[22-24]。選用寬度2為75 mm的海綿環形帶對大蔥葉的分叉處夾持，并通過張緊輪和張緊彈簧調節夾送裝置的夾持力，保證整個夾送過程中大蔥不掉落、夾持力穩定。經初步試驗，大蔥單株質量0.5～0.75 kg，采用12～18 N彈簧壓力作用于加持帶，可滿足無損夾持要求[25-26]。但在夾送過程中，大蔥根部受到清土輥的清土力及運動干擾，故夾持帶選用20 N的夾持力。

式中為大蔥與夾持帶間的摩擦角，（o）；為張緊輪的直徑，mm；為夾持帶厚度，mm。

為了保證大蔥順暢喂入夾持帶，對夾持帶的速度分析如圖8所示，且夾持帶速度2滿足

注：υ1為桿式輸送鏈的線速度, m·s-1；υ2為夾持帶線速度, m·s-1；β為夾持帶傾角，rad。

2.5 扭鋪裝置

扭鋪裝置由扭送機構及鋪放機構組成。工作中，大蔥通過夾送帶的扭送機構完成方向改變，經隔板式輸送帶的輸送有序掉落鋪放。其中，扭送機構主要由液壓馬達、夾持帶、張緊輪組成，完成大蔥由豎直夾持向水平輸送的轉向，決定大蔥的鋪放及效果。大蔥開始喂入扭鋪裝置時，其運動及受力方式與其進入夾送裝置相似，參照式（18）計算，確定小帶輪直徑4為70 mm。其結構及速度關系如圖9所示。為避免大蔥扭轉運動過程的擁堵，扭送機構的速度3滿足

由初步試驗，選擇擺線馬達控制扭送機構的夾持帶的轉速，并確定扭轉角度1為13°，以保證大蔥的順暢轉向。

注：1為扭轉角度，rad；2為隔板輸送帶的傾角，rad；3為隔板間距，mm；3為送機構的速度，m/s；4為隔板高度，mm；4為小帶輪直徑，mm。

Note:1is torsion angle, rad;2is inclination angle of partition conveyor belt, rad;3is separator spacing, m m;3is the speed of the feeding mechanism,, m/s;4is separator height, mm;4is the diameter of small pulley, mm.

圖9 扭鋪裝置結構圖

Fig. 9 Structural diagram of torsion paving device

鋪放機構布置在扭送機構的末端，通過多個均勻隔板避免大蔥輸送過程中的滾落[28-30]。考慮整機的緊湊性及作業效果，確定隔板輸送帶的傾角2為28°。收獲期，經田間實際測量大蔥長度多為700～800 mm，大蔥夾持位置為蔥白與蔥葉的交界處，故選擇隔送板的寬度6為600 mm、隔板高度4為100 mm，間距3為440 mm。

3 田間試驗

3.1 試驗目的

對4CL-1自走式大蔥聯合收獲機的整機性能進行考核，驗證技術參數及結構是否設計合理,分析大蔥收獲作業中存在的問題及不足，并比較與人工收獲效果的差異。

3.2 試驗條件及設備

在2017年11月20日在濰坊安丘市振來家庭農場進行收獲試驗。田間土壤為壤土，土壤容重為1.26 g/cm3，土壤硬度為1 254 kPa，含水率為12.80%。大蔥品種為日本鋼蔥，植株高度為700~800 mm，平均株距為42 mm，蔥白平均直徑為30 mm；大蔥種植平均行距為800 mm，起壟平均高度為280 mm。試驗設備為4CL-1型自走式大蔥聯合收獲機1臺。根據大蔥生長及田間狀況，調整油缸伸縮長度，控制挖掘深度為300 mm，收獲行數為1行。試驗重復進行5次分別記錄每次試驗所用時間、漏挖株數、損傷株數等數據。

3.3 試驗方法及指標

參照《大蔥收獲機》（Q/0781QHL01-2017）作業標準及收獲實際情況，采用4CL-1型自走式大蔥聯合收獲機進行大蔥田間收獲。隨機選擇5~7壟大蔥，每次選擇20 m為收獲測試區，分別記錄測試區大蔥作業總株數、漏挖株數、損傷株數，計算大蔥收獲主要性能指標。

1）挖凈率

式中1為挖凈率，%；為大蔥總株數，棵；1為漏挖株數，棵。

2）損傷率

式中2為損傷率，%；2為損傷株數，棵。

3）損失率

式中3為損失率，%；3為收獲株數，棵。

隨機選擇20 m的收獲區，采用挖掘叉人工挖掘大蔥，并拔出大蔥抖土，分別記錄人工收獲大蔥的總株數、漏挖株數、損傷株數及工作時間，參照大蔥機械收獲指標計算方法，得到人工大蔥收獲指標。

3.4 試驗結果及分析

樣機采用履帶式底盤適用于田間凹凸地表，行走穩定性可靠，轉彎半徑為0.6 m，通過性好。收獲過程，大蔥可以被順利挖掘、夾持及輸送鋪放。人工收獲費力費時，收獲速度較慢，約為0.005 km/h，但收獲質量較高。通過田間試驗，研發的自走式大蔥收獲機行走流暢，操作簡便，收獲速度為0.061 km/h，生產率為0.049 hm2/h，約為人工收獲效率的12倍；與人工收獲效果相比，樣機收獲的挖凈率略低，損傷率及損失率略高，且各個指標都滿足收獲要求，作業效果如表2所示。其中，1.40%的損傷率主要來自大蔥的喂入夾送帶損傷。0.70%的損失率源于大蔥轉向過程中遺落。由于大蔥種植較深，收獲機部件較多，受大蔥生長狀況的影響較大。大蔥生長高度不一，莖葉參差不齊，根須相互纏繞，給大蔥輸送位置的轉向及鋪放機構設計提出了更高的要求。當大蔥長度大于700 mm或夾持位置不當時，大蔥在轉向過程中運動不穩，在其他大蔥的干擾下易發生掉落或鋪放不齊，并大蔥之間相互扯動產生連鎖反應。為此，在大蔥收獲允許的條件下，建議去除一定長度的大蔥葉梢，使得大蔥收獲高度一致，便于相關裝置的運動及配合。

表2 作業效果

4 結 論

1）結合壟作大蔥的種植農機及收獲需求，設計了自走式大蔥聯合收獲機，可一次完成大蔥的挖掘、清土、夾持及鋪放作業。該機采用旋松刀與V型鏟的組合挖掘裝置實現分層的挖掘方式，解決了壟作大蔥挖掘難的問題，并有效降低了挖掘阻力；采用桿式輸送鏈與清土輥配合，實現大蔥的有效抬升及清土；采用柔性夾送帶減緩大蔥的擠壓損傷、借助張緊機構適應不同大蔥蔥白尺寸；采用扭鋪裝置將大蔥由豎直夾持變為平鋪輸送，彌補了現有大蔥收獲機械鋪放雜亂的問題。

2）田間試驗結果表明，該機收獲質量高、性能穩定，挖凈率為99.50%，損傷率為1.40%，損失率為0.70%，生產效率為0.049 hm2/h，是人工收獲效率的12倍。

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Development of 4CL-1 self-propelled combine harvester for green onion

Wang Fangyan, Sun Guangquan, Shang Shuqi※

(,,266109,)

Based on the agronomic requirements and planting methods of domestic green onion planting, a self-propelled green onion combine harvester was designed. The machine is composed of walking system, transmission system, combined excavating device, clearing device, clamping conveyor, torsion paving device, and so on. It can complete the excavating, cleaning, lifting and laying of green onion at one time. Based on the theoretical analysis of power configuration requirements for the machine and motion relationship of each key component, the overall power of the machine and the gear ratio of each stage were determined, and the structural parameters of the key components were designed. The whole drive system consists of mechanical transmission part and hydraulic transmission part. The power coordination of walking system and excavating system is realized by the mechanical transmission part. The position adjustment of the excavating system, the rotation speed control of the clamping conveyor and the torsion paving device are realized by the hydraulic transmission. The combined excavating device composed of rotary loosening knife group and V-typeexcavating shovel, as the core part of green onion harvesting, affects the excavating effect and harvesting quality. That has a strong applicability to improve the excavatingdepth of green onion, realize step-by-step loosening and excavation of the soil, reduce excavation resistance and avoid harvesting congestion. The rotary loosening knife group completes the cutting of the soil on both sides, the V- type excavating shovel realizes the bottom excavation and lifting of the soil, the rod conveyor chain transports and lifts the green onions and the initial cleaning of the onion-attached soil, and the clearing roller remove residual soil from roots of green onion. The two-stage soil cleaning is composed of rod conveyor chain and soil cleaning roller to ensure the effect of soil cleaning and impurity removal. To alleviate the extrusion damage of green onion, the effective feeding and flexible clamping of green onion can be completed by clamping conveyor to adapt to different green onion sizes. Designing the speed of the rod conveyor chain, the forward speed of the machine and the clamping conveying speed, to understand the speed matching relationship among them, and ensure that the soil at the root of the green onion is cleaned and the clamping conveying is stable. The reversal conveying and laying mechanism can change the vertical clamping to horizontal conveying of green onion, and the orderly laying of green onion can be completed. The field test results show that the removal rate, damage rate, loss rate and productivity of the machine are 99.50%, 1.40%, 0.70% and 0.049 hm2/h,respectively. The machine solves the problems of large excavation resistance, unstable clamping and conveying, unclean root soil cleaning, disorderly laying, etc. This research can provide basis for design and development of green onion harvesting and equipment.

harvester; excavating; design; self-propelled; green onion

王方艷，孫光全，尚書旗. 4CL-1型自走式大蔥聯合收獲機的研制[J]. 農業工程學報，2019，35(24)：39－47. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.005 http://www.tcsae.org

Wang Fangyan, Sun Guangquan, Shang Shuqi. Development of 4CL-1 self-propelled combine harvester for green onion[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 39－47. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.005 http://www.tcsae.org

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.005

S225.92

A

1002-6819(2019)-24-0039-09

2019-08-22

2019-11-25

國家自然基金；基于有序運移機理的大蔥低阻平穩收獲方法的研究（51775290）。山東省農機裝備研發創新計劃項目：自走式大蔥聯合收獲機研制（2018YF001-06）、自走式大蔥聯合收獲機的研發（2016YF042）、山東省高等學校青創人才引育計劃團隊建設項目“高端現代農業裝備創新研發團隊”

王方艷，博士，副教授，主要從事農業裝備設計及理論研究。Email：wfy_66@163.com

尚書旗，博士，教授，主要從事農業裝備研究。Email：sqshang@qau.edu.cn

中國農業工程學會會員：王方艷（E041500001M）。