4UJ-1400馬鈴薯撿拾機的研制

楊金磚 李國民 劉興博 陳維剛

摘?要：挖掘放鋪后的馬鈴薯雖然大部分裸露在田間地表，但依然存在與土塊、薯秧等不分層次的混雜現象，在土壤黏重地區甚至會有一半又重埋進土壤里，即使人工撿拾往往也要動用耙類工具輔助分離，如果操作不當又會傷薯，費工費力。因此，急需一款馬鈴薯撿拾機代替人工完成撿拾、分離和裝袋（裝車），從而提高工作效率，節省勞動力。4UJ-1400馬鈴薯揀拾機是在馬鈴薯挖掘機將馬鈴薯挖掘條鋪后，進行集中撿拾、除雜、裝袋作業。具有撿拾率高、作業速度快、結構緊湊、重量輕、動力消耗小、不傷薯等特點。該機帶有強制推送裝置，能將馬鈴薯進行大角度提升，除土效果好，還帶有除雜草功能。機具兩側帶有踏板，便于人工分揀、除雜操作。

關鍵詞：撿拾;分離;除雜;裝袋

中圖分類號：S225文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.02.001

0?引言

目前，我國馬鈴薯主產區廣泛采用機械挖掘、人工撿拾、分級裝袋（裝運上車）的分段收獲模式，主要因為收獲過程中普遍存在薯土分離、薯秧分離、薯雜分離、薯薯分級難的現實問題，簡化了收獲機械結構，加快了半機械化（挖掘放鋪）作業方式的推廣。然而，隨著人工成本的大幅上升以及農忙時節勞動力嚴重短缺等問題越發突出，廣大種植戶迫切需要機械化解決挖掘后的人工撿拾裝袋裝車等問題。為此，我們通過對撿拾、分離、裝袋（裝車）等關鍵部件的創新設計及試驗研究，確定了可適應不同地區、不同土壤條件、不同品種以及不同種植模式的新型零部件，開發出適合規模化種植要求且能與現有大多數挖掘機配套的馬鈴薯撿拾機，解決了馬鈴薯收獲過程中以機械代替人工撿拾的關鍵性技術難題。

1?整體方案的設計

馬鈴薯撿拾機要完成的工作內容有三條，即撿拾、分離和裝袋（裝車），其關鍵技術在于撿拾和分離。課題組在進行了大量調研后結合自身多年從事馬鈴薯機械研發的經驗確定了小角度撿拾鏟與大角度運輸鏈配合的撿拾運輸關鍵技術的總體方案，主要包括挖掘鏟、一二級輸送鏈、夾持鏈、除秧機構、分揀平臺、裝袋系統等部分。

2?4UJ-1400馬鈴薯撿拾機的主要技術參數

作業寬度：1400 mm;

配套動力：≥70 hp;

外形尺寸（長×寬×高）：3300 mm×1750 mm×1900 mm;

作業速度：2～3 km/h;

掛接方式：三點懸掛式;

整機重量：1080 kg。

3?馬鈴薯撿拾機關鍵部件的設計

3.1?撿拾挖掘鏟的設計

撿拾挖掘鏟是馬鈴薯撿拾機的重要部件，可以說是該機成敗重中之重，在以往的設計中（該種機型在市場上尚無成熟產品批量推廣，多數仍處在實驗開發階段）人們通常將馬鈴薯挖掘機的挖掘鏟直接拿來使用，其結果往往是撿拾效果不理想，導致機具研發處于停滯狀態。主要原因在于馬鈴薯挖掘機的挖掘鏟入土角度比較大，一般為22°～30°左右。這么大角度的鏟在入土較深時即馬鈴薯挖掘作業時，埋藏在土壤中的馬鈴薯會被土壤裹住隨土壤一起向鏟后方滑動，落到運輸鏈上實現挖掘作業。而馬鈴薯撿拾機作業時馬鈴薯是鋪放在地表上，如再用大角度挖掘鏟撿拾，馬鈴薯不會隨土壤向后運動而是在重力作用下向鏟前方滾動，當向鏟前方滾動的馬鈴薯越積越多時就開始向機具作業幅寬之外滾動，造成漏撿拾。為解決此難題，課題組在進行大量實驗及計算機仿真模擬后掌握了相關數據，設計了小角度帶柵格撿拾挖掘鏟配合切秧圓盤的技術路線，并實驗取得成功，解決了該技術難題。

3.2?輸送除雜裝置的設計

馬鈴薯撿拾機作業時的上土量要遠小于馬鈴薯挖掘機的作業，因而在輸送鏈和抖動裝置的設計上均應有所不同，不需要也沒必要設計多級運輸鏈和多級抖動裝置，應盡量減短整機長度，盡量簡化整機結構。因為個人認為如果撿拾機整機的規模大小和復雜程度遠超挖掘機的話就有點得不償失了，那就莫不如在挖掘機上增加裝置搞聯合收獲來的經濟實惠，畢竟分段收獲要用兩臺機具，這就給用戶增加了很多人力和財力的負擔。因而就撿拾機來講應盡可能的通過簡化整機結構縮小配套動力來降低整機價格和使用成本。簡化整機結構不是說撿拾機的技術含量低，恰恰相反，撿拾機若要達到理想狀態的撿拾效果，其技術難度要遠高于挖掘機。

為實現結構緊湊，快速除土除雜的目標，我們設計了大角度運輸鏈與柔性夾持鏈相結合的輸送裝置。工作時運輸鏈與夾持鏈相對轉動，夾持鏈上的柔性橡膠板將馬鈴薯撥靠到運輸鏈上，隨運輸鏈與夾持鏈一起向上運動，直至越過終點的除秧裝置后落到二級輸送鏈即分揀平臺上。因運輸鏈與水平夾角大，物料的提升速度快，高度高，再加上鏈條縫隙大，夾持鏈柔性橡膠板的缺口設計等因素共同作用使雜物達到快速去除的效果。尤其細碎土壤幾乎可全部去除，只剩余一些大土塊和較長的薯秧雜草等。

我們創新設計了夾持鏈的特殊結構，即上端通過鏈輪和鏈輪軸來定位，下端不定位，在重力作用下自由貼合在運輸鏈上，通過夾持鏈張緊彈簧來控制貼合緊度，達到理想的貼合位置，便于輸送馬鈴薯。同時，設計了夾持鏈及運輸鏈的張緊機構，工作時視情況調整其松緊度，使其能夠達到最佳工作狀態。

接下來是除秧除雜機構的設計。馬鈴薯在即將脫離運輸鏈和夾持鏈時，其雜質只剩下大的土塊和較長的薯秧及雜草，為此設計梳理齒和夾持輥結合的除秧機構。其工作原理是當薯秧等雜質運動到輸送鏈末端時，在梳理齒的壓迫下緊貼輸送鏈做圓周運動至夾持輥。在夾持輥與輸送鏈的相對轉動作用下被夾出排掉。為實現梳理齒壓緊度及夾持輥與輸送鏈的間隙可調，分別設計了彈簧調節機構，可按實際作業的雜草情況調整各彈簧的松緊度，以便達到完美的作業效果。

3.3?分選平臺的設計

通過除秧后的馬鈴薯及其雜質一同落到水平分揀輸送鏈上進行人工分揀，此時的雜質基本上只剩下大的土塊和石頭等，非常便于人工挑揀。工作人員挑出的雜質放在隔離擋板一側，隨輸送鏈運動至末端后落入除雜通道內，滑落分離，至此除雜過程全部結束。該分揀平臺雙側最多可容納4人同時作業，一般情況2人即可。

3.4?薯袋托盤的設計

經分揀后的馬鈴薯落入薯袋，完成裝袋作業。薯袋放在薯袋托盤上，薯袋托盤的外形結構比較簡單，其關鍵技術在于托盤高度要隨著薯袋內馬鈴薯的多少及時的調節。目的是保持馬鈴薯降落的高度始終保持在一個合理的范圍，才能避免因降落高度過大導致馬鈴薯碰撞損傷，經課題組多年實驗及經驗總結一般品種的馬鈴薯自由降落高度在小于30 cm時即可免傷。為此設計了液壓缸升降機構來解決此難題。其工作原理是拖拉機液壓輸出至液壓缸，液壓缸伸出位移變大，通過機械結構聯動將托盤升至最高。此后，隨著薯袋內的馬鈴薯逐漸增多，分揀人員按壓手動釋放閥使液壓缸緩慢泄壓，無級調節液壓缸長度，使托盤高度能按需隨時下降，從而達到理想的工作狀態。

4?田間實驗及存在的問題

4.1?實驗結果

經過一個多月的田間撿拾收獲作業表明：4UJ-1400馬鈴薯揀拾機作業效果良好，與人工撿拾相比確實提高了生產效率，減少了勞動強度，達到預期效果，基本能滿足馬鈴薯撿拾作業。

4.2?存在的問題

由于無成熟機型借鑒，該機在使用過程中也發現了一定問題。如：用戶得增加一臺拖拉機與該機配套使用，還得配備一臺叉車用于裝卸袋裝馬鈴薯，再加上撿拾機本身，無形中給用戶增加一些額外負擔。同時整個過程要配備4～5人才能完成作業，再加上作業速度相對較低等因素，綜合考慮其總成本并沒有大幅降低。因此，該機并未達到理想的完美狀態，還需繼續努力研發改進。

課題組在總結了經驗后一致認為：今后在撿拾機的研發上，不但要在提高作業速度上下功夫，還要向撿拾后直接上車的方案方向發展，只有盡量減少中間環節、減少勞動力，才能大幅提高生產效率。

5?結論

4UJ-1400馬鈴薯揀拾機，是基于當前馬鈴薯收獲后需要投入大量勞動力去撿拾馬鈴薯，并且在撿拾過程中部分馬鈴薯被浮土掩埋無法撿拾干凈而研發的一款實用性機械。該機一次作業便能完成挖掘放鋪后的馬鈴薯撿拾、除雜、裝袋等作業。該機具的成功研發對提高生產效率、降低勞動強度、減少收獲損失、增加農民收入，乃至于對發展馬鈴薯產業、保障糧食安全都具有重要意義。另外，從技術創新的角度考慮，在國內外沒有成熟機型可做借鑒的情況下，為解決生產亟需且填補技術空白而進行的這一大膽探索，也是科研單位應該走的自力更生、艱苦努力的原創之路，其攻堅克難的精神意義重大。

參考文獻：

[1] 呂金慶，田忠恩，楊穎，等.馬鈴薯機械發展現狀、存在的問題及發展趨[J].農機化研究，2015（12）：260-263.

[2] 李智勇，蒙賀偉，李亞萍.馬鈴薯收獲機械研究現狀及存在問題[J].新疆農機化，2016（2）：19-22.

[3] 楊德秋，賈晶霞，越文峰，等.高度自控式馬鈴薯聯合收獲機升運裝車裝置[J].農機化研究，2011（9）：96-99.

[4] 金鐘玉，陳長海，畢春輝，等.黑龍江馬鈴薯種植全程機械化技術初探[J].農機使用與維修，2014（2）：80-81.