RN1901型齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機的研究

李慧 林偉 孫策 郭春瑤

摘要：針對目前市場缺少地瓜秧收割機的現象以及現有地瓜秧收割機結構復雜、生產成本高的問題，設計出一種小型齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機，該設計主要包括齒狀切刀①、齒狀切刀②、抓秧器和存儲箱，結構簡單，可使用普通農用拖拉機牽引工作，本身無需提供動力，生產成本較低，適用于目前普遍小規模種植地瓜的農村地區，能夠較好地實現地瓜秧的高效收割。關鍵詞：齒狀切刀;偏心輪;抓秧器;地瓜秧收割機

中圖分類號：S225

文獻標識碼：A

引言

地瓜是我國重要的糧食種類之一，也是重要的工業原料和新型能源用原料，是世界糧食生產的底線作物和極具競爭力的能源作物，亦是優質的抗癌保健食品，同時也是欠發達地區主要經濟收入之一，生產意義重大。據聯合國糧食及農業組織統計，我國地瓜種植面積約為3.673×16 hm2，約占世界地瓜種植總面積的45.06%;總產量約為8.52萬t，約占世界地瓜總產量的77.38%。我國地瓜種植面積和總產量均居世界第一。目前，小規模種植的地瓜秧收割主要依靠人工，由于地瓜秧交叉纏繞以及瓜秧壟間生根，造成拖拽困難，勞動強度大，人工收割費時費力。

針對以上問題，設計出一種齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機，以代替人工出現地瓜秧的收割工作。該機適用于我國小規模種植地瓜的農村地區，具有結構簡單、生產成本較低、操作方便、工作效率高等特點。

1主要結構及工作原理

1.1 基本結構

RN1901型齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機主要包括機架、存儲箱、齒狀切刀、齒狀切刀和抓秧器。該收割機本身無需動力，通過農用拖拉機牽引工作，其結構示意如圖1所示。

1.2工作原理

齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機通過農用拖拉機牽引工作，本身無需提供動力，在工作時，齒狀切刀①傾斜安裝，用于切斷壟上地瓜秧根部與地瓜連接部分;齒狀切刀②安裝于機架兩側，相對于齒狀切刀①較大，用于切斷兩壟之間地瓜秧的連接;抓秧器位于機架后方，通過偏心輪作用推動抓秧桿，抓秧桿與地面或者地瓜秧接觸，利用拖拉機的牽引運動帶動抓秧器旋轉，抓秧桿抓取地瓜秧放入存儲箱，此時，抓秧桿從偏心輪高點回落，縮入抓秧器內，松開抓取的地瓜秧，以實現地瓜秧的自動收割。

1.3主要技術參數

1.4關鍵部件設計

1.4.1齒狀切刀

切刀是地瓜秧收割機的重要工作部件，其切割性能直接影響作物的收獲質量和效果?？紤]到地瓜秧生長秧蔓長、易纏繞的特點，本設計選用結構簡單，性能穩定的圓盤式切割方式，結構如圖2所示。該刀具采用滑切的方式，降低了切割阻力和功率消耗，減少了刀具的疲勞損傷。

齒狀切刀②直徑取50cm，以防止由于切刀過小出現的收割機整體壓在壟上，齒狀切刀②與壟間地面不接觸的現象。此外，齒狀切刀②與齒狀切刀①原理相同，只是大小不一致，因此在進行收割工作之前只要調整好齒狀切刀①的位置就可同時實現壟上地瓜秧的切割。

1.4.2抓秧器

地瓜秧夾持輸送裝置，即抓秧器，在地瓜秧收割機中具有很重要的地位，夾持輸送的穩定性，直接影響到瓜秧收獲除凈率的提高。根據地瓜秧交叉縱橫的特點，RN1901型齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機采用圖3所示的抓秧器。

抓秧器由支撐軸、偏心輪、彈簧、抓秧桿、和滾筒構成，位于地瓜秧收割機的后側，在齒狀切刀①和齒狀切刀②切斷地瓜秧之后將地瓜秧進行收集并放入存儲箱中。

在抓秧器運行過程中，抓秧器中間支撐軸和偏心輪固定不動，由于彈簧的彈力作用，使抓秧桿貼近偏心輪。抓秧器下部抓秧桿與地面或者地瓜秧接觸，在拖拉機的牽引力下抓秧桿帶動滾筒向前滾動，當抓秧桿到達遠離偏心輪的旋轉中心位置時，偏心輪將抓秧桿推出，此時抓秧桿抓取地瓜秧;當抓秧桿到達靠近偏心輪旋轉中心位置時，在彈簧作用下將抓秧桿推入滾筒內部，抓秧桿收縮，將抓取的地瓜秧松開，此時地瓜秧進入存儲箱儲存。

抓秧器中偏心輪與支撐軸之間的位置可調，通過調整偏心輪在支撐軸上的位置，使得抓秧桿在遠離存儲箱人口時在偏心輪的作用下伸出，到達底端時抓取地瓜秧，并使地瓜秧隨著滾筒的轉動纏繞在滾筒上;使得抓秧桿在靠近存儲箱入口時抓秧桿縮入滾筒內部，避免與存儲箱入口碰撞的同時將抓取的地瓜秧放開。

1.4.3抓秧桿

抓秧器位于抓秧器上連桿處，中抓秧桿如圖4所示，抓秧桿上設置六條豎直桿，每條桿上套有彈簧，用于抓秧桿的收縮運動，避免桿與地面或者存儲器入口的碰撞。最中間兩條桿之間距離較寬，目的防止中間的桿在抓取地瓜秧時對地瓜造成損傷。六根桿對稱分布且長短不一，靠近中間的桿較短，外側的桿較長，這是由于地瓜怕澇，目前普遍采用成壟種植模式，長短不一的桿可實現對壟上地瓜秧的抓取和壟間地瓜秧的抓取，避免出現由于桿長相同使得外側桿懸浮而無法抓取壟間地瓜秧的現象，圖5為抓秧桿與地壟示意圖。

1.4.4滾筒

抓秧器中滾筒如圖6所示，滾筒兩側支撐桿呈輻射狀，既用于支撐滾筒外圓，又與抓秧桿配合，使抓秧桿在輻射狀支撐桿上滑動，確定抓秧桿的移動軌跡。滾筒中間支撐桿數目與輻射狀支撐桿一致，中間支撐桿上開設小孔，用于抓秧桿的伸縮，小孔位置與抓秧桿上的桿位置一一對應。

抓秧器滾筒本身不提供動力，由于抓秧桿與地面或者地瓜秧的接觸，以及拖拉機的牽引作用，抓秧桿會形成旋轉運動，且根據抓秧桿與滾筒的配合，抓秧桿帶動滾筒實現旋轉運動。基于這種抓秧桿和滾筒的旋轉運動，將地瓜秧纏繞于滾筒上，最后放于存儲箱中。圖7為抓秧器工作示意圖。

3結論

對關鍵部件進行了結構設計和參數分析，確定了仿齒狀切刀和抓秧器的結構參數和運動參數;使用圓盤式齒狀切刀切斷壟間瓜秧和壟上瓜秧，無需對切刀提供動力，隨收割機向前運動即可切斷瓜秧，防止收割瓜秧時對地瓜造成損傷設計出一種偏心輪抓秧器，該裝置在偏心輪高點時推出抓秧桿，用以抓取瓜秧，通過抓秧器旋轉到存儲箱位置時抓秧桿從偏心輪高點回落，將瓜秧松開，放入存儲器中，并且抓秧器同樣無需提供動力，隨收割機前進的同時旋轉。

參考文獻：

[1]高明珠.馬鈴薯收獲機械發展探討[J].農業科技與裝備.2011（12）：31-33.

[2]李寶筏.農業機械學[H].北京：中國農業出版社，2003：158-1 60.

[3]李洪民.國內外甘薯機械化產業發展現狀[J].江蘇農機化.2010（2）：40-42.

[4]胡良龍，胡志超，田立佳等.我國丘陵薄地甘薯生產機械化發展研討[J].中國農機化，2012（5）：14-16.

[5]胡良龍，田立佳等.4GS-1500型甘薯寬幅收獲機的研究設計與試驗[J].中國農機化學報，2011（5）：15-17.

[6]胡良龍，胡志超，王冰等.國內甘薯生產機械化研究進展與趨勢[J].中國農機化，2012（2）：14-16.

[7]胡良龍，田立佳，計福來等.國內甘薯生產收獲機械化制因思考與探討[J].中國農機化，2011（3）：16-18.

[8]胡良龍，胡志超，謝一芝等.我國甘薯生產機械化技術路線研究[J].中國農機化，2011（6）：20-25.

[9]胡志超，彭寶良，尹文慶等.多功能根莖類作物聯合收獲機設計與試驗[J].農業機械學報，2008（3）：58-61.

[10]胡志超，王海鷗，胡良龍，等.馬鈴薯機械化收獲技術概況與發展[J].農業機械，2007（4）：63-65.

[11]胡志超，彭寶良，謝煥雄，等.升運鏈式花生收獲機的設計與試驗[J].農業機械學報，2008，39（11）：220-222.

[12]黃霖.Abaqus /CAE二次開發功能與應用實例[J].計算機輔助工程，2011，（4）：96-100.農業機械手冊[H].機械工業出版社，1991.

[13]裴巖，樊柴管.甘薯機械的市場化研究[J].當代農機學術交流，2016 （8）：72-73.

[14]施智浩，胡良龍，吳努，胡志超，王冰.馬鈴薯和甘薯種植及其收獲機械[J].農機化研究，2015（4）：265-268.

[15]施印炎，陳滿，汪小旵，章永年，ODHIAMBO Morice Oluoch.蘆蒿的有序收獲機切割器動力學仿真與試驗[J].農業機械學報，2017（2）：110-116。

[16]L.U.Opara. Engineering principles ofagriculturalmachines在[J].Computers and Electronics inAgriculture，1997，18（1）：55-57.

[17]M. Bentini，C. Caprara，R. Martelli. HarvestingDamage to Potato Tubers by Analysis of Impactsrecorded with an Instrumented Sphere[J]. BiosystemsEngineering，2006，94（1）：75-78.

作者簡介：李慧（1991-），女，山東省臨沂市，研究生，助理工程師;林偉（1994-），男，山東省臨沂市費縣，碩士，研究方向：數字化設計與制造;孫策（1995-），男，河南省駐馬店市，本科，碩士在讀，研究方向：先進制造技術;郭春瑤（1996-），女，山東省淄博市，本科。