旋轉(zhuǎn)上撂式小青菜收割機(jī)*

錢 程，張 凱，龔文浩

（南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210044）

1 傳送帶傳送方式及缺陷

傳統(tǒng)傳送帶輸送裝置由撥禾片和傳送帶組成，電機(jī)帶動(dòng)撥禾片將割下來的蔬菜撥禾到傳送帶上，傳送帶再將蔬菜運(yùn)送到收集裝置中。當(dāng)收割機(jī)向前運(yùn)行時(shí)，割刀會(huì)對(duì)蔬菜施加一個(gè)向前推的力，導(dǎo)致蔬菜前傾，引起割刀對(duì)蔬菜的損壞。通過撥禾片可以將田間由于生長(zhǎng)呈倒伏狀的蔬菜扶持起來[1]，方便切割裝置的切割，從而減少田間收割的漏割面積。傳統(tǒng)傳送帶為了減少蔬菜從傳送帶上掉落的情況，實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)，傳送帶需選用不變形、無污染、輕巧耐用的鐵氟龍網(wǎng)帶，表面有均勻分布的小孔，并在傳送帶上設(shè)有帶狀凸起能大大提高傳送帶的摩擦力。在傳送帶兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)流擋板，一方面將收割完的蔬菜進(jìn)行聚流匯入傳送帶[2]，另一方面防止蔬菜從傳送帶的側(cè)面掉落。同時(shí)，在傳送帶末端安裝有收集筐，收集從傳送帶上運(yùn)送過來的蔬菜。傳統(tǒng)小青菜收割機(jī)如圖1 所示，用傳送帶作傳送方式的小青菜收割機(jī)長(zhǎng)度占了整個(gè)收割機(jī)的一半多，所占體積過大，不僅給裝置自身在田間操作帶來了困難，同時(shí)也不利于操作人員的操作，最重要的是不符合輕量化的研發(fā)初衷。

2 旋轉(zhuǎn)上撂式小青菜收割機(jī)的關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的收割機(jī)傳送模式用的都是傳送帶，因?yàn)槠露容^小，所以傳送帶長(zhǎng)度過長(zhǎng)，改進(jìn)方案為取消用傳送帶的傳送方式，用一個(gè)旋轉(zhuǎn)上撂滾筒代替[3]，從而在該收割機(jī)收割時(shí)實(shí)現(xiàn)了綠色可持續(xù)的理念，同時(shí)也可以縮短傳送裝置的長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)收款機(jī)整體的輕量化，節(jié)省材料，從而大大提高旋轉(zhuǎn)上撂式小青菜收割機(jī)的收割效率。

旋轉(zhuǎn)上撂式小青菜收割機(jī)上撂裝置的關(guān)鍵部件是旋轉(zhuǎn)上撂滾筒。當(dāng)割刀開始往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣吹裝置的出風(fēng)正對(duì)著割刀位置，氣吹裝置將割下來的小青菜沿著弧面斜向上的方向吹送，小青菜會(huì)沿著弧形面板被撥送至旋轉(zhuǎn)上撂裝置處[4]。旋轉(zhuǎn)上撂裝置主要部分為1 根驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸裝有內(nèi)置電機(jī)，內(nèi)置電機(jī)帶動(dòng)滾軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，滾軸固定在收割機(jī)框架之上，滾軸的外部表面嵌有折形撥板，割刀割下來的小青菜會(huì)被吹氣裝置吹送至弧形面板位置處，弧形面板與割刀后方的平板緊密連接，將吹過來的小青菜導(dǎo)流至滾軸撥板位置處，在割刀和平板的上方有一塊透明的平板將整個(gè)氣吹裝置氣流覆蓋區(qū)域封閉住，一方面控制氣流的流失，能更加高效地將小青菜吹送至弧形面板的位置處，另一方面操作人員可以通過透明面板及時(shí)地觀察小青菜的狀態(tài)及其被切割和吹送的情況，以便于操作人員及時(shí)調(diào)整裝置[5]。旋轉(zhuǎn)上撩滾筒最下方的撥板位置要稍低于弧形面板，小青菜在氣吹裝置的作用下會(huì)沿著弧形面板落到旋轉(zhuǎn)上撂裝置的撥板上，小青菜落在撥板上隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)撥板旋轉(zhuǎn)至最上方位置時(shí)，通過小青菜的慣性，再加上撥板旋轉(zhuǎn)時(shí)給小青菜帶來的力，可以將小青菜撂至后方的收集框中。

旋轉(zhuǎn)上撂式小青菜收割機(jī)如圖2 所示。位置1 為旋轉(zhuǎn)滾筒旋轉(zhuǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置表面嵌入著折形撥板。位置2 為弧形擋板，弧形擋板有利于小青菜的吹送和小青菜的導(dǎo)流作用。位置3 為氣吹裝置，氣吹裝置的出風(fēng)口正對(duì)著割刀，沿著弧面斜向上。位置4 為小青菜收割機(jī)割刀。位置5 為小青菜收集裝置。

圖2 旋轉(zhuǎn)上撂式小青菜收割機(jī)

3 旋轉(zhuǎn)上撂式小青菜收割機(jī)滾筒參數(shù)研究

文章所設(shè)計(jì)的上撂滾筒由內(nèi)置電機(jī)提供相關(guān)動(dòng)力，選擇CJ-GRS-256 型24V 直流電機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 滾軸電機(jī)主要參數(shù)

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改變滾筒的轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)改變小青菜后撂的距離，考慮到不同轉(zhuǎn)速會(huì)給小青菜施加不同的力度以及摩擦力，可利用往后撂距離的可變性在原本的收集裝置后方增加相應(yīng)的收集裝置數(shù)量。當(dāng)前方的收集裝置裝滿之后，通過調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速，改變后撂的距離[6]，將小青菜收入后方的空收集裝置處，提高小青菜的收獲效率。滾筒上均勻分布著6 個(gè)撥片，通過對(duì)小青菜產(chǎn)生推力，將小青菜送至收集裝置中。

已知滾軸的直徑為30cm，滾軸上的折形撥片的長(zhǎng)度為5cm，默認(rèn)當(dāng)將可調(diào)速滾軸調(diào)整至固定轉(zhuǎn)速時(shí)做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度公式即拋出速度，速度與水平面的夾角為重力加速度，求得的線速度約為10.5m/s。計(jì)算折形撥片給單位小青菜的推力時(shí)，默認(rèn)轉(zhuǎn)矩為4N·m，假設(shè)是在封閉大棚內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，不考慮風(fēng)阻等外部因素的影響，水平方向的速度是豎直方向的速度是，將數(shù)據(jù)代入公式，假設(shè)小青菜位置離開撥片，受力方向?yàn)樗椒较虺?5°斜向上，小青菜的空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間是t，公式如下：

小青菜在被后撂的水平射程如下：

通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超過最低轉(zhuǎn)速，也就是小青菜克服了向心力之后，若調(diào)整合適的轉(zhuǎn)速[7]，小青菜會(huì)被撂至收集框中，并且調(diào)整不同的轉(zhuǎn)速可以改變小青菜落在收集裝置中的位置。當(dāng)前面的收集裝置收集滿之后，增加滾輪的轉(zhuǎn)速，可以將小青菜水平運(yùn)動(dòng)距離調(diào)整至后面的收集框位置處。

4 改善效果

電動(dòng)氣吹裝置取代傳統(tǒng)柴油機(jī)撥禾板，在能耗方面體現(xiàn)出了節(jié)能環(huán)保的理念，同時(shí)效率也得到了很大的提升。用旋轉(zhuǎn)上撂裝置取代傳統(tǒng)的傳送帶傳送方式，當(dāng)需要收獲的小青菜量非常大時(shí)，可以設(shè)置兩排收集裝置，當(dāng)前面的收集裝置收集滿之后通過調(diào)節(jié)滾軸的轉(zhuǎn)速改變青菜的后撂距離，及時(shí)將青菜落位轉(zhuǎn)移到后方的空收集裝置中，收集滿小青菜的裝置迅速將其置換成空地收集裝置，這樣大大增加了收集的量，減少了將整個(gè)裝置停下后更換收集裝置損耗的能量和時(shí)間，提高了收獲效率。電動(dòng)氣吹裝置取代傳統(tǒng)柴油機(jī)撥禾板，在能耗方面體現(xiàn)出了節(jié)能環(huán)保的理念，同時(shí)效率也得到了很大的提升。用傳送帶傳送方式的小青菜收割機(jī)僅傳送帶這一塊至少就要占整個(gè)裝置的一大半體積，一般這種傳送帶水平方向所占長(zhǎng)度為1.5m ～2m，整機(jī)的重量非常大，體積也很占空間，很難體現(xiàn)出它本來的收割功能，受自身體積和重量的影響，會(huì)造成大部分不必要的損失和消耗，更重要的是，也不利于操作人員的操作。用旋轉(zhuǎn)上撂式裝置后，之前的缺點(diǎn)幾乎都能被克服，文章所采用的滾筒直徑為0.3m，折形的撥片沿著表面的距離為0.1m，整個(gè)上撂滾筒的水平所占距離大約為0.5m，比傳統(tǒng)的傳送帶所占空間縮小了3 倍～4 倍，節(jié)省出來的空間可以都用在收集裝置中。不論是從收割效率，還是從能量消耗上，選裝上撂的傳送方式都得到了很大的改善。

5 結(jié)束語(yǔ)

收割機(jī)采用新型的旋轉(zhuǎn)上撂式結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的傳送帶傳送方式，因?yàn)槿∠藗鹘y(tǒng)的傳送帶傳輸裝置，整個(gè)裝置的長(zhǎng)度減短了很多，整機(jī)的質(zhì)量減輕了很多，更有利于人們的操作。同時(shí)，因?yàn)樾D(zhuǎn)上撂裝置的特點(diǎn)，小青菜的收割效率得到了大大的提高。利用電動(dòng)吹氣裝置取代了柴油機(jī)撥禾板裝置，不僅能更好地利用能源，也能減少對(duì)環(huán)境的污染，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，旋轉(zhuǎn)上撂式小青菜收割機(jī)不論是在裝置結(jié)構(gòu)、人員操作上，還是收獲效率上，都得到了很大的提升。