旋轉上撂式小青菜收割機*

錢 程，張 凱，龔文浩

（南京信息工程大學，江蘇 南京 210044）

1 傳送帶傳送方式及缺陷

傳統傳送帶輸送裝置由撥禾片和傳送帶組成，電機帶動撥禾片將割下來的蔬菜撥禾到傳送帶上，傳送帶再將蔬菜運送到收集裝置中。當收割機向前運行時，割刀會對蔬菜施加一個向前推的力，導致蔬菜前傾，引起割刀對蔬菜的損壞。通過撥禾片可以將田間由于生長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。傳統傳送帶為了減少蔬菜從傳送帶上掉落的情況，實現輕量化的目標，傳送帶需選用不變形、無污染、輕巧耐用的鐵氟龍網帶，表面有均勻分布的小孔，并在傳送帶上設有帶狀凸起能大大提高傳送帶的摩擦力。在傳送帶兩側設有導流擋板，一方面將收割完的蔬菜進行聚流匯入傳送帶[2]，另一方面防止蔬菜從傳送帶的側面掉落。同時，在傳送帶末端安裝有收集筐，收集從傳送帶上運送過來的蔬菜。傳統小青菜收割機如圖1 所示，用傳送帶作傳送方式的小青菜收割機長度占了整個收割機的一半多，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初衷。

2 旋轉上撂式小青菜收割機的關鍵部分設計

傳統的收割機傳送模式用的都是傳送帶，因為坡度較小，所以傳送帶長度過長，改進方案為取消用傳送帶的傳送方式，用一個旋轉上撂滾筒代替[3]，從而在該收割機收割時實現了綠色可持續的理念，同時也可以縮短傳送裝置的長度，以實現收款機整體的輕量化，節省材料，從而大大提高旋轉上撂式小青菜收割機的收割效率。

旋轉上撂式小青菜收割機上撂裝置的關鍵部件是旋轉上撂滾筒。當割刀開始往復運動時，氣吹裝置的出風正對著割刀位置，氣吹裝置將割下來的小青菜沿著弧面斜向上的方向吹送，小青菜會沿著弧形面板被撥送至旋轉上撂裝置處[4]。旋轉上撂裝置主要部分為1 根驅動軸，驅動軸裝有內置電機，內置電機帶動滾軸的轉動，滾軸固定在收割機框架之上，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氣吹裝置氣流覆蓋區域封閉住，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地觀察小青菜的狀態及其被切割和吹送的情況，以便于操作人員及時調整裝置[5]。旋轉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沿著弧形面板落到旋轉上撂裝置的撥板上，小青菜落在撥板上隨著滾筒的轉動一起旋轉。當撥板旋轉至最上方位置時，通過小青菜的慣性，再加上撥板旋轉時給小青菜帶來的力，可以將小青菜撂至后方的收集框中。

旋轉上撂式小青菜收割機如圖2 所示。位置1 為旋轉滾筒旋轉裝置，旋轉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流作用。位置3 為氣吹裝置，氣吹裝置的出風口正對著割刀，沿著弧面斜向上。位置4 為小青菜收割機割刀。位置5 為小青菜收集裝置。

圖2 旋轉上撂式小青菜收割機

3 旋轉上撂式小青菜收割機滾筒參數研究

文章所設計的上撂滾筒由內置電機提供相關動力，選擇CJ-GRS-256 型24V 直流電機，其主要技術參數如表1 所示。

表1 滾軸電機主要參數

通過實驗發現，當改變滾筒的轉速時，會改變小青菜后撂的距離，考慮到不同轉速會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的收集裝置數量。當前方的收集裝置裝滿之后，通過調節滾筒轉速，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 個撥片，通過對小青菜產生推力，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度為5cm，默認當將可調速滾軸調整至固定轉速時做的是勻速圓周運動，根據勻速圓周運動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。計算折形撥片給單位小青菜的推力時，默認轉矩為4N·m，假設是在封閉大棚內進行試驗，不考慮風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，將數據代入公式，假設小青菜位置離開撥片，受力方向為水平方向呈45°斜向上，小青菜的空中運動時間是t，公式如下：

小青菜在被后撂的水平射程如下：

通過實驗可以發現，當超過最低轉速，也就是小青菜克服了向心力之后，若調整合適的轉速[7]，小青菜會被撂至收集框中，并且調整不同的轉速可以改變小青菜落在收集裝置中的位置。當前面的收集裝置收集滿之后，增加滾輪的轉速，可以將小青菜水平運動距離調整至后面的收集框位置處。

4 改善效果

電動氣吹裝置取代傳統柴油機撥禾板，在能耗方面體現出了節能環保的理念，同時效率也得到了很大的提升。用旋轉上撂裝置取代傳統的傳送帶傳送方式，當需要收獲的小青菜量非常大時，可以設置兩排收集裝置，當前面的收集裝置收集滿之后通過調節滾軸的轉速改變青菜的后撂距離，及時將青菜落位轉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，減少了將整個裝置停下后更換收集裝置損耗的能量和時間，提高了收獲效率。電動氣吹裝置取代傳統柴油機撥禾板，在能耗方面體現出了節能環保的理念，同時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僅傳送帶這一塊至少就要占整個裝置的一大半體積，一般這種傳送帶水平方向所占長度為1.5m ～2m，整機的重量非常大，體積也很占空間，很難體現出它本來的收割功能，受自身體積和重量的影響，會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。用旋轉上撂式裝置后，之前的缺點幾乎都能被克服，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，整個上撂滾筒的水平所占距離大約為0.5m，比傳統的傳送帶所占空間縮小了3 倍～4 倍，節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 結束語

收割機采用新型的旋轉上撂式結構取代傳統的傳送帶傳送方式，因為取消了傳統的傳送帶傳輸裝置，整個裝置的長度減短了很多，整機的質量減輕了很多，更有利于人們的操作。同時，因為旋轉上撂裝置的特點，小青菜的收割效率得到了大大的提高。利用電動吹氣裝置取代了柴油機撥禾板裝置，不僅能更好地利用能源，也能減少對環境的污染，經過多次實驗，旋轉上撂式小青菜收割機不論是在裝置結構、人員操作上，還是收獲效率上，都得到了很大的提升。