中小型帶根菠菜收割機簡要設計

馬玲巖 任付娥 毛 瑋 古福興

(青島理工大學 機械與電子工程系，山東 臨沂 273400)

根據實地調查，現階段大型超市所售菠菜和市民食用菠菜都留有根部，一方面有利于保鮮；一方面菠菜根營養豐富[1]，含有纖維素、維生素、礦物質等。在農業機械化的背景下[2-4]，現階段的菠菜收割機都是只能對菠菜的莖葉進行切割，對帶有根部菠菜的收割僅停留在手工收割階段。本文針對這種低效率、高成本現象提出了一款能夠對菠菜的根部進行切割的機器，用以滿足農民現階段的需求。

1 研究背景

隨著人們生活水平的日益提高，市民對菠菜的需求日益升高。但是菠菜收割問題一直被人們忽略，通過實地調查發現，現階段菠菜的收割主要靠人工進行，存在效率低、成本高的現象(圖1、圖2)。

圖1 手工收割一

圖2 手工收割二

另外，通過對不同地區的菠菜收割農民進行訪談可知，農民急需一臺能夠對菠菜的根部進行切割的機器。

2 國內外現有技術

2.1 國內研究狀況

截至2020年3月底，國內能夠對菠菜的根部進行切割的機器主要有兩種：一是通過下方的盤頭刀進行切割，把手進行切割深度控制的收割機[5](圖3)。但是由于盤頭刀地下切割阻力大，把手控制深度不精確，對菠菜進行切割時切散現象嚴重，而且一壟收割效率低，現階段主要用于對韭菜的收割，還未應用于菠菜的收割。二是一種用于流水實施的菠菜收割機[6](圖4)，能夠對菠菜的根部進行切割，但是存在刀片阻力大，使用不方便且只適用于特定的土地，因而未得到廣泛應用。

圖3 韭菜收割機

圖4 流水實施

2.2 國外研究狀況

目前國外對菠菜的收割[7]主要是根莖的收割，且只適用于大面積的露天種植，不適用于大棚種植，對于帶根菠菜的收割還停留在人工收割，如圖5為大型收割機。

圖5 國外大型收割機

綜上所述，現階段國內外缺少一款適用于農民需求的可以對菠菜的根部進行切割的機器，但是本文所提出的中小型帶根菠菜收割機能夠很好地解決這些問題。

3 主要結構設計

3.1 整體結構設計

本文提出的中小型帶根菠菜收割機主要包括收攏部分(圖6中5)，在對菠菜收割前進行收攏方便切割；收割部分(圖7中6和2)，由兩部分構成，從兩側對菠菜進行傾斜切割，能夠減少前進阻力補償切割誤差；連接部分(圖6中3)主要由機架構成，用以連接各個部分；調節部分(圖6中2)主要由調節桿和調節孔構成，用以調節圖2整個裝置的高低；傳送系統(圖6中4)主要由傳送帶組成，用以傳送菠菜；主動力系統(圖1中1)為整個系統提供前進動力，為一小型微耕機。

圖6 整體圖

圖7 前端圖

3.2 重要結構設計

對于本文提出的中小型帶根菠菜收割機其核心結構為收攏部分和收割部分，對于收攏部分有兩種組成。一種為三角式收攏裝置(圖8)，其左側內部焊有后端收割刀(圖8中2)起補償切割作用，右側外部焊有橢圓形鐵絲(圖8中1)控制切割后菠菜的傾斜方向，能夠保證切割往相同的方向傾斜，最終實現較為整齊的排放，方便人工捆綁。

圖8 三角式

圖9 斜板式

另一種為斜板式收攏裝置(圖9)，在整個系統中只含有一個，其置于前端最右側是為節省材料而設計，內側含有后端收割刀(圖9中1)起補償切割作用。

對于收割部分主要由兩部分構成，一部分為主要切割部分(圖10中4)，其與套圈(圖10中1)是一個整體，與滾動軸承(圖10中2)呈過盈配合，而滾動軸承與軸(圖10中2)過盈配合，當受到前進的動力時實現刀片的旋轉，從而實現對菠菜根部的切割。另一部分為后端收割刀(圖10中2、圖11中1)，用以補償主要切割部分未切下的菠菜。

圖10 切割部分

3.3 機器運作過程及圖片展示

中小型帶根菠菜收割機收割菠菜時，首先收攏部分將菠菜收攏，前端收割刀對其進行切割，隨著對菠菜根部的切割，橢圓形鐵絲使菠菜倒向一側。考慮到在切割過程中存在遺漏情況，后端收割刀再次對菠菜的根部進行切割。收割完畢后，右側菠菜直接擺放在地面，中部及左側的菠菜通過傳送帶傳送至右側地面。圖12為仿真過程圖片以及實體模型圖片。

圖11 仿真過程模型

圖12 實體模型展示

4 結語

本文介紹的中小型帶根菠菜收割機，在結構上做了重要改進，滿足了農民收割菠菜的需求。截至2021年4月，已完成3D模型和實體模型制作，專利已進行申報，實用新型已授權，發明專利還在進行中，其仿真模型和實體模型良好。