基于山地丘陵地區的小型自動捆綁式收割機的探究性設計

潘吉常，徐 進，肖輝燈，鄧忠瓊，鄧 靜

（1 貴州師范大學 機械與電氣工程學院；2 貴州師范大學 經濟與管理學院：550001，貴州貴陽）

貴州地貌以高原、丘陵和山地為主，耕地分布不均、面積狹小，是制約其現代農業發展的重要因素[1-2]。目前，其農業機械化程度遠低于全國平均水平，位居全國倒數第二。經筆者調查研究發現，貴州省農業機械化發展主要存在以下問題：首先，貴州地域廣闊且地勢環境復雜，不便于使用大型農業機械耕作；其次，貴州目前眾多農作物的收割工作依舊以手工勞作為主，如水稻、油菜、大豆等農作物，勞動強度大，收割效率低；最后，由于特殊的地理特征，貴州省90%以上農業機械都是小型農業機械，其中以微耕機、耕整機為主，山地農機類型單一，山地收獲機極其匱乏。

總而言之，目前市面上大型農業機械種類繁多、功能多樣，相比之下，小型農業機械雖然具有小巧、靈活、高效等特征，但相關研究少、技術人才匱乏，致使種類較少、功能較單一。筆者認為開發類型和功能多樣化的小型農機是提高山區農業機械化水平的重要途徑。

1 小型山地自動捆綁式收割機設計理念

針對貴州山地的小型農業機械的開發，筆者認為：首先，小型農業機械應具有體積小、重量輕等關鍵特征；其次，在偏遠的山區，經濟水平較為落后，且小型農業機械使用者購買力有限，文化知識也具有較大的局限性，因此農業機械需便于操作，同時成本不宜過高；最后，小型農業機械構造不宜復雜，應便于使用者對其進行維護[3]。

小型山地自動捆綁式收割機整體規劃設計采用模塊化設計[4]，其優勢在于模塊化設計具有更佳的靈活性、互換性、多樣性等特征，同時易于安裝、更換和維修。將模塊化設計應用到小型農業機械上，可以拓寬產品線、降低小型農機的復雜性和生產成本。在功能設計層面上，小型山地自動捆綁式收割機具有捆綁和切割一體化功能，通過設定一定轉速，使功能整體同步實現。傳動系統層面上，采取帶傳動、齒輪傳動和聯軸器傳動等多種傳動方式，提高機械整體傳動效率。

2 小型山地自動捆綁式收割機結構方案

小型山地自動捆綁式收割機總體結構見圖1，機械含機架A、行進裝置B、動力裝置C、收割裝置D 和捆綁裝置E 等五個部分。在機架A 下方設有行進裝置B，機架A 上方設有動力裝置C，動力裝置C 前方設有收割裝置D 和捆綁裝置E。

圖1 小型山地自動捆綁式收割機立體結構示意圖

2.1 機架A 的結構設計

機架由扶手組件和水平支撐組件組成，扶手組件安裝在水平支撐組件上，在水平支撐組件前方設有收割裝置水平支撐架，在收割裝置水平支撐架上設有收割裝置豎直支撐板。

2.2 行進裝置B 的結構設計

該裝置主要功能是維持整個收割機的平衡和行駛，采用獨輪組件便于對行駛方向的控制。該裝置由行進輪、行進輪固定架和獨輪組件組成，行進輪安裝在行進輪固定架上，在行進輪前方安裝有獨輪組件。獨輪組件包括獨輪固定架，獨輪固定架安裝在收割裝置水平支撐架前中下部。

2.3 動力裝置C 的結構設計

該裝置主要提供機械收割的動力，采用電機驅動，通過帶傳動、聯軸器傳動、齒輪傳動，實現對作物的自動化切割和捆綁。該裝置由電池組件、電機、聯軸器和傳動軸組成，電池組件安裝在機架A 的水平支撐組件上，在電池組件右側安裝有電機，在電機上安裝有聯軸器，在聯軸器上安裝有傳動軸，電機安裝在電池組件的右部前端。

2.4 收割裝置D 的結構設計

收割裝置主要功能是對作物進行切割，通過葉片把作物推進通道，由安置在葉片下刀片對作物切割。該裝置由機械傳動組件、收割刀具組件和收割裝置從動組件構成，在機械傳動組件上安裝有收割刀具組件，在收割刀具組件中部設有收割裝置從動組件，在收割裝置從動組件和收割刀具組件上安裝有扶禾器組件。

2.5 捆綁裝置E 的結構設計

該裝置中的推桿組件往返運動，其搖桿轉軸和三角形滑塊的結構設計采用了對心曲柄滑塊機構，結構簡圖如圖2 所示。該機構中的搖桿轉軸類似于圖2 中的原動件，三角形滑塊類似于圖2 中的從動件和滑塊。推桿的往返運動和捆綁口的特殊自動鎖頭結構可實現對作物的反復自動捆綁。該裝置設計有固定槽組件、推桿組件和捆綁傳動組件，在捆綁傳動組件上安裝有推桿組件，在推桿組件兩側安裝有固定槽組件，固定槽組件和推桿組件中間位置設有通道。

圖2 對心曲柄滑塊機構示意圖

3 小型山地自動捆綁式收割機工作方案

3.1 收割工作時的設計方案

啟動動力裝置C 中的電機，電池組件對電機進行供電，電機轉動，帶動聯軸器與傳動軸轉動。傳動軸與傘齒輪組件連接，傘齒輪組件為直齒錐齒輪，能實現90°的換向傳動，將水平方向的傳動換成豎直方向的傳動，從而帶動主傳動軸轉動。安裝在主傳動軸下端的主齒輪也隨之轉動，主齒輪與第三傳動軸上的副齒輪配合，副齒輪的轉動帶動第三帶輪，第三帶輪通過皮帶與第一傳動軸下端的第一帶輪配合，帶動第一帶輪和第四帶輪轉動。

主帶輪通過皮帶與第二傳動軸下端的第二帶輪配合，帶動安裝在第二傳動軸上端的第五帶輪轉動，從而帶動第一刀具軸和第二刀具軸轉動，安裝在第一刀具軸和第二刀具軸上的第一刀具上葉片、第一刀具下葉片、第一刀片、第二刀具上葉片、第二刀具下葉片、第二刀片轉動，通過第一刀片和第二刀片完成農作物的收割動作，通過第一刀具上葉片、第一刀具下葉片、第二刀具上葉片、第二刀具下葉片、收割裝置從動組件完成農作物的傳送動作。

3.2 捆綁工作時的設計方案

通過傘齒輪組件帶動捆綁傳動軸轉動，在捆綁傳動軸另一端安裝有齒輪傳動組件，齒輪傳動組件為小齒輪和大齒輪傳動，在捆綁傳動軸上安裝有小齒輪，小齒輪與大齒輪相互嚙合，大齒輪轉動帶動搖桿轉軸轉動，從而帶動搖桿轉軸上的推桿組件轉動。

推桿組件上設有三角形滑塊、豎直固定滑槽組件和水平固定滑槽組件，搖桿轉軸帶動搖桿繞搖桿轉軸軸心做圓周運動，使三角形滑塊向下移動，從而推動水平固定滑槽組件的推壓彈簧和推桿左右運動，推壓彈簧包括左側彈簧和右側彈簧，推桿包括左側推桿和右側推桿。

工作時，當左側推桿碰到固定槽組件的左側固定槽釘、右側推桿碰到固定槽組件的右側固定槽釘時，驅使綁帶進行綁定，并左側推桿從左側綁帶盒拉出新的綁帶，右側推桿從右側綁帶盒拉出新的綁帶。此時搖桿繞搖桿轉軸軸心做圓周運動，使三角形滑塊向上移動，同時左側彈簧、右側彈簧回彈拉回左側推桿、右側推桿，即可完成捆綁工作。

4 結論

貴州山地不適合大型農業機械作業，農民對于實用小型農業機械的需求是非常迫切的，小型山地自動捆綁式收割機的設計可滿足農民的這一需求。該收割機結構簡單，功能包含切割和捆綁，同時動力裝置采用電力驅動，對作業環境非常環保，且工作穩定。

通過模塊化設計，小型山地自動捆綁式收割機的結構分為五個裝置；通過單個模塊機構的設計，產品具有很好的靈活性和互換性；通過模塊組裝，可快速拼接和拆卸小型山地自動捆綁式收割機，便于轉移，在山地等地形條件下非常適用。