小型電動履帶式黑塌菜收獲機設計*

戶凱亭，林旭翔，高輝松，周永清，薛金林

(南京農業大學工學院，南京市，210031)

0 引言

黑塌菜屬于葉菜類，主要種植于江蘇省如皋市黑塌菜種植基地。近年來，隨著如皋市對黑塌菜種植產業的大力扶持，黑塌菜的知名度不斷提高，當地成規模的黑塌菜種植基地數量穩步增加，如今已經成為當地農產品的重要組成部分。但是，黑塌菜在收獲過程對于勞動力的需求高，且由于大量年輕勞動力向城市轉移和人口老齡化問題的日益凸顯，使得黑塌菜的種植成本逐漸增加、人工短缺問題日益嚴重[1-2]。

為克服黑塌菜收獲階段的成本問題和人工短缺問題，提高黑塌菜收獲期的機械化程度就顯得至關重要，可是黑塌菜自身形態與生長環境為機械化收獲帶來了難度。雖然黑塌菜種植階段投苗機械成行成列地投苗，但是由于漏播率和后期養料播撒存在不均勻的現象，成熟后的黑塌菜大小不一，行距、株距皆有偏差，且黑塌菜成熟以后，根莖較粗并扎根土下，現有的切割刀具不適于進行黑塌菜土下切割作業，因此不易實現黑塌菜的機械化收獲。以如皋市高新區現代農業示范園種植的黑塌菜為例，所采用的收獲方式仍為人工收獲。

目前，國內外已經研制出一些葉菜類收獲機，如意大利的SLIDE TW型的葉菜類蔬菜收獲機[3]，韓國研制的MT-200型葉菜類蔬菜收獲機[4]，新西蘭研制的一款生菜收獲機[5]，它們結構設計可靠，操作方便，但是生產制造精度要求高，造價昂貴；國內的南通富來威農業裝備公司研制了一款電動葉菜類蔬菜收獲機[6]，鎮江市農業農村局技術推廣站研發了4GDS-1.0型的電動葉菜類蔬菜收獲機[7]。但是由于黑塌菜特殊的生長特點，以上蔬菜收獲機都不適用于黑塌菜的收獲作業。

本文針對如皋地區黑塌菜的種植特點，旨在提高黑塌菜采收階段的收獲質量與機械化水平，緩和黑塌菜日益增加的需求與嚴峻的勞動力短缺問題之間的矛盾，對黑塌菜收獲過程進行新的研究，設計了一款電動履帶式黑塌菜收獲機。在研究過程中根據黑塌菜生物特性完成了黑塌菜收獲機關鍵部件的設計和功率需求分析，利用ANSYS軟件對整機機架進行結構靜力學分析，證實了機架設計的合理性，采用試驗驗證的方法，得到了黑塌菜收獲機試驗數據，并對數據進行了分析。

1 黑塌菜收獲機設計要求和結構方案

1.1 黑塌菜收獲機設計要求

黑塌菜天生耐寒，即使被霜雪覆蓋，依然長勢良好，此外，排灌、通風良好、肥力均勻的砂壤土是黑塌菜理想的種植環境，因此，如皋市黑塌菜種植模式多采用露天田地種植。黑塌菜投苗采用人工與機械投苗相結合的方式，深耕整地，施足基肥，菜畦分界清晰，黑塌菜成行成列、塌地生長、株型平展，且黑塌菜根莖較粗，入土較深，而菜葉柔軟、低趴于土表，容易損壞，因此在收獲過程中，應盡量減小對菜葉的損傷，以上因素是設計黑塌菜收獲機時必須考慮的問題。

根據黑塌菜的生長特點和收獲要求，黑塌菜收獲機應滿足5點設計要求：(1)黑塌菜收獲機在實際作業環境中，需要考慮坑洼或濕爛地面對行走裝置和切割裝置帶來的影響，收獲機應具備田間工作環境適應性強與結構緊湊等特點。(2)為了減少或消除收獲機的污染排放、踐行綠色環保的作業理念，該收獲機以可循環充電的動力電池作為動力源。(3)由于黑塌菜根莖深度不一，收獲作業時，收獲機應具備土下切割深度調節的能力，以滿足黑塌菜不同生長狀況的收獲要求。(4)黑塌菜菜葉柔軟，容易損壞，在輸送過程中應盡量減少對黑塌菜菜葉的損傷。(5)整機盡量工作靈活，制造簡單，性能穩定和質量可靠。

1.2 黑塌菜收獲機整機結構

本文設計的電動履帶式黑塌菜收獲機主要裝置有切割裝置、輸送裝置、割茬高度調節裝置、行走裝置以及收集裝置，如圖1所示。切割裝置位于整機前端，在保證黑塌菜整體完整的情況下切斷根莖；輸送裝置與切割裝置緊密銜接，將切下的黑塌菜低損平穩地輸送至收集裝置；收集裝置位于整機后端，用于盛放輸送來的黑塌菜；行走裝置位于整機底端，與地面直接接觸，使收獲機具備行走的能力；割茬高度調節裝置位于行走裝置前端和輸送裝置前端之間，用于調節切割裝置的割刀高度。

圖1 整機設計圖Fig. 1 Overall structure of the designed machine1.切割裝置 2.壓持輸送裝置 3.鏈板輸送裝置 4.收集裝置 5.割茬高度調節裝置

收獲機工作時，由操作人員手扶控制前進，根據黑塌菜的成熟狀況與作業環境，實時調整黑塌菜根莖切割深度。隨著收獲機的前進，圓滑托片及柔性壓持裝置將切下的黑塌菜輸送至鏈板輸送帶，柔性壓持裝置的刮板兼具韌性和柔軟度，在黑塌菜傳送過程中能有效降低對菜葉的損傷，保證收獲質量。鏈板輸送帶在將黑塌菜輸送至收集裝置的過程中，完成篩土，表1為所設計的黑塌菜收獲機相關設計參數。

表1 主要設計參數Tab. 1 Main design parameters

1.3 收獲機關鍵部件結構

1.3.1 切割裝置

切割裝置是黑塌菜收獲機的核心裝置之一，如圖2所示，主要包括圓盤割刀、直流電機、減速器與槽鋼支架等。直流電機是切割裝置的動力機構，嵌于槽鋼支架之中，電機軸通過鍵與減速器連接，實現減速增扭。減速器的輸出軸帶動割刀軸運動，割刀軸的下端通過短銷與小連接盤剛性連接，圓盤割刀通過螺栓與小連接盤剛性連接，工作時，直流電機帶動割刀軸轉動，從而帶動圓盤割刀作高速圓周運動。

圖2 切割裝置的總體結構Fig. 2 Structure of the cutting device1.圓盤割刀 2.槽鋼支架 3.直流電機 4.減速器 5.割刀軸 6.小連接盤

蔬菜收獲機的切割裝置主要分為以下3種形式：往復式、圓盤式與帶刀式。本文選擇圓盤式切割裝置的主要原因如下：(1)往復式割刀在使用過程中，會因為切割速度較大而產生明顯的沖擊和振動現象，對被切割的蔬菜和切割傳動裝置不利，并且對于土下切割來說，往復式割刀容易出現卡齒問題，降低割刀的使用壽命[8-9]。(2)圓盤式割刀切割平穩，材料在單位時間內受力較為均勻，蔬菜的切口比較平整，振動慣性小。對于本文要求土下切割黑塌菜較粗的根莖，圓盤式割刀能夠實現平穩切割，且對菜葉的損傷很小。(3)帶刀式切割裝置制造簡單，工作性能可靠，但是切割前需要使帶刀的切割速度達到要求，割刀電機的頻繁啟停會導致帶刀的慣性對切割裝置造成損傷，同時存在無用功率損耗大的問題[10]。

為了更好地切割黑塌菜根莖，改進圓盤割刀結構形式。與其他形狀的切割器相比，鋸齒式割刀刃口鋒利，可以將蔬菜的莖稈輕易切開，且切割阻力較小，切口平整，切割效果理想[11-12]。黑塌菜圓盤割刀的外形設計采用與螳螂前肢類似的鋸齒形狀，因為科學研究發現螳螂的捕食技術之所以如此高超，與其前肢上鋒利的鋸齒狀刃口息息相關[13-14]，圓盤割刀的結構參數示意圖如圖3所示。

圖3 圓盤割刀的結構參數示意圖Fig. 3 Structural diagram of parameters of disc cutter

為使圓盤割刀的切割齒均勻分布、消除半齒等不合理的加工要求、提高割刀的切割效果與切割效率，本文設計的圓盤割刀關鍵結構參數應滿足以下關系。

πD=jx1z

(1)

j=h/y1

(2)

式中：D——圓盤割刀直徑，mm；

j——螳螂前臂有效切割齒的擬合優化曲線的放大倍數；

x1——處理前螳螂前臂有效切割齒擬合曲線的寬度，mm；

h——齒深，mm；

z——圓盤割刀齒數；

y1——處理前螳螂前臂有效切割齒擬合曲線的高度，mm。

式(3)與式(4)是螳螂脛節的有效切割齒曲線，兩曲線可達到0.992 5以上的擬合度，精度較高，可以用作圓盤割刀的設計參考。

y1=-0.623 36x3+2.447 16x2-2.628 52x+

1.182 55

(3)

y2=28.213 02x3-146.144 2x2+253.302 17x-

146.431 9

(4)

由擬合曲線方程可得x1=1.2，y1=0.4。

為有效切割黑塌菜根莖，圓盤割刀的齒高應大于黑塌菜莖葉處的直徑，由黑塌菜的生長特性可知，該處直徑的最大值為15.68 mm，所以h≥15.68，于是將圓盤割刀的齒深h設計為16 mm。

代入式(2)可得j=h/y1=16/0.4=40。

D=48z/π

(5)

當圓盤割刀的轉速不變時，增大刀盤的直徑，可以有效提高切割刃口的線速度與圓盤割刀的切割效果，使黑塌菜的根莖更容易被切下，綜合考慮黑塌菜種植行距、株距，以及切割裝置的尺寸，將圓盤割刀的直徑D設計為300 mm。

通過以上計算，最終D取300 mm，h取16 mm，z取20，查閱相關資料可知，最佳的割刀刃角[15-16]選取范圍為10°～15°，考慮到土下切割黑塌菜根莖的情況，本文將圓盤割刀的刃角α設計為10°。

1.3.2 整體輸送裝置

整體輸送裝置如圖4所示，主要包括輸送電機、鏈板輸送裝置、壓持輸送裝置和三組托片，其功能是將切割后的黑塌菜低損、平穩、高效地輸送到收集裝置。

圖4 輸送裝置總體結構Fig. 4 Structure of the conveying device1.輸送電機 2.鏈板輸送裝置主動軸 3.鏈板輸送裝置從動軸 4.壓持輸送裝置主動軸 5.彎板鏈條 6.托片 7.壓持輸送裝置從動軸 8.壓持輸送裝置從動齒輪 9.刮板 10.壓持輸送裝置主動齒輪 11.鏈板輸送裝置從動鏈輪 12.輸送鏈板 13.鏈板輸送裝置主動鏈輪

鏈板輸送裝置主要由鏈板輸送裝置主動鏈輪、鏈板輸送裝置主動軸、鏈板輸送裝置從動軸、鏈板輸送裝置從動鏈輪、彎板鏈條與輸送鏈板組成；壓持輸送裝置包含壓持輸送裝置主動鏈輪、壓持輸送裝置主動軸、壓持輸送裝置從動軸、壓持輸送裝置從動鏈輪、彎板鏈條與刮板等，位于前端三組托片的上方，具體情況如圖5所示。

圖5 輸送裝置布局Fig. 5 Layout of the conveying device1.鏈板輸送裝置 2.壓持輸送裝置 3.托片

輸送電機為鏈板輸送裝置與壓持輸送裝置提供動力，壓持輸送裝置中刮板連續運動將黑塌菜沿著托片向上刮送，當黑塌菜被刮送到鏈板輸送裝置時，再由輸送鏈板將黑塌菜輸送至收集裝置。圖5中θ1為壓持輸送帶與水平地面間的夾角；θ2為鏈板輸送帶與水平地面間的夾角。

圖6是黑塌菜根莖切割時的受力示意圖，θ角的大小不僅影響托片對黑塌菜的支持力F，還會影響壓持裝置對黑塌菜的撥力P，如果該角度過大，會使切割后的黑塌菜無法進入輸送裝置，從而在輸送裝置的前端產生堆積現象；如果該角度太小，在輸送距離不變的情況下會導致收獲機后方高度降低，使手扶作業人員感到不適。圖6中G為黑塌菜所受的重力，N；F為托片對黑塌菜的支持力，N；θ為輸送帶與水平地面間的夾角，(°)；P為壓持裝置對黑塌菜的撥力，N。

圖6 黑塌菜受力分析圖Fig. 6 Stress analysis diagram of black leaf-drooped vegetable

查閱蔬菜收獲機的資料可知，輸送帶傾角的范圍為20°～40°，根據黑塌菜收獲要求和設計要求，確定鏈板輸送帶的傾斜角度θ2取25°。

壓持輸送帶需要對黑塌菜產生有效的撥力，同時壓持輸送帶的后端要略微上揚，避免阻礙到黑塌菜從托片向鏈板輸送帶的過渡，綜合考慮，壓持輸送帶的傾斜角度θ1取30°。

1.3.3 割茬高度調節裝置

割茬高度調節裝置主要由兩根電動推桿組成，當黑塌菜收獲機工作時，通過收獲機扶手處的控制面板按鈕實現對兩根電動推桿的控制，使兩根電動推桿以同速或差速伸長或縮回，從而實現切割裝置與輸送裝置的高度調節。當黑塌菜收獲機在田間行駛時因地面高低不平導致兩側履帶行走機構傾斜時，可以單獨控制其中一根電動推桿伸長或縮回，從而使切割裝置始終以水平的姿態進行切割作業。

圖7為割茬高度調節裝置的工作情況，表明了割茬高度調節裝置在兩種極限工作情況下的位置關系，即切割裝置的最低工作姿態和最高工作姿態。

(a) 最低工作姿態

(b) 最高工作姿態圖7 割茬高度調節裝置工作簡圖Fig. 7 Work diagram of stubble height adjustment device

1.4 各裝置功耗需求分析

1.4.1 切割裝置功率分析

圓盤式切割裝置的功率消耗P1[17]用式(6)表示。

P1=kE1S

(6)

式中：k——常量系數；

E1——準靜態狀態下切割裝置切割單棵黑塌菜消耗的能量，J；

S——在單位時間內所能切下黑塌菜的棵數，棵/s。

考慮到土下切割方式與圓盤割刀形式，系數k取1.9；根據黑塌菜根莖的剪切性能試驗，E1取0.8；根據黑塌菜收獲機的切割速度和前進速度，S取0.8棵/s。將數據代入式(6)可得P1=1.216 kW。

1.4.2 輸送裝置功率分析

輸送裝置的功率消耗P2主要包括鏈板輸送裝置功率Pd和壓持輸送裝置功率Py兩個部分，根據式(7)計算鏈板輸送裝置功率Pd。

Pd=Mg(Lf0+H)/103

(7)

式中：M——單位時間內輸送帶所能運輸黑塌菜的質量，kg；

g——重力加速度，m/s2；

L——輸送帶在車輛水平前進方向上的投影距離，m；

H——輸送帶的垂直高度，m；

f0——運動阻力系數。

取M=6 kg，g=9.8 m/s2，L=0.950 m，H=0.60 m，f0=2.25，代入式(7)計算可得Pd=0.164 kW。

壓持裝置功率Py按式(8)計算。

Py=Tw/N=F1Rw/N

(8)

式中：T——壓持裝置在運動過程中所受的阻力矩，T=F1R，N·m；

F1——壓持裝置在運動過程中所受的阻力，N；

R——壓持裝置轉動的圓弧半徑，mm；

w——壓持裝置輸送帶運動的角速度，rad/s；

N——動力系數。

取F1=60 N，R=61 mm，w=0.4 rad/s，N=50，代入式(8)可得Py=0.029 3 kW。

因此，輸送裝置的總功率P2=Pd+Py=0.164+0.029=0.193 kW。

1.4.3 割茬高度調節裝置所需功率分析

割茬高度調節裝置使用電動推桿，其功率P3采用極限位置法確定，即在極限情況下，由電動推桿單獨支撐起機架、切割裝置及輸送裝置。

P3=F2v

(9)

式中：F2——電動推桿推動過程中的載荷，N；

v——電動推桿推動速度，m/s。

取F2=1 000 N，v=0.01 m/s，代入式(9)計算可得P3=0.01 kW。

1.4.4 行走裝置所需功率分析

行走裝置功率P4與黑塌菜收獲機的行走速度、整機質量與土壤狀況有關。

P4=(mgf1v1/η)×10-3

(10)

式中：m——黑塌菜收獲機滿載時的總質量，kg；

f1——行走阻力系數；

v1——黑塌菜收獲機的行走速度，m/s；

η——行走裝置的傳動效率。

考慮到土下收獲時整機的行走阻力較大，取m=370 kg，f1=0.45，v1=0.3 m/s，η=0.98，代入式(10)可得P4=0.499 5 kW。

1.4.5 電機選型

根據黑塌菜收獲機的設計要求與作業環境，本文的驅動電機、割刀電機和輸送電機均選擇直流電機。黑塌菜收獲機的驅動電機選用MY1020型直流電機；切割裝置由3組圓盤式割刀組成，并且3組割刀由3個相同的電機獨立控制，本文選用型號為80BL100S50-430TK9直流電機；輸送電機選用80BL100S40-430TK9型直流電機，所選電機的主要參數如表2所示。

表2 驅動電機主要參數Tab. 2 Main parameters of Driving motor

2 機架結構設計與靜力學仿真分析

2.1 機架結構設計

黑塌菜收獲機的機架是整機的載體，其作用主要是將各個裝置連接成一個有機的整體，同時承載各機構的負荷和質量，根據特定的位置關系、約束關系與作業要求，將切割、輸送、行走與割茬高度調節裝置安裝在機架的相應位置[18]。在確保所有裝置正確安裝的前提下，機架的結構、制造工藝和加工流程應盡可能簡單，考慮到節約成本與綠色制造的要求，收獲機的機架主要選用普通鋼鈑金和方管。

機架主要由壁厚為3 mm的Q235A鋼材空心方管、2 mm厚的鈑金側板以及3 mm的底盤鋼板焊合而成。機架上部的主要作用是安裝輸送裝置，為主、從動軸的布置提供安裝空間；在機架下方底盤鋼板兩側，安裝有行走裝置，同時鋼板用來安置動力電池，鋼板的后方安裝有驅動電機和減速器；在機架的前端，安裝有切割裝置的槽鋼支架和用來安裝托片的槽鋼橫梁；在機架槽鋼橫梁的后方，具有用來安裝割茬高度調節裝置電動推桿的耳板；在機架的后方安裝有收集裝置，可對黑塌菜進行收集。

2.2 機架的結構線性靜力學分析

為了直觀量化地分析機架在穩定載荷作用下產生的位移、應力、應變等情況，本文選擇利用ANSYS軟件對機架進行結構線性靜力學分析[19-20]。在ANSYS-Workbench中導入機架實體模型，采用自動網格劃分的方式，并將單元尺寸Element Size設置為0.01 m，其余參數采用系統默認值，不加修改。網格劃分后，為機架添加約束和載荷，在機架底板的下方、后端方管以及扶手處添加Fixed Support固定約束，保持機架固定狀態，避免仿真分析報錯。機架底板和左、右側板承載著收獲機的整體負荷，考慮到各部位的承載情況，機架底板承受著動力電池的重量，取400 N；左、右側板前端共同承受著切割裝置的重量，各取125 N；槽鋼橫梁承受著三組托片的重量，取50 N；兩側側板上主、從動軸的安裝孔承載主、從動軸的重量，各取10 N。選擇求解器計算，查看分析結果和相應的云圖。本仿真試驗主要探析機架在負載情況下的變形與受力情況，求解完成后通過總體位移云圖和應力云圖觀察機架的變形和應力情況。

機架的總體位移云圖如圖8所示，通過位移云圖可知，由于兩側側板前端承載的切割裝置質量較大，所以此處的變形量最大，為0.929 mm，但該變形量對于機架整體尺寸來說非常小，可以接受。通過結構線性靜力學分析可知，黑塌菜收獲機的機架結構設計合理，在正常負載的情況下不會出現較大的變形。

圖8 機架總體位移云圖Fig. 8 Total deformation nephogram of frame

機架的等效應力云圖如圖9所示，通過應力云圖可知，機架整體所受的等效應力較小，且沒有應力集中現象，連接板后端的等效應力最大。如圖10所示，最大等效應力值為117.8 MPa，在Q235A鋼材的許用應力范圍內，機架的設計滿足黑塌菜收獲機設計要求。

圖9 機架等效應力云圖Fig. 9 Equivalent stress nephogram of frame

圖10 機架最大等效應力位置Fig. 10 Maximum equivalent stress position of frame

3 黑塌菜收獲機樣機性能試驗

3.1 試驗方法

為驗證黑塌菜收獲機工作性能，以收獲效率與漏割率為性能指標開展相應的田間收獲試驗。

1) 收獲效率。收獲效率指單位時間內的作業面積。首先選擇一塊合適的田地作為黑塌菜收獲機試驗區域，當收獲機正常穩定地收獲時開始計時，直到收獲作業結束，作業面積與時間的比值即為黑塌菜收獲機的收獲效率。

2) 漏割率。漏割率C指在劃定的試驗區域內，收獲機作業后未被收獲的黑塌菜數量與試驗區域內總的黑塌菜數量之比。選擇一塊合適的田地作為試驗區域，試驗前清點并記錄該試驗區域內黑塌菜的總數量B1，收獲作業結束后清點并記錄未被切割的黑塌菜數量B2。

C=B2/B1×100%

(11)

3) 經濟性分析。傳統收獲機械采用柴油發動機作為動力源，本文的黑塌菜收獲機以動力電池作為動力源。為探究收獲機的經濟性，計算黑塌菜收獲機收獲作業過程中整機的耗電量W，耗電量可按式(12)進行計算。

W=Pt

(12)

式中：P——黑塌菜收獲機所用電機的總功率，kW；

t——黑塌菜收獲機的作業時間，h。

按照以上分析方法，以江蘇省如皋市黑塌菜種植基地的黑塌菜種植田為試驗區域開展黑塌菜收獲機性能試驗，檢驗收獲效果。本文試驗選擇兩塊形狀相似的黑塌菜種植區域，每個種植區域長50 m，寬4 m，土壤為砂壤土，土粒松散，本機的履帶行走裝置可以很好地適應作業環境。

首先，清點并記錄兩塊試驗田內黑塌菜的總棵數，通過電動推桿改變割茬高度分別完成土下和土表的收獲作業。收獲完成后，再次清點并記錄以兩種切割方式收獲后區域內未被切割的黑塌菜數量，通過漏割率計算公式分別求得兩種切割方式下的漏割率。其次，在試驗區域內選擇三塊10 m×3 m的小區域，測量并記錄這些小區域內被切割黑塌菜殘余的根莖高度，取其平均值作為試驗數據中的割茬高度。然后，根據計時得到收獲機在試驗區域內的作業時間，經過計算求得收獲機的收獲效率，最后，依據前文的功率分析，計算滿負荷工作狀態下收獲機完成收獲作業所耗費的電量。

3.2 試驗結果與分析

試驗結束后，根據3.1小節計算公式可得收獲機收獲試驗數據，可知收獲機土下切割作業的平均割茬高度為10.5 mm，漏割率為3.5%，收獲效率為0.09 hm2/h，耗電量為0.64 kW·h。黑塌菜收獲機在滿負荷工作狀態下的耗電量約為28.77(kW·h)/hm2，若平均電價為0.51元/(kW·h)，所研制的小型電動履帶式黑塌菜收獲機收獲每公頃黑塌菜的成本為14.67元，這相對于人工收獲來說大大降低了勞動成本，且收獲全程無污染排放。此外為探究黑塌菜收獲機的經濟性，對整機生產成本和使用成本進行分析，生產成本主要包括用于購買鈑金件、方管、履帶底盤、變速器、電機驅動器套裝、鏈輪、彎板鏈條等外購件的費用(1.0萬元)，以及工時成本(0.8萬元)，整機的總成本約為2.4萬元。通過市場調研了解到，類似的小型蔬菜收獲機的售價約為5萬元左右，對比之下，本文設計的小型電動黑塌菜收獲機在成本方面有很大的優勢。

4 結論

本文考慮到江蘇省如皋市地區黑塌菜成行成列種植、塌地生長、菜葉低趴于土表、菜葉柔軟易損、根莖粗壯等生長特點，參照國內外SLLDE TW、MT-200與4GDS-1.0等葉菜類蔬菜收獲機械，設計研制了一款具有土下收獲作業功能的小型電動履帶式黑塌菜收獲機，主要設計的關鍵裝置包括切割裝置、輸送裝置和割茬高度調節裝置，該黑塌菜收獲機集黑塌菜切割、輸送及收集功能于一體。對收獲機關鍵裝置功耗進行需求分析，并選擇合適的電機作為動力源；利用ANSYS有限元軟件對收獲機整機機架進行靜力學分析，由分析結果可知收獲機機架的最大變形量為0.929 mm，最大等效應力值為117.8 MPa，形變和受力情況均在合理范圍內，證明了機架設計的合理性。為了驗證黑塌菜收獲機的工作性能，在如皋市黑塌菜種植基地進行收獲試驗，以收獲效率和漏割率作為評價標準，試驗結果表明收獲機實際工作時漏割率為3.5%，收獲效率為0.09 hm2/h，平均割茬高度為10.5 mm，能夠很好地完成黑塌菜的收獲作業，提高黑塌菜收獲效率，減輕農民勞動強度，滿足收獲要求。黑塌菜收獲機收獲每公頃黑塌菜的成本為14.67元，經濟和環保效益高，而且機器生產制造成本低，對推動地區蔬菜種植產業的發展將具有深遠的意義，可用作如皋地區黑塌菜收獲機械的參考樣機。