面向大棚種植結球甘藍收獲機結構設計

青島理工大學機械與電子工程系 毛瑋 任付娥 古福興 劉澳

前言

甘藍，原產于地中海沿岸，目前在我國有大面積栽培，尤其是大棚種植。甘藍有較強的硒富集能力，有增強機體免疫力、抗衰老氧化、消炎殺菌和治療潰瘍等功效。甘藍適應性強、品質好、易貯耐運，為我國大部分地區春、夏、秋季的主要蔬菜之一[1]。隨著培育技術的發展，其種植形式由過去的單家農戶進行春、夏、秋三季種植轉為農村規模化的多茬多模式種植，以公司與農戶結合的方式產銷[2]。現階段甘藍收獲的機械化水平和生產效益較低，主要是人工勞動，少數采用聯合收獲機作業。本文設計的一款大棚種植的結球甘藍低損傷收獲機旨在從收攏收割、傳送方面和機型大小方面解決上述問題。

1 研究背景

我國是傳統的農業大國，蔬菜種植產業占據農業很大比例，是人們日常飲食中必不可缺的重要組成部分，同時也和農村的經濟收益息息相關。近年我國甘藍產業的發展如火如荼，種植面積于2012年躍居世界第一，產量于2016年達到世界總產量的一半[3，4]。然而生產的機械化水平仍然較低，尤其是在收獲方面用工量達到生產投入勞動量的40%，效率低下、勞動成本高，生產力發展水平與人們的需求之間的矛盾較大[2，5]。

目前，部分地區為提高生產效率使用聯合收獲機作業，但是一次性采收難度大，農機農藝的融合欠佳，生產成本高，且龐大的機型不適于大棚作業，并不能滿足人們對蔬菜越來越高的品質要求。

2 國內外現有技術

2.1 國內研究狀況

國內農用機械起步晚，機械化和自動化程度低，設備技術水平不夠完善，尤其收獲環節的機器未實現商品化，大多處于研發、試制階段[6]。現試制機器主要是臺灣、甘肅、山東和東北等地區自走式機器，單行或雙行作業，一次性采收效果差，對甘藍的損傷較大且田地的不同株間距適應性差。

2.2 國外研究狀況

國外農業機械化程度高，已實現實現標準化和商品化，但是主要是懸掛式和牽引式，不適合我國的種植方式的收獲。從蘇聯第一臺甘藍收獲機到比利時的KOROVM DB型甘藍收獲機和意大利的RAPID T甘藍收獲機型等一系列機器均存在機型過大、株間距過大、對菜體損傷大、成本高和能耗高的問題，機器對不同的土地作業環境適應性較低，農機農藝融合性差。

綜上所述，在甘藍收獲技術上國內外差距較大，但均存在菜體損傷嚴重、機型過大和種植方式適應性差的問題，本文提出的收獲機機型小，可在大棚內一次性完成不同株間距種植的多壟收獲、傳送和收集，并有效減輕菜體損傷。

3 主要結構設計

3.1 整體結構設計

本文提出的大棚種植的結球甘藍低損傷收獲機主要包括機架（如圖1中3104所示），為機器的總體框架部分，用于保證機器的整體性；收攏收割裝置（如圖1中3103所示）若干組，通過螺栓并排固定于機架上，用于甘藍球體的收攏、傾斜切割，能夠減輕對菜體的損傷；撥動裝置（如圖1中3102所示）設置于機架前方，用于甘藍的依次、穩定傳送；傳送裝置（如圖1中3101所示）安裝于機架頂部，用于甘藍的輸送；收集裝置（如圖1中3105所示）連接于機架后方，用于收集甘藍；速度調節裝置（如圖1中3106所示）設置于機架側方，用于調控前進、撥動和傳送速度。

圖1 結球甘藍低損傷獲機的整體圖

3.2 重要結構設計

本文提出的大棚種植的結球甘藍低損傷收獲機核心結構為收攏收割部分、撥動部分、傳送部分和收集部分。收攏收割裝置由一羊角式分叉鏟板（如圖2中3201所示）和一傾斜收割刀片（如圖2中3202所示）栓連，若干組收攏收割裝置按照甘藍的種植方式將通過連接裝置固定于機架上，可根據不同的甘藍種植方式調節間距或直接拆下。機器前進過程中將甘藍球體收攏，繼而傾斜的收割刀片將其割下，在多壟收割的基礎上減輕對菜體和根部的損傷，便于甘藍的二次生長，降低成本、提高經濟效益。

圖2 收攏收割裝置圖

撥動裝置為帶有可升降裝置（如圖3中3301所示）的撥動板（如圖3中3302所示），安裝于機架頂部前方，用于收割后的甘藍菜體順利進入傳送階段，防止菜體摔落、影響蔬菜質量。傳送裝置為傳送帶（如圖4中3402所示），不同的是其上設置有等間距小隔板（如圖4中3401所示）和防護擋板（如圖4中3403所示），用于甘藍的穩定輸送。

圖3 撥動裝置圖

圖4 傳送裝置圖

收集裝置為一置物臺（如圖5中3501所示）和多個收集箱（如圖5中3502所示）組成，安裝在機架后方，用于收集甘藍，箱滿后直接卸下，適用于大棚種植甘藍的收割、收集，提高了勞動效率。

圖5 收集裝置圖

3.3 機器運作過程

使用大棚種植的低損傷甘藍收獲機收獲甘藍前，根據其種植方式選擇性拆卸收攏收割裝置并調節至合適位置。投入使用時，首先各羊角式分叉鏟板進行收攏，同時下方傾斜的收割刀片對其進行切割，繼而撥動裝置將甘藍撥至傳送裝置，傳送裝置將甘藍送入機架后方的收集裝置，收集裝置放有收集箱用于收集并存放甘藍，箱滿后取下即可。

4 結語

在剖析現有甘藍收獲機的基礎上，本文提出了一種大棚種植的結球甘藍低損傷收獲機，對機型大小、收攏收割、傳送和收集等方面進行優化設計，以實現減輕甘藍菜體損傷的同時，一次性完成收攏、收割、傳送和收集等工序，對各種不同的種植田地和方式的適應性強，可有效提高生產效率和經濟效益、降低勞動和經濟成本。