履帶自走式生姜收獲機設計與收獲試驗

中圖分類號：S225.7十9 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）10-0091-09

Abstract： Inresponse to the problems of poor field throughputof ginger harvestersand thelow eficiency on processes such as pulinggingersedlings，shakingsoilcutingseedlingsandcolectingduringthegingerharvesting，atrackedselfpropelled ginger harvesteris designed.Theparameters ofthe entire machinearedetermined byanalyzing the working environmentof gingerharvesting.Thekeycomponentsofthegingerharvestingdevicearedesigned toachievefullautomationoftheginger harvesting process.Avirtual prototype modelof thetrack isbuilt in RecurDyn toanalyze the workingconditionsoftheentire machinein straight line driving，turning driving，longitudinal climbing，andcrosing trenches.Finall，theprototype manufacturingandfield experimentsareconductedonthetrackedself-propeled gingerharvester.Theexperimentalresults show that the designed ginger harvester has a straight-line travel offset of 3.18% . The average turning radius on soft and hard road surfaces is 1705mm and 1805mm ，respectively. The maximum vertical climbing angle is 15^° .The maximum width of the chassis crossing the trench is 1000mm . In the harvesting experiment，the ginger harvesting rate reached 98.33% ，the damage rate was 1.35% ，the ginger leakage rate was 0.32% ，and the harvesting efficiency reached （20 0.081hm²/h . It indicates that the ginger harvester has good passability and stability when operating in the field.

Keywords：gingerharvester；trackedself-propeled type；dynamicssimulation；harvestingeficiency；field experiment

0 引言

生姜是一種可藥用和食用的根莖類植物，山東生姜栽培面積居全國首位1。收獲作為生姜生產的關鍵環節，直接影響生姜的質量和種植效益。目前，主要以分段收獲機械加人工的方式進行收獲作業，工作量大，作業效率低，人工收獲效率為 0.0007～0.0013hm²/F^[2]， 生姜收獲水平嚴重制約生姜產業化的發展。

國外對生姜收獲機的研究較少，國內現有的生姜收獲機以牽引式或手扶式為主[3，現已研制的機型有4JS一I型、4JW一1型、4GJ一I型、輪叉式、具有分土功能的挖掘鏟等4。在底盤方面，袁永偉等5設計了一種多功能液壓控制農用底盤，采用四輪獨立驅動；劉妤等設計了一種山地履帶車底盤，增強了作業車在山區的通過性；彭姣春設計了一種可調履刺的履帶底盤，履刺可根據土壤條件調節整車的通過性；王峰8設計了一種最大爬坡度為17°的三角形履帶底盤。在生姜收獲裝置方面，王紹江等[9對比了挖掘類和提秧類生姜收獲機的效率，提出了向聯合作業模式發展；劉華等[10設計了一種生姜挖掘類收獲裝置，該裝置懸掛在小型拖拉機上，通過分離器實現姜土的初次分離和挖掘，但拖拉機行進速度直接影響生姜的損傷率;張子軍等[11]基于Inventor設計出一種挖掘效果較好的挖掘鏟；馬偉順等[12提出了一種集合多種功能的生姜收獲機，但未詳細說明各部分如何實現其功能；樊士玉等[13設計了一種挖掘式收獲結構，其結構設計過高，未考慮作業車發生側翻的可能；萊蕪市農業機械研究所研制了4JS—1型生姜收獲裝置[14.15]，設計采用手扶拖拉機作為動力，前置立式割臺，但只能實現對姜苗的部分切除；濰坊某公司生產的DC4US一600大姜收獲裝置與4JW一1型四驅自走式大姜收獲裝置[16.17基本一致，但其行走部分采用了履帶形式；李維華等[18研制了4GJ1自走式生姜收獲裝置，在機械前行時通過皮帶輪夾持住姜秧將生姜拉離出土。綜上，國內現有生姜收獲機主要研究其挖掘功能，整體功能不夠完善，且自動化程度低，缺乏相應的抖土、切秧、輸送、收集功能。

針對上述情況，本文設計一種履帶自走式生姜收獲機。首先，分析生姜收獲的作業環境確定整機的參數，設計生姜收獲裝置關鍵零部件，實現對生姜收獲工序的全自動化；然后，在RecurDyn搭建履帶虛擬樣機模型，分析整機在直線行駛、轉向行駛、縱向爬坡、跨越壕溝工況；最后，進行履帶自走式生姜收獲樣機田間試驗。

1生姜收獲機整機結構設計

1.1生姜收獲機設計要求

行距 700～1000mm 、株距 200～300mm 為生姜種植主流推廣模式。生姜生長深度約為 30cm ，橫向生長寬度為 40cm^[19，20] 。為確保生姜收獲機作業時生姜能夠全部被挖出或者松土，避免出現漏收和生姜破損的情況，設計挖掘鏟的挖掘深度為 0～400mm 可調，挖掘寬度為 600mm 。

根據對生姜農藝研究，所設計的履帶自走式生姜收獲機應滿足：收獲時要求按壟作業，避免造成土壤板結；生姜子姜的上、下部為易壓壞及剪切破壞位置，在收獲、運輸及儲藏過程中應盡量避免生姜子姜上部及下部受到較大的力，收獲裝置應使用柔性設備；整機在復雜的作業環境下具有較好的行駛性能；收獲機的收姜率、破損率和漏姜率需滿足相應的國家標準。

1.2 整機結構

整機收獲裝置主要包括振動挖掘系統、夾持輸送裝置、清土裝置、切秧裝置、生姜收集機構，行走裝置主要為履帶底盤行走裝置，如圖1所示，底盤采用液壓驅動，保證田間作業時穩定輸出較高動力。整機主要技術參數如表1所示。

圖1生姜收獲機結構

Fig.1 Ginger harvester structure

1.人工收集區域2.生姜輸送帶3.破土機構4.夾持輸送機構

5.清土機構6.履帶底盤7.切秧機構8.拋秧機構9.機架

表1整機主要技術參數

Tab.1Main technical parameters of the entire machine

1.3 工作原理

行走裝置與收獲系統通過機架連接，生姜收獲裝置配合履帶底盤行走機構進行生姜收獲作業。收獲機前進時，振動挖掘系統前鏟進入收獲地挖掘生姜，后鏟振動桿配合振動馬達為出土的生姜振動抖土，姜秧被夾持輸送裝置的鏈條夾持輸送到清土裝置，兩側毛刷通過轉動對夾持姜秧下的姜塊進行清土處理，經清土后的生姜被夾持輸送到秧苗處理裝置，姜秧被切秧刀旋轉切除，姜塊掉落到生姜收集機構的傳送帶上被傳送到收集箱內，完成生姜收獲作業。

2生姜收獲機關鍵部件設計

收獲裝置是生姜收獲機的重要工作部件，設計的振動挖掘系統可保持生姜挖掘上下運動過程中人土角度不變，減少生姜的挖掘破損，且對挖掘出土的生姜進行振動碎土作業，減輕后續生姜清理的工作量；設計的夾持輸送裝置可根據姜秧的數量自動夾持運輸生姜，清土裝置可根據姜塊的大小，調節毛刷間的距離進行清土作業；設計的秧苗處理裝置可根據姜秧的數量整齊切割，實現姜秧切割的高度一致；設計的生姜輸送帶機構可將切割后的姜塊有序地輸送到人工處理區域進行收集。

2.1 振動挖掘系統

生姜收獲裝置的振動挖掘系統分為破土挖掘機構和振動碎土裝置，如圖2所示。破土挖掘機構主要包括焊接在履帶底盤機架上的后龍門機架以及通過連接桿連接的前龍門機架；液壓缸一端與桿件鉸接，另一端與后龍門機架連接；前鏟通過螺栓與前龍門機架連接。

圖2生姜收獲裝置挖掘系統

Fig.2 Excavation system of ginger harvesting device 1.液壓缸2.后龍門機架3.前龍門機架4.振動馬達 5.前鏟6.振動碎土裝置

振動碎土裝置包括與振動馬達連接的上連接桿和與上連接桿螺栓連接的下連接桿，下連接桿又與機架鉸接。振動碎土裝置的兩側振動馬達安裝在L型支座上，工作時振動馬達與液壓缸配合，當挖掘鏟把生姜挖掘出來時，振動馬達為后鏟提供動力，對挖掘的生姜進行抖土，確保生姜清潔。

挖掘鏟主要結構參數為挖掘鏟寬度 B 、工作深度h₁. 入土角 α 和工作長度 L₁ ，如圖3所示。挖掘鏟的單鏟表面寬度均設計為 700mm ，厚度為 10mm ，材料為65Mn 。機構最大挖掘深度可達 400mm ，最大挖掘寬度達 600mm ，挖掘鏟入土角為 20^° 。

圖3挖掘鏟結構簡圖

Fig.3Schematicdiagram of excavation shovel structure

2.2夾持輸送裝置

夾持輸送裝置如圖4所示，主要包括連接支撐作用的長機架、焊接在長機架的鏈輪安裝板和焊接套筒。套筒輸出軸連接夾持鏈主動輪，通過多個鏈輪的配合來安裝夾持鏈條，每個鏈節有向內的夾持齒，夾持鏈條前后端呈V形。長機架左右焊接有安裝張緊輪的鉸支座，下端有剛性連接桿和柔性連接桿。剛性連接桿由較細的張緊鏈條的張緊細桿與固定支撐作用的方形鋼管組成，兩者通過鐵塊連接；柔性連接桿有一個開有多個通孔的方形鋼管和多個帶有耳環的張緊短桿，方形鋼管與短桿通過一個彈簧裝置連接。夾持輸送裝置總長度為2 050mm ，外側鏈條間距為 500mm ，傾角為 35^° ，鏈條輸送速度為 0.3m/s ，夾持高度為 150～200mm 。

圖4生姜收獲裝置夾持輸送裝置Fig.4Ginger harvestingdevice clampingand conveying device1.鏈輪2.第一傳動軸3.套筒4.鉸支座5.彈簧裝置6.方形鋼管7.張緊短桿

2.3清土裝置

清土裝置如圖5所示，對稱布置在夾持輸送裝置下端，清土裝置的支架通過合頁與方形鋼管連接，支架和鋼管上各自焊接一個耳環，L型絲桿兩端與耳環配合；清土支架下端安裝了一對毛刷，圓柱毛刷設計尺寸長 800mm ，半徑為 100mm ，兩毛刷間距為 150mm 配合夾持輸送機構的速度設計毛刷轉速為 10rad/s ；毛刷與清土電機通過聯軸器連接。

圖5生姜收獲裝置清土裝置

Fig.5Ginger harvesting device soil clearingdevice 1.清土支架2.方形鋼管3.耳環4.清土電機5.毛刷

2.4 切秧裝置

切秧裝置如圖6所示，布置在方形鋼管后端，方形鋼管下面對稱焊接一個空心短管，設有通孔；切秧裝置的裝配鋼管為L型，一端插入焊接的空心管中，采用螺栓固定；裝配鋼管中間部位螺栓固定有L型鋼板，L型鋼板下端裝配有切秧電機為切秧刀片提供旋轉動力，刀片左右位置相對于夾持輸送中心對稱，圓形刀片半徑為 70mm ，上下位置依次排列，切秧刀保護裝置利用鐵片焊接在鋼管上，形成防護罩。

拋秧機構L型板焊接在夾持輸送機構的長架后端，并焊接一塊三角形加強筋板，L型板端面螺栓固定一組軸承座，第一傳動軸裝配在其中，軸上有2個錐齒輪；兩塊L型板內側各焊接一個套筒，套筒安裝的第二傳動軸裝配有套筒錐齒輪同第一傳動軸上的錐齒輪配合。

在剛性桿上的套筒焊接一根有通孔的拋秧方形管，標準直線軸承焊接的方形管插入其中，使用螺栓固定；其直線軸承通過傳動軸裝配2個拋秧鏈輪，同套筒傳動軸有3個鏈輪，中間小鏈輪為夾持輸送鏈主動輪，上、下2個鏈輪與拋秧鏈輪裝配形成拋秧鏈條；方形鋼管內側焊接一塊導向板，導向板焊接一個上、下對稱的螺旋導向桿，上、下2根導向桿緊貼拋秧鏈外側。

圖6生姜收獲裝置

Fig.6 Ginger harvesting device seedling cutting mechanism1.夾持鏈主動輪2.套筒3.第一傳動軸4.切秧刀保護裝置5.切秧電機6.拋秧鏈輪7.拋秧鏈條8.拋秧方形管9.鏈條

2.5 生姜收集機構

生姜輸送帶機構如圖7所示，生姜輸送帶機構以C型鋼為支撐橫向固定在輸送帶機架，左邊預留了生姜掉落的位置，被切斷姜秧的姜塊掉落在輸送帶預留位置區，輸送帶機架焊接在履帶底盤；輸送帶兩邊的C型鋼上螺栓固定了2個輸送帶保護罩殼；C型鋼旁邊焊接2個耳環，主動輪所在軸承板固定在C型鋼，電機固定在一側C型鋼的板上，當有被切斷姜秧的姜塊掉落在輸送帶上時，電機為輸送帶提供動力，隨即把姜塊運送到指定收集區域。從動輪所在的軸承板由耳環與C型鋼耳環螺栓配合，與C型鋼固定的螺栓具有一定的活動空間，控制螺栓可以張緊輸送帶。確定輸送帶帶寬為 700mm ，運輸距離為 1 800mm ，輸送帶線速度為 1.0m/s ，水平放置。

圖7生姜收獲裝置輸送帶機構

Fig.7 Conveyor belt mechanism of ginger harvesting device 1.輸送帶2.電機3.輸送帶保護罩殼4.輸送帶擋板5.C型鋼

3生姜收獲機行駛穩定性分析

為保證作業機在田間作業時具有良好的行駛穩定性，對整機在直線行駛、轉向行駛、縱向爬坡、跨越壕溝等典型工況的行駛穩定性進行理論計算分析。

3.1 直線行駛

直線行駛偏移量 P 計算如式（1）所示。

式中： Δx 橫向位移， m S 一直線位移， m 。

整機駛時會碾壓土壤使其產生形變，需考慮土壤的剪切變形情況。采用壓力一沉陷關系模型[2進行模擬，如式（2）所示。

式中： P 一 接地比壓， kPa ：z 土壤沉陷量， m ：n 土壤變形指數；b 承載面的短邊， m K_c 一黏聚變形模量， kN?m^-n-1 K_φ —摩擦變形模量，kN·m\"-2。

通過文獻[22中的土地模型和實地土質測試，得出黏土路面主要參數如表2所示。

表2黏土路面主要參數Tab.2Main parameters of claypavement

3.2 轉向行駛

3.2.1 原地轉向

兩條履帶均勻承受整機重量，載荷 q 為單個履帶板長度的載荷，整條履帶承受載荷為單個履帶板與履帶板數量之積，計算如式（3）和式（4）所示。

式中： G —整機重量； Q 1 一單側履帶板數量。 整機橫向載荷力平衡時可得

式中： F_f —轉向時整機受到地面摩擦力的合力；（204號 x₀ ———底盤轉向中心橫向偏移量；φ_c T 一整機圍繞自身質心的旋轉角度，；μe——履帶轉向阻力系數。

整機轉向扭矩與履帶長度及所受到轉向阻力有關，假設一側履帶接地部分的單位長度為 x ，所以生姜收獲機轉向阻力扭矩 M_μ 計算如式（5）所示。

整機原地轉向受力分析如圖8所示，求取轉向中心 O₁ 力矩，則整機原地轉向時的計算如式（6）所示。

式中： f₁，f₂ —轉向前進時外側、內側的阻力，N;F₁，F₂ —轉向時外側、內側的驅動力， N 。

圖8原地轉向受力分析

Fig. 8 Analysis of force on turning in place注：R為轉向半徑，m。

3.2.2 切邊轉向

履帶式底盤在切邊轉向時受力分析如圖9所示，計算公式與原地轉向時相同。通過理論分析可得，履帶的內側、外側的阻力和功率消耗不相同，一般內側履帶吸收功率，外側履帶消耗功率，轉向所消耗的功率主要是與履帶長度及寬度等有一定相關性。

圖9切邊轉向受力分析

3.3 縱向爬坡

整機在縱坡運行時附著力與重力分力、摩擦力相互平衡時即穩定行駛，履帶前進方向支重輪的力矩計算如式（7）所示。

F_Ns-Gzcosθ+Ghsinθ=0

式中： F_N ———路面對收獲機的支撐力，N;s. 前后支重輪間距， m ：z -支重輪與質心位置的橫向距離， m ：θ 坡度， （^°） ：h 整機質心高度， m 。

整機運行穩定時整車受力平衡，此時作業機在重力方向上的分力（垂直于縱坡）與路面給予收獲機的支撐力相同，即 F_N=Gcosθ ，代入式（7）可得

生姜收獲機在縱坡行駛時側翻的臨界條件為

s=0 ，縱坡角度 θ 越大，機械發生側翻的可能性越大，將側翻的臨界條件代入式（8）可得

zcosθ-hsinθ=0

則生姜收獲機縱向上坡最大坡度角

通過式（10）可得縱向爬坡行駛最大角度為 17^° 。

3.4跨越壕溝

當生姜收獲機在平地行駛需跨過前方壕溝時，整機開始向前傾，直到履帶接地最前端支重輪行駛至壕溝另一側路面時，可跨越的壕溝寬度為生姜收獲機可跨越的最遠寬度。

生姜收獲機可跨越壕溝的極限寬度

式中： L 一 -前后支重輪間距， m ：r 1 一支重輪半徑， m 。

3.5 行駛穩定性

采用總重量為 1 000kg 的液壓驅動底盤，履帶高度為 490mm ，寬度為 280mm ，底盤高度為 445mm 軸距為 1 615mm ，行駛速度為 2～10km/h 0

通過對生姜收獲機的直線行駛、轉向行駛、縱坡行駛、跨越壕溝等基本運行工況的動力性計算分析，各典型路況的極限值統計結果如表3所示。

表3整機不同工況理論分析值Tab.3 Theoretical analysisvalues fordifferent conditionsof the entire machine

4生姜收獲機行駛動力學仿真分析

4.1整機動力學仿真模型建立

基于整機三維模型，在RecurDyn中建立生姜收獲機及底盤動力學模型。選擇履帶式底盤，配套動力選擇柴油機，傳動機構采用鏈傳動，機架離地間隙為500mm 。履帶行走裝置主要由驅動輪、支重輪、導向輪、拖帶輪、履帶、張緊裝置等組成，如圖10所示。

圖10履帶底盤結構

Fig.10 Structure of track chassis1.支重輪2.導向輪3.張緊裝置4.支撐輪5.縱梁6.驅動輪7.浮動輪

在RecurDyn中建立直線行駛、轉向行駛、縱向爬坡、跨越壕溝4種工況的路面，并將收獲裝置與底盤裝配后導入，如圖11所示，以此驗證作業機性能參數匹配的合理性。

4.2動力學仿真結果分析

1）直線行駛。對生姜收獲機進行直線行駛工況的動力學仿真，以 5km/h 速度仿真運行20s，得到橫向行駛位移仿真結果如圖12所示，參照標準DG/T186—2019《生姜收獲機》23，對于本作業機直線行駛的橫向位移偏移量要求不得高于 6% ，由圖12（a）可知，作業機直線行駛橫向位移偏移量在軟路面大小為 60mm ，在硬路面大小為 85mm ，整機在軟路面的偏移量為 2.16% ，在硬路面的偏移量為 3.06% ，均符合標準要求。

作業機在軟硬路面驅動輪角速度大小變化如圖12（b）所示，在不同路面情況下整機行駛角速度相差不大，且當機械勻速運行后，角速度保持穩定，表明本作業機在軟硬路面直線行駛時，驅動輪運轉情況良好，驅動輪可帶動機械直線行駛。

2）轉向行駛。生姜收獲機原地轉向行駛過程中驅動輪轉向角速度曲線如圖13（a）所示，軟路面上的轉向角速度在O.21rad/s上下波動，硬路面上的轉向角速度在0.36rad/s上下波動。機具在軟硬路面原地轉向角度變化曲線如圖13（b）所示，在軟路面原地轉向半周需17.6s，在硬路面需8.9s，硬路面行駛速度快，軟路面上的運行軌跡更偏向于橢圓。結果表明，本作業機最適合在硬路面進行原地轉向，且原地轉向過程平穩。

生姜收獲機在執行切邊轉向操作時，轉向內側履帶掛空擋，轉向外側履帶掛前進擋，以 2km/h 速度仿真行駛 20s ，收獲機轉彎半徑如圖14所示，生姜收獲機在軟路面的轉彎半徑為 980mm ，硬路面的轉彎半徑為 1 050mm ，整機在軟硬路面運行軌跡偏向于橢圓形，且在軟路面上更為明顯。

設置生姜收獲機履帶底盤行走機構切邊轉向內側驅動輪無驅動函數即為無驅動力，外側為正常切邊轉向運行驅動函數，進行仿真驗證。生姜收獲機切邊轉向驅動輪轉向角加速度曲線如圖15（a）所示，作業機在軟硬路面切邊轉向時，轉向角加速度變化較大，不穩定，但在軟路面切邊轉向時變化幅度比硬路面小，由此可得，在硬路面行駛正壓力較大，摩擦力較軟路面大，因此，機械在軟路面切邊轉向運行較為平穩。

生姜收獲機在軟硬路面切邊轉向的驅動輪角速度曲線如圖15（b）所示。切邊轉向軟路面驅動輪角速度明顯大于硬路面驅動輪角速度，當機械平穩運行后，2種路面的角速度也趨于穩定，表明作業機切邊轉向可平穩運行。

3）縱向爬坡。對生姜收獲機以 5km/h 速度進行縱坡行駛仿真 20s ，俯仰角變化如圖16（a）所示。機具在13.5°和 16^° 的坡度上行駛時，最大俯仰角分別為13^° 和 16^° ，與縱坡坡度大小基本相同，當作業機行駛縱向爬坡的角度為 20^° 時，俯仰角度浮動超過 30^° ，變化極大，所以該車不能在超過 20^° 的上坡行駛，由此可知，本作業機最大爬坡度為 16^° 。

作業機在不同角度縱向爬坡運行速度大小變化如圖16（b）所示，在 20^° 坡度行駛至7S時速度變化較大，生姜收獲機溜車下滑，運行越不穩定，所以應在小于 16^° 的坡度行駛。

4）跨越壕溝。在RecurDyn中設置該生姜收獲機以 5km/h 速度跨越不同寬度壕溝，分別運行 20s ，得到整機俯仰角大小變化如圖17（a）所示，跨越 800mm 、1010mm 寬度壕溝時，整機俯仰角變化最大為 17^° 都可平穩運行到壕溝的另一側，當壕溝寬度為1200mm 時，整機的俯仰角度變化十分明顯，生姜收獲機前翻。其速度大小變化曲線如圖17（b）所示，跨越前兩種寬度壕溝時基本可以穩定在一定速度，跨越壕溝后恢復行駛速度，但在跨越 1200mm 的壕溝時，速度變化非常明顯。由此表明整機需在小于 1200mm 寬度的壕溝內運行。

5 田間試驗

5.1 試驗方案

對生姜收獲機進行行駛穩定性試驗和收獲試驗，地點選取山東省濰坊市安丘市某試驗田，選擇適宜的溫度和天氣，試驗前檢查調試收獲機各部件功能。在穩定性試驗中，收獲機以勻速 5km/h 分別在直行、轉向、爬坡、跨溝4種工況下行駛，通過實地測量相關數據評定整機的行駛狀態，收獲試驗主要測試收獲機的收獲效率，整機以 1～2km/h 行進速度工作，工作 ^1h 后測量收獲面積和數量，計算收獲率、破損率、漏姜率，評價工作效率。

5.2 行駛工況試驗

1）直線行駛。如圖18（a）所示，在機械的直線行駛田間試驗中，以勻速 5km/h 速度進行試驗，收獲機縱向距離行駛 50m ，以右履帶的內側與地標線重合度為標準，履帶起始和結束位置如圖18（b）所示。試驗結束后，測量作業機橫向偏移量為 1.59m ，即收獲機直線行駛偏移量為 3.18% ，表明收獲機直線行駛性能良好。

2）轉向行駛。測試收獲機原地轉向完成試驗，在試驗地軟、硬路面上設置左側履帶前進行駛，右側履帶后退行駛，進行多次原地轉向通過性試驗，試驗結果良好。分別在軟、硬試驗路面上設置左側履帶前進行駛，右側無動力，進行多次切邊轉向通過性試驗，如圖19所示。測量切邊轉向轉彎半徑取平均值，試驗結果如表4所示。

圖19 切邊轉向測量

Fig.19 Measurement of edge turning

表4切邊轉向試驗結果 Tab.4 Cutting edge steering test results

3）縱向爬坡。選擇不同坡度的縱向爬坡場地，整機以 5km/h 速度運行，記錄不同角度爬坡過程所用時間及是否通過，試驗結果如表5所示。

表5縱坡上坡試驗結果 Tab.5 Longitudinal uphill test results

4）跨越壕溝。對收獲機底盤進行跨越壕溝通過性試驗，以 5km/h 速度進行跨越壕溝試驗，記錄通過的最大寬度溝壑及所用時間如表6所示。結果表明，跨越壕溝的極限寬度為 1000mm 。

表6跨越壕溝試驗結果 Tab.6 Crossing trench test results

5.3收獲試驗結果及分析

機械生姜收獲作業完成后，收集該區域內所有生姜，根據式（12） ～ 式（15）計算收姜率 L_m 、破損率 L_p 和漏姜率 L₁₀

m=m_m+m_p+m_l

式中： m_m 收姜質量， kg m_p 破損姜質量， kg m_l 漏挖姜質量， kg ：m 生姜總質量， kg 。

對試驗收獲的生姜進行清理稱重，整理計算后得表7。

表7收獲試驗結果 Tab.7 Results of harvesting experiments

代人計算可得收姜率為 98.33% ，破損率為 1.35% 漏姜率為 0.32% ，收獲標準參照DG/T186—2019《生姜收獲機》，試驗結果滿足收姜率 598% 、破損率 ≤1.8% ）漏姜率 60% 的要求，生姜收獲機試驗指標分別已達到相關標準。收獲效率為 0.081hm²/h ，約為平均人工收獲效率的115倍，提高了生姜的收獲效率。

6 結論

1）通過對生姜種植農藝和特性的研究，完成履帶自走式生姜收獲機的設計，主要包括振動挖掘系統、夾持輸送裝置、清土裝置、切秧裝置和生姜手機機構，配合履帶底盤行走機構進行生姜收獲作業。

2）基于整機技術參數，結合生姜種植區域的土壤特征，對整機行駛工況進行理論計算，驗證轉向所消耗的功率主要是與履帶長度及寬度有一定相關性，理論計算生姜收獲機縱向爬坡極限坡度為 17^° ，跨越壕溝極限寬度為 1100mm 。

3）建立典型路況下整機在生姜收獲地中的行駛動力學模型，通過仿真進一步驗證整機最大爬坡度為16^° ；在軟、硬路面直線行駛的偏移量分別為 2.16% 、3.06% ;在軟、硬路面的切邊轉彎半徑分別為 980mm 、1050mm ;同時整機需在小于 1200mm 寬度的壕溝內運行。

4）進行樣機制作與田間試驗，整機行駛穩定性較好，收姜率為 98.33% ，破損率為 1.35% ，漏姜率為0.32% ，收獲效率達到 0.081hm²/h ，極大地提高生姜收獲水平。

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