劉衛(wèi)華 邱建興 劉 敏 沈啟揚

0 引言

山藥物理性狀特殊，一般直徑在30 mm左右，長度在600～900 mm，適宜在排水良好、土層深厚的沙壤土種植。傳統(tǒng)的種收方式主要依靠人工。種植時，需開溝深松900 mm，作成畦寬600 mm、畦距500 mm的種植畦。一般每個壯勞力每天只能深松10 m，深松0.07 hm2（1畝）土地需要60個人工。收獲時，需用人工將種植畦內(nèi)泥土全部挖出。一般一個壯勞力每天只能收獲20 m。不但勞動強度大，作業(yè)效率低，而且在挖取時容易鏟斷、鏟傷山藥，影響其品質(zhì)和商品價值。因而，研制開發(fā)山藥種植收獲環(huán)節(jié)的機械化裝備——山藥種植收獲機械，已成為山藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。

通過對國內(nèi)現(xiàn)有的山藥種植收獲機械設備的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前該類機械大都采用三軸型設計，其中兩根軸用于深松土壤（種植時使用），另一根軸用于挖掘開溝（收獲時使用）。行走機構(gòu)大致分為輪式行走機構(gòu)、履帶式行走機構(gòu)兩種。輪式行走機在田間作業(yè)遇田埂、排水溝等障礙時，通過性能不高，田間換行時容易壓碎山藥，一般只作為深松機械，不能一機多用。履帶式行走機改良了輪式行走機的田間通過性能。它的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種用手扶拖拉機變速箱作傳動部件，采用多組皮帶傳動變速，適用范圍窄，調(diào)整操作不便；另一種采用液壓驅(qū)動履帶行走機構(gòu)，通過液壓傳動實現(xiàn)行走機構(gòu)的無級調(diào)速，操作性、適應性大幅度提高。挖掘裝置可分為鏈式挖掘裝置和螺旋葉片軸式挖掘裝置兩種。鏈式挖掘裝置采用回轉(zhuǎn)鏈式傳動，傳動鏈工作環(huán)境惡劣，使用壽命不長；螺旋葉片軸式挖掘裝置，改良了鏈式挖掘裝置的性能，但在螺旋軸參數(shù)設計、耐磨性方面還有待提高。

1 設計開發(fā)

2013年，江蘇省農(nóng)業(yè)機械管理局立項支持開發(fā)山藥種植與收獲新型設備。技術(shù)目標是：種植環(huán)節(jié)采用專用的深松機械將山藥種植畦深松至符合山藥種植農(nóng)藝要求的深度；收獲環(huán)節(jié)采用專用的深松機換裝挖掘裝置在山藥行間開深槽，再由人工輔助將山藥取出，完成收獲作業(yè)。該技術(shù)可改變目前山藥生產(chǎn)機械缺失的現(xiàn)狀，提升山藥種植機械化水平，有效推動山藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動地方經(jīng)濟發(fā)展。

1.1 設計方案

研制生產(chǎn)一種三軸式山藥深松收獲機，以90 kW發(fā)動機為動力，采用液壓驅(qū)動履帶行走機構(gòu)，無級調(diào)速，螺旋葉片軸式深松、挖掘裝置，在不同含水率、不同密度土壤及排水溝眾多的田塊作業(yè)時，具有良好的適應性。

1.2 整機設計（如圖 1、圖 2所示）

整機設有起動電瓶、柴油機和液壓油散熱冷卻器。柴油機驅(qū)動齒輪泵帶動行走驅(qū)動馬達，行走驅(qū)動馬達驅(qū)動行走鏈條，行走鏈條前方設有過橋減速輪，齒輪泵帶動升降油缸，進而帶動鏈輪減速箱總成、收獲單絞龍。升降油缸下方連接有減速箱，鏈輪減速箱總成固定于滑動定位支架上，鏈輪減速箱總成連接種植雙絞龍，種植雙絞龍下端后方設有雙向撥泥絞龍。柴油機控制減速箱，油缸升降控制收獲單絞龍、種植雙絞龍打孔的深度，雙向撥泥絞龍將泥土送至兩側(cè)遠處，防止泥土重新落入槽溝。

1.3 傳動系設計

1.3.1 機械傳動路線

柴油發(fā)動機動力傳動路線分三條（如圖 3所示）：

（1）柴油發(fā)動機通過聯(lián)軸器一（鏈輪連接）雙排鏈條傳動將動力傳遞到減速機135（1/10）上，經(jīng)六角軸和鏈輪一鏈條傳動（鏈輪二、鏈輪三）帶動收獲絞龍或種植龍工作。收獲絞龍主要是向下挖掘開溝、挖出山藥，種植絞龍主要用于土地深松、開溝，方便山藥種植。收獲單絞龍和種植雙絞龍不能同時工作。

圖1 整機主視圖

圖2 整機俯視圖

（2）柴油發(fā)動機通過皮帶傳動將動力傳遞到減速機120（1/10）上，再經(jīng)過兩組鏈輪（速比均為1:2）鏈條傳動，帶動雙向撥泥絞龍工作，將收獲單絞龍工作時挖出的泥土向溝槽兩邊輸送，避免泥土掉入絞龍開出的溝槽中，影響人工清理撿拾山藥。雙向撥泥絞龍與收獲絞龍同時工作時，應將雙向撥泥絞龍的一套傳動機構(gòu)從機具上卸載下來。

（3）柴油發(fā)動機通過皮帶傳動將動力傳遞到內(nèi)嚙合齒輪泵上，通過液壓傳動實現(xiàn)機具無極調(diào)速、前進、后退、變向和種植，收獲絞龍的上下運動。

圖3 傳動路線圖

1.3.2 作業(yè)流程

深松作業(yè)時，發(fā)動機動力傳動路線分兩條。一路通過鏈式聯(lián)軸器將動力水平傳遞至主蝸輪蝸桿減速箱，經(jīng)蝸輪蝸桿減速箱降速變向后，由六角形傳動軸垂直向上傳遞至鏈輪傳動箱。鏈輪傳動箱體通過四個圓管和井字型機架四根圓形立柱聯(lián)接，可在圓形立柱上上下移動來完成鏈輪傳動箱體和螺旋深松工作部件的上升和下降。鏈輪傳動箱內(nèi)有一鏈輪設計為六角型內(nèi)孔，和六角型傳動軸聯(lián)接，在傳動箱體上下運動時能將動力可靠地傳遞至鏈輪傳動箱中間鏈輪，帶動深松工作部件作業(yè)。鏈輪傳動箱有三根三角形布置的動力輸出軸，井字型機架上兩根平行的圓形立柱動力輸出軸為深松工作部件驅(qū)動軸，另一軸為挖掘工作部件驅(qū)動軸。深松工作部件由兩個經(jīng)過優(yōu)化設計加工的螺旋葉片軸式深松軸，通過法蘭聯(lián)軸器和鏈輪傳動箱動力輸出軸聯(lián)接，可方便地變換作業(yè)方式。另一路經(jīng)過鏈輪鏈條將發(fā)動機動力傳遞至液壓泵，液壓泵將液壓油傳遞至總控制閥。通過總控制閥帶動升降油缸實現(xiàn)工作部件上升、下降或浮動，以及機具無級調(diào)速、前進、后退、變向。

山藥機挖掘開槽作業(yè)時，將深松工作部件拆除，安裝挖掘作業(yè)部件。挖掘作業(yè)部件由挖掘鉆、月牙形擋土板和橫向撥泥絞龍組成，挖掘鉆通過聯(lián)軸器和鏈輪箱前部動力輸出軸聯(lián)接，月牙形擋土板固定在鏈輪箱體上。作業(yè)時，月牙形擋土板將挖掘鉆葉片上的泥土輸送至上方，由橫向撥泥絞龍向兩邊輸送，完成山藥行間開槽取土作業(yè)；再由人工輔助將山藥取出，完成挖掘作業(yè)。發(fā)動機通過皮帶傳動將動力傳遞至輔蝸輪蝸桿箱，經(jīng)輔蝸輪蝸桿箱、中間傳動軸、鏈輪機構(gòu)減速變向后傳遞至橫向撥泥絞龍。在挖掘作業(yè)時，拔泥絞龍將挖掘軸開槽取出的土橫向撥出，防止泥土掉入開挖的深槽，影響人工輔助采收山藥。

2 結(jié)論

試驗測得，山藥種植與收獲新型設備松土深度可達813 mm，松土速度為221 m/h，與人工作業(yè)相比，不僅工作效率高、勞動強度低，而且深松深度一致，土壤細碎，有利于提高山藥的品質(zhì)。山藥種植收獲機械的推廣應用對推進山藥生產(chǎn)機械化具有十分重要的意義。