李慧 林偉 孫策 郭春瑤

摘要：針對目前市場缺少地瓜秧收割機(jī)的現(xiàn)象以及現(xiàn)有地瓜秧收割機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高的問題，設(shè)計出一種小型齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機(jī)，該設(shè)計主要包括齒狀切刀①、齒狀切刀②、抓秧器和存儲箱，結(jié)構(gòu)簡單，可使用普通農(nóng)用拖拉機(jī)牽引工作，本身無需提供動力，生產(chǎn)成本較低，適用于目前普遍小規(guī)模種植地瓜的農(nóng)村地區(qū)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)地瓜秧的高效收割。關(guān)鍵詞：齒狀切刀;偏心輪;抓秧器;地瓜秧收割機(jī)

中圖分類號：S225

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

地瓜是我國重要的糧食種類之一，也是重要的工業(yè)原料和新型能源用原料，是世界糧食生產(chǎn)的底線作物和極具競爭力的能源作物，亦是優(yōu)質(zhì)的抗癌保健食品，同時也是欠發(fā)達(dá)地區(qū)主要經(jīng)濟(jì)收入之一，生產(chǎn)意義重大。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計，我國地瓜種植面積約為3.673×16 hm2，約占世界地瓜種植總面積的45.06%;總產(chǎn)量約為8.52萬t，約占世界地瓜總產(chǎn)量的77.38%。我國地瓜種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一。目前，小規(guī)模種植的地瓜秧收割主要依靠人工，由于地瓜秧交叉纏繞以及瓜秧壟間生根，造成拖拽困難，勞動強(qiáng)度大，人工收割費(fèi)時費(fèi)力。

針對以上問題，設(shè)計出一種齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機(jī)，以代替人工出現(xiàn)地瓜秧的收割工作。該機(jī)適用于我國小規(guī)模種植地瓜的農(nóng)村地區(qū)，具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本較低、操作方便、工作效率高等特點(diǎn)。

1主要結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

RN1901型齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機(jī)主要包括機(jī)架、存儲箱、齒狀切刀、齒狀切刀和抓秧器。該收割機(jī)本身無需動力，通過農(nóng)用拖拉機(jī)牽引工作，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

1.2工作原理

齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機(jī)通過農(nóng)用拖拉機(jī)牽引工作，本身無需提供動力，在工作時，齒狀切刀①傾斜安裝，用于切斷壟上地瓜秧根部與地瓜連接部分;齒狀切刀②安裝于機(jī)架兩側(cè)，相對于齒狀切刀①較大，用于切斷兩壟之間地瓜秧的連接;抓秧器位于機(jī)架后方，通過偏心輪作用推動抓秧?xiàng)U，抓秧?xiàng)U與地面或者地瓜秧接觸，利用拖拉機(jī)的牽引運(yùn)動帶動抓秧器旋轉(zhuǎn)，抓秧?xiàng)U抓取地瓜秧放入存儲箱，此時，抓秧?xiàng)U從偏心輪高點(diǎn)回落，縮入抓秧器內(nèi)，松開抓取的地瓜秧，以實(shí)現(xiàn)地瓜秧的自動收割。

1.3主要技術(shù)參數(shù)

1.4關(guān)鍵部件設(shè)計

1.4.1齒狀切刀

切刀是地瓜秧收割機(jī)的重要工作部件，其切割性能直接影響作物的收獲質(zhì)量和效果?？紤]到地瓜秧生長秧蔓長、易纏繞的特點(diǎn)，本設(shè)計選用結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定的圓盤式切割方式，結(jié)構(gòu)如圖2所示。該刀具采用滑切的方式，降低了切割阻力和功率消耗，減少了刀具的疲勞損傷。

齒狀切刀②直徑取50cm，以防止由于切刀過小出現(xiàn)的收割機(jī)整體壓在壟上，齒狀切刀②與壟間地面不接觸的現(xiàn)象。此外，齒狀切刀②與齒狀切刀①原理相同，只是大小不一致，因此在進(jìn)行收割工作之前只要調(diào)整好齒狀切刀①的位置就可同時實(shí)現(xiàn)壟上地瓜秧的切割。

1.4.2抓秧器

地瓜秧夾持輸送裝置，即抓秧器，在地瓜秧收割機(jī)中具有很重要的地位，夾持輸送的穩(wěn)定性，直接影響到瓜秧收獲除凈率的提高。根據(jù)地瓜秧交叉縱橫的特點(diǎn)，RN1901型齒狀切刀式偏心輪地瓜秧收割機(jī)采用圖3所示的抓秧器。

抓秧器由支撐軸、偏心輪、彈簧、抓秧?xiàng)U、和滾筒構(gòu)成，位于地瓜秧收割機(jī)的后側(cè)，在齒狀切刀①和齒狀切刀②切斷地瓜秧之后將地瓜秧進(jìn)行收集并放入存儲箱中。

在抓秧器運(yùn)行過程中，抓秧器中間支撐軸和偏心輪固定不動，由于彈簧的彈力作用，使抓秧?xiàng)U貼近偏心輪。抓秧器下部抓秧?xiàng)U與地面或者地瓜秧接觸，在拖拉機(jī)的牽引力下抓秧?xiàng)U帶動滾筒向前滾動，當(dāng)抓秧?xiàng)U到達(dá)遠(yuǎn)離偏心輪的旋轉(zhuǎn)中心位置時，偏心輪將抓秧?xiàng)U推出，此時抓秧?xiàng)U抓取地瓜秧;當(dāng)抓秧?xiàng)U到達(dá)靠近偏心輪旋轉(zhuǎn)中心位置時，在彈簧作用下將抓秧?xiàng)U推入滾筒內(nèi)部，抓秧?xiàng)U收縮，將抓取的地瓜秧松開，此時地瓜秧進(jìn)入存儲箱儲存。

抓秧器中偏心輪與支撐軸之間的位置可調(diào)，通過調(diào)整偏心輪在支撐軸上的位置，使得抓秧?xiàng)U在遠(yuǎn)離存儲箱人口時在偏心輪的作用下伸出，到達(dá)底端時抓取地瓜秧，并使地瓜秧隨著滾筒的轉(zhuǎn)動纏繞在滾筒上;使得抓秧?xiàng)U在靠近存儲箱入口時抓秧?xiàng)U縮入滾筒內(nèi)部，避免與存儲箱入口碰撞的同時將抓取的地瓜秧放開。

1.4.3抓秧?xiàng)U

抓秧器位于抓秧器上連桿處，中抓秧?xiàng)U如圖4所示，抓秧?xiàng)U上設(shè)置六條豎直桿，每條桿上套有彈簧，用于抓秧?xiàng)U的收縮運(yùn)動，避免桿與地面或者存儲器入口的碰撞。最中間兩條桿之間距離較寬，目的防止中間的桿在抓取地瓜秧時對地瓜造成損傷。六根桿對稱分布且長短不一，靠近中間的桿較短，外側(cè)的桿較長，這是由于地瓜怕澇，目前普遍采用成壟種植模式，長短不一的桿可實(shí)現(xiàn)對壟上地瓜秧的抓取和壟間地瓜秧的抓取，避免出現(xiàn)由于桿長相同使得外側(cè)桿懸浮而無法抓取壟間地瓜秧的現(xiàn)象，圖5為抓秧?xiàng)U與地壟示意圖。

1.4.4滾筒

抓秧器中滾筒如圖6所示，滾筒兩側(cè)支撐桿呈輻射狀，既用于支撐滾筒外圓，又與抓秧?xiàng)U配合，使抓秧?xiàng)U在輻射狀支撐桿上滑動，確定抓秧?xiàng)U的移動軌跡。滾筒中間支撐桿數(shù)目與輻射狀支撐桿一致，中間支撐桿上開設(shè)小孔，用于抓秧?xiàng)U的伸縮，小孔位置與抓秧?xiàng)U上的桿位置一一對應(yīng)。

抓秧器滾筒本身不提供動力，由于抓秧?xiàng)U與地面或者地瓜秧的接觸，以及拖拉機(jī)的牽引作用，抓秧?xiàng)U會形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，且根據(jù)抓秧?xiàng)U與滾筒的配合，抓秧?xiàng)U帶動滾筒實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。基于這種抓秧?xiàng)U和滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將地瓜秧纏繞于滾筒上，最后放于存儲箱中。圖7為抓秧器工作示意圖。

3結(jié)論

對關(guān)鍵部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)分析，確定了仿齒狀切刀和抓秧器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動參數(shù);使用圓盤式齒狀切刀切斷壟間瓜秧和壟上瓜秧，無需對切刀提供動力，隨收割機(jī)向前運(yùn)動即可切斷瓜秧，防止收割瓜秧時對地瓜造成損傷設(shè)計出一種偏心輪抓秧器，該裝置在偏心輪高點(diǎn)時推出抓秧?xiàng)U，用以抓取瓜秧，通過抓秧器旋轉(zhuǎn)到存儲箱位置時抓秧?xiàng)U從偏心輪高點(diǎn)回落，將瓜秧松開，放入存儲器中，并且抓秧器同樣無需提供動力，隨收割機(jī)前進(jìn)的同時旋轉(zhuǎn)。

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作者簡介：李慧（1991-），女，山東省臨沂市，研究生，助理工程師;林偉（1994-），男，山東省臨沂市費(fèi)縣，碩士，研究方向：數(shù)字化設(shè)計與制造;孫策（1995-），男，河南省駐馬店市，本科，碩士在讀，研究方向：先進(jìn)制造技術(shù);郭春瑤（1996-），女，山東省淄博市，本科。