摘要：為實現(xiàn)山東省濟南市章丘區(qū)大蔥機械化聯(lián)合收獲作業(yè)，研究履帶底盤、限深挖掘、振動松土、清土排土、柔性夾持輸送、橫向鋪放及驅(qū)動系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)一種適應(yīng)章丘大蔥生物性狀特點和種植模式的連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機。該機可以一次性完成單行大蔥的挖掘、振動松土、清土排土、柔性輸送、橫向均勻鋪放等聯(lián)合收獲作業(yè)過程。重點闡述該機的工作原理和主要部件設(shè)計，對關(guān)鍵參數(shù)進行計算，對整機進行數(shù)字化建模，完成樣機制作并進行田間試驗。田間試驗結(jié)果表明：大蔥損傷率為3.2%、損失率為0.9%、含雜率為2.6%、作業(yè)效率為0.07 hm2/h，該機工作穩(wěn)定、適應(yīng)性強、收獲效果好、鋪放均勻，能夠滿足大蔥機械化聯(lián)合收獲作業(yè)需要。

關(guān)鍵詞：大蔥聯(lián)合收獲機；連續(xù)鋪放；振動輸送；兩級清土

中圖分類號：S225.93" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：2095?5553 （2024） 09?0001?08

Design and test of continuous laying self?propelled combine harvester for scallion

Li Qingjiang Sun Zhimin Ren Qingju Guo Hong'en Zhang Cuiying Luo Shuai

（1. Shandong Academy of Agricultural Machinery Sciences， Jinan， 250100， China；

2. Agricultural Development Service Center of Zhangqiu District， Jinan， 250200， China）

Abstract： In order to achieve the mechanized joint harvesting operations for Zhangqiu scallion， key technologies such as track chassis， limited?depth excavation， loosening soil by vibrating， soil cleaning and disposal， flexible clamping and conveying， lateral dumping and driving systems were studied to develop a continuous laying self?propelled scallion combine harvester， which could meet the biological traits and the planting mode of Zhangqiu scallion. The harvester could complete the operation process of scallion excavation， loosening soil by vibrating， soil cleaning and disposal， flexible conveying， lateral uniform laying of single?row scallion. The working principle and the design of the main parts of the machine were expounded emphatically， the key parameters were calculated， the whole machine was digitally modeled， and the prototype production and field test were completed. The test results showed that the damage rate of scallions was 3.2%， the loss rate was 0.9% and the impurity rate was 2.6%， the operating efficiency was 0.07 hm2/h. The machine worked stably with strong adaptability， had good harvest effect and uniform laying， which could meet the requirements of Zhangqiu scallion joint harvesting operations.

Keywords： combine harvester for scallion; continuous laying; vibratory conveying; two levels of soil clearing

0 引言

大蔥在我國蔬菜生產(chǎn)中占有極其重要的地位，年均種植面積超過500 khm2，其栽培面積占蔬菜總播種面積的10%，產(chǎn)量占總產(chǎn)量的7%。中國大蔥種植面積廣闊，有三大主產(chǎn)區(qū)，主要分布在淮河北部和秦嶺，包括華北平原、西北地區(qū)以及東北平原[1]。章丘大蔥作為“地理標志農(nóng)產(chǎn)品”，是章丘農(nóng)業(yè)文明的重要標志和珍貴的歷史文化名片，也是章丘最負盛名的特色優(yōu)勢農(nóng)業(yè)資源，2017年入選中國重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，章丘被認定為首批“中國特色農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢區(qū)”。2021年，山東省將章丘大蔥列入首批13個“區(qū)域優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)”進行重點培育。目前，章丘大蔥品牌價值近53億元，成為拉動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、帶動農(nóng)民增收致富支柱產(chǎn)業(yè)。

目前，歐美地區(qū)主要以扁葉蔥、韭蔥為主，其種植和收獲模式與國內(nèi)差別較大[2]。日、韓等國與國內(nèi)大蔥種植模式相仿，其品種比較適宜于機械化收獲；采用精細化作業(yè)，農(nóng)藝標準化程度比較高，適宜機械化作業(yè)。典型收獲機械有日本小橋株式會社HG100型大蔥收獲機和山本農(nóng)機自走式大蔥收獲機，以及韓國禾田牽引式大蔥收獲機等。由于與國內(nèi)大蔥的農(nóng)藝特點和生物性狀不符，無法滿足國內(nèi)大蔥收獲作業(yè)需求，無法在我國進行應(yīng)用和推廣[3， 4]。

近年來，國內(nèi)大蔥全程機械化獲得了長足的發(fā)展，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)基本解決“有機可用”，但離“有機好用”還有很大距離。特別是大蔥收獲作業(yè)環(huán)節(jié)，目前主要采用人工作業(yè)，勞動量大、勞動強度高[5]。大蔥收獲機分為分段式大蔥收獲機和聯(lián)合大蔥收獲機，現(xiàn)有大蔥收獲主要采用分段式收獲機作業(yè)，替代人工掘蔥環(huán)節(jié)，降低勞動強度、節(jié)省勞動力成本有限。章丘大蔥有著高、長、粗、脆等生物性狀特點，易夾傷、折斷、拔斷；深栽植、高培土的種植模式，蔥壟寬大，土塊不易碎，挖掘阻力大，難以機械化作業(yè)；需要田間分級捆扎，現(xiàn)有大蔥收獲機械難以滿足其作業(yè)需求[6]。為解決上述問題，針對章丘大蔥的農(nóng)藝特點、生物性狀和作業(yè)需求，研發(fā)一種連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機。

1 整機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 農(nóng)藝特點及生物性狀

章丘大蔥最大特點是“大”，植株直立高大，主要品種為“大梧桐”。典型大梧桐株高可達175 cm，蔥白直徑6.7 cm，長度可達70 cm，單株重可達1.5 kg。其他還有“氣煞風”長蔥白品種。章丘大蔥高、長、脆、粗的生物性狀特點，易夾傷、折斷、拔斷；其深栽植、高培土的種植模式，蔥壟寬大，土塊不易碎，挖掘阻力大，難以機械化作業(yè)；并且產(chǎn)量越高、株高越大、則需要栽植深度越深、行距越大、培土高度越高[5]。在章丘大蔥的收獲期，其種植性狀特點如圖1所示。

壟高約310 mm，壟底寬約440 mm，壟頂寬約180 mm，壟距900～950 mm，株距為20～60 mm，大蔥平均直徑約35 mm。

1.2 總體結(jié)構(gòu)

連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機主要包括行走底盤總成、驅(qū)動總成、限深挖掘機構(gòu)、清土輥2、柔性夾持輸送機構(gòu)、鋪放機構(gòu)和液壓系統(tǒng)等，如圖2所示。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

本文設(shè)計的履帶自走連續(xù)鋪放式大蔥聯(lián)合收獲機的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.4 工作原理

本機采用HST液壓無級變速后置后驅(qū)履帶式行走底盤，可實現(xiàn)雙向三檔液壓無級變速行走驅(qū)動。作業(yè)時，隨收獲機前行作業(yè)，限深輪由溝底和蔥壟支撐，對破土機構(gòu)和挖掘機構(gòu)起到限深支撐作用。導蔥板將歪倒的蔥葉和大蔥挑起并向中間集攏，同時防護破土機構(gòu)損傷大蔥。破土機構(gòu)首先對蔥壟兩側(cè)土壤進行破碎攤平，挖掘機構(gòu)深入蔥壟底部，對大蔥進行連續(xù)性挖掘，底部振動輸送機構(gòu)將蔥壟整體抬升并向上輸送，振動輸送鏈和兩級清土機構(gòu)對大蔥根部土壤進行破碎清除；挖掘輸送過程中，大蔥同步導入柔性夾持輸送機構(gòu)，柔性夾持輸送機構(gòu)將大蔥連續(xù)夾持輸送，然后由導蔥機構(gòu)將大蔥連續(xù)橫向放倒在鋪放機構(gòu)上，隨著鋪放機構(gòu)輸送帶向后輸送；輸送帶將大蔥輸送至鋪放帶上，最終將大蔥橫向均勻鋪放在大蔥收獲機后方，由人工進行分揀、捆扎、包裝，并轉(zhuǎn)運存放，實現(xiàn)大蔥連續(xù)鋪放收獲作業(yè)。工作原理如圖3所示。

2 主要工作部件設(shè)計

2.1 底盤總成

本收獲機采用HST行走驅(qū)動變速箱后置驅(qū)動，可實現(xiàn)三擋調(diào)速、雙向（正向、倒行）無極變速行走方式。底盤總成主要起承載作業(yè)部件，提供行走驅(qū)動作用。底盤總成結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括履帶行走總成、動力總成、車架總成和行走驅(qū)動總成等。車架總成主要為作業(yè)部件提供支撐，動力總成以汽油發(fā)動機為主，為整機提供驅(qū)動動力[7]。

2.1.1 履帶行走總成設(shè)計計算

履帶行走總成主要含橡膠履帶、支重輪、張緊輪和履帶導軌板。主要技術(shù)指標為承載力和驅(qū)動力。

P_a=G/2BL （1）

式中： P_a——履帶接地比壓，kPa；

G——大蔥收獲機重量，kN；

B——履帶寬度，m；

L——履帶接地長度，m。

本設(shè)計中大蔥收獲機重量為14 kN，選用的履帶寬度0.2 m，履帶接地長度1.26 m，代入式（1），可得履帶接地比壓Pa=27.78 kPa。收獲機作業(yè)方式與履帶式拖拉機類似，可參考履帶拖拉機相關(guān)技術(shù)參數(shù)。履帶式拖拉機平均接地比壓在30～70 kPa[7]，考慮大蔥收獲機作業(yè)環(huán)境與履帶式拖拉機作業(yè)環(huán)境不同，作業(yè)土地比較松軟，為減小土地壓實，履帶的接地比壓應(yīng)選擇偏小值[8]，所以本收獲機選用履帶規(guī)格合理。

履帶式底盤的牽引力包括履帶支撐面與土壤地表的摩擦力產(chǎn)生的附著力和履帶輪的履齒進入地面對土壤擠壓的反力產(chǎn)生的附著力。

F_f=φ×G （2）

式中： F_f——履帶的牽引力，kPa；

φ——履帶附著系數(shù)。

履帶附著系數(shù)見參考文獻[9]，根據(jù)蔥地土質(zhì)，類似于細沙土和松軟沙質(zhì)土路，選擇附著系數(shù)φ=0.6。代入式（2）可得，履帶底盤附著牽引力F_f =8.4 kN。

2.1.2 行走驅(qū)動總成

行走驅(qū)動總成主要包括HST驅(qū)動帶輪、HST（靜液壓無級變速器）、行走驅(qū)動變速箱、邊減速變速箱和履帶驅(qū)動輪等，如圖5所示。

行走驅(qū)動總成采用兩級變速，以滿足收獲作業(yè)速度的要求，一級減速由HST驅(qū)動行走驅(qū)動變速箱，可實現(xiàn)三檔變速。二級減速為安裝在行走驅(qū)動變速箱輸出端邊減速變速箱，直接驅(qū)動履帶驅(qū)動輪。收獲機作業(yè)行走速度計算如式（3）所示。

V=120nπR/10⁶i₁i₂ （3）

式中： n——HST輸出轉(zhuǎn)速，r/min；

R——履帶驅(qū)動輪半徑，mm；

i₁——行走驅(qū)動變速箱傳動比；

i₂——邊減速變速箱速傳動比。

根據(jù)HST功率輸出特性，優(yōu)選設(shè)計作業(yè)狀態(tài)下HST輸出轉(zhuǎn)速n=2 500 r/min，履帶驅(qū)動輪半徑R=110 mm，行走驅(qū)動變速箱可實現(xiàn)三檔變速，傳動比i₁如表2所示，邊減速變速箱傳動比為i₂=2.35。

代入式（3），得到收獲機的行走速度如表3所示，一檔作業(yè)速度1.2 km/h，滿足收獲作業(yè)要求；二檔、三檔主要用于行走、轉(zhuǎn)場等。

2.2 限深挖掘機構(gòu)設(shè)計

限深挖掘機構(gòu)是收獲機的關(guān)鍵部件之一，其主要作用是將大蔥從田里挖掘出來，將蔥壟整體向上輸送，把大蔥輸送至柔性夾持輸送機構(gòu)，并在輸送的過程中將蔥壟土塊進行破碎。如圖6所示，主要包括限深輪支架、限深輪、導蔥板、破土刀機構(gòu)、挖掘機構(gòu)、振動輸送鏈和清土輥1等。

如圖6所示，限深輪、導蔥板、破土刀機構(gòu)固定在限深輪支架上，柔性夾持輸送機構(gòu)前端鉸接在限深輪支架，挖掘機構(gòu)后端與限深輪支架鉸接，前端通過油缸與限深輪支架連接。限深輪支撐蔥溝底部，可以對夾持高度、挖掘深度起到限制固定作用；破土刀機構(gòu)在蔥壟兩側(cè)，對蔥壟土壤破碎至一定深度，減小挖掘阻力；導蔥板將倒伏蔥葉和大蔥挑起，并集攏導送至柔性夾持輸送機構(gòu)，同時，防護大蔥不受破土刀機構(gòu)損傷；挖掘鏟深入蔥壟底部，隨設(shè)備前行將蔥壟整體挖掘抬升，并導送至輸送鏈向上輸送，輸送鏈尾部布置清土輥1，對蔥根底部土壤進行清理并打落至地面。限深挖掘裝置工作原理及參數(shù)示意如圖7所示。

2.2.1 挖掘阻力計算

挖掘鏟在作業(yè)時，其阻力主要來自蔥壟對鏟刃的切割阻力、蔥壟對鏟面的摩擦阻力以及蔥壟對鏟面的重力等[10]，挖掘阻力計算如式（4）所示。

R_c=SL_cρgtan（α+ψ）+KS+K_pG₂ （4）

式中： L_c——鏟的長度，m；

S——土壤沉切面積，m²；

g——重力系數(shù)，N/kg；

α——挖掘角，（°）；

ψ——土壤和挖掘鏟的摩擦角，（°）；

K——鏟溝土壤比阻，N/m²；

ρ——土壤密度，kg/m³；

K_p——機器沿壟驅(qū)動的阻力系數(shù)；

G₂——鏟上土壤重力，N。

如圖8所示，鏟的長度L_c=0.14 m，挖掘角α=35°；根據(jù)大蔥收獲時的土壤特點，土壤比阻K=25 000 N/m²；阻力系數(shù)K_p=0.15，土壤密度ρ=1 420 kg/m³；土壤與鋼的滾動摩擦因數(shù)范圍為0.4～0.7，tanψ取0.5，計算得摩擦角ψ=27°。土壤沉切區(qū)域為挖掘鏟底、鏟底到蔥溝底以及清土刀機構(gòu)清理后蔥壟寬度所包圍的頂寬290 mm，底寬200 mm、高300 mm等邊梯形內(nèi)，可求得S=0.073 5 m²。鏟上土壤重量包括沉切土壤、壟上土壤以及大蔥，如圖8所示，其截面面積大約為2S，鏟的長度L_c =0.14 m；蔥株距約40 mm，單株重約2 kg，鏟長內(nèi)約有大蔥4株。

G₂=（2S×L_c×ρ+2×4）×g （5）

代入式（5），可求得鏟上土壤重力G₂=364.8 N。

將以上參數(shù)代入式（4）可得，挖掘阻力R_c=1.3 kN，履帶行走驅(qū)動力F_f =8.4 kN能夠滿足收獲機挖掘作業(yè)的需要。

2.2.2 挖掘機構(gòu)設(shè)計

挖掘機構(gòu)如圖9所示，主要包括挖掘鏟柄、挖掘鏟、振動輸送鏈、振動鏈輪、振動破碎板、驅(qū)動軸等組成。

挖掘鏟安裝在鏟柄前端，首先對蔥壟進行挖掘；輸送鏈布置在鏟柄內(nèi)側(cè)，與挖掘鏟銜接，將挖掘鏟導送過來的蔥壟向上輸送；振動鏈輪采用偏心結(jié)構(gòu)，兩組振動鏈輪前后布置在振動輸送鏈下方，在振動輸送鏈工作時，跟隨振動輸送鏈從動轉(zhuǎn)動，使振動輸送鏈托著蔥壟底部上下振動，實現(xiàn)對蔥壟土壤的振動破碎；振動破碎板布置在振動輸送鏈，通過布置在驅(qū)動軸上的凸輪激振而上下振動，輔助對輸送鏈上方蔥壟就行破碎。

如圖10所示，挖掘鏟由連接板、鏟面和導桿組成。鏟面采用曲面結(jié)構(gòu)，中間有鏟脊，以達到在挖掘過程中對蔥壟土壤進行破碎的目的。鏟面后面布置到導流桿，將蔥壟導送至振動輸送鏈，桿狀結(jié)構(gòu)可減小導送阻力。

輸送鏈如圖11所示，采用板、軸式不銹鋼鏈條，不生銹、免潤滑。鏈條輸送速度高于挖掘速度和柔性夾持輸送速度，除了對蔥壟進行輸送，較高的速度可以起到對蔥壟進行破碎的效果。輸送鏈上方固定安裝有輔助輸送齒，輔助輸送齒為中間低兩側(cè)高的齒狀結(jié)構(gòu)，起到加強輸送和破碎蔥壟的效果作用，中間低的結(jié)構(gòu)可避免對大蔥造成損傷。

2.3 柔性夾持輸送機構(gòu)設(shè)計

柔性夾持輸送機構(gòu)如圖12所示，主要包括夾持帶、前張緊輪、中間張緊輪、驅(qū)動馬達、導蔥機構(gòu)等。

夾持帶為復(fù)合結(jié)構(gòu)，內(nèi)層高韌性皮帶為驅(qū)動層，中間層為高彈型橡膠海綿，外層為柔軟高摩擦性無紡布；夾持帶分左右兩側(cè)成對使用，在保持對大蔥有較好夾持力的同時，不至于對大蔥造成夾傷。前張緊輪對夾持帶進行張緊，同時使夾持輸送機構(gòu)前端夾持帶形成V型夾角，便于大蔥的導入夾持；中間張緊輪從內(nèi)側(cè)支撐夾持帶，使夾持帶可對不同粗細、不同株距的大蔥都具有穩(wěn)定的夾持力；驅(qū)動馬達直接帶動驅(qū)動帶輪，為夾持帶提供驅(qū)動。

導蔥機構(gòu)分上導蔥桿和下導蔥桿，上導蔥桿主要是為了防止大蔥與夾持的粘連；下導蔥桿為兩根圓弧形導桿，形成圓弧狀通道；當夾持帶釋放大蔥后，蔥根部接觸輸送帶，大蔥仍然保持直立；然后，大蔥上部由夾持帶后續(xù)輸送過來的大蔥推擠，沿下導蔥桿所形成的圓弧通道向右側(cè)逐漸的放倒，蔥根部則基本保持與輸送帶的相對位置不動，并隨輸送帶向后輸送，最終將大蔥由豎直均勻向右側(cè)連續(xù)放倒在輸送帶上。在大蔥放倒的過程中，大蔥上部始終處于無固定夾持狀態(tài)，僅依靠下導蔥桿、后續(xù)大蔥的推擠實現(xiàn)放倒，進而實現(xiàn)大蔥的無損放倒。

章丘大蔥具有高、粗、脆等特點，極易損傷。除了夾持力對損傷的影響之外，作業(yè)速度對大蔥的損傷影響也特別大。在收獲作業(yè)過程中，夾持輸送速度如果比較慢，極易造成柔性夾持輸送機構(gòu)前端V型喂入口位置大蔥堵塞，進而對大蔥造成擠壓損傷，嚴重時無法正常作業(yè)。如果夾持輸送速度比較快，在夾持輸送前段，大蔥根部仍包裹大量的土壤，有的甚至整個蔥壟的土壤完全結(jié)實的包裹在大蔥根部，夾持帶快速夾持提拉大蔥以及大蔥包裹土壤向后輸送，為保證大蔥不至于滑落，則需要更大的夾持力，容易對大蔥造成擠傷；由于夾持力不足造成大蔥與夾持帶相對滑動，還會造成大蔥的挫傷或掉落損失，增大收獲機的損失率和損傷率[11， 12]。為保證較好收獲作業(yè)效果，較好的收獲作業(yè)狀態(tài)為：在收獲機作業(yè)時，夾持帶和底部輸送同步將大蔥向上輸送，大蔥在向上輸送的過程中，大蔥保持水平方向絕對位置不變，豎直方向向上提拉。這就要求，在設(shè)計時，保證夾持帶在水平方向的與收獲機作業(yè)速度相同，或者略大于收獲機作業(yè)速度相同。夾持帶速度計算如式（6）所示。

V_jcosβ=V （6）

式中： V_j——夾持帶速度，km/h；

β——柔性夾持輸送裝置與水平面夾角，（°）。

本設(shè)計中收獲機設(shè)計的作業(yè)速度為1.2 km/h，柔性夾持輸送裝置與水平面夾角為35°，代入式（6），得到夾持帶的線速度為V_j=1.5 km/h。設(shè)計夾持帶驅(qū)動半徑R=90 mm，驅(qū)動輪需要的轉(zhuǎn)速

n₂=V_j×1 000/2πR×60 （7）

代入式（7）可得，驅(qū)動輪（驅(qū)動液壓馬達）需要轉(zhuǎn)速n₂=44.2 r/min。

2.4 鋪放機構(gòu)設(shè)計

鋪放機構(gòu)如圖13所示，主要包括輸送機構(gòu)、鋪蔥機構(gòu)、對齊機構(gòu)和驅(qū)動馬達等，輸送機構(gòu)設(shè)置在夾持輸送機構(gòu)尾部，與導蔥桿聯(lián)合工作，將大蔥右向均勻放倒在輸送帶上，在大蔥放倒向后輸送過程中，對齊機構(gòu)推擠大蔥根部，將大蔥對齊后，輸送至鋪蔥機構(gòu)上，鋪蔥機構(gòu)上的鋪放帶具有橫向隔條，可起一定的橫向整理作用，使蔥橫向均勻性更好；同時，可阻擋大蔥滑落，將大蔥均勻鋪放在收獲機后方。

如圖14所示，大蔥能否順利橫向放倒主要受以下因素影響：（1）夾持輸送的速度。當大蔥釋放后，大蔥上部放倒的速度取決于夾持帶后續(xù)輸送大蔥的推動作用和大蔥沿圓弧型下導蔥桿的下滑速度。（2）夾持帶托著大蔥根部的輸送速度。由于滑落速度具有不確定性，通過優(yōu)化設(shè)計圓弧型通道的立體曲線，使大蔥的放倒以后續(xù)大蔥的擠壓作用為主。

圓弧型通道后擋桿水平曲線尺寸L=0.84 m，夾持帶的輸送速度

V_s=0.62/0.84V_j （8）

可得Vs=1.11 km/h。

2πR_sn_s=V_s （9）

輸送帶驅(qū)動半徑Rs=0.028 m。代入式（9）可得，輸送帶驅(qū)動輪需要轉(zhuǎn)速ns=105.2 r/min。

2.5 動力傳動系統(tǒng)設(shè)計

動力傳動系統(tǒng)如圖15所示，主要分蔥壟松土模塊、夾持輸送模塊、挖掘清土模塊、集蔥放鋪模塊和動力及行走驅(qū)動模塊五大模塊，動力及行走驅(qū)動模塊、夾持輸送模塊、挖掘清土模塊、集蔥放鋪模塊四個模塊都由液壓馬達通過鏈條、皮帶等獨立驅(qū)動。動力及行走驅(qū)動模塊的動力有發(fā)動機提供，一路由發(fā)動機通過皮帶驅(qū)動液壓齒輪泵，為整機工作部裝提供液壓驅(qū)動動力；另一路通過皮帶驅(qū)動HST無極變速箱，通過兩側(cè)履帶驅(qū)動鏈輪驅(qū)動履帶，為整機提供行走驅(qū)動。蔥壟松土模塊驅(qū)動由液壓馬達通鏈輪鏈條驅(qū)動松土刀。夾持輸送模塊由液壓馬達通過帶輪直接驅(qū)動夾持輸送帶。挖掘清土模塊有液壓馬達通過雙聯(lián)鏈輪分兩個路線傳遞，路線一：向后通過鏈條驅(qū)動清土輥2；路線二：通過鏈條驅(qū)動清土輥1軸，進而驅(qū)動清土輥1，清土輥1軸通過鏈條驅(qū)動振動輸送鏈驅(qū)動軸，然后振動輸送鏈驅(qū)動軸通過鏈輪驅(qū)動振動輸送鏈；在振動輸送鏈下方設(shè)計有從動振動鏈輪，在振動輸送鏈驅(qū)動的過程中，使振動輸送鏈產(chǎn)生上下振動。

2.6 液壓系統(tǒng)設(shè)計

收獲機采用全液壓驅(qū)動系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)原理圖如圖16所示。液壓系統(tǒng)主要包括雙聯(lián)泵、單穩(wěn)閥、HST、電磁閥閥組、作業(yè)操控閥、液壓執(zhí)行元件（6個液壓馬達和7根液壓油缸）等液壓部件。發(fā)動力通過皮帶分兩路分別驅(qū)動HST液壓無級變速行走系統(tǒng)和作業(yè)驅(qū)動控制系統(tǒng)。作業(yè)驅(qū)動控制系統(tǒng)由雙聯(lián)泵提供動力，齒輪泵1通過電磁閥直接驅(qū)動三個串聯(lián)的蔥壟松土模塊驅(qū)動馬達、挖掘清土模塊驅(qū)動馬達，進而驅(qū)動動力傳動系統(tǒng)的蔥壟松土模塊和挖掘清土模塊。齒輪泵2首先接單穩(wěn)閥進油口，單穩(wěn)閥節(jié)流口液壓輸出通過電磁閥驅(qū)動三個串聯(lián)的夾持輸送模塊驅(qū)動馬達和集蔥放鋪驅(qū)動馬達，進而驅(qū)動動力傳動系統(tǒng)的夾持輸送模塊和集蔥放鋪模塊，使夾持輸送機構(gòu)和集蔥放鋪機構(gòu)具有穩(wěn)定的作業(yè)速度，而不受發(fā)動機轉(zhuǎn)速影響；單穩(wěn)閥的變節(jié)流口液壓輸出至作業(yè)操控閥，分別控制行走轉(zhuǎn)向油缸、挖掘深度控制油缸、夾持高度控制油缸和鋪放機構(gòu)控制油缸，實現(xiàn)對收獲機作業(yè)及作業(yè)部件的控制[13]。

3 試驗驗證

3.1 試驗條件

連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機的田間性能試驗在章丘區(qū)棗園街道辦事處山東省農(nóng)機院田間試驗示范基地進行。試驗條件如表4所示。

為驗證連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機的可靠性及工作穩(wěn)定性，依據(jù)自走式大蔥收獲機通用技術(shù)條件（2017-010-T/NJ1110）對收獲機的整機性能進行了測試。通過測定結(jié)果平均值來測算出收獲機的作業(yè)效率、損傷率、損失率、含雜率，并檢驗鋪放的均勻性[14]。

3.3 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表5所示，該機的作業(yè)穩(wěn)定性比較高、操作性比較好、鋪蔥效果能夠滿足實際生產(chǎn)需要、大蔥損傷及損失少、去土效果好，收獲效果較理想，能夠滿足章丘地區(qū)大蔥的收獲作業(yè)。

4 結(jié)論

1） 針對章丘大蔥生物性狀特點和種植模式，研究履帶底盤、限深挖掘、振動松土、清土排土、柔性夾持輸送、橫向鋪放及驅(qū)動系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計一種連續(xù)鋪放自走式大蔥聯(lián)合收獲機，能夠有效解決章丘地區(qū)大蔥收獲機械化程度低、效率低和勞動強大的問題，連續(xù)鋪放的收獲模式滿足章丘大蔥田間現(xiàn)場分級的特殊作業(yè)需求。

2） 該機破土挖掘的設(shè)計可以有效減小挖掘作業(yè)阻力。振動輸送鏈和振動破碎板機構(gòu)可有效對蔥壟土壤進行破碎。兩級清土輥機構(gòu)可以有效排出挖掘出的蔥壟土壤，清理大蔥包裹的土壤，有效解決大蔥收獲過程因排土不暢造成的堵塞問題。

3） 田間試驗結(jié)果表明：該機可以一次性完成單行大蔥的扶蔥破土、限深挖掘、振動松土、兩級清土、柔性夾持輸送、橫向放倒、均勻鋪放等作業(yè)過程，正常作業(yè)速度下，作業(yè)效率可達0.07 hm2/h， 大蔥損傷率3.2%、損失率0.9%、含雜率2.6%，作業(yè)效果較好，能夠滿足章丘大蔥的聯(lián)合收獲作業(yè)需求。

4） 該收獲機碎土、排土效果較好，收獲損傷率、損失率低，可實現(xiàn)大蔥的橫向連續(xù)均勻鋪放聯(lián)合收獲作業(yè)，收獲效率高、勞動強度小，能夠滿足章丘大蔥以及我國其他區(qū)域大蔥機械化聯(lián)合收獲作業(yè)需求。

參 考 文 獻

[ 1 ] 劉曉蕊， 梁艷榮， 張穎力， 等. 種植密度對大蔥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響[J]. 北方農(nóng)業(yè)學報， 2019， 47（5）： 86-89."Liu Xiaorui， Liang Yanrong， Zhang Yingli， et al. Effect of planting densities on agronomic traits and yield of Allium fistulosum L. var. giganteam Makino [J]. Journal of Northern Agriculture， 2019， 47（5）： 86-89.

[ 2 ] Hong S， Lee K， Chao Y， et al. Development of welsh oion harvester for tractor [J]. Journal of Biosystems Engineering， 2014， 39（4）： 290-298.

[ 3 ] 張德學， 張軍強， 閔令強， 等. 我國大蔥生產(chǎn)全程機械化進程及配套設(shè)備概述[J]. 中國農(nóng)機化學報， 2020， 41（1）： 197-204."Zhang Dexue， Zhang Junqiang， Min Lingqiang， et al. Oveview of the whole mechanization process and related equipment of scallion production [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2020， 41（1）： 197-204.

[ 4 ] 彭帥， 楊勇， 陳龍， 等. 大蔥種植與機械化收獲分析[J]. 中國農(nóng)機化學報， 2017， 38（9）： 30-35."Peng Shuai， Yang Yong， Chen Long， et al. Analysis on planting and mechanized harvesting of welsh onion [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2017， 38（9）： 30-35.

[ 5 ] 王后新， 吳彥強， 李天華， 等. 我國大蔥收獲機械及關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]. 中國農(nóng)機化學報， 2018， 39（8）： 67-71.

Wang Houxin， Wu Yanqiang， Li Tianhua， et al. Research status of green Chinese onion harvesting machinery and key technologies in China [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2018， 39（8）： 67-71.

[ 6 ] 李青江， 閔令強， 孫志民， 等. 4CX-1型大蔥收獲機的優(yōu)化設(shè)計[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程， 2013， 51（8）： 63-67."Li Qingjiang， Min Lingqiang， Sun Zhimin， et al. Optimization design of 4CX-1 scallion harvesting machine [J]. Agricultural Equipment amp; Vehicle Engineering， 2013， 51（8）： 63-67.

[ 7 ] 袁永偉， 弋景剛， 吳紅雷， 等. 多功能農(nóng)用底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學， 2017， 45（13）： 173-176."Yuan Yongwei， Yi Jinggang， Wu Honglei， et al. Research on the structure design and key technology of multifunctional agricultural chassis [J]. Jiangsu Agricultural Sciences， 2017， 45（13）： 173-176.

[ 8 ] 孫逢春， 史青錄， 翟麗， 等. 履帶式車輛接地比壓在斜坡轉(zhuǎn)向時的變化分析[J]. 農(nóng)業(yè)機械學報， 2006（5）： 14-18.

[ 9 ] JB/T 6682—1993， 谷物聯(lián)合收割機橡膠履帶系列參數(shù)[S].

[10] 陳志. 農(nóng)業(yè)機械化設(shè)計手冊：下冊[M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)機械科學技術(shù)出版社， 2007.

[11] 賈智博. 大蔥莖稈力學特性測試系統(tǒng)的設(shè)計與試驗[D]. 泰安： 山東農(nóng)業(yè)大學， 2018.

[12] 李艷聰， 衛(wèi)勇， 李繼明， 等. 大蔥力學特性試驗研究[J]. 中國農(nóng)機化學報， 2019， 40（8）： 73-76."Li Yancong， Wei Yong， Li Jiming， et al. Experimental study on mechanical properties of scallion [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2019， 40（8）： 73-76.

[13] 劉學峰， 張軍強， 劉學串， 等. 4CZ-1型大蔥聯(lián)合收獲機液壓系統(tǒng)設(shè)計研究[J]. 中國農(nóng)機化學報， 2020， 41（9）： 118-123."Liu Xuefeng， Zhang Junqiang， Liu Xuechuan， et al. Design and research of hydraulic system for 4CZ-1 onion combined harvester [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2020， 41（9）： 118-123.

[14] T/NJ 1110—2018， 自走式大蔥收獲機[S].