拔取式白萝卜联合收获机研制与试验.pdf
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1、第8期姚帅 等:拔取式白萝卜联合收获机研制与试验2 7 D O I:1 0.1 3 7 3 3/j.j c a m.i s s n.2 0 9 55 5 5 3.2 0 2 3.0 8.0 0 4姚帅,薛臻,缪磊,等.拔取式白萝卜联合收获机研制与试验J.中国农机化学报,2 0 2 3,4 4(8):2 7-3 3Y a o S h u a i,X u e Z h e n,M i a o L e i,e t a l.D e s i g n a n d e x p e r i m e n t o f p u l l i n g w h i t e r a d i s h c o m b i n e
2、 h a r v e s t e r J.J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n,2 0 2 3,4 4(8):2 7-3 3拔取式白萝卜联合收获机研制与试验*姚帅1,薛臻2,缪磊3,谭俊2,黄毅成3,赵湛1(1.江苏大学农业工程学院,江苏镇江,2 1 2 0 1 3;2.泰州携创农业装备有限公司,江苏泰州,2 2 5 3 1 2;3.泰州市农业机械推广站,江苏泰州,2 2 5 3 0 0)摘要:白萝卜属于根茎类蔬菜,具有生长周期短、栽培适应性强、单产高的优点,是我国重要
3、的经济作物。根据白萝卜生长特点、种植模式和收获作业需求,研制一种拔取式联合收获机。它主要由扶樱装置、松土装置、夹拔装置、根茎分离装置和收集装置等组成,可以一次性完成松土、夹持拔取、输送、切樱和装箱收集等联合收获作业。采用锥形开口式扶樱结构设计,通过主动与欠驱动相结合的方式调节锥形开口角度,以满足种植行直线度低、垄面不平整情况下的拢樱需求;设计夹持力的柔性调节装置,可以实现白萝卜的稳定拔取和夹持输送,减少漏拔率、避免输送过程造成的茎叶掐折;进行松土铲的结构参数设计,并根据白萝卜生长环境、土壤力学特性和拔取受力特点,采用有限元法进行工作受力分析和强度校核,提高松土铲的松土性能和可靠性;设计双圆盘锯
4、齿式根茎分离切割装置,切樱平稳、切口整齐,有效避免切樱过程中由于白萝卜果实晃动造成的切割损伤。田间联合收获性能试验表明:整机作业性能稳定,损伤率小于2.7%、漏拔率小于1.8%,收获效率为0.0 80.2 6h m2/h。拔取式白萝卜联合收获机的推广使用,可以有效地降低劳动强度、提高收获效率和性能,对于提升我国白萝卜机械化收获水平具有重要意义。关键词:白萝卜;拔取式;联合收获机;松土铲;结构设计;有限元法中图分类号:S 2 2 5.7 文献标识码:A 文章编号:2 0 9 5 5 5 5 3(2 0 2 3)0 8 0 0 2 7 0 7收稿日期:2 0 2 2年2月1 6日 修回日期:2 0
5、 2 2年4月2 6日*基金项目:江苏省现代农机装备与技术示范推广项目(N J 2 0 1 91 6);江苏省农业科技自主创新资金项目(C X(2 2)3 0 9 0)第一作者:姚帅,男,1 9 9 8年生,湖南岳阳人,硕士研究生;研究方向为农业机械系统设计。E-m a i l:2 2 2 1 9 1 6 0 4 3s t m a i l.u j s.e d u.c n通讯作者:赵湛,男,1 9 7 8年生,江苏镇江人,博士,研究员,博导;研究方向为农业机械系统监测与控制技术。E-m a i l:z h a o z h a n u j s.e d u.c nD e s i g n a n d
6、e x p e r i m e n t o f p u l l i n g w h i t e r a d i s h c o m b i n e h a r v e s t e rY a o S h u a i1,X u e Z h e n2,M i a o L e i3,T a n J u n2,H u a n g Y i c h e n g3,Z h a o Z h a n1(1.S c h o o l o f A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g,J i a n g s u U n i v e r s i t y,Z h e n j
7、 i a n g,2 1 2 0 1 3,C h i n a;2.T a i z h o u X i e c h u a n g A g r i c u l t u r a l E q u i pm e n t C o.,L t d.,T a i z h o u,2 2 5 3 1 2,C h i n a;3.T a i z h o u A g r i c u l t u r a l M a c h i n e r y P r o m o t i o n S t a t i o n,T a i z h o u,2 2 5 3 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:W h
8、i t e r a d i s h i s a n i m p o r t a n t e c o n o m i c v e g e t a b l e i n C h i n a.I t h a s t h e a d v a n t a g e s o f s h o r t g r o w t h c y c l e,s t r o n g a d a p t a b i l i t y a n d h i g h y i e l d.B a s e d o n t h e g r o w t h c h a r a c t e r i s t i c s a n d p l a n
9、t i n g p a t t e r n s,a p u l l i n g w h i t e r a d i s h c o m b i n e h a r v e s t e r i s d e s i g n e d.T h e h a r v e s t e r i s m a i n l y c o m p o s e d o f c h e r r y b l o s s o m p u l l i n g d e v i c e,s o i l r i p p i n g d e v i c e,c l a m p i n g d e v i c e,r h i z o m
10、e s e p a r a t i o n d e v i c e a n d c o l l e c t i o n d e v i c e s,w h i c h c a n p e r f o r m t h e c o m b i n e d h a r v e s t i n g o p e r a t i o n i n c l u d i n g l i f t i n g,s c a r i f y i n g,c o n v e y i n g,c u t t i n g a n d c o l l e c t i n g i n s e r i e s.I n o r d
11、e r t o e n s u r e t h e s m o o t h e n t r y o f w h i t e r a d i s h s t e m s a n d l e a v e s i n t o t h e g r i p p e r a n d a v o i d t h e s t e m s a n d l e a v e s f r o m b e i n g p u l l e d o f f,a l i f t e r w i t h c o n i c a l o p e n i n g i s d e s i g n e d.B y a d j u s
12、t i n g t h e c o n i c a l o p e n i n g a n g l e o f t h e l i f t e r t h r o u g h a c t i v e a n d u n d e r-a c t u a t e d c o m b i n a t i o n,t h e a d a p t a b i l i t y o f t h e p r o t o t y p e i s i m p r o v e d u n d e r t h e c o n d i t i o n o f l o w p l a n t i n g l i n e
13、s t r a i g h t n e s s a n d u n e v e n r i d g e s u r f a c e.I n o r d e r t o r e a l i z e s t a b l e f l e x i b l e p u l l i n g a n d g r i p p i n g c o n v e y i n g,a n d a v o i d s t e m a n d l e a f f r a c t u r e i n t h e p r o c e s s o f p u l l i n g a n d c o n v e y i n g,
14、a f l e x i b l e g r i p p e r a n d g r i p p e r f o r c e a d j u s t i n g d e v i c e i s d e s i g n e d.T h e g r i p p e r b e l t i s c o m p o s e d o f r u b b e r i n w h i c h t h e a n t i s k i d p a t t e r n i s p r i n t e d o n t h e w o r k i n g s u r f a c e.A c c o r d i n g
15、t o t h e g r o w t h e n v i r o n m e n t,s o i l m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d o p e r a t i o n s t r e s s c h a r a c t e r i s t i c s o f w h i t e r a d i s h,t h e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o f t h e r i p p e r a r e d e s i g n e d.T h r o u g h f i n i t e
16、e l e m e n t a n a l y s i s a n d s t r e n g t h c h e c k,t h e p e r f o r m a n c e a n d r e l i a b i l i t y o f r i p p e r 第4 4卷 第8期2 0 2 3年8月中国农机化学报J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o nV o l.4 4 N o.8A u g.2 0 2 32 8 中国农机化学报2 0 2 3年a r e i m p
17、r o v e d.T o a v o i d t h e c u t t i n g d a m a g e c a u s e d b y t h e s h a k i n g o f w h i t e r a d i s h d u r i n g t h e c u t t i n g p r o c e s s,a n d a c h i e v e t h e e f f e c t o f s m o o t h c u t t i n g a n d n e a t i n c i s i o n,a d o u b l e d i s c c u t t e r i s
18、d e s i g n e d.T h e f i e l d p e r f o r m a n c e t e s t s i n d i c a t e t h a t t h e w o r k i n g p e r f o r m a n c e i s s t a b l e,w i t h t h e d a m a g e r a t e o f 2.7%,t h e m i s s e d r a t e o f 1.8%a n d t h e e f f i c i e n c y o f 0.0 8 0.2 6 h m2/h.T h e p o p u l a r i
19、z a t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f p u l l i n g w h i t e r a d i s h c o m b i n e h a r v e s t e r w i l l e f f e c t i v e l y r e d u c e l a b o r i n t e n s i t y a n d i m p r o v e h a r v e s t e f f i c i e n c y,w h i c h i s h e l p f u l f o r i m p r o v i n g t h e m e c
20、h a n i z a t i o n l e v e l o f w h i t e r a d i s h i n C h i n a.K e y w o r d s:w h i t e r a d i s h;p u l l i n g;c o m b i n e h a r v e s t e r;r i p p e r;s t r u c t u r a l d e s i g n;f i n i t e e l e m e n t m e t h o d0 引言我国白萝卜的种植面积和产量均居世界首位,且呈现持续增长趋势。然而,白萝卜机械化收获水平相对较低,仍以人工收获为主,少数采用
21、半机械化作业,即通过机具进行松土、挖掘,然后由人工捡拾装袋完成收获过程,用工量大、劳动强度高、作业效率低1。由于饮食习惯的差异,欧美等国家以胡萝卜种植为主,联合收获机的研究起步早、技术发展水平较高,基本实现了生产全过程的机械化与自动化25。萝卜联合收获主要分为拔取式和挖掘式两类。青岛农业大学研制了自走式胡萝卜联合收获机,能够进行双行拔取式收获,收获行距2 0c m,最大挖掘深度3 5 c m。中国农业机械化科学研究院研制的自走式胡萝卜联合收获机,提出了三角铲和凿形铲结构的萝卜收获松土铲,并建立了土壤与松土铲的动力学模型,具有低阻力、高扰动的优点6。德国S P系列拔取式胡萝卜收获机有单行、双行和
22、多行机型,为了解决种植行直线度低的收获问题,开发出了夹拔胶带起收装置,具有横向位移和自动找行功能,有效提高了收获作业速度,损失显著减少7。江苏省南通市农机化技术推广中心设计了挖掘式白萝卜挖掘收获机,作业时,挖掘铲将白萝卜根部附近土壤铲松,垄内土壤受到松土铲的扰动作用,实现果土分离,最后由人工捡拾装车8。西班牙M a c e挖掘式胡萝卜收获机,先由切顶装置将萝卜的樱切除,随后采用两级输送链将收获的萝卜和土分离,具有清洁度高、工作稳定等优点9。挖掘式收获机的结构简单、通用性好,主要适用于疏松土质种植环境、入土深度浅的作物收获,在黏性土壤、入土深度较大时,整机的功耗大、收获损伤率也会随之增加。国外先
23、进的萝卜收获机以拔取式为主,具有清杂效果较好、收获损伤低,可适用于体型大、入土深的作物,但整机结构复杂、价格昂贵。结合白萝卜的几何特性和种植环境,拔取式作业方式更适合白萝卜的高效机械化收获。白萝卜块根大、入土深,成熟的白萝卜会有部分块根裸露地面,裸露高度参差不齐,茎叶茂盛且相互交错,茎叶倒伏现象严重。这些特点导致白萝卜联合收获机械的研发难度更大,对复杂田间环境下作业的适用性和稳定性要求更高,国内外专门针对拔取式白萝卜联合收获机的研究还较少。本文在分析白萝卜种植环境、生长特点和收获特性的基础上,开展了拔取式白萝卜联合收获机的研制,包括整机机构和主要工作部件的设计和参数优化,使之能够完成松土、夹持
24、拔取、输送、切樱和装箱收集等多工序一体化作业,并进行田间性能试验。1 整机结构与工作过程研制的拔取式白萝卜联合收获机采用侧悬挂结构,主要由履带自走底盘、机架、传动系统和收获工作部件等组成,如图1所示。其中,收获工作部件包括扶樱、松土、夹拔、根茎分离和收集等装置。拔取式白萝卜联合收获机主要技术参数如表1所示。图1 拔取式白萝卜联合收获机结构图F i g.1 S t r u c t u r e o f p u l l i n g w h i t e r a d i s h c o m b i n e h a r v e s t e r1.履带自走底盘 2.根茎分离装置 3.夹拔装置 4.操纵系统5
25、.限深轮 6.扶樱器 7.松土装置表1 主要技术参数T a b.1 M a i n t e c h n i c a l p a r a m e t e r s参数数值/形式结构形式履带自走式收获方式拔取式外形尺寸(长宽高)/(mmmmmm)4 0 3 01 4 3 02 4 3 5发动机额定功率/kW5 3作业速度/(ms-1)00.5作业效率/(h m2h-1)0.0 80.3 0损伤率/%2.7漏收率/%1.8 收获过程中,松土铲在白萝卜底部进行松土来实第8期姚帅 等:拔取式白萝卜联合收获机研制与试验2 9 现果土分离,减小拔取力,避免白萝卜拔取过程茎叶折断导致漏拔;扶樱器将分散的白萝卜叶
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