【文章內(nèi)容簡介】 eland NarboAS 公司生產(chǎn)的 UN2600 型系列牽引式兩行馬鈴薯收獲機(jī)，技術(shù)先進(jìn)，集機(jī)械、液壓、電控為一體。德國“嘉博曼”公司生產(chǎn)的 Pyra2 型 2 行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)裝有裝卸輸送帶、莖葉拔除輥、萬向軸、照明設(shè)備，挖掘器還裝有轉(zhuǎn)向軸和壓縮空氣裝置，其配套動力為 60KW，如圖 11 所示。意大利思培多公司生產(chǎn)的 CppBD150/S 型系列懸掛式收獲機(jī)，可一次完成馬鈴薯挖掘、分離和鋪放作業(yè)。德國格瑞莫（ GRIMME）公司生產(chǎn)的 GT170 馬鈴薯挖掘機(jī)采用液壓仿行輪，實(shí)現(xiàn)挖掘深度可隨地面仿行性。意大利生產(chǎn)的 SP100 機(jī)型為小型壟作收獲機(jī)械。如圖 12 所示比利時“迪沃夫”公司生產(chǎn)的馬鈴薯收獲機(jī)，它具有速度快，效果好，能將挖、篩、選同時操作等優(yōu)點(diǎn)。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械的國家很少，并畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計 ） 用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 5 頁 且相對起步也比較 晚，但是發(fā)展速度還比較快，尤其是近幾年韓國和日本生產(chǎn)了部分小型馬鈴薯挖掘機(jī)。如韓國高山機(jī)械公司生產(chǎn)的小型的單行和雙行馬鈴薯、地瓜挖掘機(jī)，相對比較適合中小地塊。 由此可見，國外一些馬鈴薯收獲機(jī)械不但生產(chǎn)率高而且還將高新技術(shù)融于農(nóng)具之中，如采用振動、液壓技術(shù)進(jìn)行挖掘，采用傳感技術(shù)控制喂入量、馬鈴薯傳運(yùn)量及分級裝載；采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進(jìn)行碎土和分離以及利用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作等。 國內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史 我國在馬鈴薯收獲機(jī)械研制方面處在一個相對落后薄弱的狀況，用于機(jī)械化收獲的面積不足 1%，繁重落后的體力勞動 仍然是馬鈴薯收獲和的主要方式。解放初期，我國收獲馬鈴薯主要采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。在 20 世紀(jì) 60 年代初期，有關(guān)農(nóng)機(jī)部門開始了研制工作，引進(jìn)了西德 VR波蘭 RCE英國 Johson、瑞士 Samro Junior 和前蘇聯(lián)的 KTH2 型馬鈴薯收獲機(jī)并進(jìn)行了生產(chǎn)性能試驗(yàn)，力圖吸收消化國外技術(shù)、開發(fā)同類產(chǎn)品。直到 20 世紀(jì) 70 年代中期，由于手扶拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用，國內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機(jī)配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制高潮，成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī)，但受當(dāng)時的配套動力限制，未能生產(chǎn)和推廣。后來，最有代表性 的是內(nèi)蒙古農(nóng)機(jī)所研制的與 拖拉機(jī)配套的 4U1 型馬鈴薯集條收獲機(jī)，進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。 20 世紀(jì) 80 年代在北京舉辦的 12 國農(nóng)機(jī)展覽會上，我們國家還引進(jìn)了不少國外馬鈴薯機(jī)具廠商參展。其中有西德哈格多思農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的集條收獲機(jī)。瑞士生產(chǎn)的裝袋收獲機(jī)，集堆收獲機(jī)，日本東洋農(nóng)機(jī)株式會社生產(chǎn)的 TPO2 型集條收獲機(jī)，法國英羅公司生產(chǎn)的 M112 型集條收獲機(jī)。其中大型機(jī)具的配套動力在 30KW 以上，中型機(jī)具的配套動力在 2230KW，小型機(jī)具的配套動力在 15KW。 1985 年，中國農(nóng)機(jī)院為了提高馬鈴薯收獲機(jī)械的設(shè)計 水平，掌握國外先進(jìn)技術(shù)，特派遣本院工程技術(shù)人員赴西德馬鈴薯機(jī)具研制生產(chǎn)公司實(shí)習(xí)馬鈴薯收獲機(jī)械，了解了西德馬鈴薯機(jī)械化種植和收獲技術(shù)，掌握了一些技術(shù)要點(diǎn)并達(dá)成了合作意向。到 20 世紀(jì) 90 年代中期，由于國產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用，研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要日程。而此后，市場需求旺盛，先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場，以及新型農(nóng)用液壓式挖掘機(jī)，操作簡單、性能可靠、實(shí)用性強(qiáng)。 由此看來，我國對馬鈴薯收獲機(jī)械的研制起步較晚，發(fā)展也相對緩慢，目前國內(nèi)機(jī)畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計 ） 用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 6 頁 型以小型、配套動力小，結(jié)構(gòu)簡單、輕便 為主，處于中小型懸掛收獲機(jī)的研制推廣階段，所研制機(jī)具的技術(shù)水平與國外相差甚遠(yuǎn)。且馬鈴薯收獲機(jī)械的研制大都根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計，沒有精確的理論和先進(jìn)的研究手段為基礎(chǔ)，因而在實(shí)地作業(yè)中也存在著一定的問題，如對我國不同地區(qū)的耕地條件、農(nóng)藝要求適應(yīng)性差；壅土阻塞；分離效果不好，明薯率較低；馬鈴薯損傷較重，尤其是薯皮損傷較重；在雜草或秧葉還未枯萎的田地進(jìn)行作業(yè)時，部分機(jī)型堵塞現(xiàn)象比較嚴(yán)重，直接影響機(jī)器的正常工作；個別機(jī)型設(shè)計原理不夠合理，結(jié)構(gòu)松散，使用壽命短等。 圖 13 4U2 馬鈴薯收獲機(jī) 圖 14 1700 型馬鈴薯收獲機(jī) 4U2 potato harvester 1700 potato harvester 近年來針對以上不足，和馬鈴薯生產(chǎn)現(xiàn)狀的迫切需要，國內(nèi)先后有多家科研單位和企業(yè)研制馬鈴薯收獲機(jī)。如現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司研制的 4SW— 2 型馬鈴薯挖掘機(jī)，又如河北圍場農(nóng)機(jī)研究所研制的 4VM1A 型、 4VM2A 型的馬鈴薯挖掘機(jī)，黑龍江齊齊哈爾建新廠研制的 4U2 牽引式馬鈴薯收獲機(jī)，如圖 13 所示，西安圣農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限責(zé)任公司研制的 4U1 型馬鈴薯收獲機(jī)，內(nèi)蒙古包頭市農(nóng)機(jī)所研制的 型大型馬鈴薯收獲機(jī)，黑龍江生產(chǎn)的 型中型馬鈴薯收獲機(jī)等。這其中最有代表性的是內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的 4SW40 型、 4SW60 型馬鈴薯挖掘機(jī)和內(nèi)蒙古呼和浩特市得力新技術(shù)設(shè)備廠生產(chǎn)的 4ULDX1500 型馬鈴薯收獲機(jī)。 4SW40 型、 4SW60 型馬鈴薯挖掘機(jī)，它們分別與 25~30 馬力和 30~40 馬力拖拉機(jī)配套，主要適合于平作或垅作種植的馬鈴薯挖掘，可一次完成挖掘、薯塊分離與鋪條等聯(lián)合作業(yè)，具 有結(jié)構(gòu)輕巧、工作穩(wěn)定、挖掘薯塊完好、擺放整齊、使用可靠、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別是收獲壟上的種植馬鈴薯更能顯示畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計 ） 用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 7 頁 其優(yōu)越性。 4ULDX1500 型馬鈴薯收獲機(jī)配有兩種傳動鏈輪，使柵條輸送帶實(shí)現(xiàn)高低兩種運(yùn)行速度，適宜不同土質(zhì)地塊上作業(yè)；兩側(cè)不設(shè)切土圓盤，避免機(jī)具進(jìn)行不對壟作業(yè)時嚴(yán)重破碎土豆現(xiàn)象；兩側(cè)設(shè)有分薯板，可將土豆推向側(cè)邊，避免壓損。該機(jī)具有在濕潤、干旱和多石地塊實(shí)現(xiàn)平作、壟作作業(yè)功能。此外，中國農(nóng)機(jī)化科學(xué)研究院在吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上還優(yōu)化設(shè)計了兩種新型馬鈴薯聯(lián)合收割機(jī)，一種是背負(fù)式聯(lián)合收割 4UL1型、一 種是拖拉機(jī)后懸掛式 4UW120 型。代表機(jī)型還有“十五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目科研成果，中農(nóng)機(jī)美諾系列 1700 型馬鈴薯收獲機(jī)，它結(jié)束了國內(nèi)沒有大型馬鈴薯挖掘機(jī)的時代，該機(jī)可以一次性完成鎮(zhèn)壓、挖掘、輸送分離、除秧、側(cè)輸出等作業(yè)，如圖 14 所示。 本課題研究的意義、 內(nèi)容及方法 研究意義 目前我國馬鈴薯種植面積正在接近蔬菜種植面積，達(dá) 500 萬 hm2，年總產(chǎn)量近 8000萬噸，已成為世界馬鈴薯生產(chǎn)大國，機(jī)械化作業(yè)是社會發(fā)展的必然趨勢。本課題的研究意義具體體現(xiàn)在以下幾個方面： 1)馬鈴薯收獲是時間緊，耗工多的一 項(xiàng)作業(yè)。由于馬鈴薯生長期僅 80～ 90 天，集中種植區(qū)多在我國北部，氣候寒冷，無霜期短，如收獲過早，生長期不夠，干物質(zhì)積累少，影響產(chǎn)量和質(zhì)量，如收獲過晚，易遇霜凍，造成更大損失。而目前馬鈴薯收獲主要靠人畜力，效率低，使收獲期拖長，造成減產(chǎn)，嚴(yán)重制約馬鈴薯生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展和效益的發(fā)揮。因此，穩(wěn)定、擴(kuò)大馬鈴薯種植而積，提高單位面積產(chǎn)量，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，必須采用機(jī)械化收獲。 2)馬鈴薯機(jī)械化收獲是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。要發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)，首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)馬鈴薯種植及收獲機(jī)械化，馬鈴薯種植及收獲機(jī)械化離不開性能優(yōu)良的收獲機(jī)械，因此研發(fā) 適合我國農(nóng)藝種植要求的新機(jī)具，尤其是馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械，顯得尤為重要 [6]。 2021 年8 月省人民政府和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院簽訂了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)科技合作協(xié)議，這標(biāo)志著甘肅省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁上新臺階。但甘肅馬鈴薯種植、中耕作業(yè)以及收獲機(jī)械化落后，機(jī)械化水平達(dá)不到 1%的水平，嚴(yán)重制約著甘肅馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。解決這些問題，把這一特色產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，就必須依靠科技，把先進(jìn)的科學(xué)實(shí)用技術(shù)運(yùn)用到馬鈴薯的育種、種畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計 ） 用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 8 頁 植、加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，延長產(chǎn)業(yè)鏈、提高產(chǎn)品附加值，真正使科學(xué)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，促進(jìn)農(nóng)民增收得實(shí)惠、農(nóng)業(yè)發(fā)展有后勁 。 3)隨著人力成本的提高、大量農(nóng)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移、我國城市化進(jìn)程的 8 加快、勞動力的的減少經(jīng)以及成本的提高等，因此馬鈴薯種植區(qū)急需機(jī)械化作業(yè)代替人工作業(yè)。甘肅是全國馬鈴薯的主要產(chǎn)區(qū)，但 98%以上的馬鈴薯種植和收獲仍然采用人工挖掘或牧畜犁翻開溝點(diǎn)種和收獲等原始的生產(chǎn)方式進(jìn)行作業(yè)，存在著勞動強(qiáng)度大，費(fèi)時費(fèi)工，損失率高，不便貯藏等缺點(diǎn) [5]，甘肅定西為國家級馬鈴薯之鄉(xiāng)，但其機(jī)械化水平僅為 1%，大部分收獲完全靠人工作業(yè)方式，作業(yè)手段落后，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，有時在冬季封凍之前不能完成收獲作業(yè)，給馬鈴薯種植戶造 成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，馬鈴薯種植區(qū)急切需求能夠適應(yīng)種植區(qū)氣候、土壤、環(huán)境、作物等特點(diǎn)的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械。 4)當(dāng)前，馬鈴薯收獲多采用犁翻人撿，費(fèi)工、費(fèi)時，漏薯和傷薯現(xiàn)象嚴(yán)重，制約了農(nóng)民種植的積極性。馬鈴薯收獲的難題是馬鈴薯的掘出、集中、分撿 (需回收 2 遍 )，為了擴(kuò)大馬鈴薯生產(chǎn)的規(guī)模，需走機(jī)械化發(fā)展的道路。我國雖然有十幾家馬鈴薯收獲機(jī)的科研、生產(chǎn)單位，研制生產(chǎn)出了不同類型的馬鈴薯收獲機(jī)械，但其明薯率低、傷薯率較高，勞動強(qiáng)度大，費(fèi)時費(fèi)力，輸送系統(tǒng)的工作性能直接影響著這些重要指標(biāo)，因此，對輸送系統(tǒng)等部件進(jìn)行機(jī)理 研究具有現(xiàn)實(shí)意義。 5)提高分離率，降低傷薯率以及勞動強(qiáng)度的重點(diǎn)是輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和輸送工作諸機(jī)理的研究，包括輸送性能與運(yùn)動參數(shù)分析，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。因此，在現(xiàn)有機(jī)型基礎(chǔ)上不斷攻關(guān)完善，對輸送系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行分析研究，對影響工作性能的運(yùn)動和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高分離率，減少傷薯率，降低勞動強(qiáng)度，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義。 6）我國馬鈴薯種植面積大幅攀升，這對我國馬鈴薯收獲機(jī)械生產(chǎn)無疑是一個非常好的機(jī)遇，近幾年各個行業(yè)對馬鈴薯的需求不斷增加，隨著全國農(nóng)業(yè)機(jī)械化步伐的加快，馬鈴薯機(jī)械化生產(chǎn)的程度要求進(jìn)一步提高，由此可 以看出，馬鈴薯收獲機(jī)械還存在巨大的發(fā)展空間。 研究內(nèi)容 針對國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的主要問題，研制出一種挖掘、分離、輸送、集裝等為一體的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械，該機(jī)采用了新型的分離裝置進(jìn)行土薯分離，完成分離后可將薯塊通過輸送裝置輸送到機(jī)械尾部，然后是薯塊覆蓋在土壤的表面。本文主要對 4TU2 型馬畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計 ） 用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 9 頁 鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的起獲與分離系統(tǒng)進(jìn)行研究，并對該機(jī)挖掘與旋齒的主要部件和機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地設(shè)計計算和理論探討。國內(nèi)外關(guān)于谷物聯(lián)合收獲機(jī)械輸送系統(tǒng)的研究比較成熟，但是關(guān)于馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械中的分離系統(tǒng)的精確理論分析和計算還比較欠缺。因此 ，針對以上問題，必須在薯塊挖掘與分離工作性能方面有所突破，使其達(dá)到功耗小，適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、耐用性強(qiáng)，在滿足損傷率和丟失率等農(nóng)業(yè)要求的前提下，降低勞動強(qiáng)度，達(dá)到機(jī)械化收獲的目的。其主要內(nèi)容概括如下： 1)在滿足馬鈴薯收獲農(nóng)藝條件的前提下，研究并確定該機(jī)挖掘與分離系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)。 2)研究并確定挖掘與分離各組成部分的結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行理論分析，使其結(jié)構(gòu)、性能達(dá)到最佳。 3)馬鈴薯柔性輸送系統(tǒng)的研究。薯塊在輸送過程中極易傷害表皮，對儲存極為不利，因此需在輸送過程中研究應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新材料，避免在薯塊輸送過程中 損傷馬鈴薯。 4) 用 AUTOCAD 畫出各個組成部分的零件圖紙。 研究方法 1)通過到我省馬鈴薯種植地進(jìn)行實(shí)地考察，查閱大量的文獻(xiàn)資料，吸收并借鑒國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械及其它收獲機(jī)械輸送系統(tǒng)的成功之處，研究并確定馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)起獲與分離輸送系統(tǒng)的主要參數(shù)。 2) 對起獲與分離主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并分析確定主要參數(shù)。 3）運(yùn)用 CAD 軟件對主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行二維繪圖 4）主要技術(shù)路線如下： 文獻(xiàn)檢索 調(diào)研 綜合分析 提出預(yù)設(shè)計方案 確定主要參數(shù) 繪制圖樣 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 改進(jìn) 完善設(shè)計 畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計 ） 用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 10 頁 第 2 章 挖掘部件的設(shè)計 挖掘鏟的設(shè)計要求 馬鈴薯挖掘鏟的主要功用在于掘出薯塊并將薯塊輸送給抖動分離裝置，且盡量減少進(jìn)入機(jī)具的泥土量和能量消耗，同時還要防止挖掘鏟纏草和奎土，要在不同的上壤條件和濕度下，圓滿的完成這一任務(wù)或與挖掘鏟有關(guān)的各項(xiàng)任務(wù)是非常困難的，因此對挖掘鏟的要求是 : (1)將所有薯塊挖出，保證挖凈 。 (2)進(jìn)入機(jī)器的土壤量應(yīng)盡可能少 。 (3)盡可能使土壤松碎并順利地將掘起物輸送到抖動分離裝置 。 (4)在克 服各種阻力時使消耗能量最少，防止纏草和雍上。 為了滿足以上要求，該機(jī)選用了組合式挖掘鏟，主要由二階平面鏟、鏟架組成。 挖掘鏟的