【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(guó)“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(dòng)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(guó)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(shí)“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(shí)操作等優(yōu)點(diǎn)。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械的國(guó)家很少，并畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計(jì) ） 用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 5 頁 且相對(duì)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(guó)和日本生產(chǎn)了部分小型馬鈴薯挖掘機(jī)。如韓國(guó)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(duì)比較適合中小地塊。 由此可見，國(guó)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(dòng)、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(jí)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(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展歷史 我國(guó)在馬鈴薯收獲機(jī)械研制方面處在一個(gè)相對(duì)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(dòng) 仍然是馬鈴薯收獲和的主要方式。解放初期，我國(guó)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(guó) 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(guó)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(guó)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(shí)的配套動(dòng)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(guó)農(nóng)機(jī)展覽會(huì)上，我們國(guó)家還引進(jìn)了不少國(guó)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(huì)社生產(chǎn)的 TPO2 型集條收獲機(jī)，法國(guó)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(dòng)力在 30KW 以上，中型機(jī)具的配套動(dòng)力在 2230KW，小型機(jī)具的配套動(dòng)力在 15KW。 1985 年，中國(guó)農(nóng)機(jī)院為了提高馬鈴薯收獲機(jī)械的設(shè)計(jì) 水平，掌握國(guó)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(guó)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(chǎng)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(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場(chǎng)，以及新型農(nóng)用液壓式挖掘機(jī)，操作簡(jiǎn)單、性能可靠、實(shí)用性強(qiáng)。 由此看來，我國(guó)對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)械的研制起步較晚，發(fā)展也相對(duì)緩慢，目前國(guó)內(nèi)機(jī)畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計(jì) ） 用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 6 頁 型以小型、配套動(dòng)力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)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(jì)，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(duì)我國(guó)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(shí)，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(gè)別機(jī)型設(shè)計(jì)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(duì)以上不足，和馬鈴薯生產(chǎn)現(xiàn)狀的迫切需要，國(guó)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(chǎng)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(jì) ） 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(dòng)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(duì)壟作業(yè)時(shí)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(rùn)、干旱和多石地塊實(shí)現(xiàn)平作、壟作作業(yè)功能。此外，中國(guó)農(nóng)機(jī)化科學(xué)研究院在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上還優(yōu)化設(shè)計(jì)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(guó)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(guó)內(nèi)沒有大型馬鈴薯挖掘機(jī)的時(shí)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(guó)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(guó)，機(jī)械化作業(yè)是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本課題的研究意義具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1)馬鈴薯收獲是時(shí)間緊，耗工多的一 項(xiàng)作業(yè)。由于馬鈴薯生長(zhǎng)期僅 80～ 90 天，集中種植區(qū)多在我國(guó)北部，氣候寒冷，無霜期短，如收獲過早，生長(zhǎng)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(zhǎng)，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(guó)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(guó)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(tái)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(jì) ） 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(zhǎng)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(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移、我國(guó)城市化進(jìn)程的 8 加快、勞動(dòng)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(guó)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(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，損失率高，不便貯藏等缺點(diǎn) [5]，甘肅定西為國(guó)家級(jí)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(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，有時(shí)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(shí)，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(guó)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(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)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(duì)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(dòng)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(dòng)參數(shù)分析，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，在現(xiàn)有機(jī)型基礎(chǔ)上不斷攻關(guān)完善，對(duì)輸送系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行分析研究，對(duì)影響工作性能的運(yùn)動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義。 6）我國(guó)馬鈴薯種植面積大幅攀升，這對(duì)我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械生產(chǎn)無疑是一個(gè)非常好的機(jī)遇，近幾年各個(gè)行業(yè)對(duì)馬鈴薯的需求不斷增加，隨著全國(guó)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?jī)?nèi)容 針對(duì)國(guó)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(duì) 4TU2 型馬畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計(jì) ） 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(duì)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(jì)計(jì)算和理論探討。國(guó)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(jì)算還比較欠缺。因此 ，針對(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)儲(chǔ)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(gè)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(guó)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(duì)起獲與分離主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并分析確定主要參數(shù)。 3）運(yùn)用 CAD 軟件對(duì)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(jì)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(jì) 畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計(jì) ） 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(jì) 挖掘鏟的設(shè)計(jì)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(dòng)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(shí)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(duì)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(dòng)分離裝置 。 (4)在克 服各種阻力時(shí)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