【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制工作才逐步發(fā)展起來(lái)，研究人員在研學(xué)原西德、原蘇聯(lián)、日本、瑞士等國(guó)外機(jī)具的基礎(chǔ)上，研制成功了升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)，但由于受當(dāng)時(shí)歷史條件的限制，沒(méi)能實(shí)現(xiàn)大面積推廣和使用 [8]。20世紀(jì) 70 年代，內(nèi)蒙古農(nóng)機(jī)所研制出了與 拖拉機(jī)配套的 4U– 1 型馬鈴薯集條收獲機(jī)，并在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了試點(diǎn)推廣。 1978 年在北京舉辦的 12國(guó)展覽會(huì)上，引進(jìn)了 不少國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)具廠商參展。其中有西德哈格多恩農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的 RM– R型集條收獲機(jī)，日本東洋農(nóng)機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的 TP– 2 型集條收獲機(jī)，法國(guó)莫羅公司生產(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，生產(chǎn)率為 。中型機(jī)具的配套動(dòng)力在 22～ 30kW，生產(chǎn)率為 。小型機(jī)具的配套動(dòng)力在 15kW，生產(chǎn)率為 ～ hm2/h。 1979 年， 12國(guó)農(nóng)機(jī)展覽會(huì)后，國(guó)家將全部馬鈴薯收獲機(jī)樣機(jī)都投放在黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，從而為馬鈴薯收獲機(jī)的研究工作創(chuàng)造了 良好的條件。 20 世紀(jì) 80 年代，我國(guó)又引進(jìn)了西德 RM– R 型、瑞士 SUPER– B 型配套動(dòng)力為 10 30kw 的馬鈴薯集條收獲機(jī) [14]。 20世紀(jì) 90 年代，我國(guó)薯類產(chǎn)區(qū)加大了馬鈴薯收獲機(jī)械的研制力度，山西省農(nóng)機(jī)推廣站與山西省忻州地區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站、黑龍江省農(nóng)機(jī)推廣站與大興安嶺地區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站、河北省農(nóng)機(jī)推廣站與河北省圍場(chǎng)地區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站、內(nèi)蒙古農(nóng)機(jī)推廣站等地農(nóng)機(jī)部門(mén)分別引進(jìn)了國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械進(jìn)行演示、選型。其中大型機(jī)具有俄羅斯生產(chǎn)的 KJIK– 2– 01 型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，意大利生產(chǎn)的 SP100 型雙行集條收獲機(jī)。小型機(jī)具有意大 利生產(chǎn)的 SP50型、內(nèi)蒙古包頭市農(nóng)機(jī)所研制的 4U– 。中型機(jī)具有黑龍江生產(chǎn)的 4S00– 型，內(nèi)蒙古農(nóng)機(jī)所研制的 4U– 1 型集條收獲機(jī)，以及內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的 4SW– 40 型收獲機(jī) [14]，如圖 13所示。 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，其市場(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)，并占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額。 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院在綜合國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的基礎(chǔ)上，研制成功了各種型號(hào)的馬鈴薯收獲機(jī)，如 1520 型馬鈴薯收獲機(jī)、 4UL1型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)、 4UW120 型馬鈴薯挖掘機(jī) 1700 型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)等多種機(jī)型，為我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)的研制奠定了良好的基礎(chǔ)。近年來(lái)，我國(guó)研制的馬鈴薯收獲機(jī)，主要是中小型挖掘機(jī) [925]為主，如河北省圍場(chǎng)農(nóng)機(jī)研究所生產(chǎn)的 4VM– 1A型， 4VW– 2A型馬鈴薯挖掘機(jī)，黑龍江齊齊哈爾市建新機(jī)械廠研制的 4U– 2型牽引馬鈴薯收獲機(jī)等，如圖 14所示。有些企業(yè)出于商業(yè)目的，報(bào)道馬鈴薯收獲機(jī)械工業(yè)初試成功的消息。但是就目前我國(guó)普遍的 動(dòng)力狀況，真正使機(jī)具在作業(yè)質(zhì)量過(guò)關(guān)、性能穩(wěn)定可靠、推廣 適用的機(jī)型并沒(méi)有出現(xiàn) [10][24]。目前，國(guó)產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)械較成熟的產(chǎn)品主要有兩種類型：一是升運(yùn)鏈桿條式，該類型機(jī)是目前國(guó)際通用形式，美國(guó)、芬蘭、德國(guó)、俄羅斯等國(guó)大型收獲機(jī)，日本自走式、韓國(guó)懸掛式收獲機(jī)普遍采用該型式，特點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)單雙行收獲和聯(lián)合作業(yè)。二是柵條擺動(dòng) 11 分離篩式收獲機(jī) ，該類型機(jī)是意大利、日本的早期結(jié)構(gòu)型式，不易實(shí)現(xiàn)雙行收獲和聯(lián)合作業(yè)。以上兩類型機(jī)也有不足之處，就是只能實(shí)現(xiàn)挖掘、土壤分離和集條功能，還不能完成排石、去秧、集箱或直接裝車等功能 [9]。最近幾年，我國(guó)馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械的 ，研制也 取得了一定的進(jìn)展黑龍江省伊春市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 農(nóng)機(jī)科研 所成功研制了 4UL2型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)（樣機(jī)），該機(jī)可一次完成土薯挖掘、碎土分離、清秧除雜、升運(yùn)卸薯裝車作業(yè)，于 2021 年 9 月通過(guò)鑒定，但未進(jìn)行推廣?，F(xiàn)代農(nóng)裝北方（北京）農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的 1650 型帶臂式聯(lián)合收獲機(jī)（圖 15），采用機(jī)、電、液一體化技術(shù)，配置浮動(dòng)挖掘機(jī)構(gòu)，對(duì)地仿形，確保挖掘深度，一次完成切溝、挖掘、輸送分離、莖蔓清除，集中裝車作業(yè)，也可根據(jù)收獲要求側(cè)面輸出。該機(jī)在挖掘時(shí)須有一運(yùn)輸車跟隨，而且地頭、地邊作業(yè)困難，只能適用于大面積 收獲。 12 本課題研究的意義、內(nèi)容及方法 研究意義 馬鈴薯是全球繼小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物 [1]，它作為一種糧食作物在同等條件下其單位面積蛋白質(zhì)產(chǎn)量分別是小麥的 2倍，水稻的 倍，玉米的 倍；所含 VC是蘋(píng)果的 10 倍， VB 是蘋(píng)果的 4倍；其它各種礦物質(zhì)含量是蘋(píng)果的 10倍以 [2]。因此，在日常生活中，以馬鈴薯為原料的食品已成為時(shí)尚。馬鈴薯不但營(yíng)養(yǎng)齊全而且結(jié)構(gòu)合理尤其是蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與人體的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)基本一致極易被人體吸收利用，其吸收利用率幾乎達(dá)到 100%，此外馬鈴薯還含 有其它糧食作物中所沒(méi)有的胡蘿卜素和抗壞血酸，因此營(yíng)養(yǎng)學(xué)家說(shuō)“馬鈴薯是十全十美的全價(jià)營(yíng)養(yǎng)食物” [3]。 馬鈴薯除了上述的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值之外它在工業(yè)領(lǐng)域也已成為不可或缺的重要原料，尤其是它的精淀粉、變性淀粉等深加工產(chǎn)品在紡織、印染、造紙、醫(yī)藥、化工、建材和石油鉆探等領(lǐng)域也都顯示出極高的利用價(jià)值 [4]，可以制成添加劑、增強(qiáng)劑、黏結(jié)劑、穩(wěn)定劑等，在有些時(shí)候它還可以用來(lái)生產(chǎn)酵母、多種酶、維生素、人造血液等產(chǎn)品。馬鈴薯獨(dú)特的自然屬性和優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件，使它的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也成為全球的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè) [5]。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間很 大，前景非常廣闊。據(jù)世界馬鈴薯中心研究表明：在世界范圍內(nèi)對(duì)馬鈴薯的需求到 2020 年將有望增長(zhǎng) 20%，超過(guò)水稻、小麥、玉米的增長(zhǎng)，屆時(shí)發(fā)展中國(guó)家對(duì)馬鈴薯的需求將是 2021 年的 2倍，幾乎占全球總產(chǎn)量的一半 [6]。隨著市場(chǎng)對(duì)馬鈴薯需求的不斷增加，馬鈴薯的產(chǎn)業(yè)化，機(jī)械化種植、收獲、深加工機(jī)械已經(jīng)成為各國(guó)的重要課題。 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(wàn) hm2，年總產(chǎn)量近 8000萬(wàn)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) 。 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(wú)霜期短，如收獲過(guò)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(guò)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 [24]。 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(kāi)性能優(yōu)良的收獲機(jī)械，因此研發(fā)適 13 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(wèn)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(kāi)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(wú)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。 14 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(wèn)題，研制出一種挖掘、分離、輸送等為一體的馬鈴薯收獲機(jī)械。 對(duì)整個(gè)機(jī)械的機(jī)架、行走、傳動(dòng)、分離各部分進(jìn)行研究設(shè)計(jì) ，并使之能達(dá)到既定目的。 本論文主要對(duì)機(jī)架、行走部分進(jìn)行相應(yīng)的理論分析與計(jì)算，以確定尺寸，完成初步設(shè)計(jì)。 我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)已有幾十年的歷史，但水平相對(duì)較低，制約我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展的因素主要有以下幾方面 [22]: （ 1）塊莖收獲所要求的機(jī)具技術(shù)難度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滿足生產(chǎn)需求困難大。 （ 2）配套動(dòng)力不能 滿足機(jī)具應(yīng)用要求。 （ 3）馬鈴薯種植方式多樣化。在種植方式上有壟作、平作；在作物定植上，行距、株距不一；在使用中機(jī)組進(jìn)地行走難和對(duì)行作業(yè)難等問(wèn)題，影響作業(yè)質(zhì)量和效果。 （ 4）我國(guó)日前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的馬鈴薯收獲機(jī)械試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)。 （ 5）馬鈴薯收獲機(jī)的機(jī)理研究和系統(tǒng)的理論欠缺，研究手段相對(duì)落后。 針對(duì)以上問(wèn)題，必須在薯塊輸送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。 1）馬鈴薯機(jī)械化收獲理論研究。 2）減少機(jī)具阻力。 3)馬鈴薯柔性輸送系統(tǒng)的研究。薯塊在輸送過(guò)程中極易傷害表皮，對(duì)儲(chǔ)存極為不利，因此需在輸送過(guò)程中研究應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新材料，避免在薯塊輸送過(guò)程中損傷馬鈴薯。 研究方法 1)通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，吸收并借鑒 部分 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)分離輸送系統(tǒng)的主要參數(shù)。 2)對(duì)輸送系統(tǒng)各主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并分析確定主要參數(shù)。 3）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) 完善設(shè)計(jì) 15 第 2 章 馬鈴薯收獲機(jī)的總體原理及挖掘部分設(shè)計(jì) 馬鈴薯的生長(zhǎng)農(nóng)藝特征及收獲要求 馬鈴薯的生長(zhǎng)農(nóng)業(yè)特征 馬鈴薯成熟塊莖一般生長(zhǎng)在 5～ 20cm的土層。塊莖的生長(zhǎng)寬度一般為 400cm左右。馬鈴薯塊莖地下分布情況 如圖21。 收獲要求 （ 1）挖掘深度 應(yīng)該滿足農(nóng)藝要求 ,即機(jī)具的 挖掘深度應(yīng)該大于馬鈴薯的種植深度 ,如 果機(jī)具的挖掘深度小于種植深度 ,必定造 成馬鈴薯的漏挖與損傷。一般挖掘深度 為： 15～ 16 25cm。 （ 2）明薯率、挖凈率與傷薯率 明薯率 ： 是說(shuō)明馬鈴 薯的收獲率。這里值得說(shuō)明的是有些馬鈴薯一部分露在外面 ， 另一部分則埋在土里 ， 屬于明薯還是暗薯不好判定。所以在測(cè)試時(shí)我們規(guī)定露在外觀的馬鈴薯≥ 1/4 時(shí)為明薯 ， 否則為暗薯 。 漏挖薯 ： 是機(jī)具未挖出的馬鈴薯 ： 它也是機(jī)具造成的損失，明薯、埋薯揀拾干凈后用人工找出機(jī)器沒(méi)有挖掘出來(lái)的殘留薯塊。 損傷薯 ： 從明薯、埋薯、漏挖薯中所有傷薯。根據(jù) GB5262 農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件，馬鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為：明薯率≥ 96%、傷薯率≤ 6%、挖凈率≥ 97%較為合適。 馬鈴薯 收獲機(jī)的整機(jī)機(jī)構(gòu)及工作原理 該機(jī)有拖拉機(jī)牽引，通過(guò)拖拉機(jī)動(dòng)力輸出 軸、伸縮萬(wàn)向節(jié)和減速器箱輸出軸的兩端分別將動(dòng)力傳給撥土輪和分離器的中間旋齒，中間旋齒在通過(guò)鏈輪再傳動(dòng)到其它各旋齒，再由前后旋齒軸分別帶動(dòng)喂入輪和升運(yùn)鏈。分離器的四組旋齒交錯(cuò)排列，各組旋齒的相位差為 90 度，齒距為 18mm。 機(jī)器的起落有拖拉機(jī)的液壓懸掛裝置控制。工作時(shí)液壓懸掛處于浮動(dòng)位置，通過(guò)調(diào)節(jié)限深輪的高低位置控制挖掘鏟的入土深度。 工作時(shí)，薯塊和土壤沿挖掘鏟上升并向后移動(dòng)，借助撥土輪、喂入輪的作用， 17 送入旋齒分離機(jī)構(gòu)，再旋齒的作用下，被破碎的土壤從旋齒間漏下，薯塊及部分硬土塊順次經(jīng)各旋齒送至升運(yùn)鏈，由升運(yùn) 鏈送入薯箱，然后靠其重量自動(dòng)放堆。 挖掘部件的設(shè)計(jì) 挖掘部件主要由挖掘鏟、鏟架、仿形鎮(zhèn)壓輪、深度調(diào)節(jié)桿和挖掘頭架等組成，如圖23所示。其中 h表示挖掘的深度，