馬鈴薯收獲機(jī)主要問(wèn)題機(jī)理分1析及其對(duì)策.doc

馬鈴薯收獲機(jī)主要問(wèn)題機(jī)理分析及其對(duì)策摘要： 針對(duì)大中型及小型馬鈴薯收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別對(duì)其壅土、壟高適應(yīng)性差以及傷薯和埋薯等常見(jiàn)主要問(wèn)題的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析，并從相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作參數(shù)設(shè)置方面提出了相應(yīng)對(duì)策，以期對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供指導(dǎo)和幫助。關(guān)鍵詞：馬鈴薯收獲機(jī)；壅土；壟高適應(yīng)性；傷薯；機(jī)理0 引言馬鈴薯收獲過(guò)程的用工量占其整個(gè)生長(zhǎng)期總用工量的半數(shù)以上。以往馬鈴薯收獲作業(yè)基本靠人工完成，不僅效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)成本高，而且作業(yè)質(zhì)量差，損傷、丟失嚴(yán)重。20世紀(jì)60年代，我國(guó)開(kāi)始自行研制馬鈴薯收獲機(jī)，到了2O世紀(jì)8O年代，隨著改革開(kāi)放的開(kāi)始，伴隨著各種規(guī)格款式國(guó)外先進(jìn)馬鈴薯收獲機(jī)的引入，以及自主研發(fā)能力的不斷增強(qiáng)，我國(guó)馬鈴薯收獲作業(yè)的機(jī)械化進(jìn)程開(kāi)始啟動(dòng) ，基于國(guó)情及產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，我國(guó)馬鈴薯種植業(yè)包括耕地面積較大的大中型農(nóng)場(chǎng)、家庭種植大戶，以及為數(shù)眾多地塊較小的中小戶型從業(yè)者，其各自的實(shí)際作業(yè)需要使得大中小各型馬鈴薯收獲機(jī)均有廣泛的市場(chǎng)需求。我國(guó)幅員遼闊，馬鈴薯種植分布廣泛，各地土壤、氣候等自然條件差異較大，農(nóng)藝參數(shù)(壟寬、壟高、種植深度等)又不盡相同，這對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)性能提出了很高的要求。1 基本結(jié)構(gòu)及工作流程11 基本結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的大中型馬鈴薯收獲機(jī)均采用桿條鏈作為土薯分離輸運(yùn)裝置，然而對(duì)于小型馬鈴薯收獲機(jī)，目前我國(guó)除了桿條鏈?zhǔn)街?，還存在擺動(dòng)篩式和轉(zhuǎn)籠式結(jié)構(gòu)的機(jī)型，但后兩者在實(shí)際應(yīng)用中所占份額較小。本文僅以桿條鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)進(jìn)行相關(guān)分析及論述，其中部分內(nèi)容同樣適用于其它兩種機(jī)型。圖1所示為一款單行桿條鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)。實(shí)際應(yīng)用中的馬鈴薯收獲機(jī)大多所具有的基本結(jié)構(gòu)組成包括：懸掛架、挖掘鏟、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)架、抖動(dòng)升運(yùn)鏈和支撐行走輪。對(duì)小型馬鈴薯收獲機(jī)而言，結(jié)構(gòu)上多數(shù)也僅具有以上基本組成 。12 工作流程馬鈴薯收獲作業(yè)中，常見(jiàn)收獲機(jī)的主要工作流程基本均采用如下形式：鏟式挖掘一(往復(fù)碎土)一桿條鏈輸送抖動(dòng)分離一(抖動(dòng)篩分離)一馬鈴薯明落地表一人工撿拾。作業(yè)過(guò)程中，收獲機(jī)與拖拉機(jī)后懸掛式聯(lián)接，拖拉機(jī)提供牽引動(dòng)力，并由動(dòng)力輸出軸輸入配套動(dòng)力驅(qū)動(dòng)桿條鏈完成含薯土壤的輸送及抖動(dòng)分離。2 作業(yè)中主要問(wèn)題機(jī)理分析21 土壤壅堵機(jī)理分析土壤壅堵不僅妨礙含薯土壤的順暢輸送，還造成2009年1月 農(nóng)機(jī)化研究了牽引阻力的大幅增加。馬鈴薯收獲機(jī)易于發(fā)生土壤滯留、壅堵的部位主要在挖掘部件及其鄰近區(qū)域。現(xiàn)有機(jī)型易于引發(fā)壅堵的具體位置及結(jié)構(gòu)特征主要有以下幾點(diǎn)：1)組合式鏟片間隙處的橫梁迎土面。多鏟片組合式挖掘部件因制造和作業(yè)性能上的優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用，但組合式挖掘鏟片大多以整體橫梁為支撐，鏟片間隙處橫梁所造成的迎土面(如圖2a所示)，會(huì)阻斷土壤順暢流動(dòng)，并造成秧莖或雜草搭纏，從而導(dǎo)致作業(yè)阻力增大，誘發(fā)土壤壅積。2)挖掘鏟與分離輸運(yùn)部件結(jié)合處。一些馬鈴薯收獲機(jī)(包括多數(shù)小型機(jī))挖掘鏟鏟長(zhǎng)有限，為保證挖掘鏟具有合理的鏟面傾角，鏟的輸出端往往比較低，不能把含薯土垡直接輸送至升運(yùn)鏈輸運(yùn)桿的上方。這導(dǎo)致輸入土垡與輸運(yùn)桿間相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向接近直角，并使土垡在鏟垂直方向上受到輸運(yùn)桿過(guò)大的間歇式?jīng)_擊，從而降低含薯土垡的有效輸運(yùn)能力，導(dǎo)致土壤壅積，并引起傷薯率的上升。3)挖掘鏟(或其支撐橫梁)與機(jī)架側(cè)板連接處。挖掘鏟(或其支撐橫梁)兩側(cè)直接與機(jī)架側(cè)板連接的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致機(jī)架側(cè)邊(或框)前端下伸，工作時(shí)常隨挖掘鏟一起入土，其迎土面與土壤存在正面推壓，而機(jī)架側(cè)邊(框)內(nèi)側(cè)面則因摩擦與粘附作用，同樣不利于土壤流動(dòng)，作業(yè)中易于引發(fā)壅堵，并造成牽引阻力的增大。另外，挖掘輸運(yùn)過(guò)程中，有些機(jī)型結(jié)構(gòu)上存在含薯土垡運(yùn)行路徑橫斷面空間不足的設(shè)計(jì)缺陷，如路徑上方固定動(dòng)力出入轉(zhuǎn)向器的橫梁過(guò)低，作業(yè)過(guò)程中妨礙含薯土垡順利通行，從而引起壅土。當(dāng)然，作業(yè)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)也會(huì)造成壅土現(xiàn)象的發(fā)生，如收獲機(jī)行進(jìn)速度過(guò)高，而同時(shí)升運(yùn)鏈線速度過(guò)低。22 壟高適應(yīng)性問(wèn)題的機(jī)理分析馬鈴薯種植多以壟作模式為主，但各地壟型差異明顯，壟距為4090cm、壟高1040cm不等，規(guī)格多樣。收獲機(jī)的作業(yè)幅寬由于挖掘及輸運(yùn)部件尺寸制約，難以變更，需要在制造或購(gòu)機(jī)時(shí)，按實(shí)際壟寬先行確定。而壟高不僅與各地種植習(xí)慣、方式有關(guān)，還受到中期培土等因素的影響。因此，同一區(qū)域相同壟距的地塊，壟高也可能存在較顯著的不同。保持穩(wěn)定恰當(dāng)?shù)耐诰蛏疃仁邱R鈴薯收獲作業(yè)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。壟高的變化要求挖掘鏟鏟尖與支撐行走輪行走的壟溝地面的垂向距離可以調(diào)節(jié)。我國(guó)現(xiàn)有馬鈴薯收獲機(jī)多采用懸掛式結(jié)構(gòu)，挖掘鏟位于觸壟作業(yè)的最前端，人土深度的調(diào)節(jié)以液壓缸通過(guò)調(diào)節(jié)下拉桿，使整機(jī)以行走輪觸地點(diǎn)為支點(diǎn)做俯仰運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)及其調(diào)節(jié)方式，使得挖掘鏟的鏟面傾角因壟高及種植深度的不同，而發(fā)生較大范圍的變化；而挖掘鏟的鏟面傾角直接與作業(yè)牽引阻力大小相關(guān)。并且，這種調(diào)節(jié)方式，也難以保證挖掘深度的穩(wěn)定，需要不斷在作業(yè)過(guò)程中通過(guò)調(diào)整液壓系統(tǒng)進(jìn)行修正，這也增大了機(jī)手的作業(yè)難度。23 傷薯、埋薯機(jī)理分析傷薯是指收獲環(huán)節(jié)中機(jī)械部件對(duì)馬鈴薯造成的切傷、碰傷等現(xiàn)象，收獲環(huán)節(jié)中傷薯發(fā)生率最高可達(dá)馬鈴薯收獲總量的約30_6 ；埋薯則是由于分離不凈、帶土過(guò)多造成部分馬鈴薯掘起后的2次掩埋。由于大中型機(jī)與小型機(jī)結(jié)構(gòu)存在顯著不同，從而導(dǎo)致兩者傷薯機(jī)理也存在明顯差異。231 挖掘部件傷薯機(jī)理分析就大中型機(jī)而言，由于牽引動(dòng)力強(qiáng)大，自身質(zhì)量較大，且挖掘深度一般較深，而導(dǎo)向限深輪又配備的較為普遍，挖掘鏟作業(yè)幅寬也普遍寬裕，因而挖掘部件傷薯、切薯現(xiàn)象幾乎不存在。但對(duì)小型機(jī)而言，牽引動(dòng)力較小，自重較小，且大多未配置導(dǎo)向限深輪，使得作業(yè)過(guò)程中鏟的人土深度波動(dòng)較大；挖掘鏟作業(yè)幅寬也較小，作業(yè)過(guò)程中又常會(huì)發(fā)生側(cè)移現(xiàn)象，因此挖掘鏟及切土圓盤傷薯、切薯現(xiàn)象較為頻繁。另外，對(duì)于配置導(dǎo)向限深輪的收獲機(jī)，一旦位置設(shè)計(jì)的不合理，作業(yè)中輪滾筒觸壟位置靠近或正處于兩面楔理論中所描述的挖掘鏟前端土垡錯(cuò)動(dòng)滑移線上時(shí)，如果不能合理減輕導(dǎo)向限深輪對(duì)土壟的荷載，將會(huì)造成挖掘鏟與導(dǎo)向限深輪之間及其前部鄰近區(qū)域土壤壓力的瞬間迅速增大，可導(dǎo)致馬鈴薯塊莖被從壟中擠出，并進(jìn)而受到導(dǎo)向限深輪輪緣或切土圓盤的切傷。 232 抖動(dòng)輸運(yùn)部件傷薯機(jī)理分析抖動(dòng)輸運(yùn)部件傷薯主要由于馬鈴薯與機(jī)械部件在碰撞過(guò)程中沖擊強(qiáng)度過(guò)大所導(dǎo)致。抖動(dòng)輸運(yùn)過(guò)程中，傷薯易發(fā)區(qū)域?yàn)椋核俣却笮〖捌浞较蛲蛔儏^(qū)、輸運(yùn)部件抖動(dòng)加速?gòu)?qiáng)烈區(qū)，以及輸運(yùn)結(jié)束時(shí)的落薯區(qū)。大中型機(jī)往往具有兩級(jí)或以上的多級(jí)輸運(yùn)鏈，而且各級(jí)鏈長(zhǎng)度往往較長(zhǎng)，尤其是第一級(jí)鏈，長(zhǎng)度往往可達(dá)4m，甚至更多(如圖3a所示)。作業(yè)過(guò)程中，常常未到第一級(jí)鏈末端，鏈上土壤就所剩無(wú)幾，馬鈴薯就已直接與桿條發(fā)生碰撞；而且第一級(jí)鏈的后部還往往配有抖動(dòng)輪，強(qiáng)烈的抖動(dòng)加速度，更加劇了桿條作用于塊莖的碰撞強(qiáng)度 J。另外，各級(jí)鏈交接處常存在高度落差以及運(yùn)動(dòng)方向與速度的變化，這也增大了塊莖碰傷的可能。小型馬鈴薯收獲機(jī)普遍只有一級(jí)升運(yùn)鏈，且有效輸運(yùn)長(zhǎng)度較短(如圖3b所示)。作業(yè)時(shí)，由于過(guò)篩時(shí)間短，故而即使在輸運(yùn)末端，升運(yùn)鏈上仍存在少許土壤，即在鋼制桿條與馬鈴薯之間始終存在緩沖層，使得鏈桿對(duì)塊莖的碰撞強(qiáng)度大大降低。此外，小型機(jī)機(jī)身矮小，升運(yùn)鏈末端離地高度較低，加之地面新翻松軟土層的緩沖，薯塊落地瞬間所受碰撞強(qiáng)度亦較低；而大中型機(jī)升運(yùn)鏈末端明顯增高，拋出的薯塊落地在瞬間與地面以及已落地薯塊間的碰撞強(qiáng)度明顯增大。可以看出，對(duì)于大中型機(jī)而言，抖動(dòng)輸運(yùn)部件傷薯發(fā)生頻繁 ；而小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)由該部位所引發(fā)的傷薯情況并不嚴(yán)重。233 埋薯機(jī)理分析對(duì)于大中型機(jī)，由于升運(yùn)鏈輸運(yùn)過(guò)程中土薯分離的相當(dāng)徹底，因此一般沒(méi)有埋薯現(xiàn)象。而小型馬鈴薯收獲機(jī)由于抖動(dòng)輸運(yùn)長(zhǎng)度較短，一旦行進(jìn)速度與升運(yùn)鏈線速度及抖動(dòng)幅值匹配不好，往往會(huì)造成升運(yùn)鏈末端帶土過(guò)多，極易導(dǎo)致部分塊莖落地后被重新掩埋。3 對(duì)策31 防堵原則與方法防止土壤壅堵的基本原則：盡量減少觸土部件及迎土面；合理配置作業(yè)參數(shù)，視現(xiàn)場(chǎng)土壤條件等，及時(shí)優(yōu)化行進(jìn)速度與升運(yùn)鏈線速度的比例。關(guān)于防堵的具體方法，可在結(jié)構(gòu)上采用彎桿下支撐式分離組合挖掘鏟，該型鏟有效避免了鏟片間隙處的迎土面，并消除了挖掘鏟或其支撐橫梁與機(jī)架側(cè)板的連接；另可在鏟后增置延伸柵條，適當(dāng)抬升土垡的輸出高度至升運(yùn)鏈輸運(yùn)桿的上方。32 提高壟高適應(yīng)性的方法首先要保證挖掘鏟鏟面傾角的便捷可調(diào)；其次，要滿足支撐行走輪的高度可調(diào)；再配以懸掛系統(tǒng)對(duì)收獲機(jī)前端高度的調(diào)整，即可在不同壟高地塊的作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)預(yù)設(shè)的理想鏟面傾角，從而保證其壟高適應(yīng)性。33 防止傷薯與埋薯的方法對(duì)大中型機(jī)而言，關(guān)鍵在于防止抖動(dòng)輸運(yùn)部件碰傷薯塊。具體可采取下列方法： 在升運(yùn)鏈鏈速不變的情況下，適當(dāng)提高行進(jìn)速度，增加第一級(jí)鏈上的土壤存量；降低各級(jí)鏈交接處的高度差及速度差；降低第一級(jí)鏈末端的抖動(dòng)幅值； 后級(jí)鏈桿條包套膠等彈性緩沖層；降低末級(jí)鏈輸出端高度及拋薯速度。對(duì)小型機(jī)而言，關(guān)鍵在于防止挖掘部件切傷薯塊及埋薯?？梢栽鲈O(shè)仿形鎮(zhèn)壓輪，通過(guò)穩(wěn)定挖掘深度及控制收獲機(jī)作業(yè)時(shí)跑偏，來(lái)防止切薯。對(duì)于防止埋薯，應(yīng)當(dāng)視土