甘藍(lán)收獲關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究.pdf

1、經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平有了較大幅度的提高，但同發(fā)達(dá)國家相比，整體的水平還比較低。目前，我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，特別是蔬菜生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)還主要是依靠人工來完成，蔬菜生產(chǎn)的收獲作業(yè)，季節(jié)性強(qiáng)、平均勞動(dòng)強(qiáng)度大，需要大量勞動(dòng)力來完成。而隨著我國城鎮(zhèn)化步伐的逐步加快，農(nóng)村人口向第二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的速度也越來越快，農(nóng)村勞動(dòng)力正在逐年減少，青壯年勞動(dòng)力出現(xiàn)不足。
　　 結(jié)球甘藍(lán)由于產(chǎn)量高、品質(zhì)好、抗寒、耐儲(chǔ)存和易運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，成為我國的主

2、要蔬菜之一。本研究針對(duì)目前國內(nèi)甘藍(lán)收獲用手工完成，帶來生產(chǎn)成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、損失率高等不足，結(jié)合我國廣大農(nóng)村實(shí)際，在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，研制一種甘藍(lán)收獲機(jī)以滿足甘藍(lán)生產(chǎn)機(jī)械化的迫切需求。到目前為止，我國除臺(tái)灣地區(qū)外還沒有開發(fā)出甘藍(lán)收獲機(jī)，所以研制甘藍(lán)收獲機(jī)有十分重大的意義。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。
　　 (1)甘藍(lán)的物理力學(xué)特性的研究。通過實(shí)驗(yàn)室和田間對(duì)收獲期的早熟結(jié)球甘藍(lán)的測(cè)定，來探求其總高度、結(jié)球尺寸

3、和質(zhì)量、根莖長度和直徑等形狀數(shù)據(jù)，測(cè)定其在土壤中的拔取力和根莖不同位置的水份，通過自制試驗(yàn)裝置測(cè)定其剪切強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，使用Design-Expert Version6.0.10軟件對(duì)試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，試驗(yàn)結(jié)果表明:甘藍(lán)在田間的拔取力為[103.0，279.0]N;甘藍(lán)根莖自上至下4個(gè)不同部位的含水率呈逐漸減小趨勢(shì)，分別為[87.85，90.89]％、[84.45，91.45]％、[75.83，83.31]％、[

4、79.79，87.11]％;剪切強(qiáng)度逐漸增大，分別為[5.37×10-2，2.85×10-2]MPa、[2.58×10-2，1.10×10-2]MPa、[1.06，1.78] MPa、[1.25,1.97] MPa。
　　 (2)甘藍(lán)收獲機(jī)的方案設(shè)計(jì)。通過調(diào)查我國北方甘藍(lán)種植模式可知，其主要為單行壟作，育苗后人工移栽，根據(jù)我國農(nóng)村現(xiàn)有動(dòng)力機(jī)器型譜，設(shè)計(jì)了甘藍(lán)收獲機(jī)的方案。確定了牽引方式、配套動(dòng)力、收獲行數(shù)以及主要技術(shù)參數(shù)。該機(jī)主

5、要由雙圓盤導(dǎo)入裝置、仿形機(jī)構(gòu)、雙螺旋拔取裝置、帶式扶持裝置、切根裝置、鏈?zhǔn)教嵘斔脱b置、外包葉去除裝置、集收裝置、地輪、機(jī)架以及傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。
　　 (3)甘藍(lán)收獲機(jī)拔取輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化試驗(yàn)研究。對(duì)甘藍(lán)拔取機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，建立了其受力分析模型，得出了甘藍(lán)正常輸送的條件和影響因素，為試驗(yàn)奠定理論基礎(chǔ)。采用四因子五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，根據(jù)受力模型的分析結(jié)果，選取有影響的螺桿轉(zhuǎn)速、桿間距離、螺桿節(jié)間和螺桿與地面

6、夾角等四個(gè)因素，以拔取輸送率和切根不合格率為目標(biāo)函數(shù)，探索甘藍(lán)收獲機(jī)拔取輸送機(jī)構(gòu)的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)和各因素對(duì)目標(biāo)的影響規(guī)律。
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明，四個(gè)影響因素的貢獻(xiàn)率依次為螺桿節(jié)距、桿間距離、螺桿轉(zhuǎn)速和螺桿與地面夾角;優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)和運(yùn)用參數(shù)為螺桿轉(zhuǎn)速627 r/min、桿間距離28 mm、螺桿節(jié)距38mm、螺桿與地面角度14°。
　　 (4)甘藍(lán)收獲機(jī)剝皮輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究。研制一種摩擦擠壓式甘藍(lán)剝皮機(jī)構(gòu)，對(duì)由滾輪和皮

7、帶組成的剝皮機(jī)構(gòu)的剝皮原理進(jìn)行了分析，建立了基于擠壓摩擦原理的甘藍(lán)剝皮受力分析模型，得出了影響甘藍(lán)剝皮的主要因素。采用四因子五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，根據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)和受力模型的分析結(jié)果，選取有影響的皮帶帶速、滾輪轉(zhuǎn)速、輪帶間距以及輪帶夾角等四個(gè)因素，以甘藍(lán)剝皮率和運(yùn)送率為目標(biāo)函數(shù)，探索甘藍(lán)收獲機(jī)剝皮輸送機(jī)構(gòu)各因素對(duì)目標(biāo)的影響規(guī)律和最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明，四個(gè)影響因素的貢獻(xiàn)率依次為滾輪轉(zhuǎn)速、皮帶帶速、輪帶間

8、距和輪帶夾角。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)和運(yùn)用參數(shù)為皮帶帶速2.0 m/s、滾輪轉(zhuǎn)速192 r/min、輪帶間距44.5 mm、輪帶夾角為43°。
　　 (5)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)。針對(duì)甘藍(lán)由人工移栽，壟上株間不成直線的現(xiàn)狀，研制了雙圓盤導(dǎo)入裝置，建立了其運(yùn)動(dòng)模型，確定了其傳動(dòng)方式，該裝置的功能是將偏離壟中心線的甘藍(lán)導(dǎo)入到中線并喂入到拔取機(jī)構(gòu)。研究并詳細(xì)設(shè)計(jì)了帶式扶持機(jī)構(gòu)、犁狀支撐機(jī)構(gòu)、仿形機(jī)構(gòu)、鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)構(gòu)、機(jī)架、集收裝置以及傳動(dòng)系統(tǒng)。

9、r>　　 (6)基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的甘藍(lán)收獲機(jī)研究。應(yīng)用三維CAD軟件對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了零件建模，通過干涉檢查，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)和易操控性的基礎(chǔ)上裝配完成甘藍(lán)收獲機(jī)虛擬樣機(jī)。應(yīng)用動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS，建立了關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的受力模型，定義了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副，通過加載外力和載荷，對(duì)主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析;應(yīng)用有限元分析軟件，對(duì)收獲機(jī)中受力最集中的機(jī)架進(jìn)行了有限元受力分析，發(fā)現(xiàn)了受力的關(guān)鍵點(diǎn)并重新優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，機(jī)架材料用量減少了30％。
　　 (7)

10、甘藍(lán)收獲機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)、試制與田間性能試驗(yàn)。設(shè)計(jì)并試制了國內(nèi)第一臺(tái)甘藍(lán)收獲機(jī)樣機(jī)，該機(jī)以收獲結(jié)球甘藍(lán)為主，可兼收大白菜，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用;通過甘藍(lán)收獲機(jī)樣機(jī)的田間試驗(yàn)，得出其性能為:拔取率為93％，切根合格率92％，機(jī)器作業(yè)效率約0.08～0.1 hm2/h，結(jié)球的收獲速度為0.93球/秒，技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)其作業(yè)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，通過單機(jī)折舊費(fèi)、人工費(fèi)、油耗等指標(biāo)分析，該機(jī)作業(yè)成本為902.4元/公頃，僅為人工作業(yè)費(fèi)的30.1％，當(dāng)年