韭菜收获机开发与应用.pdf

引用本文格式 张栋 董微 张宇飞 等 韭菜收获机开发与应用 J 农业工程 2022 12 10 13 16 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2022 10 003 ZHANG Dong DONG Wei ZHANG Yufei et al Development and application of leek harvester J Agricultural Engineering 2022 12 10 13 16 韭菜收获机开发与应用 张 栋1 2 董 微1 2 张宇飞1 2 周增产1 2 3 姚 涛1 2 张浩文1 2 1 北京市农业机械研究所有限公司 北京 100096 2 北京市植物工厂工程技术研究中心 北京 100094 3 北京京鹏环球科技股份有限公司 北京 100094 摘 要 目前 韭菜的种植量日益增加 每年收获4 5次 收获劳动强度大 主要以人工收获为主 迫切需要实现韭菜 收获机械化 基于国内韭菜生产实际情况 针对韭菜的收割要求 设计开发了韭菜收获机 可提升收获效率 节省劳动 力成本 降低劳动强度 关键词 韭菜 收获机 收获机械化 中图分类号 S225 92 文献标识码 A 文章编号 2095 1795 2022 10 0013 04 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2022 10 003 Development and Application of Leek Harvester ZHANG Dong1 2 DONG Wei1 2 ZHANG Yufei1 2 ZHOU Zengchan1 2 3 YAO Tao1 2 ZHANG Haowen1 2 1 Beijing Agricultural Machinery Institute Co Ltd Beijing 100096 China 2 Beijing Plant Engineering Technology Research Center Beijing 100094 China 3 Beijing Kingpeng International Hi tech Corporation Beijing 100094 China Abstract At present planting amount of leek is increasing day by day It is harvested 4 5 times a year which is labor intensive It is mainly manual harvest and there is an urgent need to realize mechanization of leek harvest Based on actual situation of domestic leek production and requirements of leek harvesting a leek harvester was developed which could improve harvesting efficiency save labor costs and reduce labor intensity Keywords leek harvester harvest mechanization 0 引言 韭菜为多年生植物 生长能力强 栽培方式多样 以露地栽培为主要种植形式 1 3 韭菜常年种植面积占 蔬菜总面积的5 6 每年可以收获4 5次 近些 年 反季节韭菜种植面积不断增加 生产效益较 高 4 5 据统计 在叶类蔬菜生产过程中 收获作业量占总 作业量的40 以上 6 在韭菜整个生产作业过程中 韭菜收割成本占韭菜生产成本的30 左右 收割作业 劳动强度大 人工成本高且耗时长 7 9 收割作业效果 直接影响韭菜的加工与销售环节 进一步影响韭菜销 售价格 10 随着劳动力结构性短缺问题日益突出 实 现韭菜的机械化收获迫在眉睫 基于国内韭菜生产实际情况 针对韭菜的收割要求 北京市农业机械研究所有限公司设计开发了韭菜收获 机 有效降低了韭菜收获过程中的劳动强度 提高了 韭菜的收割生产效率和收获机械化水平 11 12 1 结构组成 韭菜收获机可根据韭菜长势及收割要求实现割茬高 度实时调节 自动化程度高 该设备采用无级调速 可实现自主行走 单人可操作机器 工作效率高 韭菜收获机由主机 扶禾装置 切割装置 输送装 置 收集装置和行走装置组成 整机外形尺寸2 350 mm 650 mm 1 100 mm 韭菜收获机结构如图1所示 2 工作流程 韭菜收割高度一般为离地2 4 cm 工作过程中扶 禾装置 切割装置 输送装置和收集装置等相互配合 完成韭菜的聚拢 切割 夹送 输送和收集等工序 韭菜收获机工作流程如图2所示 收稿日期 2022 07 07 修回日期 2022 09 26 作者简介 张栋 学士 主要从事设施农业研究 E mail zhangdong202012 董微 通信作者 硕士 主要从事设施农业研究 E mail dongwei2016 第 12 卷 第 10 期 农 业 工 程 Vol 12 No 10 2022 年 10 月 AGRICULTURAL ENGINEERING Oct 2022 图2 韭菜收获机工作流程 Fig 2 Work flow of leek harvester 1 聚拢 通过主机架前端扶禾装置将韭菜聚拢 实现扶正和导向功能 并将韭菜送至切割装置 2 切割 割刀采用高速钢材质 割刀高度可随 意调节 前后位置也有一定调节余量 旋转过程中完 成韭菜切割工作 3 夹送 切割后的韭菜通过上海绵输送带与下 海绵输送带进行夹持传送 运送到一定高度 4 输送 上海绵输送带与下海绵输送带末端连 接草坪纹输送带 韭菜通过草坪纹输送带输送到收集箱中 5 收集 韭菜到达收集箱后 后拨抓手将韭菜 进行收拢 3 关键部件设计 3 1 主机 主机由扶手杆 主机架 左右罩板 铅酸蓄电池和 控制箱组成 采用铅酸蓄电池提供动力 可调节前端 行走小轮 后端输送电机 减速器及行走装置 铅酸 蓄电池由两个串联而成 放置在电池箱内固定在主机 架底盘上 3 2 扶禾装置 为了将待割的韭菜准确引入切割装置 扶正倒伏的 韭菜 并推送到割刀 避免韭菜茎秆堆积在割台上 在主机架前端安装有扶禾装置 如图3所示 扶禾装置 由扶禾导板 图4 下底板和连接板组成 图3 扶禾装置 Fig 3 Lifting device 图4 扶禾导板 Fig 4 Lifting guide plate 3 3 切割装置 切割装置由割刀 割刀电机 电机法兰 割刀轴和 切割轴管组成 通过切割调节板固定在主机架前端 割刀为直径280 mm 内孔24 5 mm 厚度3 mm的6齿 刀 材质为锰钢 割刀电机转速3 000 r min 功率 100 W 3 4 输送装置 输送装置由海绵输送带 草坪纹输送带 电机带减 速器 链条组成 在主机架上位于割刀的上方设有海 1 扶手杆 2 后拨装置 3 控制箱 4 草坪纹胶带 5 左罩板 6 下海 绵输送带 7 上海绵输送带 8 扶禾装置 9 切割装置 10 行走小轮 11 主机架 12 电池箱 13 行走大轮 14 后桥 15 右罩板 16 收集箱支架 17 收集箱 图1 韭菜收获机结构 Fig 1 Structure of leek harvester 14 农业工程 装备与机械化 绵输送带 通过上海绵输送带与下海绵输送带夹持 海绵输送带倾斜向上传输与草坪纹输送带组成输送装 置完成韭菜输送 海绵输送带由外层胶带面和内层胶 带面构成 采用聚氯乙烯 PVC 材质作为底带 输送 带体弹性好 不易变形 外层胶带表面覆盖一层高密 度海绵层 具有强度高 质量小 弹性好的特点 在 受到外力挤压和碰撞下具有超强的耐磨性和抗撕裂性 可以保护韭菜不受到挤压碾碎 内层胶带由PVC平胶 带 PVC导向条构成 可以做到传输平稳不脱轨 采 用草坪纹输送带可以增加输送途中摩擦力 防止韭菜 下滑 装置中采用了电机带减速器 传动效率高 可 有效避免传送胶带卡死现象 链条采用张紧链轮 可 有效调节链条张紧程度 确保链条不脱节 传输可靠 性更高 3 5 收集装置 收集装置由收集箱 收集箱支架 后拨抓手 后拨 支架 后拨轴 后拨电机和4杆机构组成 收集箱通过 收集箱支架固定在主机架上 收集箱角度可调 后拨 抓手通过后拨支架与后拨轴固定在主机架上 后拨电 机通过4杆机构带动后拨抓手进行回转运动 将堆积的 韭菜进行收拢 3 6 行走装置 行走装置采用无级变速后桥 可搭配输送带合理控 制韭菜收获机行走速度 提高收割效率 4 试验测试 4 1 测试内容 选取收割韭菜时割茬高度 损失率 损伤率等指标 同时考察整机各部件的作业性能 韭菜收获机作业现 场情况如图5所示 4 2 试验时间 地点 试验时间 2022年4月20日 试验地点 北京市通州科研平台 4 3 试验条件 种植韭菜的日光温室地面无杂草 石块 韭菜直立 无倒伏 自然高度300 400 mm 温室内风力小于 1 m s 韭菜收获机行走速度为0 3 m s 割刀速度为3 000 r min 输送电机转速为360 r min 4 4 试验用仪器 试验用仪器 仪表应在有效检定期内 并符合表1 的要求 4 5 测试方法 1 割茬高度 在试验测试区内 测定收割后的 地表与韭菜割口的高度 共测9点 计算平均值 2 损失率 在试验测试区内 将撒落在测试区 地面上的韭菜或地面上漏收割的韭菜捡拾起来称质量 按式 1 计算损失率 GS Gs G 100 1 式中 GS 损失率 Gs 撒落在测区地面上的韭菜或地面上漏收 割的韭菜质量 kg G 收割后铺放在地面的全部韭菜质量 kg 3 损伤率 在试验测试区内 将收割后铺放在 地面的全部韭菜称质量 称质量后把由于在收割过程 中拉断或挤压受伤和输送过程中被挤压或拉断的韭菜 挑选出来称质量 计算其损伤率 4 铺放角度 在试验测试区内 用角度尺测定 铺放在地面的韭菜与收割机前进方向夹角 每隔1 m测 定1点 共测9点 计算平均值 5 工作效率 韭菜收获机作业时 用秒表测定 通过测区长度所用时间 按式 2 计算工作效率 E 0 024LcSc tc 2 式中 E 工作效率 hm2 h Lc 行距 m Sc 测区长度 m 表 1 试验用主要仪器 仪表和工具 Tab 1 Main instruments meters and tools for test 序号 名称 规格 精度 1 秒表 1 100 2 电子秤 5 kg 1 g 3 皮卷尺 20 m 1 mm 4 钢直尺 1 m 1 mm 5 磅秤 100 kg 10 g 6 角度尺 0 2 图5 韭菜收获机作业现场 Fig 5 Operation site of leek harvester 张栋 等 韭菜收获机开发与应用 15 tc 韭菜收获机通过测区的时间 s 4 6 试验结果 根据韭菜种植行距和生长高度 调节扶禾装置离地 间隙 收获时左右扶禾导板在切割前伸入韭菜根部 随着收获机前进逐渐将待割区韭菜扶正 转入切割区 进行切割 切割后的韭菜通过输送装置到达收集装置 试验结果如表2所示 表 2 试验结果 Tab 2 Test results 序号 测试内容 测试结果 备注 1 割茬高度 mm 15 30 2 损失率 1 5 割台损失或传输损失 3 损伤率 0 5 割台夹伤或压伤 4 铺放角度 90 30 侧面垂直铺放 5 工作效率 hm2 h 1 0 022 5 5 结束语 劳动力的不断减少与韭菜需求量的日益增长 促进 我国韭菜等叶菜类蔬菜的收获必须向机械化发展 随 着韭菜新品种的不断推广 未来几年内品质高的韭菜 生产覆盖率将会提高到80 以上 无公害高质量的韭 菜将占据蔬菜市场 全国韭菜种植面积将会大幅度增 加 而且以规模化的反季节栽培韭菜为主 实现韭菜 产业化 机械化生产势在必行 韭菜收获机可根据韭 菜长势及收割要求实现割茬高度实时调节 自动化程 度高 对于其他叶茎类蔬菜收获机械的研究具有一定 的借鉴价值 参考文献 张宝海 韩向阳 何伟明 等 日光温室韭菜轻简化高效栽培技 1 术 J 中国蔬菜 2019 11 101 103 李艺潇 陈中府 吕爱芹 等 韭菜轻简化栽培技术 J 农业 科技通讯 2021 11 293 294 303 2 张力文 任志家 于平 等 韭菜栽培模式及机械化生产关键技 术 J 农业工程 2020 10 7 24 29 ZHANG Liwen REN Zhijia YU Ping et al Leek cultivation mod el and key technology of mechanized production J Agricultural Engin eering 2020 10 7 24 29 3 康秀玉 种植优质安全韭菜发展特色蔬菜产业 J 河北农业 2018 10 63 64 4 乔立娟 吴曼 宗义湘 等 我国辛辣类蔬菜产业发展趋势与建 议 J 中国蔬菜 2021 8 11 17 5 刘东 肖宏儒 金月 叶类蔬菜有序收获机械的研究现状及发展 对策 J 江苏农业科学 2019 47 3 27 31 6 黄修德 康丽芳 设施韭菜机械化生产技术应用 J 农机质量 与监督 2021 5 28 29 7 宫元娟 冯雨龙 李创业 等 韭菜收割机械研究现状及发展趋 势 J 农机化研究 2018 40 10 262 268 GONG Yuanjuan FENG Yulong LI Chuangye et al Research ac tuality of leek harvester and its developing countermeasures J Journal of Agricultural Mechanization Research 2018 40 10 262 268 8 李继伟 卞丽娜 翟欢乐 等 韭菜收割机扶禾装置技术及新装 置研制 J 安徽农业科学 2021 49 21 223 226 230 LI Jiwei BIAN Lina ZHAI Huanle et al Straightening device tech nology of leek harvester and development of new straightening device J Journal of Anhui Agricultural Sciences 2021 49 21 223 226 230 9 刘宇航 韭菜机械化生产技术经济效益分析 J 农业开发与装 备 2019 5 62 63 10 王建军 谭俊 黄毅成 等 蔬菜收割机有序收割装置的设计 J 农业装备技术 2020 6 11 12 11 张静 多功能茎秆收割机的结构设计及受力分析 J 农机化研 究 2021 43 6 131 134 ZHANG Jing The structure design and force analysis of the multi func tion stalk harvester J Journal of Agricultural Mechanization Research 2021 43 6 131 134 12 16 农业工程 装备与机械化