马铃薯收获机主要问题机理分1析及其对策.doc

马铃薯收获机主要问题机理分析及其对策摘要： 针对大中型及小型马铃薯收获机的结构特点，分别对其壅土、垄高适应性差以及伤薯和埋薯等常见主要问题的产生机理进行了分析，并从相关结构设计及工作参数设置方面提出了相应对策，以期对马铃薯收获机的设计和应用提供指导和帮助。关键词：马铃薯收获机；壅土；垄高适应性；伤薯；机理0 引言马铃薯收获过程的用工量占其整个生长期总用工量的半数以上。以往马铃薯收获作业基本靠人工完成，不仅效率低下、劳动强度大、生产成本高，而且作业质量差，损伤、丢失严重。20世纪60年代，我国开始自行研制马铃薯收获机，到了2O世纪8O年代，随着改革开放的开始，伴随着各种规格款式国外先进马铃薯收获机的引入，以及自主研发能力的不断增强，我国马铃薯收获作业的机械化进程开始启动 ，基于国情及产业发展现状，我国马铃薯种植业包括耕地面积较大的大中型农场、家庭种植大户，以及为数众多地块较小的中小户型从业者，其各自的实际作业需要使得大中小各型马铃薯收获机均有广泛的市场需求。我国幅员辽阔，马铃薯种植分布广泛，各地土壤、气候等自然条件差异较大，农艺参数(垄宽、垄高、种植深度等)又不尽相同，这对马铃薯收获机的作业性能提出了很高的要求。1 基本结构及工作流程11 基本结构应用中的大中型马铃薯收获机均采用杆条链作为土薯分离输运装置，然而对于小型马铃薯收获机，目前我国除了杆条链式之外，还存在摆动筛式和转笼式结构的机型，但后两者在实际应用中所占份额较小。本文仅以杆条链式马铃薯收获机进行相关分析及论述，其中部分内容同样适用于其它两种机型。图1所示为一款单行杆条链式马铃薯收获机。实际应用中的马铃薯收获机大多所具有的基本结构组成包括：悬挂架、挖掘铲、传动系统、机架、抖动升运链和支撑行走轮。对小型马铃薯收获机而言，结构上多数也仅具有以上基本组成 。12 工作流程马铃薯收获作业中，常见收获机的主要工作流程基本均采用如下形式：铲式挖掘一(往复碎土)一杆条链输送抖动分离一(抖动筛分离)一马铃薯明落地表一人工捡拾。作业过程中，收获机与拖拉机后悬挂式联接，拖拉机提供牵引动力，并由动力输出轴输入配套动力驱动杆条链完成含薯土壤的输送及抖动分离。2 作业中主要问题机理分析21 土壤壅堵机理分析土壤壅堵不仅妨碍含薯土壤的顺畅输送，还造成2009年1月 农机化研究了牵引阻力的大幅增加。马铃薯收获机易于发生土壤滞留、壅堵的部位主要在挖掘部件及其邻近区域。现有机型易于引发壅堵的具体位置及结构特征主要有以下几点：1)组合式铲片间隙处的横梁迎土面。多铲片组合式挖掘部件因制造和作业性能上的优势而得到广泛应用，但组合式挖掘铲片大多以整体横梁为支撑，铲片间隙处横梁所造成的迎土面(如图2a所示)，会阻断土壤顺畅流动，并造成秧茎或杂草搭缠，从而导致作业阻力增大，诱发土壤壅积。2)挖掘铲与分离输运部件结合处。一些马铃薯收获机(包括多数小型机)挖掘铲铲长有限，为保证挖掘铲具有合理的铲面倾角，铲的输出端往往比较低，不能把含薯土垡直接输送至升运链输运杆的上方。这导致输入土垡与输运杆间相对运动方向接近直角，并使土垡在铲垂直方向上受到输运杆过大的间歇式冲击，从而降低含薯土垡的有效输运能力，导致土壤壅积，并引起伤薯率的上升。3)挖掘铲(或其支撑横梁)与机架侧板连接处。挖掘铲(或其支撑横梁)两侧直接与机架侧板连接的结构形式，导致机架侧边(或框)前端下伸，工作时常随挖掘铲一起入土，其迎土面与土壤存在正面推压，而机架侧边(框)内侧面则因摩擦与粘附作用，同样不利于土壤流动，作业中易于引发壅堵，并造成牵引阻力的增大。另外，挖掘输运过程中，有些机型结构上存在含薯土垡运行路径横断面空间不足的设计缺陷，如路径上方固定动力出入转向器的横梁过低，作业过程中妨碍含薯土垡顺利通行，从而引起壅土。当然，作业参数设置不当也会造成壅土现象的发生，如收获机行进速度过高，而同时升运链线速度过低。22 垄高适应性问题的机理分析马铃薯种植多以垄作模式为主，但各地垄型差异明显，垄距为4090cm、垄高1040cm不等，规格多样。收获机的作业幅宽由于挖掘及输运部件尺寸制约，难以变更，需要在制造或购机时，按实际垄宽先行确定。而垄高不仅与各地种植习惯、方式有关，还受到中期培土等因素的影响。因此，同一区域相同垄距的地块，垄高也可能存在较显著的不同。保持稳定恰当的挖掘深度是马铃薯收获作业顺利进行的关键。垄高的变化要求挖掘铲铲尖与支撑行走轮行走的垄沟地面的垂向距离可以调节。我国现有马铃薯收获机多采用悬挂式结构，挖掘铲位于触垄作业的最前端，人土深度的调节以液压缸通过调节下拉杆，使整机以行走轮触地点为支点做俯仰运动。这种结构及其调节方式，使得挖掘铲的铲面倾角因垄高及种植深度的不同，而发生较大范围的变化；而挖掘铲的铲面倾角直接与作业牵引阻力大小相关。并且，这种调节方式，也难以保证挖掘深度的稳定，需要不断在作业过程中通过调整液压系统进行修正，这也增大了机手的作业难度。23 伤薯、埋薯机理分析伤薯是指收获环节中机械部件对马铃薯造成的切伤、碰伤等现象，收获环节中伤薯发生率最高可达马铃薯收获总量的约30_6 ；埋薯则是由于分离不净、带土过多造成部分马铃薯掘起后的2次掩埋。由于大中型机与小型机结构存在显著不同，从而导致两者伤薯机理也存在明显差异。231 挖掘部件伤薯机理分析就大中型机而言，由于牵引动力强大，自身质量较大，且挖掘深度一般较深，而导向限深轮又配备的较为普遍，挖掘铲作业幅宽也普遍宽裕，因而挖掘部件伤薯、切薯现象几乎不存在。但对小型机而言，牵引动力较小，自重较小，且大多未配置导向限深轮，使得作业过程中铲的人土深度波动较大；挖掘铲作业幅宽也较小，作业过程中又常会发生侧移现象，因此挖掘铲及切土圆盘伤薯、切薯现象较为频繁。另外，对于配置导向限深轮的收获机，一旦位置设计的不合理，作业中轮滚筒触垄位置靠近或正处于两面楔理论中所描述的挖掘铲前端土垡错动滑移线上时，如果不能合理减轻导向限深轮对土垄的荷载，将会造成挖掘铲与导向限深轮之间及其前部邻近区域土壤压力的瞬间迅速增大，可导致马铃薯块茎被从垄中挤出，并进而受到导向限深轮轮缘或切土圆盘的切伤。 232 抖动输运部件伤薯机理分析抖动输运部件伤薯主要由于马铃薯与机械部件在碰撞过程中冲击强度过大所导致。抖动输运过程中，伤薯易发区域为：速度大小及其方向突变区、输运部件抖动加速强烈区，以及输运结束时的落薯区。大中型机往往具有两级或以上的多级输运链，而且各级链长度往往较长，尤其是第一级链，长度往往可达4m，甚至更多(如图3a所示)。作业过程中，常常未到第一级链末端，链上土壤就所剩无几，马铃薯就已直接与杆条发生碰撞；而且第一级链的后部还往往配有抖动轮，强烈的抖动加速度，更加剧了杆条作用于块茎的碰撞强度 J。另外，各级链交接处常存在高度落差以及运动方向与速度的变化，这也增大了块茎碰伤的可能。小型马铃薯收获机普遍只有一级升运链，且有效输运长度较短(如图3b所示)。作业时，由于过筛时间短，故而即使在输运末端，升运链上仍存在少许土壤，即在钢制杆条与马铃薯之间始终存在缓冲层，使得链杆对块茎的碰撞强度大大降低。此外，小型机机身矮小，升运链末端离地高度较低，加之地面新翻松软土层的缓冲，薯块落地瞬间所受碰撞强度亦较低；而大中型机升运链末端明显增高，抛出的薯块落地在瞬间与地面以及已落地薯块间的碰撞强度明显增大。可以看出，对于大中型机而言，抖动输运部件伤薯发生频繁 ；而小型升运链式马铃薯收获机由该部位所引发的伤薯情况并不严重。233 埋薯机理分析对于大中型机，由于升运链输运过程中土薯分离的相当彻底，因此一般没有埋薯现象。而小型马铃薯收获机由于抖动输运长度较短，一旦行进速度与升运链线速度及抖动幅值匹配不好，往往会造成升运链末端带土过多，极易导致部分块茎落地后被重新掩埋。3 对策31 防堵原则与方法防止土壤壅堵的基本原则：尽量减少触土部件及迎土面；合理配置作业参数，视现场土壤条件等，及时优化行进速度与升运链线速度的比例。关于防堵的具体方法，可在结构上采用弯杆下支撑式分离组合挖掘铲，该型铲有效避免了铲片间隙处的迎土面，并消除了挖掘铲或其支撑横梁与机架侧板的连接；另可在铲后增置延伸栅条，适当抬升土垡的输出高度至升运链输运杆的上方。32 提高垄高适应性的方法首先要保证挖掘铲铲面倾角的便捷可调；其次，要满足支撑行走轮的高度可调；再配以悬挂系统对收获机前端高度的调整，即可在不同垄高地块的作业中，实现收获机预设的理想铲面倾角，从而保证其垄高适应性。33 防止伤薯与埋薯的方法对大中型机而言，关键在于防止抖动输运部件碰伤薯块。具体可采取下列方法： 在升运链链速不变的情况下，适当提高行进速度，增加第一级链上的土壤存量；降低各级链交接处的高度差及速度差；降低第一级链末端的抖动幅值； 后级链杆条包套胶等弹性缓冲层；降低末级链输出端高度及抛薯速度。对小型机而言，关键在于防止挖掘部件切伤薯块及埋薯。可以增设仿形镇压轮，通过稳定挖掘深度及控制收获机作业时跑偏，来防止切薯。对于防止埋薯，应当视土