钱 程，张 凯
(南京信息工程大学，南京 210044)
1 收割机设计要求
根据叶菜类蔬菜的生长收获特点，设计并制造了带有真空吸附装置的小青菜收割机，如图1所示。叶菜收获设备需要满足以下的设计要求。
(1)根据现有蔬菜种植区域面积和空间的差异性，能够适用于大棚或者小地块的蔬菜收获，即适应于操作空间有限的蔬菜种植的区域。收获作业的时候，具有良好的灵活性、操控性和高效性。
(2)考虑到蔬菜种植的大棚是封闭的作业环境，为了适应现代农业节能减排的目标和低碳化、电驱化的趋势，保证操作人员的工作环境和蔬菜的健康生长，收获装备采用电机作为驱动源。
(3)由于不同蔬菜的生长和食用条件各异，所设计的收获装备需要适应不同的叶菜类蔬菜的收获，能够完成不同速度要求、不同土质环境的收获作业；能通过简单操作，完成割茬高度的调节等功能。
(4)根据蔬菜的农艺要求，所设计的收获装备需要具备与农艺相符合的收获质量，同时具备结构紧凑、体积小、重量轻、操作便利、价格适中等一系列特点[1]。
图1 轻量化绿叶菜收获总装
(5)在收割机研究中，针对蔬菜收获设备存在的不足，研制了一种轻量化的蔬菜收获设备。完成整机结构设计，编制控制策略和软件，初步实现蔬菜的高效收割，为下一步研究开发高效轻量化蔬菜收获装备奠定基础[2]。
2 收割机的创新点
针对目前蔬菜收割机械只能收获单一品种和收获效率较低的问题，研究提高蔬菜收获机械收割效率的方法。具体创新点如下：
(1)提出一种在传送带下设置向下气流通道的方法，气流可以形成吸附作用，把蔬菜吸附在传送带上，以增大传送带的传送效率和倾斜角度，提高收割效率。
(2)开发一款国内先进的高效蔬菜收获设备，并运用轻量化的材料实现整机质量的降低，以提高操作性[3]。
(3)采用割台组合高度调整机构，粗细结合，便于调整。
(4)在后轮与收割机机体之间设置一个调节器，用来调节车体高度，方便用于不同土质情况的收割作业。
3 收割机主要部件设计
收割机的硬件主要包含铝合金结构机架；输送装置包括拨禾片、传送带、传送电机；切割装置包括割刀、割刀连杆、割刀电机、割刀传动装置、收集装置、收割高度调节装置；驱动行走装置包括前置驱动轮、后置方向控制轮、主控制装置和蓄电池。
该机主要结构如图2所示。
1.动力系统；2.收集框；3.输送装置；4.机架；5.拔禾轮；6.割刀高度调整装置；7.切割装置；8.行走装置；9.控制装置
4 带有真空吸附装置的传送带
传送带的结构与尺寸设计如图3、图4所示。在收获过程中，根据蔬菜的类型和收获要求，操作人员将割台调整到合适的高度；并调节后置丝杠与收割机之间的高度以减小割刀与地面的高度，操作人员调节驱动电机[4]，驱动轮在电机的作用下向前行驶；控制割刀电机，割刀在电机的带动下作直线往复运动，将蔬菜割下；拨禾片在电机的作用下，将切割下来的蔬菜拨送到传送带上；传送带两边采用不锈钢钣金，防止传送带上蔬菜掉落。传送带采用铁氟龙网带，表面有均匀分布的小孔，并在传送带上设置条状突起增加摩擦力提高传送效率。利用传送带下面设置的气流通道，气流可以使传送带产生一定的吸附作用，增大传送带的倾斜角度。同时将气流引导至割刀上部的前方，把切割下的蔬菜吹向传送带，代替拨禾片的拨禾作用[5]。
输送装置主要分为鼓风机和传送带输送装置两类，由于鼓风机式传送装置大多采用柴油驱动，存在高耗能、高污染问题，不符合本课题的节能减排的设计目标，所以采用了传送带输送装置。
传送带输送装置包括拨禾片和传送带组成，电机带动拨禾片将切割下来的蔬菜拨禾到传送带上，传送带再将蔬菜运送到收集装置中。当叶菜收割机向前运行时，割刀会对叶菜施加一个向前推的力，导致叶菜前倾，引起割刀对叶菜的破坏问题。通过拨禾片可以将田间由于生长导致呈倒伏状的叶菜扶持起来，方便切割装置的切割，从而减小田间收割的漏割面积。传统传送带为了减少蔬菜从传送带上掉落的概率，会选择减小传送带的倾斜角度，这带来的问题就是收割机的机身长度会偏长[6]。为了增加传送带倾斜角度，减小叶菜收割机体积，本课题选用带吸附作用的传送带，并在传送带上设置条状突起提高传送效率，通过在传送带下面设置气流风道，形成传送带的吸附作用，增大传送带的倾斜角度。如果将气流引导至割刀上前方，把切割下的蔬菜向传送带吹送，则可以代替拨禾片的拨禾作用，如图3所示。
为了实现轻量化的目标，传送带选用不变形、无污染、轻巧耐用的铁氟龙网带，表面有均匀分布的小孔并在传送带上设有带状凸起能大大提高传送带的摩擦力。在传送带两侧设有导流挡板，一方面对收割完的叶菜进行聚流汇入传送带，另一方面防止叶菜从传送带的侧面掉落。同时在传送带末端安装有收集筐，收集从传送带上运送过来的蔬菜[7]。
图3 传送带总成三维模型
5 试验评估分析
叶菜类蔬菜收获装备的性能基本达到设计要求。由于机架总成及割台总成主体均采用了铝合金结构型材，整机重量大大降低。拨禾片取代了传统的拨拢杆，拨禾效率明显提高。传送带采用铁氟龙网带，不但可以减轻重量，更重要的可以在传送带下设置气流风道，形成传送带对蔬菜的吸附力，从而增大传送带总成的倾斜角度，减小叶菜收获装置的结构尺寸。
图4 传送带总成尺寸图
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