大蒜切薹机的设计与试验研究

分类：论文范文 发表时间：2020-04-23 09:18

　　摘要:为了解决国内蒜薹的抽取以人工抽取为主、蒜薹抽取机械化程度低及大蒜蒜茎收获机抽取蒜薹易出现未能拔出或者将植株连根拔起现象等问题，设计了具有单体式仿形装置、可调节仿形高度、可调节切割器速度的大蒜蒜薹切除机。对单体仿形装置进行仿形原理分析和结构设计，采用三因素三水平的正交组合试验设计方法，探究滚筒切割器切割刀的数量、切割位置和定刀安装角度等因素对蒜薹切割的影响规律，对模型进行响应曲面分析并寻优。田间试验表明:滚筒切割器切割刀数量2把、切割位置为下端切割、定刀安装角度为－12°时，切薹合格率为92%，满足蒜薹切薹的工作要求。

　　关键词:大蒜;切薹机;仿形

　　0引言

　　我国大蒜产量占全球总产量的70%以上，每年种植面积在70万hm2左右［1－2］。目前，全国种植的大蒜70%以上以收蒜头为主，蒜薹作为种植大蒜的附属品。近几年蒜薹的销售价格大幅下降，蒜薹的收购价低于蒜薹的人工收获成本，现有机收蒜薹技术不成熟，研发的配套农机装备尚未进行推广应用［3］，收蒜薹成为蒜农的一种负担。因此，除蒜薹顶端蒜泡和部分蒜薹，通过抑制蒜薹的生长来促进大蒜蒜头的产量成为一种新的研究思路［4］，大蒜切薹机成为大蒜机械化生产过程中急需解决的技术问题和农业机械之一。参考现有大蒜蒜茎收获机、棉花打顶机和烟草打顶机等作物打顶机械［5－8］，设计了带有单体仿形装置的蒜薹切薹机［9］，并通过台架试验探究了滚筒切割器切割刀数量、切割位置、定刀的安装角度对蒜薹切薹机作业效果的影响规律，得出最佳工作组合;最后，通过田间试验验证了该最佳工作组合的工作效率。

　　1整机结构和工作原理

　　1．1整机结构

　　结合大蒜的种植模式、株距、行距、蒜薹顶端与叶子之间的距离及蒜薹的力学特性等参数，设计了一种收稿日期:2018－12－28基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFD0701304)作者简介:靳奉奎(1994－)，男，济南人，硕士研究生，(E－mail)962781846@qq．com。通讯作者:罗昕(1969－)，女，四川隆昌人，教授，硕士生导师，(E－mail)1187169629@qq．com。大蒜切薹机［10］，包括悬挂系统、主机架、动力系统、传动系统、切割系统、仿形系统、扶禾系统及防护系统等，如图1所示。其中，悬挂系统由悬架横梁和悬架纵梁组成;主机架由机架和轴承安装架组成;动力系统由液压油箱、液压马达、液压马达支架、液压阀、联轴器、液压油管组成;传动系统由主动轴、从动轴、主动带轮、从动带轮、V型带、带座球轴承组成;切割系统由滚筒切割器和定刀组成;滚筒切割器由切割刀、切割刀压板、刀盘、刀盘限位套组成;仿形系统包括仿形轮、仿形座、可调节仿形轮连接架、带座球轴承;扶禾系统包括扶禾架、扶禾杆、焊合块;防护系统包括主机架盖、切割器护板、推禾板。

　　1．2工作原理

　　大蒜切薹机通过悬挂系统连接在拖拉机上，利用拖拉机的液压油箱驱动液压马达工作，通过传动系统将动力分别传递给4个从动轴，滚筒切割器安装在从动轴上，随着从动轴的转动而工作;通过液压阀调节液压油的流量，控制液压马达的转速，通过液压马达的转速来控制滚筒切割器的转速;进入工作状态时，通过悬挂系统的调节找到适宜的切割高度，仿形系统实时调节切顶系统、传动系统、扶禾系统的高度，保证机器工作不受地形影响;扶禾系统将倾斜的蒜薹扶正，并引入到切割系统中，完成切割作业。

　　2切割器结构设计与分析

　　2．1切割器结构设计

　　切割系统是蒜薹切薹机的关键工作部件，由滚筒切割器和定刀组成。工作时，定刀将蒜薹向前推动，配合旋转的滚筒切割器将蒜薹切下，切割过程如图2所示。

　　2．2滚筒切割器切割刀的运动轨迹分析

　　蒜薹切薹机在工作过程中，作业速度与滚筒切割器的转速、滚筒切割器切割刀的数量有对应的关系。当滚筒切割器安装1把切割刀时，切薹机行进1个株距的距离，滚筒切割器旋转360°;当滚筒切割器安装两把切割刀时，切薹机行进1个株距的距离，滚筒切割器旋转180°;当滚筒切割器安装3把切割刀时，切薹机行进1个株距的距离，滚筒切割器旋转120°。

　　3田间试验及参数优化

　　3．1试验条件

　　试验地种植大蒜品种为金乡大蒜，试验田选择山东华源莱动内燃机有限公司的大蒜种植试验田。采用山东华源莱动内燃机有限公司生产的大蒜播种机进行机械化播种，种植模式为行距15cm、株距10cm。试验期在蒜薹快速生长的时期，选择长势均匀、茎叶茂盛及生长状况良好的试验田进行试验。

　　3．2样机主要技术指标

　　根据山东大蒜种植农艺要求，大蒜切薹机的主要技术参数如表1所示。

　　4试验结果与分析

　　4．1试验结果

　　Design－Expert8．0．6软件设计试验过程中，为排除非试验因素对试验的影响，需要选用二次甚至更高次的模型来逼近响应，因此本试验采用响应曲面来建立该模型［11－13］。假设切薹合格率Y与滚筒切割器切割刀的数量X1、滚筒切割器的切割位置X2、定刀的安装角度X3存在着相应的函数关系，试验结果如表3所示。

　　4．2模型的建立与检测

　　运用Design－Expert8．0．6软件对表3的试验结果进行方差分析，求得回归系数及其显著性检验，如表4所示。

　　5结论

　　滚筒切割器切割刀数量、滚筒切割器切割位置、定刀安装角度均会对大蒜切薹机的工作性能产生影响。影响程度的强弱依次为:定刀的安装角度＞滚筒切割器切割刀的数量＞滚筒切割器的切割位置。应用Design－Expert8．0．6软件对3个参数进行分析，对该参数进行优化。优化后的滚筒切割器切割刀数量为2把，切割位置为下端切割，定刀安装角度为－12°。田间试验结果表明:大蒜切薹机的切薹合格率为92%。优化后的大蒜切薹机可以满足切薹的功能。

　　参考文献:

　　［1］冯娟．基于出口收入不稳定性的中国大蒜企业出口市场环境研究［D］．武汉:华中农业大学，2014．

　　［2］马招弟，丁天娇．中国大蒜出口贸易现状研究［J］．农村经济与科技，2017，28(2):64－64．

　　［3］杨健．自动回旋式蒜薹收获机:中国，CN203105117U［P］．2013－08－07．

　　［4］录亚丹，赵战胜，张庭军．棉花不同打顶方式比较分析［J］．农村科技，2017(6):12－13．

　　［5］谢庆，石磊，张玉同，等．基于PLC伺服控制的棉花打顶机设计与试验研究［J］．农机化研究，2017，39(1):87－91．

　　［6］杨庆璐，范国强，张晓辉，等．农作物打顶机夹持打顶机构的设计与试验［J］．农机化研究，2019，41(2):91－97

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