挑战杯河北省一等奖大蒜联合收获机.docx

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挑战杯河北省一等奖大蒜联合收获机

河北省

摘要

目前我国的农业生产中，农业活动占了很大一部分的劳动力资源，随着工业化步伐的不断向前迈进，农业机械化在农业生产中扮演着越来越重要的角色。

同时我国也是世界大蒜的主要生产国、消费国和出口国，大蒜产品远销东南亚、东亚、中东、美洲、欧洲等地，年创汇超过４亿美元。

大蒜是劳动密集型栽培作物，收获作业是其生产过程的重要环节，存在人工作业劳动强度大、占用农时多、收获季节性强、收获损失大、效率低等问题，已成为影响大蒜生产发展、产业成长的主要问题。

随着粮食作物生产机械化的不断发展和日趋成熟，大蒜机械化收获问题也备受关注，已成为我国农业机械化需求和研发的重点之一。

我国大蒜机械化收获机具的研究起步晚、技术水平不成熟、可靠性差、效率低，与发达国家相比具有较大差距。

近年来，农业部和国内大蒜主产区均非常重视大蒜的机械化收获，国内相关领域科研院所和企业在各级政府的支持下，通过消化吸收国内、外先进技术，相继开发了一些大蒜收获机。

总体而言，我国大陆大蒜机械化收获技术装备的研发还处于初期阶段，多数设备尚在样机试验及中试阶段，作业质量、适应性、可靠性与经济性等方面还需提升。

本文设计的是一种可调节收获间距的三点悬挂牵引式双行大蒜联合收获机，该大蒜收获机由可调节深度挖掘系统、可调收获行间距系统、抖土提升系统、蒜头定尺剪切系统、收集系统、液压动力传输系统组成，可一次完成大蒜的挖掘、土蒜分离，蒜头定尺剪切和装袋等作业工序,具有结构精巧，操作方便，工况适应性强，价格低廉等特点，能够适应当前我国大蒜种植业需求，大幅降低蒜农种植成本，提升大蒜收获效率的全面功能。

关键词：

大蒜联合收获机、抖土提升、定尺剪切、可调节收获间距。

Abstract

Atpresent ourcountry'sagriculturalproduction, agriculture accountsforalargepartofthelaborforceresources, continuetomoveforward with thepaceofindustrialization, agriculturalmechanizationplaysamoreandmoreimportantrole inagriculturalproduction. Atthesametime, Chinaisalso theworld garlic'smain producer, consumerandexporter, garlic productsareexportedtoSoutheastAsia, EastAsia, MiddleEast, America, Europe andotherplaces,year earnedmorethan$400000000. Garlicisa labor-intensivecropcultivation, harvesting isanimportantlinkofthe productionprocess, thereare artificial laborintensity big, takeupfarmingseason, theharvestseason, theharvest of loss, lowefficiency, hasbecometheinfluencethedevelopmentof industrial productiongrowth, themainproblem ofgarlic. Withthecontinuousdevelopmentof machineryfortheproductionof foodcrops andtheincreasinglymature, garlic mechanizedharvesting problem isalsoofconcern, hasbecomeChina's agriculturalmechanization needsand development priorities. Studyonthe equipmentof mechanical harvest ofgarlic inChinastartedlate, thetechnicallevelisnot mature, poorreliability, lowefficiency, comparedwiththedevelopedcountries have alargegap. Inrecentyears, theMinistryofagricultureandthe domesticgarlic producingareas haveattachedgreatimportanceto harvestmechanization ofgarlic, domesticrelated researchinstitutesandenterprises atalllevelsof governmentsupport, absorbingadvancedtechnology athomeandabroad, throughdigestion, havedeveloped somegarlic harvestingmachine. Overall, China'sR&D, garlic harvestmechanization technologyandequipment isstillattheinitialstage, themajorityof equipmentisstill in prototypetest and trialstage, operationquality, adaptability,reliabilityand economyandotheraspects needtobefurtherimproved.

Thisdesignisa threepointintervaladjustablesuspensiontractiontypedoubleharvestcombineharvesterfor garlic,thegarlicharvesterwithadjustabledepth miningsystemadjustablelinespacing,harvestsystem earthshaking liftingsystem, garlic cuttolengthsystem, collectionsystem, thehydraulicpower transmissionsystem, cancompletethe garlicsoil mining, a separationof garlic, garlic cuttolengthandpackagingprocess, hastheadvantagesofcompactstructure,convenientoperation,strongadaptability, lowpriceandothercharacteristics, canadaptto thecurrentourcountry garlicplanting requirements,greatlyreducethe costofplanting garlicfarmers, enhancethe overall functionof garlicharvesting efficiency.

第一章.导论

1.1选题背景

我国的大蒜远销世界各地，是世界上大蒜的主要生产地，国内的主要产地集中在山东、江苏、陕西、河南、河北等地区。

由于大蒜播种季节集中在白露末秋分初半月的时间，收获时间主要集中在4月底5月初半月的时间，种植面积大，且为人工收获，时间紧任务重，所以劳动强度大、收获效率低和损失严重已成为大蒜收获的关键问题，严重影响大蒜产业的发展。

虽然国外大蒜收获机技术与装备很成熟，但由于作业环境与收获方式与我国存在很大的差异，很难适应国内的实际需求。

我国科研院所和企业在吸收国外先进技术的基础上开发了的大蒜收获机，就整体比较而言，同发达国家相比还存在较大差距，技术水平还有待进一步提高和完善。

就我们身边而言，作为河北省大蒜之乡的邯郸永年是河北省最大的大蒜生产基地。

其种植年代悠久，拥有400多年的种植历史，种植面积达25万亩。

但是，目前大蒜收获主要靠人工作业，劳动强度大，作业效率低，每人平均每天仅能收获0.4亩，而大蒜收获期仅为5天，收获过早或过晚都会直接影响到大蒜的商品价值，因此，每到大蒜收获期间，大蒜田间人山人海挖大蒜，收获成本高、质量差，大蒜收获难的问题已严重影响了大蒜产业的发展，广大蒜农迫切需要性能稳定、工作可靠、适应性强的大蒜收获机械，为大蒜收获提供技术支撑。

因此，根据这一实际情况，将这收蒜的人力劳动过程转化为机械化过程一直是我们和永年蒜农们的愿望与追求，而如何实现收蒜简单，效率高而又成本低则是这其中的关键之重。

图1.蒜农在田间手工收获大蒜

1.2现实意义

目前，国内大蒜的收获作业主要依靠人工完成，少数地区采用了大蒜挖掘犁，但效率低、损伤率高，很难满足现在的需求。

适应性强的大蒜收获设备仍有待开发。

总体来看，我国的大蒜机械化收获技术装备的研发还处于起步阶段，很多设备均处在样机试验调试阶段，作业适合与否、可靠与否与成本是否达到最小化等方面还需要进一步提升。

因此，研制开发一款适合我国国情的大蒜收获机，对于促进我国大蒜收获自动化、生产自动化以及大蒜产业发展具有重要的现实意义。

在这个飞速发展的时代，伴随着机械化水平的不断提高，农业走向机械化的现象也越来越普遍，水稻收割机，玉米收割机等等已经变得越来越正规化，技术也不断走向成熟。

然而对于大蒜收割机却使用的不是那么普遍，目前对于大蒜的收割方式，最常见的还是人工收割，花费的劳动力非常的巨大，似乎让机械化与农业有点背道而驰。

人工收获，劳动强度大、生产率低、劳动成本高等问题，大蒜收获机械尚存在一定的问题主要表现在有些机具在沙壤土地里作业效果较好，在茹壤土地中作业效果较差，甚至不能作业，二是动力配套受限制。

目前，市场上销售的大蒜收获机90%以上是与手扶拖拉机配套，而在多数大蒜种植集中地，手扶拖拉机的保有量很小，且呈逐年下降的趋势，严重阻碍大蒜收获机的推广应用。

三是工作可靠性差，在机具作业过程中，故障频发，严重影响了作业效率。

1.3国内外大蒜收割机的研发

1.3.1国内大蒜收获机型介绍

4DS－75A型大蒜收获机

20世纪90年代，山东省农业机械科学研究所和山东鱼台农用车辆厂联合研制开发4DS－75A型大蒜收获机，该机与11．0～13．2kW小四轮拖拉机配套使用，可完成大蒜的收获作业。

该机挖掘工作装置在拖拉机的前部，整机分为4个部分：

挖掘工作部分，前置式挖掘，由限深轮、挖掘铲、格栅式输送分离部分组成；横向输送部分、由格栅式输送带完成横送及蒜土的进一步分离；后输送部分，由格栅式输送带彻底完成蒜土的分离，并将大蒜输送到拖拉机的后部；提升部分，利用拖拉机液压系统控制挖掘工作装置，在工作时入土、非工作状态和运输状态时提升。

4S－1型大蒜挖掘机

该机型由山东省鱼台县强进大蒜挖掘机制造厂研发，与12．1kW手扶拖拉机配套，可完成大蒜的挖掘作业。

整机采用悬挂式，工作幅宽1000mm，重量400kg，收净率≥97％，伤蒜率≤1％。

工作时装置抬起后最小离地高度100mm，生产率0．1hm2／h，如图2所示。

图24S－1型大蒜挖掘机

4S－6型大蒜收获机

该机由青岛农业大学机电工程学院与山东省鱼台县强进大蒜挖掘机制造厂联合研制开发。

该机具与8．8kW以上手扶拖拉机配套使用，可一次完成挖掘、蒜土分离及铺放覆盖等作业，满足大蒜收获的农艺要求。

该机的工作原理是收获机进入田间作业时，降下液压升降机构，进入作业状态；拨动动力输出摇杆，动力输出轴通过链条传动，使前置旋转犁刀和后置犁刀运动；根据蒜的深浅度，把仿形轮调整到合适的位置定位；并用固定

螺栓锁定；拖拉机前进时，前置旋转犁刀靠机体自重入土至限深轮限定深度，进行破土切根作业，并将挖起的蒜旋至手扶拖拉机两轮之间；后置犁刀在进行破土切根作业的同时，振动筛对两轮之间挖起的大蒜进行筛动，将碎土与大蒜分离；经过左右拨齿聚拢和震动分离后的大蒜顺着手扶拖拉机前进方向呈带状摆放；经人工捡拾和修剪处理后，及时晾晒入库或直接到市场销售。

4DS－1000型大蒜挖掘机

4DS－1000型大蒜挖掘机由山东省金乡县农机局研制，其传动布局如图3所示，配套动力为泰山－12型拖拉机，拖拉机动力输出轴传递的动力经齿轮箱后，传递给挖掘系统的变速箱，其中一部分经传动链传递给后拨禾器的变速箱。

本机挖掘系统采用旋转圆盘刀具，解决了大蒜地膜缠绕问题。

作业时，通过圆盘刀具在地下不断旋转，切断大蒜根系，使土松动，并将蒜头拱起，达到大蒜与土分离的目的。

同时，由前、后拨禾器将蒜头拨向两边，解决了拖拉机轮胎压蒜的问题。

它的主要功能是切断大蒜的根系，疏松周围的土壤，使蒜头与土壤产生松动，不能完成大蒜与土壤的分离，但这种机型对各类土壤的适应性较好，性能比较可靠。

该机适用180～300mm行距的大蒜收获作业，一次四行，液压升降。

图34DS－1000型大蒜挖掘机传动布局图

TL－VS120型大蒜挖掘机

该机型由山东省肥城市泰龙机械厂研制，配套14．7kW以上小四轮拖拉机，作业幅宽1200mm，挖掘深度150～300mm。

主要特点为国内首创水平螺旋桨式刀体，结构独特；收获效率高，一人每天可收获大蒜2．0～3．3hm2；作业质量好，液压控制深浅，不受行距限制，不伤蒜，不缠绕，不堵塞；可靠性强、结构简单，易维修，便于推广。

产品如图4所示。

图4TL－VS120型大蒜挖掘机

4SS－180型大蒜收获机

该机由山东省莱芜市农机局研制，与上海50型以上拖拉机相配套，动力大、运行稳定，性能可靠，故障少，操作方便，可一次性将整畦蒜铲出，并能将蒜拢到拖拉机腹部形成蒜铺，而且带土率低，该机作业幅宽为1800mm，伤蒜率、损失率均小于2％，生产效率为0．33～0．53hm2／h，如图5所示。

图54SS－180型大蒜收获机

4S－85型大蒜收获机

该机由江苏省徐州市农机技术推广站研制，配套11－16kW柴油发动机，能一次完成破土、碎土、切根、筛选和集条等项作业，尤其适合在沙壤土等含水率不超过30％的地块作业。

该机由前置限深轮，液压千斤顶、导向器，挖掘铲、碎土辊，泥土分离器，左右导向拨轮、机体及发动机后支撑架等组成，其结构简图如图6所示。

该机的工作原理是：

机具进入田间作业时，降下液压升降机构进入作业状态。

拖拉机前进时，挖掘铲靠机体自重入土至限深轮限定深度，并进行破土切根等作业，碎土轮对土块进行破碎，泥土分离器将碎石与大蒜分离，经过左右拨齿聚拢和传送分离后的大蒜从手扶拖拉机两轮之间通过，并顺着机体前进方向呈带状摆放，经人工捡拾和修剪处理后，及时晾晒入库保存或市场销售。

图64S－85型大蒜收获机结构简图

半喂入自走式大蒜联合收获机

该机由农业部南京农业机械化研究所针对国内大蒜种植特点，在已有设计研究的基础上研制，适合于中国大蒜主产区收获作业。

整机侧向配置，采用450型半喂入稻麦联合收获机底盘，并配有液压无级变速系统，作业组件包括分禾装置、扶禾装置、挖掘装置、夹持输送装置、清土装置、对齐切秧装置和集果系统等。

该机采用挖拔组合式工作原理，保证了大蒜收获中挖掘效果，提高了整机的作业质量和稳定性。

通过田间检测表明：

果实损失率≤1．8％，破损率≤2．1％，含土率不大于12．8％，各项性能指标均达到设计要求，如图7。

图7半喂入自走式大蒜联合收获机

虽然我国的大蒜收获机械迅速发展起来，但是我国生产应用的大蒜收获机因各地农艺不同、行距及株距的差异，存在着适应性差、质量不可靠等问题，大多数都没有批量生产和大面积推广应用。

大蒜收获机械的发展趋势是研制开发新型的联合收获机，能够一次完成挖掘、夹持输送、喂入切茎、收集装箱等作业。

目前市场急需研究开发适应性强、可靠性高的大蒜联合收获机械，大蒜联合收获机械有巨大的市场空间。

1.3.2国外大蒜收获机型介绍

ERME公司是法国著名的农业机械生产厂家,生产的打捆式和切秧式大蒜收获机均属于大蒜联合收获机械,其动力均由拖拉机所带的液压系统驱动,使用这两种机具收获后的大蒜便于后续加工。

联合收获机由底盘、分禾器、扶禾装置、挖掘铲、清土机构、夹持输送机构、对齐切秧装置、清选装置、抛秧装置和集果系统等组成，如图8所示。

图8ERME公司打捆式和切秧式大蒜收获机

美国TopAir公司——（两段收获法）

美国的TopAir公司是专业生产大蒜和洋葱收获机械的公司,生产的大蒜收获机属于分段式作业,主要有大蒜挖掘铺条机和大蒜捡拾机。

①GW4400型大蒜挖掘作原理:

挖掘铲将大蒜从土壤中挖出,然后由挖掘铲和挖掘铲上部的拨轮把大蒜和部分土带至分离输送链,分离输送链在运送的过程中将大部分土从大蒜中分离出来,去土后的大蒜经过集条器铺放到地面上,以便对大蒜进行晾晒。

该机可以安装切顶系统,切除大蒜茎秆实现“联合收获”,利用风选系统去除碎叶等轻杂。

此机配套动力为90kW的拖拉机,生产率为20t/h,铺放成2行,行距要求为40～44cm。

该大蒜挖掘铺条机动力由拖拉机后驱动轴驱动,由液压系统控制,该机的生产率比较高,缺点是土块分离不完全,且需与大蒜拣拾机配套作业。

②TopAir公司生产的GL2400型2行大蒜拣拾机（图9）,其工作原理为:

首先利用拣拾铲和拨轮把铺放成条的大蒜从地上拣拾到分离输送链上,大蒜在分离输送链的运送过程中把一部分土清除,然后把大蒜送入清选机,利用风选系统将在大蒜中的杂物清除,经过清理的大蒜再送至人工分拣平台进一步进行清理,分拣台设计为分拣人在一侧,从净蒜较多的大蒜运送线上剔除所夹杂土块,另外一侧靠人工从较多土块中挑选出漏拣的大蒜,大蒜清选完毕后由输送器送至跟随其后的集运车上。

此机由110kW的拖拉机带动,生产率为0.81hm2/h,行距要求为40～44cm,与GW4400型4行大蒜挖掘铺条机配合使用可实现大蒜收获全程机械化。

TopAir公司生产的大蒜拣拾机动力由拖拉机后驱动轴驱动,控制由液压系统控制,该机生产率较高,缺点是收获作业过程中是带秧作业,清理后大蒜秧茎偏长。

在美国还存在另外一种收获工艺及装备,即联合收获,其技术装备从法国、西班牙等国引进。

切秧式联合收获机的工作原理为:

首先蒜秧由分禾器导入夹持皮带,同时挖掘铲入土将大蒜根部挖松,大蒜由夹持皮带夹持送至切秧机构,大蒜在夹持输送过程中,拍土器对大蒜根部进行清土,大蒜被夹持输送到切秧机构把蒜秧切掉后,大蒜头掉到横向输送链上,横向输送到装载车或收获机配备的标准袋里,配备工作人员在拣拾工作台上对横向输送的蒜头进行人工清选,在横向输送过程中,泥土得以进一步清除。

实时检测与监控等高新技术与系统装置已融入大蒜联合收获设备中。

图9TopAir公司GL2400型2行大蒜拣拾机

1.4小结

总体而言，我国大蒜收获技术装备的研发尚处于起步阶段，多数设备仍处在样机试验和中试阶段，作业效率、作业质量、适应性和可靠性、经济性能等还需提升，缺乏定型、损伤率低、效率高、适应性

强的收获装备。

虽然我国的大蒜收获机械迅速发展起来，但是我国生产应用的大蒜收获机因各地农艺不同、行距及株距的差异，存在着适应性差、质量不可靠等问题，大多数都没有批量生产和大面积推广应用。

大蒜收获机械的发展趋势是研制开发新型的联合收获机，能够一次完成挖掘、夹持输送、喂入切茎、收集装箱等作业。

目前市场急需研究开发适应性强、可靠性高的大蒜联合收获机械，大蒜联合收获机械有巨大的市场空间。

目前大蒜收获机主要凸显在以下几个方面上；

1.国外大蒜收获相关机械大多不适合于我国种植条件。

2.国外设备购买和维护费用非常高昂。

3.国内大蒜收获机仍然处于起步阶段，以理论方面居多，技术发展依旧还不成熟。

4国内相关生产制造技术成本高，结构复杂。

为解决上述缺点，我们决定设计一部新型的大蒜联合收获机。

通过合理的设计挖掘铲的外形，挖掘铲与抖土杆的结合方式，挖掘铲与铲臂结合方式、最佳入土角及入土深度等方面，以及抖土提升系统，剪切系统，动力传输系统的研究设计。

以邯郸永年大蒜根茎的长度和泥土的特性以及制造成本最低化为基础，从而解决一系列相应问题，设计一部更实用，更经济的大蒜收获机。

增加内容

根据大蒜收获的作业特点和要求，我国大蒜收

获机的发展方向为：

一是配套方便，要以目前保有量

最多的手扶拖拉机作为配套动力，这样可降低购机

成本有利于大蒜收获机的推广应用；二是作业适应

性好，对不同土壤及土壤含水率要有较好的适应能

力，特别是对粘土要有较强的挖掘分离能力，对含水

率较高的田块要有较强的通过能力和分离能力；三

是工作可靠性高，因大蒜收获季节时间短，每到收获

季节，需进行抢收作业，所以要求大蒜收获机坚固耐

用、故障少、可靠性高；四是经济性好，大蒜收获作业

时间短，作业量有限，有效利用率低，所以要求机具

价格要便宜（1万元/台以下），工作效率高，实现当

年可收回成本，提高农民的购机积极性，加快大蒜收

获机的推广步伐。

第2章大蒜收获机的方案设计

2.1基本思路和创新点

当前我国大蒜种植业中收获环节还处于较落后水平，收获环节还主要以手工收为主。

主要原因有以下两个方面：

.国内关于大蒜收获的机械开发严重滞后；

.国外大蒜收获相关机械大多不适合于我国种植模式，且国外设备购买和维护费用高昂。

因此，基于以上两点进行改进，并结合国外一些成熟的经验技术提出设计制造一种可调节收获间距的三点悬挂牵引式双行大蒜联合收获机来弥补国内此方面的欠缺。

该机借鉴了国外大蒜收获机成熟的经验技术，并且结合我国实际国情及种植情况使该机具备如下特点：

.收获机可一次完成大蒜的挖掘、土蒜分离、蒜头定尺剪切和装袋等作业工序，大幅减轻蒜农收获负担；

.针对不同地区种植行距不同的特点，该机的双行可调节行距收获设计能够适应我国几大大蒜主产区种植模式，使该机具有更强的适应性；

.三点悬挂牵引式设计可以使用农户原有的小型、中型拖拉机从而大幅降低机械成本，减轻蒜农经济负担，并且也大大的提高机械便捷性；

.主体机构设计简单实用，在选材方面零部件采用标准化零部件，减轻设备维修成本。

本发明的实施将填补我国大蒜收获机械的市场空白，推广后将有效提升大蒜种植业的机械化水平，达到较好的经济和社会效益。

2.2整机结构与工作原理

三点悬挂牵引式双行大蒜联合收获机由分禾器、扶禾器、挖掘铲、限深轮、宽度可调机构、夹持输送机构、抖土机构、对齐剪切机构、排秧机构、集果机构、操作台等部分构成，整体结构如图１所示。

机器长3.5ｍ，宽２ｍ，高2ｍ，挖掘深度可调，最大15cm，作业幅宽36-50cm,可调。

变速系统由变速箱和液压无