引用本文格式 張棟 董微 張宇飛 等 韭菜收獲機(jī)開發(fā)與應(yīng)用 J 農(nóng)業(yè)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 韭菜收獲機(jī)開發(fā)與應(yīng)用 張 棟1 2 董 微1 2 張宇飛1 2 周增產(chǎn)1 2 3 姚 濤1 2 張浩文1 2 1 北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所有限公司 北京 100096 2 北京市植物工廠工程技術(shù)研究中心 北京 100094 3 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司 北京 100094 摘 要 目前 韭菜的種植量日益增加 每年收獲4 5次 收獲勞動強(qiáng)度大 主要以人工收獲為主 迫切需要實現(xiàn)韭菜 收獲機(jī)械化 基于國內(nèi)韭菜生產(chǎn)實際情況 針對韭菜的收割要求 設(shè)計開發(fā)了韭菜收獲機(jī) 可提升收獲效率 節(jié)省勞動 力成本 降低勞動強(qiáng)度 關(guān)鍵詞 韭菜 收獲機(jī) 收獲機(jī)械化 中圖分類號 S225 92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 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 韭菜為多年生植物 生長能力強(qiáng) 栽培方式多樣 以露地栽培為主要種植形式 1 3 韭菜常年種植面積占 蔬菜總面積的5 6 每年可以收獲4 5次 近些 年 反季節(jié)韭菜種植面積不斷增加 生產(chǎn)效益較 高 4 5 據(jù)統(tǒng)計 在葉類蔬菜生產(chǎn)過程中 收獲作業(yè)量占總 作業(yè)量的40 以上 6 在韭菜整個生產(chǎn)作業(yè)過程中 韭菜收割成本占韭菜生產(chǎn)成本的30 左右 收割作業(yè) 勞動強(qiáng)度大 人工成本高且耗時長 7 9 收割作業(yè)效果 直接影響韭菜的加工與銷售環(huán)節(jié) 進(jìn)一步影響韭菜銷 售價格 10 隨著勞動力結(jié)構(gòu)性短缺問題日益突出 實 現(xiàn)韭菜的機(jī)械化收獲迫在眉睫 基于國內(nèi)韭菜生產(chǎn)實際情況 針對韭菜的收割要求 北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所有限公司設(shè)計開發(fā)了韭菜收獲 機(jī) 有效降低了韭菜收獲過程中的勞動強(qiáng)度 提高了 韭菜的收割生產(chǎn)效率和收獲機(jī)械化水平 11 12 1 結(jié)構(gòu)組成 韭菜收獲機(jī)可根據(jù)韭菜長勢及收割要求實現(xiàn)割茬高 度實時調(diào)節(jié) 自動化程度高 該設(shè)備采用無級調(diào)速 可實現(xiàn)自主行走 單人可操作機(jī)器 工作效率高 韭菜收獲機(jī)由主機(jī) 扶禾裝置 切割裝置 輸送裝 置 收集裝置和行走裝置組成 整機(jī)外形尺寸2 350 mm 650 mm 1 100 mm 韭菜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示 2 工作流程 韭菜收割高度一般為離地2 4 cm 工作過程中扶 禾裝置 切割裝置 輸送裝置和收集裝置等相互配合 完成韭菜的聚攏 切割 夾送 輸送和收集等工序 韭菜收獲機(jī)工作流程如圖2所示 收稿日期 2022 07 07 修回日期 2022 09 26 作者簡介 張棟 學(xué)士 主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)研究 E mail zhangdong202012 董微 通信作者 碩士 主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)研究 E mail dongwei2016 第 12 卷 第 10 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 Vol 12 No 10 2022 年 10 月 AGRICULTURAL ENGINEERING Oct 2022 圖2 韭菜收獲機(jī)工作流程 Fig 2 Work flow of leek harvester 1 聚攏 通過主機(jī)架前端扶禾裝置將韭菜聚攏 實現(xiàn)扶正和導(dǎo)向功能 并將韭菜送至切割裝置 2 切割 割刀采用高速鋼材質(zhì) 割刀高度可隨 意調(diào)節(jié) 前后位置也有一定調(diào)節(jié)余量 旋轉(zhuǎn)過程中完 成韭菜切割工作 3 夾送 切割后的韭菜通過上海綿輸送帶與下 海綿輸送帶進(jìn)行夾持傳送 運(yùn)送到一定高度 4 輸送 上海綿輸送帶與下海綿輸送帶末端連 接草坪紋輸送帶 韭菜通過草坪紋輸送帶輸送到收集箱中 5 收集 韭菜到達(dá)收集箱后 后撥抓手將韭菜 進(jìn)行收攏 3 關(guān)鍵部件設(shè)計 3 1 主機(jī) 主機(jī)由扶手桿 主機(jī)架 左右罩板 鉛酸蓄電池和 控制箱組成 采用鉛酸蓄電池提供動力 可調(diào)節(jié)前端 行走小輪 后端輸送電機(jī) 減速器及行走裝置 鉛酸 蓄電池由兩個串聯(lián)而成 放置在電池箱內(nèi)固定在主機(jī) 架底盤上 3 2 扶禾裝置 為了將待割的韭菜準(zhǔn)確引入切割裝置 扶正倒伏的 韭菜 并推送到割刀 避免韭菜莖稈堆積在割臺上 在主機(jī)架前端安裝有扶禾裝置 如圖3所示 扶禾裝置 由扶禾導(dǎo)板 圖4 下底板和連接板組成 圖3 扶禾裝置 Fig 3 Lifting device 圖4 扶禾導(dǎo)板 Fig 4 Lifting guide plate 3 3 切割裝置 切割裝置由割刀 割刀電機(jī) 電機(jī)法蘭 割刀軸和 切割軸管組成 通過切割調(diào)節(jié)板固定在主機(jī)架前端 割刀為直徑280 mm 內(nèi)孔24 5 mm 厚度3 mm的6齒 刀 材質(zhì)為錳鋼 割刀電機(jī)轉(zhuǎn)速3 000 r min 功率 100 W 3 4 輸送裝置 輸送裝置由海綿輸送帶 草坪紋輸送帶 電機(jī)帶減 速器 鏈條組成 在主機(jī)架上位于割刀的上方設(shè)有海 1 扶手桿 2 后撥裝置 3 控制箱 4 草坪紋膠帶 5 左罩板 6 下海 綿輸送帶 7 上海綿輸送帶 8 扶禾裝置 9 切割裝置 10 行走小輪 11 主機(jī)架 12 電池箱 13 行走大輪 14 后橋 15 右罩板 16 收集箱支架 17 收集箱 圖1 韭菜收獲機(jī)結(jié)構(gòu) Fig 1 Structure of leek harvester 14 農(nóng)業(yè)工程 裝備與機(jī)械化 綿輸送帶 通過上海綿輸送帶與下海綿輸送帶夾持 海綿輸送帶傾斜向上傳輸與草坪紋輸送帶組成輸送裝 置完成韭菜輸送 海綿輸送帶由外層膠帶面和內(nèi)層膠 帶面構(gòu)成 采用聚氯乙烯 PVC 材質(zhì)作為底帶 輸送 帶體彈性好 不易變形 外層膠帶表面覆蓋一層高密 度海綿層 具有強(qiáng)度高 質(zhì)量小 彈性好的特點(diǎn) 在 受到外力擠壓和碰撞下具有超強(qiáng)的耐磨性和抗撕裂性 可以保護(hù)韭菜不受到擠壓碾碎 內(nèi)層膠帶由PVC平膠 帶 PVC導(dǎo)向條構(gòu)成 可以做到傳輸平穩(wěn)不脫軌 采 用草坪紋輸送帶可以增加輸送途中摩擦力 防止韭菜 下滑 裝置中采用了電機(jī)帶減速器 傳動效率高 可 有效避免傳送膠帶卡死現(xiàn)象 鏈條采用張緊鏈輪 可 有效調(diào)節(jié)鏈條張緊程度 確保鏈條不脫節(jié) 傳輸可靠 性更高 3 5 收集裝置 收集裝置由收集箱 收集箱支架 后撥抓手 后撥 支架 后撥軸 后撥電機(jī)和4桿機(jī)構(gòu)組成 收集箱通過 收集箱支架固定在主機(jī)架上 收集箱角度可調(diào) 后撥 抓手通過后撥支架與后撥軸固定在主機(jī)架上 后撥電 機(jī)通過4桿機(jī)構(gòu)帶動后撥抓手進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動 將堆積的 韭菜進(jìn)行收攏 3 6 行走裝置 行走裝置采用無級變速后橋 可搭配輸送帶合理控 制韭菜收獲機(jī)行走速度 提高收割效率 4 試驗測試 4 1 測試內(nèi)容 選取收割韭菜時割茬高度 損失率 損傷率等指標(biāo) 同時考察整機(jī)各部件的作業(yè)性能 韭菜收獲機(jī)作業(yè)現(xiàn) 場情況如圖5所示 4 2 試驗時間 地點(diǎn) 試驗時間 2022年4月20日 試驗地點(diǎn) 北京市通州科研平臺 4 3 試驗條件 種植韭菜的日光溫室地面無雜草 石塊 韭菜直立 無倒伏 自然高度300 400 mm 溫室內(nèi)風(fēng)力小于 1 m s 韭菜收獲機(jī)行走速度為0 3 m s 割刀速度為3 000 r min 輸送電機(jī)轉(zhuǎn)速為360 r min 4 4 試驗用儀器 試驗用儀器 儀表應(yīng)在有效檢定期內(nèi) 并符合表1 的要求 4 5 測試方法 1 割茬高度 在試驗測試區(qū)內(nèi) 測定收割后的 地表與韭菜割口的高度 共測9點(diǎn) 計算平均值 2 損失率 在試驗測試區(qū)內(nèi) 將撒落在測試區(qū) 地面上的韭菜或地面上漏收割的韭菜撿拾起來稱質(zhì)量 按式 1 計算損失率 GS Gs G 100 1 式中 GS 損失率 Gs 撒落在測區(qū)地面上的韭菜或地面上漏收 割的韭菜質(zhì)量 kg G 收割后鋪放在地面的全部韭菜質(zhì)量 kg 3 損傷率 在試驗測試區(qū)內(nèi) 將收割后鋪放在 地面的全部韭菜稱質(zhì)量 稱質(zhì)量后把由于在收割過程 中拉斷或擠壓受傷和輸送過程中被擠壓或拉斷的韭菜 挑選出來稱質(zhì)量 計算其損傷率 4 鋪放角度 在試驗測試區(qū)內(nèi) 用角度尺測定 鋪放在地面的韭菜與收割機(jī)前進(jìn)方向夾角 每隔1 m測 定1點(diǎn) 共測9點(diǎn) 計算平均值 5 工作效率 韭菜收獲機(jī)作業(yè)時 用秒表測定 通過測區(qū)長度所用時間 按式 2 計算工作效率 E 0 024LcSc tc 2 式中 E 工作效率 hm2 h Lc 行距 m Sc 測區(qū)長度 m 表 1 試驗用主要儀器 儀表和工具 Tab 1 Main instruments meters and tools for test 序號 名稱 規(guī)格 精度 1 秒表 1 100 2 電子秤 5 kg 1 g 3 皮卷尺 20 m 1 mm 4 鋼直尺 1 m 1 mm 5 磅秤 100 kg 10 g 6 角度尺 0 2 圖5 韭菜收獲機(jī)作業(yè)現(xiàn)場 Fig 5 Operation site of leek harvester 張棟 等 韭菜收獲機(jī)開發(fā)與應(yīng)用 15 tc 韭菜收獲機(jī)通過測區(qū)的時間 s 4 6 試驗結(jié)果 根據(jù)韭菜種植行距和生長高度 調(diào)節(jié)扶禾裝置離地 間隙 收獲時左右扶禾導(dǎo)板在切割前伸入韭菜根部 隨著收獲機(jī)前進(jìn)逐漸將待割區(qū)韭菜扶正 轉(zhuǎn)入切割區(qū) 進(jìn)行切割 切割后的韭菜通過輸送裝置到達(dá)收集裝置 試驗結(jié)果如表2所示 表 2 試驗結(jié)果 Tab 2 Test results 序號 測試內(nèi)容 測試結(jié)果 備注 1 割茬高度 mm 15 30 2 損失率 1 5 割臺損失或傳輸損失 3 損傷率 0 5 割臺夾傷或壓傷 4 鋪放角度 90 30 側(cè)面垂直鋪放 5 工作效率 hm2 h 1 0 022 5 5 結(jié)束語 勞動力的不斷減少與韭菜需求量的日益增長 促進(jìn) 我國韭菜等葉菜類蔬菜的收獲必須向機(jī)械化發(fā)展 隨 著韭菜新品種的不斷推廣 未來幾年內(nèi)品質(zhì)高的韭菜 生產(chǎn)覆蓋率將會提高到80 以上 無公害高質(zhì)量的韭 菜將占據(jù)蔬菜市場 全國韭菜種植面積將會大幅度增 加 而且以規(guī)?；姆醇竟?jié)栽培韭菜為主 實現(xiàn)韭菜 產(chǎn)業(yè)化 機(jī)械化生產(chǎn)勢在必行 韭菜收獲機(jī)可根據(jù)韭 菜長勢及收割要求實現(xiàn)割茬高度實時調(diào)節(jié) 自動化程 度高 對于其他葉莖類蔬菜收獲機(jī)械的研究具有一定 的借鑒價值 參考文獻(xiàn) 張寶海 韓向陽 何偉明 等 日光溫室韭菜輕簡化高效栽培技 1 術(shù) J 中國蔬菜 2019 11 101 103 李藝瀟 陳中府 呂愛芹 等 韭菜輕簡化栽培技術(shù) J 農(nóng)業(yè) 科技通訊 2021 11 293 294 303 2 張力文 任志家 于平 等 韭菜栽培模式及機(jī)械化生產(chǎn)關(guān)鍵技 術(shù) J 農(nóng)業(yè)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 種植優(yōu)質(zhì)安全韭菜發(fā)展特色蔬菜產(chǎn)業(yè) J 河北農(nóng)業(yè) 2018 10 63 64 4 喬立娟 吳曼 宗義湘 等 我國辛辣類蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢與建 議 J 中國蔬菜 2021 8 11 17 5 劉東 肖宏儒 金月 葉類蔬菜有序收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 對策 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019 47 3 27 31 6 黃修德 康麗芳 設(shè)施韭菜機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用 J 農(nóng)機(jī)質(zhì)量 與監(jiān)督 2021 5 28 29 7 宮元娟 馮雨龍 李創(chuàng)業(yè) 等 韭菜收割機(jī)械研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨 勢 J 農(nóng)機(jī)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 李繼偉 卞麗娜 翟歡樂 等 韭菜收割機(jī)扶禾裝置技術(shù)及新裝 置研制 J 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 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 劉宇航 韭菜機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析 J 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝 備 2019 5 62 63 10 王建軍 譚俊 黃毅成 等 蔬菜收割機(jī)有序收割裝置的設(shè)計 J 農(nóng)業(yè)裝備技術(shù) 2020 6 11 12 11 張靜 多功能莖稈收割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及受力分析 J 農(nóng)機(jī)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 農(nóng)業(yè)工程 裝備與機(jī)械化