一种自走式卷心菜收割机的结构研究

马金葵,于光鑫,赵薇,刘禧龙,吕培晨

青岛理工大学 266000

一、项目简介

卷心菜作为我国大部分地区种植的传统蔬菜，其生产及收割方式一直以人工为主。此类模式使得劳动强度增加，消耗了大量的人力、物力以及财力，制约了卷心菜的收割效率,只适用于小规模种植户。

同时卷心菜是一种非常脆弱的蔬菜,它的叶球在机械化收割和装运过程中受到撞击很容易损坏，价值会随之下降,还会增加它的腐烂速度。这也使得我国在此类农作物自动化收割装置方面的研究相对较少。

为了在收获过程中操作和维修方便，设计结构简单,操作方便,不易损坏卷心菜,且成本要低廉的卷心菜收获结构。于是，我们团队根据我国卷心菜种植规模、市场需求情况以及同类产品的应用前景，设计出了一款能实现自动化收集卷心菜的收割机。

通过收割机前端并行安装的采收传动装置，松弛土壤，切割刀切掉根部，拨轮将卷心菜带入传送带；随着定位孔到达清洁区域，除杂收集机构将外层腐烂或脱落叶片及未掉落的根收集到回收池；卷心菜则是随着两列反向的导向滚轴送到车体一端等待落入分拣传送带；根据实际情况将规格不同的卷心菜分拣，采收完成的采摘框可由吊臂放在其他平台。以上一系列的操作来实现卷心菜的分拣、装箱、吊装运输等工作。

二、研究目的

克服现有产品技术的不足，包括：现有采收机体型较大，在田间运行不灵活；单垄采收方式逐排采收；相同行程内采收效率低,能耗较大等问题。我们的研究目的在于设计一款拥有收割、分拣、装箱、吊装运输等多项功能的自走式卷心菜收割机，使其能给农收用户带来更好的体验和更高的效率。

现在市面上存在的卷心菜收割机,由于本身结构尺寸和工作原理的局限，难以获得更高的通用性，所以设计要完全符合卷心菜种植的要求、作物习性、作物生长空间，打造通用型强的卷心菜收割机,来完成卷心菜的收割工作。

提高作物附加收益，回收采收过程中掉落的卷心菜叶片，可实现废物利用，制作有机肥料。

三、研究内容

（一）卷心菜机械化收获的技术路线的确定

传统的卷心菜收获都是靠人工来完成砍切、捡拾、装车作业，通过卷心菜收获机器实现机械化收获也要从以上的关键环节突破。卷心菜机械化收获主要有引拔、切根、传输、去皮、分拣及装车几个环节。

图3.1自走式卷心菜收获流程图

（二）卷心菜机械化收获的具体部件实施方案

卷心菜的种植方式为成垄密集种植，首先确定卷心菜收获的技术路线和双行卷心菜收获机的整机方案。设计的收获机侧悬挂的机架尺寸应在适合农田垄地的收获，以保证能够在农田里的收割效率。

通过调查卷心菜的种植农艺和外形参数，确定采用先引拔、再切根、再传输，然后完成提升转运和装车的机械化收获的技术路线。

切削机构可以调节切削卷心菜根部的高度,范围3cm-4cm之间,保证卷心菜出货的质量;提升运输机构为软质同步带提升同时间距可调，调距10cm-20cm,在保证卷心菜有效收获的同时保护了卷心菜的叶片。

去皮机构主要是安装在两列正、反向旋转的一对导向滚轴组成，通过滚轴的正反转，可以使卷心菜在横向输送的过程中完成杂叶的去除和掉落。

收集装置可以收集卷心菜掉落的杂叶,收集箱内装有检测装置和叶片压缩机构，可以将卷心菜叶片进行压缩，并且收集到的叶片可以作为牲畜的饲料等。

输送机构由横向输送带和纵向输送带组成,可保证卷心菜准确进入滚筒箱上进行运输;同时纵向输送带可以实现分拣功能，大规格的卷心菜会随着传送带进入上面的采收筐中，小规格的会掉入下方的采收筐中。

当收集框中的卷心菜快要收满时，位于驾驶舱后方的吊装机构可以将收满的收集框通过吊臂转移到其它输送平台，大大的减轻了人力，实现了收割-运输一体化。

综上所述，目前国内关于卷心菜收获机的研究还处在理论研究和关键部件的设计试验上，虽然有的已经加工出来样机并进行了田间试验，但是由于研制的收获机类型少,通用性差，机械化收获效果达不到人工收获的质量,并未实现技术成熟的定型机型的推广和广泛应用。

当今的卷心菜收获机应逐渐向着高速、节能、智能化的方向发展。应主要具有以下特点:

a．随着蔬菜品种的增加，收割机的通用性能加强，可用于同类型多种蔬菜的收割。

b.在工作过程中，由电脑中的相关程序实现多个伺服电机的同步控制，使收割机能够快速智能化、系统化的实施卷心菜的收割。

c.对机构收割过程中，能够实现对结构操作参数的动态化调整。在的收割过程中，卷心菜的根的高度、行距大小不一，机构能够调整响应参数,确保收割的质量。

d.卷心菜收获机的功能不仅仅只在于收割，而在于实现收割、去皮、输送、分拣、输送等多种功能一体化，来减少人为的干预，减少劳动力的浪费，以此提高效率。

e.卷心菜收获机的功能设计趋于模块化，使得机械的维护和保养变得更加简单。

四、创新点与项目特色

自走式机械平台，动力强劲可轻松跨越崎岖地面，通过性能强，对比手推式采收机械，省时更省力。

双垄采收，贴合卷心菜种植习惯，双垄采收效率翻倍。

采用齿轮传动，相较于传统的链式传动机构，齿轮传动贴合程度高，动力损耗减少，维护方便，稳定性强。

整体采用模块化设计，可更替不同作物的采收传动机构，根据实际需求加装或减少相应的功能模块。

分拣和吊装。按大小分拣两类规格的卷心菜，减轻人工分拣环节的压力。吊臂代替人工搬运。一人即可完成整个采收工作。

五、技术路线、拟解决的问题及预期成果

（一）技术路线

为保证研究的科学性、规范性与实用性，本项目搜集了大量的文献资料，将国内外十余种同类型蔬菜类收割机产品进行横向对比，对蔬菜采摘处理流程及机器所需机功能进行了全面研究。

因此，有必要对新型自走式卷心菜收割机的研制和开发进行全面探讨。以下是技术路线流程图，以此图为项目指导，进行自走式卷心菜收割机的研制与开发。

图5.1技术路线流程图

（二）拟解决的问题

总体上，卷心菜收割机因需要完成的工作步骤较多，流程相对复杂，致使本卷心菜收割机的本体的体积较大，这就在灵活性上会有些不足，在收割时会受到阻力性能不稳定，在特殊地形情况下如遇到特殊天气，也可能难以适应环境。

因此，卷心菜收割机应在满足各项功能的前提下，尽可能优化、简化结构，即各功能模块化的优化设计，整机结构的轻量化设计。

由于需要对卷心菜进行分拣，装箱等操作，所以需要用到一些传感器等相对精密的监测设备，用于控制机体的运动速度、加速度和偏移位置，控制机体实现位置修正，但由于受于技术的原因，位置系统也相对落后，不易进行实时监测。

因此，卷心菜收割机应尽可能满足不同标准卷心菜在采收过程中的加工，分拣需要。即卷心菜收割机的多功能性创新设计

卷心菜收割机应用多种不同刀头用于切根，螺旋去除杂叶，粉碎杂叶追肥等。可能会过多的切掉菜根，切除菜根时多与沙石、泥土、水分接触也可能使刀头损坏，去除杂叶时也可能会去除新鲜的叶片等。

因此，卷心菜收割机在保证机器多功能的同时，也应满足经济性的前提，尽可能保证高效率和卷心菜满足商品标准化指标。即卷心菜收割机结构设计的合理性与采收加工的精度要求。

参考文献

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