白菜收获机切削机构的设计

梁 远，赵胜雪，姜凯岩，李文涛

(1.黑龙江八一农垦大学 工程学院，黑龙江 大庆 163319; 2. 黑龙江省尖山农场，黑龙江 黑河 161444)

0 引言

白菜、结球甘蓝等都是结球叶菜的一种。在整个生产过程中，收获工作占总体工作量的40%。一般收获工作质量的高低，往往会对白菜的贮藏、加工以及售卖产生较大影响。白菜具有易损伤、形状和球高差异大、种植株距和行距差距较大、栽培整齐等特点。形状分为筒形、圆形和平头形。普通白菜结球的高度一般在20～80 cm左右，差距较大。受白菜的品种和各个地区耕种习惯的制约，白菜种植株距普遍在30～80 cm之间。白菜在耕作时，大多采用条播的耕作方式，生长整齐，白菜收获是一种密集型劳动工作，采取人工收获成本较高，价格约为白菜生产成本中的33%～50%。白菜收获机重要部件切削机构存在许多亟待解决的问题，对白菜收获形成制约，其生产机械化仍然不是很高，目前切削机构的设计在收割结球叶菜机械中十分重要。

1 切削刀的设计

在机械收获过程中，切削机构是收获机械的主要部件，其切割性能的好坏会对后续工作产生很大影响。切削机构主要作用是对拔取机构所拔取的白菜切除根部，通常被安置于提升机构后端。白菜收获机的切削机构类型主要包括循环式、往复式与圆盘式3种。现在较为常用的为往复式与圆盘式，循环式切割器很少被使用。在我国一些非大型的收获机械上，主要采用单圆盘切割器，这是由于单圆盘切割器具有功率消耗较小且工作幅宽大的特点，常用于收获甘蓝、白菜等茎秆较为粗壮的农作物，工作时，刀轴可以在平面内完成回转运动，同时，刀片也可以完成切削工作，切除被传入切削机构白菜、甘蓝的根部，由此便完成了白菜、甘蓝与根茎和残破外叶的分离，实现了切削工作。

国内白菜收获机的设计普遍以锯齿状双圆盘切刀为主，这种机构是通过吸收国外的先进收获机械原理及理念设计出来的。中国农业大学自主研发一种圆形切割刀，与常规切割圆盘不同，把五个直刀片安装在刀盘上(图1)，通过这种方式来实现切削。

1.安装螺钉；2.刀片；3.刀架图1 切削刀

2 支撑机架的设计

由黑龙江八一农垦大学工程学院设计的白菜收获机切根部件支架(图2)，主要由框架、张紧导轮、切根马达、联轴器和带轮驱动马达等组成。带轮驱动马达和切根马达安装在支撑框架上，带轮安装在带轮轴上。切根刀片固定安装在切根马达前端轴上，张紧导轮通过拉紧弹簧的作用始终使上下两根皮带保持张紧状态，保证白菜在输送和切根工序作业过程中不会出现滑移、甚至脱落现象。支撑框架通过液压机构控制高度，以适应白菜生长高度。两根切削刀轴相对旋转，从而保证白菜切根时的受力平衡，达到良好的切根效果，利于切下白菜并完成输送。

1.切根马达；2.上固定架；3.刀轴；4.联轴器；5.下固定架；6.刀片；7.固定螺母图2 撑机架

3 液压马达的选取

液压系统主要优势：实现无极调速，调速范围大，且控制简单，工作比较平稳，换向时冲击小，能够实现过载保护，容易实现自动化[1]。同等功率下液压传动的能量转换元件体积小，质量轻。白菜收获机切削动力控制系统采用液压动力系统(图3)。柴油机给定量泵提供转速和动力，经分流器一路提供给收割台的液压油缸，另一路提供切根马达及输送马达。液压油缸用于收割台调整和控制引拔铲距离地面的高度，以及切根机构的升起与下落，所以液压缸的作用是通过换向阀和液压锁来实现对引拔铲离地距离的控制，从而达到理想的根切位置。切根液压马达通过使切根刀片转动，来完成对白菜的切根工序，每个切根液压马达都由单独的调速阀进行调速，以保证工作需要；而带输送液压马达，可以把白菜运送到提升机构上，通过带动皮带来实现这一操作；提升输送马达，可以把白菜运到平带输送部件上面去，通过驱动传动链，把白菜运送到平带输送部上面去；而平带输送马达，则可以通过驱动平带输送部件，保证平带把已经处理好的白菜同时输送倾倒在后面的白菜收集斗里。溢流节流阀，或者可以选择调速阀，来对液压马达进行速度调控，防止达不到液压马达正常工作时所需的正常转速。

1.油箱；2.滤油器；3.定量泵；4.驱动轴；5.溢流阀；6.手动换向阀；7.切根马达控制阀；8.分流阀 9.液压锁；10.割台液压缸；11.切根马达；12.输送马达；13.切根马达；14.安全阀；15.溢流阀；16.手动换向阀；17.溢流阀图3 液压动力系统

根切液压马达[2]：设计刀片长度100 mm。安装刀盘直径40 mm，因此根切刀工作回转半径r=120 mm，切削力F=100 N，根切马达工作转速n=400 r·min-1；负载转矩为

T=F·r=12 N·m

需要消耗功率P为

P=2πnT

式中，T为负载转矩，单位N·m，n为马达工作转速，单位r·min-1，计算工作功率P=0.50 kW；选取根切马达型号为BMRW-50。表1为选取液压马达的基本参数。

表1 根切马达技术参数

4 结论

通过借鉴国外的白菜收获机械的工作原理和结构特点，结合我国东北地区白菜种植模式，设计白菜收获机的切削机构，主要包括切削刀的参数确定，结构方案确定，动力驱动方案确定，采用液压马达驱动形式，确定液压马达的型号，进行了液压动力系统的设计，通过样机试验，设计的结构型式能够适应东北地区白菜种植模式的白菜收获机械的应用。

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