大蒜收获与清理工艺及设备的研究.doc

大蒜收获与清理工艺及设备的研究 刘加利 日照职业技术学院机电工程学院 摘 要： 通过对大蒜收获方式的研究, 阐述了大蒜清根、清茎的工艺路径, 拔取大蒜后, 采用螺旋辊夹持蒜茎进给、浮动切刀切根方式, 完成蒜根清理, 实现机械化联合收获, 并应用机电一体化技术提升收获机械可靠性和自动化水平关键词： 大蒜收获; 联合收获; 机电一体化; 作者简介：刘加利 (1977, 04-) , 男, 汉族, 日照市东港区, 工学硕士, 讲师, 研究方向为机电一体化技术、液压气动技术、CADCAM1 概述大蒜广泛种植于我国山东、江苏、河南等省区, 是重要的经济作物, 近年来我国已经成为全球最大的大蒜种植国家和出口国家大蒜的收获过程主要包括:挖掘、清土、捡拾、清选、分级和装运等工序收获方式一般有三种:人力收获、分段收获和机械化联合收获人力收获主要靠人工借助简单挖掘和剪切工具, 完成各项工序, 得到的蒜头清洁度高、损伤率低, 但是劳动强度大, 工作时间长, 工效低分段收获是采用起蒜机将大蒜挖出铺条晾晒后, 用其他机械进行捡拾、杂物分离、清选、分级和装运等操作, 效率提高, 但作业周期长机械化联合收获机可以一次性地进行大蒜挖掘、清理、蒜头收集等作业, 收获损失小, 生产效率高, 但结构复杂, 成本高, 对环境适应性差, 适于大规模农场作业。

随着我国城镇化的快速发展, 人口逐渐向城市转移, 农村劳动力减少, 大蒜收获与处理加工还主要靠人力及单一功能机具, 造成生产成本上升, 大蒜价格时常高涨, 大蒜收获环节己经成大蒜种植业发展的瓶颈发展大蒜联合收获机是未来大蒜种植业的唯一出路, 能显著降低大蒜生产成本, 避免在市场竞争中被淘汰2 大蒜收获机械的现状目前, 国内大蒜收获机械主要存在以下问题: (1) 大蒜收获机械无法定型大蒜种植模式不一致导致大蒜收获机械化的推广受到限制, 目前我国大蒜种植区大部分为平作模式, 也有少部分为垄作模式, 且行距、垄距不一致, 因此首先要推广机械化标准种植作业, 才能保证行距、垄距一致 (2) 大蒜收获机械适用性较差在粘性土壤后或土壤湿度比较大时机器拥堵严重, 造成机器无法正常运行, 必须人工清理, 遇到连续的阴雨天气只能人工挖掘 (3) 大蒜收获机械的功能较少目前国内大部分大蒜收获机械技术还不够成熟, 多数均处于样机设计研发或田间试验阶段, 农业部南京农机化研究所研制的 4HLB-2 型半喂入自走式大蒜联合收获机 (图 1) 能基本实现挖掘、输送、清土、切茎、收集于一体, 但缺乏对蒜根的精处理国外发达地区对大蒜机械化生产技术与装备的研发, 起步早、投入大、发展快, 早已实现专业化、成套化和系列化, 实用性强, 可以提供很好的借鉴。

3 大蒜联合收获加工机械大蒜联合收获根据市场需求, 可以对大蒜进行分门别类的预加工, 大蒜可以挖掘、输运、蒜茎分离 (或打捆) 、集中收集等工序, 大蒜挖掘可以分为两类:挖掘式和拔取式;挖掘式还有预先割除茎杆 (图 2 (a) 所示) 和保留茎秆两类, 保留茎秆只能铺条晾晒, 分段收获预切除茎秆的大蒜经过筛分, 进入运输通道, 在滚动过程中, 蒜茎部分在重力作用下落, 蒜茎完成倒立, 然后由螺旋辊夹持行进, 进入切根切茎阶段拔取式 (图 2 (b) 所示) 是机具前进方向上成列的蒜秧在分禾器的引导下被导入到胶带构成的夹持通道之中, 在导入与夹持的同时相配合的挖掘铲在土下将蒜根部挖松, 蒜株在挖拔力的共同作用下被拎起, 挖掘机构的设计需满足挖掘大蒜根茎时带土量最少、粉碎土垡能力强、不缠草、伤蒜率低、耐磨等要求, 常用松土铲主要有固定式和振动式拍土装置在蒜株沿斜置的输送胶带向上输送的过程中振动清土, 最后输送至打捆机构批量打捆或者在输送过程中实现蒜茎分离并完成蒜头的集中收集图 1 4HLB-2 型半喂入自走式大蒜联合收获机切茎装置 下载原图图 2 大蒜联合收获机工艺 下载原图按照田间种植模式的调查数据, 大蒜株距 15cm, 收获机械行走速度一般在0.6m/s~0.8m/s, 相应的单行机械化收获切根效率为 4~6 个/s。

由于种植区域不同、生长环境不同、栽植品种不同, 蒜直径 d1 (45cm

但实际工作中蒜的运动速度太快, 仿形轮内的切根器来不及将根须切净, 切根速度无法适合收获速度, 因此需要将根的切除分成多步走, 尽量减少最终切根的工作量清根清茎装置生产节拍与拔取装置生产节拍一致, 为减少最后精加工的工作时间, 清根设置多道工序:清土、预清根、清根或者在拔取前采用旋耕用旋齿在地下将根切断, 然后拔取清根方式有旋切和横切, 旋切利用刀具高速旋转, 逐渐将根削短, 渐进式旋切能较好地适应蒜的大小, 避免产生过切, 但在对齐上比较困难, 需要螺旋辊设置螺线空白段, 使蒜体做短暂停留完成切根;横切沿茎盘切除根须, 是最快切除方法, 但找准茎盘比较困难, 容易过切采用柔性仿形刀具仿人手部切削动作, 蒜头稳定移动, 切刀抵住蒜头底部切根;或者使用由传感器和气动压紧装置组成的浮动切根系统, 传感器发出信号, 可以精准压紧蒜体, 快速修理根型4 机电液气一体化技术在大蒜联合收获机械的应用大蒜联合收获机械包括挖掘装置、输送装置、清土装置、切根装置、切茎装置、液压系统、气动系统、电控系统等主要组成部分, 大蒜挖掘拔取及输送装置受力较大, 液压系统为挖掘装置、输送装置、清土装置提供动力切刀控制装置受力小, 速度要求快, 采用弹簧式蒜头适应系统属于被动式, 适应性较差, 气动系统为浮动切刀和风选装置提供动力, 传感器检测蒜的大小并控制气动浮动刀头快速定位切削, 检测系统压力异常可判断设备堵转并调整收获速度。

农业机械因为成本问题, 在动力上多采用机械传动的方式, 受空间限制, 能实现的功能较为单一, 机电液气一体化系统结构紧凑、布置上灵活方便、运动平稳、控制简单、能实现过载保护, 虽然设备成本提高了, 但功能更适应生产需要, 是农业机械的发展方向, 机电液气一体化技术将提高联合收获机械的可靠性和自动化水平, 促进农业生产转型, 提高生产效率5 结束语蒜根的清理在大蒜收获中, 一般采用分段处理, 人工喂料, 清根效率较低, 把清根清茎装置和拔取装置联合在一起, 大大提高了效率, 联合收获是大蒜种植业提高生产效率的必由之路, 本文开展了相关研究, 为下一步实用化奠定了基础图 4 弹簧张紧式浮动切根装置和仿形轮 下载原图参考文献[1]胡志超, 吴峰, 等.国内外大蒜收获机械现状[J].农业机械, 2007 (06) :47-49. [2]杨柯, 胡志超, 等.大蒜机械切根技术研究及试验[J].中国农机化学报, 2015, 36 (3) :153-159. 。