4GC-1型根茎药材收获机的设计

　　目前，国内用于收获根茎类中草药材的机械很少。随着根茎类中草药种植面积逐年扩大，收获难的问题日益突出。根据目前种植的实际情况，通过大量调研和试验工作，研究设计了4GC-1型根茎药材收获机，该机具有入土行程短，松土效果好，分离能力强的特点。
　　1.总体方案设计
　　该机由挖掘铲、指杆分离栅和机架等主要工作部件组成（如图1）。为提高该机的机动性，联接方式选择后三点悬挂，整机采用单梁宽跨式结构，悬挂机组挖掘深度采用位置调节方法。挖掘铲为直刀楔式，入土角170°，工作幅宽1.1 m，垄作、畦作通用。
　　1.挖掘铲2.铲柄3.机架4.连接板5.指杆式分离栅
　　图1总体布置图2.动力选择
　　根茎类中草药的收获深度较大，一般在35～40 cm，要求松土范围大，效果好，因此作业阻力大。经测试，挖掘深度在35～40 cm时，机具总阻力在22～26 kN。根据现有动力情况，选择东方红-75型或东方红-802型履带拖拉机较为合适，其计算牵引力为Ⅰ挡4.5 kN,Ⅱ挡26.26 kN，能够满足牵引力的要求，并且具有一定的储备牵引力。
　　3.挖掘铲的设计
　　为了解决根茎类中草药根部入土较深、松土范围大、挖掘部件土壤阻力大的问题，我们设计了直刃楔式挖掘铲（如图2）。
　　图2直刃楔式挖掘铲铲柄前倾角β是影响铲柄对土壤和作物根茎滑切作用的重要参数，正确选择有利于提高滑切作用和降低作业阻力。铲柄工作时，柄刃对土壤和作物根茎的作用情况如图3。N为柄刃对根茎和土壤的作用力，F为摩擦力。将N分解为使根茎随铲柄一起运动的力P和根茎沿柄刃相对滑动的作用T。
　　图3柄刃对土壤和作物根茎的作用情况则有：T=N·tgβ
　　F=N·tgφ
　　式中β—铲柄前倾角；
　　φ—摩擦角。
　　由滑切条件得：T＞F 有tgβ＞tgφ
　　查得一般作物茎秆和土壤对钢料的最小摩擦角为
　　 φ茎min=16°42′
　　 φ土=21°48′
　　 要使铲柄对根茎和土壤具有一定的滑切作用，β角至少应大于21°48′。考虑到结构参数对β角的影响，确定该铲取β=25°。
　　4.主要性能参数
　　外形尺寸：920 mm×1600 mm×635 mm；
　　工作幅宽：110 cm；
　　最大挖掘铲深度：45 cm；
　　破损率：＜3%；
　　漏收率：＜1%；
　　生产率：0.4～0.5 hm2/h；
　　整机质量：270 kg；
　　配套动力：55.2～58.8 kW。
　　5.试验情况
　　2012年分别进行甘草、黄芩收获试验，试验时间为三个连续班次，每个班次作业时间6 h，累计作业量10.5 hm2，试验结果如表1、表2。
　　表1主要指标试验检测结果
　　项 目收甘草收黄芩入土行程/cm12692挖掘深度/cm45.726.5损伤率/%2.251.0漏收率/%0.850比阻/kg·cm-20.550.50牵引阻力/kg24781465消耗功率/kW29.324.9纯小时生产率/hm2·h-10.540.68表2生产查定结果汇总(甘草)项目班 次123平 均纯工作时间/min384380430398转弯空行时间/min43345243工艺服务时间/min22212623机器故障时间/min8044动力调整保养和故障时间/min231613自然条件造成停机时间/min10158.3其它原因造成的停机时间/min32512.3作业量/hm23.473.513.5203.50纯工作小时生产率/hm2·h-10.550.560.520.54作业可靠性/%98.010098.899.0单位燃油消耗量/kg·hm-298103102101试验结果表明，本机的主要性能指标达到了设计要求，作业质量满足了农业技术要求，整机设计合理。（05）

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