冯伟 李平 张先锋 吴瑜 李秀宝

摘   要   为了适应西南丘陵山区的作业环境，解决榨菜收获关键技术问题，设计了一种榨菜收获机。通过正交试验分析榨菜收获机割台各工作参数对青菜头损伤程度的影响，对切根装置与地面夹角、切叶机构转速、喂入螺旋转速进行优选。试验结果表明，当切叶机构转速为750 r·min-1，切根装置与地面夹角20°，喂入螺旋转速250 r·min-1时，收获损伤率最低;当切叶机构转速为750 r·min-1，切根装置与地面夹角30°，喂入螺旋转速250 r·min-1时，收获含杂率最低。

关键词   榨菜收获机;割台设计;损伤率;含杂率

中图分类号：S225.92     文献标志码：A    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.34.035

重庆涪陵被誉为中国“榨菜之乡”[1-2]，是榨菜生产的发源地，种植历史悠久，是国内规模最大、最集中的榨菜产区，至今已有100余年的历史[3]。榨菜产业是重庆市七大特色效益农业之一，2016年重庆市榨菜种植面积4.33万公顷，分布在13个区县，榨菜产业产值达到85亿元[4]。榨菜产业是重庆市“十三五”期间重点打造的七大百亿产业之一。

目前，榨菜深加工已经全面实现了机械化[5-7]，而榨菜播种和收获却还停留在人工操作阶段，作业效率十分低下，而且随着农村劳动力的转移，劳动力短缺问题日益突出，不少农户因此放弃了榨菜种植，种植面积逐年减少，严重影响了重庆榨菜产业的发展。

近年来，许多学者就榨菜机械化生产开展了一系列研究，如薛元鹏等[8]对青菜头物理力学特性进行了相关研究;王留步等[9]设计了一种简易的榨菜拔取输送装置，但丘陵山区榨菜收获机还处于研究空白，迫切需要研发一款适用于丘陵山区的小型榨菜收获机。本研究旨在研发一款适用于丘陵山区的小型榨菜收获机，优化作业参数，提高榨菜收获效率。

1 割台结构及收获原理

本项目研究的榨菜收获机割台主要由切叶装置、排叶装置、切根装置、纵向输送装置、横向输送装置、提升装置及机架等组成。收获机工作时，发动机动力通过传动系统，将动力传递到收获机割台输入轴上，并从输入轴传递到割台所有旋转部件。切叶装置是用于切除榨菜头上部的菜叶，并通过切叶装置的旋转运动将菜叶运送到排叶机构，排叶机构在螺旋输送的作用下将菜叶推送到割台外部，同时切根装置随着收获机的运动向前行走，前段紧紧贴着地面，榨菜头根部通过中间缝隙的刀刃时，由于运动产生的切削力将榨菜头根部切断，最后通过输送装置及提升装置将榨菜头输送到清选系统[10]。

2 割台的结构设计

针对重庆市坡度大、地块小等地形地貌特点，结合榨菜种植农艺要求，榨菜种植一般采取条播，行距株距为30 cm，采用倾斜式拱形切根装置入土梳理结构，既完成对行分禾，又能适应菜头不同离地高差，提升收获机割台的收获效率。为了避免土壤与榨菜头粘连影响榨菜品质，在榨菜切割、输送等环节均采用底部镂空结构，增强榨菜头与土壤分离的能力，提升榨菜头清洁度。设计的榨菜收获机割台见图1。

3 割台运动参数优选试验

3.1 试验目的

割台各运动部件的参数，直接影响收获机的收获效果。分析收获机的结构及工作原理可知，切叶机构转速、切根装置与地面夹角、喂入螺旋转速等参数对割台收获效果影响较大。为了研究这些关键参数对收获性能的影响，采用正交试验，分析各关键参数对榨菜收获损伤率、含杂率的影响规律，优选试验参数最佳组合[11]。2016年2月9日在渝东南农科院榨菜种植示范基地开展割台运动参数的正交试验。

3.2 试验方法

将试制好的榨菜收获机割台安装到作业底盘上，在榨菜种植基地里进行收获试验，收获机作业现场见图2。通过设置各传动系统参数和速比，调节各工作部件转速及角度，采用正交试验设计方法，以切叶机构转速、切根装置与地面夹角、喂入螺旋转速为试验因子，按正交试验要求设置水平，选取收获损伤率、含杂率作为输送装置的性能评价指标。

3.3 试验设置

根据单因素试验，测试切叶机构转速、切根装置与地面夹角、喂入螺旋转速对榨菜收获机割台作业性能的影响，确定作业参数正交因素水平（见表1）。

3.4 正交试验结果

选择L9（34）正交试验表，在各组因素水平组合作用下分析榨菜收获机割台对榨菜头的损伤率、含杂率情况，每组试验重复3次，取其平均值，正交试验结果如表2所示。

3.5 显著性分析

试验结果的方差和极差分析见表3，Rj为极差，从表中可知，因变量为损伤率时，各因素的影响主次顺序为切根装置与地面夹角>切叶机构转速>喂入螺旋轉速;因变量为含杂率时，各因素的影响主次顺序为切叶机构转速>切根装置与地面夹角>喂入螺旋转速。

3.6 较优组合

各工作参数对损伤率总和Kij的影响见图3，可以看出，切叶机构转速第3水平最好;切根装置与地面夹角第1水平最好;喂入螺旋转速第2水平最好，故各因素优选组合为A3B1C2，即切叶机构转速750 r·min-1，切根装置与地面夹角20°，喂入螺旋转速250 r·min-1。

各工作参数对含杂率总和Kij的影响见图4，从图中可以看出，切叶机构转速第3水平最好;切根装置与地面夹角第3水平最好;喂入螺旋转速第2水平最好，故各因素优选组合为A3B3C2，即切叶机构转速750 r·min-1，切根装置与地面夹角30°，喂入螺旋转速250 r·min-1。

4 小结

1）本研究设计了一种适用于丘陵山区的小型榨菜收获机割台，经过试验验证，收获效果基本满足作业要求。

2）以损伤率为评价指标时，榨菜收获机割台收获试验中各因素的影响主次顺序为切根装置与地面夹角>切叶机构转速>喂入螺旋转速，当切叶机构转速为750 r·min-1，切根装置与地面夹角20°，喂入螺旋转速250 r·min-1时，损伤率最低。

3）以含杂率为评价指标时，榨菜收获机割台收获试验中各因素的影响主次顺序为切叶机构转速>切根装置与地面夹角>喂入螺旋转速，当切叶机构转速为750 r·min-1，切根装置与地面夹角30°，喂入螺旋转速250 r·min-1时，含杂率最低。

参考文献：

[1] 赵红丽，夏洁如，李一男，等.榨菜产业发展现状及前景[J].中国酿造，2008（20）：11-13.

[2] 刘佩瑛.中国芥菜[M].北京：中国农业出版社，1996.

[3] 何侍昌，李乾德.重庆榨菜产业发展问题与对策研究[J].改革与战略，2014，30（2）：114-118.

[4] 麦地.小榨菜大产业——科技引领重庆榨菜产业壮大[J].植物医生，2017（1）：6-9.

[5] 罗小红，谢朝怀，刘正川，等.涪陵榨菜种植与深加工技术探究[J].南方农业，2013，7（2）：55-57.

[6] 姚成强.包装榨菜食品主要加工技术的研究[J].中国食品工业，2008（5）：68-69.

[7] 张光朴，刘晓容.榨菜种植与深加工技术探究[J].农业开发与装备，2017（5）：181.

[8] 薛元鹏，陈俊杰，叶进，等.青菜头物理力学特性研究[J].西南大学学报（自然科学版），2017，39（2）：147-152.

[9] 王留步，叶进，杨仕，等.榨菜收获机拔取输送机构的设计与试验[J].农机化研究，2018（4）：138-141.

[10] 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册（上册）[M].北京：机械工业出版社，1988.

[11] 郁志宏，达布其力吐，王文明，等.捡拾器试验台性能参数分析与优化[J].农机化研究，2017（1）：187-191.