王小娟

(长治市农业机械研究所,山西长治 046000)

1 挖掘部件

挖掘铲是挖掘部件中的重要组成部分，挖掘铲的任务是以带最少的泥土量挖掘薯块，使土壤松碎，把掘起物送到分离装置上，要求在克服阻力时消耗的能量最少，要在不同的土壤条件和湿度下完成任务。所以挖掘铲的几何尺寸和安装尺寸是关系到挖掘机能否正常工作的重要因素。

1.1 挖掘铲的几何尺寸

挖掘铲的几何尺寸是由铲面倾角α、铲的长度和宽度组成。挖掘铲的长度L与铲面倾角α的大小有关。一般挖掘机上选用α＝20°，根据对平铲的试验研究，当α角为16°～20° 时，挖掘铲的最佳长度L为350～400mm。如（图1）

图1 挖掘铲受力图

1.2 挖掘铲的安装尺寸

挖掘铲的安装尺寸主要与铲面倾角α和挖掘铲后端的离地高度h有关。当L值一定时，α值越大，则h值越大，对清选筛的安装更有利。但是随着α值的增大，挖掘铲的阻力也随之增加，挖掘铲的入土行程却在缩短。最短的入土行程是保证挖掘机挖净率的重要措施。在地头，机组的入土行程短，可减少薯块的破损率，提高薯块的挖净率，适当地提高α值，不但对挖掘铲的入土行程能有效缩短，而且对机组的正常作业不会造成太大的影响。我们在试验中测得了相关数据。如（表1）

表1 铲面倾角α与入土行程

从（表1）中我们可以看到增加α值可以缩短机组的入土行程。但是增加α值也会增大机组的阻力，并会在挖掘铲面上出现大量的拥土。由图1可得平衡方程（1-1），移动土垡越过挖掘铲表面所需要的力P可由方程推出：

式中：P—沿着挖掘铲移动掘起物所需的力（N）；R —铲对土壤的反作用力（N）；G —铲面上土壤的重力（N）；T —土壤对铲的摩擦力（N）；μ=tgφ—土壤对铲的摩擦系数

式中：F——被铲起土垡的横断面积 γ——土壤容重 ψ——土壤对钢的摩擦角

挖掘铲的工作阻力是由铲起的土垡沿着挖掘铲移动和挖掘铲切割土壤而产生的。土垡在挖掘铲上的移动阻力很小，（特别是沙壤土）若不考虑土垡沿着挖掘铲移动速度变化的影响，铲的总阻力可以用下面的关系式来表示

从式（1-3）中我们可以看出：F、ψ、γ值是相对固定的，要想减小铲面的总阻力，只有将挖掘铲的长度缩短，我们在增加α值的同时，将L值由原来的350mm减小到280mm。L值减少，必须增加α值，以保证h值，便于后端杆条输送链的安装要求。根据（表1）所测数据进行对比分析，α取23°是最理想的数值，根据（图1）中L、α和h的关系，挖掘铲的长度超过350mm～400mm时，在保持 h值不变即α减少的情况下，也会引起阻力增加。由此可见，角α值愈大，则挖掘铲的长度必须愈短。这样挖掘铲的总阻力有所增加，但机组的入土行程减小了很多，达到了农艺要求。以上α值和L值的改变最好用在沙土地里挖掘马铃薯使用，因为在沙土土壤里的κ值比在粘土土壤里的κ值每平方分米要小120～150N，这样挖掘铲铲面的阻力也可以相对减少很多，有利于机器的正常工作。

2 筛选部件

马铃薯挖掘机的筛选部分，主要由传动轴，传动箱，抖动器，输送链，轴承等部件组成。输送链在输送薯块的同时将挖掘机挖起的混合物向机组的后端输送，是筛选部件中的主要部件。因输送链的宽度对掘起物的筛选效果影响不大，在这里，我们着重对输送链的长度在不同土壤里，对掘起物的筛选效果作详细的试验研究。杆条式升运链是目前薯类挖掘机上用的最广的分离部件。它具有较强的分离能力，并能在倾角达到30°时仍有良好的输送能力。下面我们分别在沙壤土中和重粘土中进行实地测试，观察它在整个挖掘过程中，对混合物的分离能力和对薯块的损伤情况。

2.1 沙壤土地里的试验情况

选择的试验地块长320m，宽150m，马铃薯种植行距60cm，株距25cm，薯秧85%已枯死滩在地表，土壤湿度14%，薯块分布深度20cm，全部处于成熟状态。我们选用90型两行挖掘机，挖掘宽度为90cm，杆式输送链的长度分别为1.2m和1.6m两种机型，其它配置两机完全相同，下面是我们对两种机型的测试结果（表2）。试验是在同一块地里，随机各选5点进行测试，5点的规格同为1.2m×1m。测得其明薯率都能达到农艺要求。从（表2）中我们看到，在沙壤土质中，挖掘机输送链的长应选1.2m为最佳长度。

从试验中我们观察到，被挖起的混合物在被输送到1m左右位置时，土壤的85%～90%已被筛掉，所剩土壤正好保证薯块在落地前不会被杆条碰撞到。所以1.2m长的杆式输送链，不会造成薯块的损伤；而在1.6m长的输送链上，后端约30～40cm的输送链上土壤已完全漏掉。薯块完全裸露在杆条上，此时薯块不停地和杆条碰撞，造成了薯块表面的损伤。

表2 两种机型的测试结果

2.2 重粘土地里的试验情况

我们将前面的两种机型放在重粘土地里作对比试验，试验地块长230m，宽100m，马铃薯种植行距60cm，株距26cm，薯秧85%以上已枯死滩在地表，土壤湿度17%，薯块分布最深度16cm，全部处于成熟状态。因为这两种机型在粘土地里作业，对薯块的表皮损伤都不明显，所以我们只对两种机型的明薯率进行了测试。在同一块地里，我们随机各取5点进行测试，5点的规格同为1.2m×1m。从表2中我们可以看出，当挖掘机在重粘土地里作业时，输送链长取1.2m时，出现了较严重的埋薯情况，达不到农艺要求，输送链长取1.6m是理想的长度。在以上试验中，杆式输送链的速度同为2m/s。

3 结论

通过上面的试验分析研究，我们对薯类挖掘机的主要部件挖掘铲和筛选链进行了改进设计，确定了最优方案，提高了马铃薯挖掘机的挖净率，降低了伤薯率，明显提高了机器生产率。薯类挖掘机有它的局限性，我们在设计和生产挖掘机时，必须结合土壤类型，在尽量减小工作阻力的前提下，达到农艺要求，根据不同的土壤，生产不同的机型，输送链取1.2m适用于沙壤土地里作业，用1.6m长的输送链在轻质土壤里挖掘马铃薯，如果不按装抖动器，可减少薯块的损伤率；输送链取1.6m适用于重粘土壤里作业，两者不可替换。生产厂家应综合考虑地区的土壤状态，针对性的生产销售，以适应不同土壤的要求。

［1］(波兰)卡那头依斯基.收获机械［M］.中国农业机械出版社,1983.

［2］中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册［M］.机械工业出版社,1990.