胡萝卜联合收获机对顶部件的研究

1 对顶部件形式

对顶部件是胡萝卜联合收获机的重要组成部分。对顶是胡萝卜茎叶被分离前的首要工作步骤，也是胡萝卜联合收获机切割装置的难点，只有将茎叶对顶到胡萝卜根茎结合部，才能完成完美的切割作业。根据对顶部件有没有动力驱动划分，对顶部件可以分为固定型对顶形式及外接动力型对顶形式;根据形式划分，胡萝卜对顶方式可以分为皮带型对顶形式、链条型对顶形式等。

1． 1 皮带式对顶部件
皮带式对顶部件是一种由外部输入动力的对顶方式，采用与斜向夹持部件水平速度相同的皮带作为对顶组件，结构相对简单。由于皮带质软，且皮带与胡萝卜的水平方向的速度相同，所以不会出现摩擦的现象。该装置对胡萝卜几乎没有损伤，但由于皮带质软，当胡萝卜被对顶后，受到向上的力较大，极易将皮带拉弯甚至脱带。该装置较早出现在美国，并被应用于胡萝卜联合收获机，能够基本实现将胡萝卜茎叶对顶的功能，但实际推广效果较差。目前，国内对皮带式对顶部件的研究应用较少。

1． 2 链条式对顶部件
国外所设计的胡萝卜联合收获机针对胡萝卜机械化收获切割过程中顶部不能完全对齐的问题，在胡萝卜斜向向上传送的过程中设置 1 个具有一定间隙的水平夹持导向装置，如图1 所示。
图1 中，链条式对顶部件能够有效地保证根叶分离装置完成胡萝卜根叶切割过程。胡萝卜植株在进入链条式对顶装置后，在斜向上的输送带的作用下，会逐渐被向上拉动，直到使得胡萝卜根部顶端紧紧贴在夹持链的底端，从而达到胡萝卜根部顶端对齐的目的;然后通过水平传输带的作用，胡萝卜将被慢慢喂入到切割装置，通过旋转的双圆盘刀切割装置完成根叶分离的切断过程。这样不仅使胡萝卜在逐渐向的运动过程中根部保持对齐，而且使胡萝卜植株有序喂入到根叶切割分离装置中。为了抵抗恶劣的工作条件，链条式对顶部件的链条和链轮的材料采用了耐磨耐用、噪音低、质量轻的塑料尼龙，如图2 所示。

安装有挡板式对顶部件的胡萝卜联合收获机进行了多次田间试验，测试获得伤果率为 1．5%、漏切率为0．2%、切不净率为 0． 3%。试验结果表明:对顶切割装置切口平整，基本满足了胡萝卜收获的要求。

2 V 形滚轮式对顶部件

上述几种对顶装置应用于胡萝卜机械化收获均有利于提高切割平整度，但茎叶位置对顶准确度仍有待于提高。皮带式对顶容易出现打滑、松动等问题;链条式对顶容易对胡萝卜造成一定程度的损伤，又由于链条式对顶部件胡萝卜与挡板之间是刚性摩擦，所以极易擦伤胡萝卜，损伤率较高。为了解决这些问题，基于上述挡板对顶装置，本文成功设计出一种新形式的V 形滚轮式对顶部件，该部件损伤率低、对顶效果好。

2． 1 结构及工作原理
所设计的 V 形滚轮式对顶部件主要由前支撑杆、后支撑杆、右侧滚轮及左侧滚轮等组成，结构如图 3所示。

上述 V 形滚轮式对顶部件在挡板式对顶部件的基础上增加了两列对称的滚轮，可以有效地减小对胡萝卜根茎结合部的擦伤。前支撑杆与后支撑杆具有定位作用，通过调节前后支撑杆上的螺母可以调节两列滚轮之间的间隙，从而使得该部件能够适应不同生长状况下的胡萝卜收获作业。
工作过程中，胡萝卜联合收获机挖掘铲将胡萝卜从地下铲起，同时斜向上夹持输送装置将胡萝卜拔出并斜向上输送;当输送到一定高度时，胡萝卜进入水平放置的对顶部件形成的缝隙中，所设计缝隙大小仅允许胡萝卜秧叶能通过，但胡萝卜无法通过，从而只能沿对顶部件的方向向后运动，直到切刀将胡萝卜切下为止。

2． 2 结构参数分析
根据胡萝卜物理力学特性，对胡萝卜联合收获机对顶部件进行受力分析，如图 4 所示。当胡萝卜运动至滚轮处时，滚轮受到向上的拉力 F1，如果滚子水平放置，则向上的拉力全部转化为滚子所受的径向力; 但当将滚子转为斜置时，向上的拉力 F1就分为径向力 Fr和轴向力 Fa，所以所受的径向力 Fr就减少了。当径向力 Fr小时，滚子就容易转动，不仅有利于减少对胡萝卜茎的擦伤，而且有利于提高胡萝卜茎叶被对顶的速度，不易堵塞。当然，滚子斜置的角度 α不能过大，由于胡萝卜大小不一，角度 α 过大会导致对顶的位置不一样，所以选择斜置的角度对对顶整体效果具有很大影响。

滚子的倾斜角度不仅影响径向力的大小，而且影响两排斜置滚轮之间的距离 L。胡萝卜的大小不一，决定滚轮之间的距离不宜过大，也不宜过小。当滚轮之间的夹角 α 过小时，摩擦力增大，不宜胡萝卜叶全部通过，影响胡萝卜茎叶的对顶;当滚轮之间的夹角过大时，尺寸小的胡萝卜会受到两排滚轮的碰撞甚至直接通过滚轮，无法实现切割作业。
把两滚子之间最远距离设定为 55mm，根据图 5所示可得公式为

利用测力器测定胡萝卜在水平夹持过程中所受拉力在较大情况下为2000N 左右，设定径向力最大情况下为300N 左右。对胡萝卜联合收获机对顶部件滚子倾斜角与滚子间距、胡萝卜所受径向力应用 MatLab数据软件进行编程分析，结果如图6 所示。

通过图6 及公式可知:当夹角 α 减小时，距离 L 减小;当夹角 α 增大时，距离 L 增大。
结合胡萝卜形态特征，经多次试验可确定:夹角 α设定为7° ～9°时较适于胡萝卜茎叶分离，且可以防止胡萝卜被直接拉起至对顶部件上方，为胡萝卜联合收获机对顶部件的进一步研究提供了理论基础。

3 性能试验

3． 1 试验条件及方法
对安装有 V 形滚轮式对顶部件的胡萝卜联合收获机进行田间试验，试验地点为山东省莱西市胡萝卜种植试验园。经测定，收获时气温 25℃，田地内土壤的平均湿度为45%，地形为不平整的壤土。通过查阅可确定，针对胡萝卜联合收获机 V 形滚轮式对顶部件的性能指标主要有漏切率、损伤率、切不净率等。
以每次试验收获面积 0． 03hm2为 1 个单位，同等条件下重复6 次;分别记录每次试验所收获的胡萝卜总个数、漏切个数、损伤个数及切不干净的胡萝卜个数;用每个单位漏切个数、损伤个数及切不净率分别除以胡萝卜总个数，获得每个单位的漏切率、损伤率、切不净率;然后计算其平均数，即可获得相关的试验数据。

3． 2 试验结果及分析
根据以上试验方法，计算6 组数据的平均数，获得如下与对顶部件有关的数据，则


据以上试验计算出的数据(见表 1)，与胡萝卜联合收获机链条式对顶方式所试验的结果数据进行对比试验，如表2 所示。

根据表2 中数据对比可知:安装于双行自走式胡萝卜联合收获机上的 V 形滚轮式对顶方式在降低漏切率、损伤率及切不净率等多个指标上均优于链条式对顶。

4 结论
1) 针对胡萝卜联合收获机皮带式对顶方式、链条式对顶方式等进行了研究，系统分析了胡萝卜各种对顶部件的工作原理及优缺点，为胡萝卜联合收获机的进一步研发提供理论依据。
2) 设计出的新型 V 形滚轮式对顶部件利用斜置的滚轮，不仅能够实现将胡萝卜茎叶在切割前被对顶，降低了切伤率，而且有效减小了胡萝卜与装置之间的摩擦，极大地降低了损伤率。通过与挡板式对顶部件进行对比性能试验可知:漏切率为 0． 15%，切不净率为0．2%，损伤率为1．0%。
3) 新型 V 形滚轮式对顶部件结构简单紧凑、工作性能好，应用于胡萝卜联合收获机中能够有效改善对顶切割性能，达到胡萝卜收获的有关标准，并极大地提高了胡萝卜机械化收获的质量。
参考文献（略）