基于贵州喀斯特山区的小型自动捆绑式收割机设计研究

肖辉燈，邓忠琼，潘吉常，徐 进，邓 静

（贵州师范大学，贵州 贵阳 550025）

贵州省山地、丘陵占全省耕地面积的92.8%，属于典型的喀斯特山区，为了满足人民生活的需要，山地、丘陵土地发展成了贵州农业发展必要途径。然而，随着自然环境的不断变化，处在喀斯特农村山区的贵州山区农业农用机械化技术发展受到了极大的限制，发展状况不容乐观，在此类情况下，为了更好地促进贵州山区农业经济发展，必须加大对喀斯特农村山区农业机械化技术的研究力度，努力提高农业生产的机械化水平，使喀斯特山区农业生产能力得到极大提高。

贵州省喀斯特山区的道路大都崎岖不平，道路不仅极窄，而且多为碎石和土梯，在很大程度上，阻碍了农业机械化技术的推广与发展[1]，对于山区农业机械化生产来说，解决机械运输难的问题是必不可少的技术要求。因此，需要加大对农业生产的重视度，除了修建农业机械通行的道路外，还要设计简单、轻便、易拆的小型自动捆绑式收割机，努力提高农业机械的作业效率，进一步提高贵州省喀斯特山区的农业机械化技术水平。

1 小型自动捆绑式收割机功能原理设计

贵州省属于典型的喀斯特山区，特殊的自然地形地貌给农业种植机械化发展普及带来了许多困难，其中机械采摘不易、机械捆绑复杂、机械运输困难、机械收割不便等挑战尤为突出，为了解决这些问题，针对贵州地区各市州农民关于机械采摘、机械捆绑、机械运输、机械收割等相关问题进行线下和线上调查。本次调查采用问卷调查和访谈的形式，共发放4 500 份调查问卷，其中毕节市占27.5%、黔东南州占20%、安顺市占15.5%、遵义市占14.5%、其他各市州共占22.5%，有效问卷4 500 份。经过对调查问卷的收集、整理、分析，发现以下的问题，分析问题后，基于小型自动捆绑式收割机功能原理，设计了一款小型自动捆绑式收割机。

1.1 农作物机械采摘不易

在贵州省农作物的采摘多是依靠人工进行，作业效率较低、周期较长、劳动量较大，若大面积种植，则人工成本会大大提高，导致多数人只能采摘小面积种植和混种种植的模式，使得实现机械采摘不易，阻碍了农业机械化的发展[2]。文章针对这一情况，设计了一种叶刃刀具对农作物进行切割，同时刀具上方设计有扶禾器对农作物进行分类，以满足有效的分类切割，从而改善农作物机械采摘不易问题。

1.2 农作物机械捆绑复杂

农作物收割不仅对切割有一定要求，对捆绑也有一定的要求，且贵州省水稻、油菜、大豆等作物为主，此类作物需切割后再集合成捆，然后进行下一环节。但是，在捆绑时只能运用人工进行，劳动量极大，工作过程极其繁琐。市场上的捆绑机器又少之又少，且大多不适用于在贵州喀斯特山区作业。为此设计一种专用自动捆绑装置安装于该收割机上，该自动捆绑装置待切割完成后对农作物进行自动捆绑，并运送至下一步工作中，从而解决农作物机械捆绑复杂问题。

1.3 机械的运输困难

贵州属于喀斯特山区，多以山地、丘陵为主，大多道路为石梯或者土路，道路交通不便，不能使用大型机器，多以使用微耕机为主，但大多微耕机不能拆卸，质量对于机械来说是很难克服的问题，相对人们长期在山区工作来说是难以承受的，除了想尽一切办法开辟农机通行的道路外，人们只能人力扛动机器，这个劳动量是非常大的，从而设计一种设计简单、轻便、易拆、易装的小型自动捆绑式收割机，从而解决机械的运输困难问题。

1.4 农作物机械收割不便

农作物的收割是由采摘和捆绑2 个环节组成，两者之间又存在先后关系，所以将采摘部分与捆绑部分统一起来，人工完成，劳动量非常大，且效率较低、工作周期长，工劳动成本大，大大增加工作成本。所以运用模块化细分设计应用到小型自动捆绑式收割机上，使该机器便于安装拆卸，便于更换维修，降低工作成本与人工劳动成本，更好地解决农作物实现机械收割不便问题。

2 小型自动捆绑式收割机采摘、捆绑装置设计

2.1 采摘装置设计

首先，针对农作物的切割方法进行分析，大部分的农作物使用镰刀等工具进行人工收割，效率低且劳动量大。设计的采摘装备见图1，电机通过齿轮及皮带传动带动2 把特制刀具进行高速、大扭矩旋转切割，从而减少不必要的人工成本，提高工作效率。

图1 采摘装置Fig.1 The picking device

其次，针对农作物小面积种植和混种种植的情况，在刀具上方设计有3 个扶禾器，与2 把刀具形成2 个通道，通道两侧及中间有8 个叶片，随农作物的喂进可将农作物源源不断地向捆绑装置直接运送。另外，3个扶禾器可将农作物分行、分段进行切割，解决混种种植带来的农作物杂乱无章、人工很难分离切割、分离捆绑的难题。只设置2把刀具，是因为减少刀具可减少收割机的占地面积，解决小面积种植收割空间不足的问题。

最后，为降低收割机的成本，方便组装、拆卸维修、更换零件等，该采摘装置的各个部件的连接部分都采用螺栓连接，用到的轴承、杆类都是可在市场上购买自行更换，有效地减少收割机的成本，实现快拆快装快换的功能，既可以在小面积种植地和混种种植地工作，又可以减少工作成本，提高工作效率。

2.2 捆绑装置设计

农作物的收割要求各式各样，不仅是对其进行切割采摘，还要对农作物进行集堆成捆，特别是水稻、油菜、大豆等作物，但是该类农作物在捆绑时只能由人工完成，劳动量极大，工作过程极其繁琐，且在贵州喀斯特山区大型捆绑机器也无法进地作业。针对该情况设计自动捆绑装置安装于该收割机的挡板上，处在采摘装置的后面，方便切割，并经过扶禾器和叶片的运动将农作物运输至捆绑装置处，运用简单的机械机构实现繁琐的捆绑流程。捆绑装置见图2。

图2 捆绑装置Fig.2 The binding device

装置该由两侧的绑线盒和中间的取绑线装置构成，其中取绑线装置主要由摇杆转轴与三角形滑块构成的对心曲柄滑块机构和推杆与弹簧构成的往返运动机构构成，当摇杆转轴转动时三角形滑块会将推杆向捆绑口运动，弹簧可将推杆恢复到原来位置，另外由于绑线盒中的捆绑口中有特殊自动锁头结构，最后完成取线、绑线、切线工作，从而可实现对农作物进行反复自动捆绑。

该自动捆绑装置由螺栓固定在收割机的挡板上，可以单独组装和拆卸，使该收割机实现一机多用的功能。该自动捆绑装置待切割完成后对农作物进行自动捆绑，并运送至下一步工作中，进一步减少人工成本，从而实现低成本、高收益的目的。

3 小型自动捆绑式收割机运输、收割总体设计

该小型自动捆绑式收割机包括机架、采摘装置、捆绑装置、行进装置（位于机架下方）、动力装置（位于机架上方）、采摘装置和捆绑装置（位于动力装置前方）。采摘装置包括机械传动组件、收割刀具组件和采摘装置从动组件，在机械传动组件上安装有收割刀具组件，在收割刀具组件中部设有收割装置从动组件，在收割装置从动组件和收割刀具组件上安装有扶禾器组件。各个装置之间采用可快速拆卸螺栓连接，做到可靠、稳定、安全，能快速组装、快速维修、快速拆卸。本收割机能够集合农作物收割、运送、捆绑等多种功能于一体，可快速对各种农作物进行半自动收割，较大程度地提高了收割效率，降低了收割成本[3]。

4 小型自动捆绑式收割机可行性分析总结

小型自动捆绑式收割机可应用于现代农业及城市园林绿化等多领域，可进行油菜、稻谷、大豆、牧草等作物收割。

收割机特点：①收割干净，铺放整齐，同时进行条条平铺或分层叠放；②能在水田、旱地快速收割水稻、豆类、麦类、牧草等作物；③适合平原、丘陵、梯田、山地等大小地块及泥洼地作业；④收割、运送、捆绑速度远远高于人工以及同类相关机械；⑤操作简单，能快速组装、维修、拆卸；⑥可拆分运送机械各个部件，各部分功能互不影响。