“干脆利萝”——一体化胡萝卜收获机

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前言

本项目收获机的最大创新点在于仅利用单排链轮就能够完成胡萝卜的夹取，进而在胡萝卜上升路径中完成抖土、磨须、切缨操作（一体化收获流程）。

国内外的胡萝卜收获机往往采用双排链轮夹持，虽然效率高，损坏率低。但是不能够适应我国农业需求，实际上我国广大胡萝卜种植区域并不是平原，有大量的梯田，山地等地形。这种情况下，大型机器是无法使用的，而双排链轮又不具有调整夹取位置的能力（因为胡萝卜也并不是都长在田垄正中）。

因此，如果想要适应我国复杂的农艺情况，这种收获机就必须要既具有可调整夹取位置的特性，同时还得兼有链轮夹持的高效和稳定。最后这种收获机的体积还得更小（1.2*1.2*1.2内）。欠驱动夹取装置的想法就是在这种情况下诞生。

本胡萝卜收获机创新点如下

1.欠驱动扭簧夹取机构，采用扭簧式活动夹持机的设计。该设计既能确保拔取胡萝卜时所需的夹持力，又减少了胡萝卜在收获过程中的断裂率。该夹取机构随着链节运动过程分开，当经过链轮时，夹具和辅助夹具的倾斜角度不一致，使得扭簧夹具和辅助夹具之间自然张开，无需外部动力即可实现夹具的自主张开和闭合.

2.可调节式工作装置，实际作业时，因为土质、种植方式、气候等因素影响，各地胡萝卜没有统一的垄作方式。因为各地垄距不同，造成了引进的国外机器作业效果不好。针对现实情况，本机器设计了可调节的传动机构可以左右移动，调整扭簧的夹取范围，能够适应不同垄作间距的胡萝卜收获要求。与此同时，该传动机构还可以做到上下的抬升，调整夹具高度和松土铲入土深度，解决垄高不同的问题。

3.胡萝卜一体化收获流程，相较于市面上主流的胡萝卜收获装置，本机器解决了适应性问题，实现胡萝卜挖掘，抖土，切缨，装箱流程一体化，极大地提高了胡萝卜的收获效率。同时利用了在当下收获中经常被抛弃的胡萝卜缨子，回收效果好本机器采用了自适应的扭簧夹取装置，保证了收获萝卜的完整度，能够满足适应我国多样胡萝卜农艺种植的需求。

研究内容

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胡萝卜收获需求广大

据统计我国是世界上产量最大，出口最多的胡萝卜产地。

利用机械化、自动化大规模种植的胡萝卜都采用垄作方式，而我国人工收获劳动强度大，效率低

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现有胡萝卜收获机问题

拖拉机改装收获机成本低，效率高，损坏率高

阿萨力胡萝卜收获机效率高，价格高昂，成本回收周期长

久保田胡萝卜收获机收获效率高，适应性差

因此，市场上亟待一款体积小，成本低，能够实现胡萝卜挖掘、夹持、输送、切缨、收集一体化收获流程的胡萝卜收获机。

解决方案

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一体化胡萝卜收获机

本项目设计了一体化胡萝卜收获机。胡萝卜收获步骤： 1.扶缨板收拢，扶正萝卜缨，松土铲对土壤进行破碎。 2.链轮配合欠驱动扭簧夹取结构拔取胡萝卜并带动其上升，经过刮板，磨须装置预处理。 3.切缨装置完成根缨分离。胡萝卜落入箱子，萝卜缨子在上方落入箱中。

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胡萝卜垄作方式调研

垄作双行种植方式垄间距48cm，垄高13cm

垄作单行种植方式垄间距为25cm，垄高20cm

查找相关文献，发现我国萝卜种植多样化，该农机合适宽度尺寸跨度65-80厘米，适应垄高跨度为13-25厘米。

为适应我国复杂的种植环境，本机器的夹具，松土铲，磨须，刮板装置都可以通过导轨进行移动并定位锁紧,能够适应不同垄宽根据实际收获场景做到当场调整。

其中水平调节范围为距中心处14厘米，松土铲可调整高度为6厘米，能够适应不同垄高，匹配不同生长深度的胡萝卜。

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欠驱动扭簧夹取机构

欠驱动扭簧装置安装在单排链板上，利用链节运动过程中，在链轮处相邻链板的斜率不一致。扭簧夹具靠近链轮时会自动分开一个角度。远离链轮时候夹取装置闭合，整个过程无需其他驱动。利用链轮对称性实现下端夹缨，上端松缨。

同时利用motion与Adams等进行精确的理论数据分析，对具体的夹取机构细节进行调整与建模重构

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基于鼹鼠爪趾的仿生松土铲

针对鼹鼠挖掘方式进行研究，并查询相关论文，得出鼹鼠主要利用其右前爪趾的中部作为对土壤剪切的主要工具。

同时做出鼹鼠爪趾中部实际曲线函数，按照该函数模型对松土铲大体受力结构与外形进行设计,同时利用Ansys进行受力分析，进行进一步调整后，以此进行实物制作。

作品展示

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迭代实物展示

二代机器优化了夹取机构外形，受力均匀，体积更小，夹取装置固定于导轨上进行作业。优化了底盘与前轮结构，使其受力更加均匀。链节与链节之间外加布条，防止胡萝卜缨卡入。增加松土磨须机构的上下移动能力，可使机器适应长度和深度不同的胡萝卜

创新点

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欠驱动扭簧夹取机构

相较于传统的翻抛机构，本机器能源消耗更低，同时对必要的动力要求小，并且铲土机构材料的要求降低，同时夹取机构有更好的收获效果，胡萝卜损坏率降低。相较于双皮带夹持机构，本机器利用单排链轮实现夹取，并且夹取时不消耗单独的供能，有效节省了装置的体积，并能够低耗高效的对胡萝卜进行连续收获。

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可调节收获装置