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穗茎兼收玉米复式收获台的研究 |
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作者：河北农机化所 范国昌 齐新 张辉辰 周祖锷 |
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摘 要：本文通过正交实验，找出了对玉米复式割台收获质量有影响的多种因素；分析了各因素对摘穗机构和茎秆切割输送机构的影响；通过设计主要的工作部件，确定了复式割台主要的工作参数；对设计后的复式割台进行了性能检测，各项指标均达到了国家标准要求。结果表明，摘穗青贮型玉米复式割台对于各种玉米具有广泛的适应性。
关键词： 玉米收获机械，摘穗装置，果穗，茎秆，实验研究
国内外玉米收获机械种类繁多，但适于我国高含水率玉米的穗茎兼收型收获机械，应用的很少。乌克兰赫尔松康拜因制造公司的KCKY-6型玉米收获机，虽可以进行摘穗-青贮联合作业，但其秸秆切割方式为无支撑切割，留茬高且参差不齐，再加上机型庞大、价格昂贵等原因，不适宜我国农村田间道路情况。国内的穗茎兼收型割台也都是仿照国外机型，且效果都不理想。为此，本研究设计了新型玉米摘穗—秸秆青贮型复式割台。
该割台有摘穗板式摘穗机构和往复式茎秆切割输送机构两部分组成。由于摘穗板式摘穗机构在进行高湿玉米收获时，果穗中的断秆较多，必须对其进行改进。往复式茎秆切割机构对于行距适应性好，因此本研究采用往复式切割机构与摘穗板式摘穗机构一起组成复式割台。
1 复式割台的影响因素实验
1.1实验设备
本实验台上层是一组六棱辊—摘穗板式摘穗机构，下层是茎秆切割输送机构，它由标准Ⅱ型往复割刀和链耙式输送器以及螺旋输送搅龙组成。拉茎辊和输送链耙的主动链轮分别由调速电机带动，如图1。上下两部分组成复式割台后，挂接在行走装置上，行走装置采用有具有无级调速功能的新疆-2型小麦联合收获机底盘改装。
1.2 实验物料
实验物料选取具有代表性、适宜青贮的玉米品种—冀丰58号成熟的玉米植株。
1.3实验内容
主要研究内容有：摘穗装置的籽粒破碎、籽粒损失的实验研究和链耙输送效率的实验研究。
1.3.1玉米籽粒破碎、籽粒损失的实验
由于复式割台在收获中还要对茎秆进行切割输送，必须改造现有的摘穗机构。将摘穗板形式、拉茎辊转速、籽粒含水率、机具前进速度作为四个因素，选用L9（34）正交试验表进行3次重复试验，以测定摘穗机构的籽粒破碎率和损失率。
图1玉米摘穗-青贮实验台
籽粒破碎率和损失率实验得出如下结论：
1）对籽粒破碎率，籽粒含水率对其影响高度显著；摘穗板形式和拉茎辊转速对其影响显著；前进速度对其影响不显著。对于籽粒损失率，拉茎辊转速对其影响高度显著；摘穗板形式对其影响显著。
2）从茎秆断裂的情况看，在9个实验中，茎秆断裂多的情况多出现在平摘穗板、较高的拉茎辊转速和较高籽粒含水率的组合，表明采用平摘穗板时的果穗中含杂率较高。
1.3.2 链耙输送秸秆状况的实验
由于输送秸秆的质量和效率很难量化，在此只进行定性分析。将茎秆输送的顺畅程度作为指标，将拉茎辊速度、拨禾链线速度、链耙输送线速度作为三个因素，选用L9（34）正交试验表进行实验。结果表明：各因素速度较高时，有利于茎秆输送，不易造成堵塞，但速度过高容易增加籽粒的破碎和损失率，也容易产生断秆。
2. 工作部件结构参数的确定：
本割台采用了上下两层的复式结构，省掉了拨禾轮，这样可将果穗和茎秆有序的分流。为了减小整机的回转半径，在下层割台的茎秆输送有足够空间的基础上，尽量缩短割台长度，拉茎辊导入锥与下层割刀的水平距离为750mm， 拉茎辊末端与茎秆输送搅龙的外缘距离为560mm。
2.1摘穗装置的结构参数
根据我国玉米产区地块及种植特点，考虑到整机的总体配置，选拉茎辊的倾角θ=33°。拉茎辊截面型式选抓取能力较强且通用的六棱型，直径D/d（外径/内径）=96/54mm。根据上述试验，拉茎辊低转速时籽粒破碎和籽粒损失最低，但实际作业中拉茎辊低转速(600rpm)时生产效率也很低，综合考虑效率与损失的关系，选用拉茎辊的转速n=673 rpm。为了减小整机的回转半径，取拉茎辊工作长度L=750毫米。
高湿玉米收获时易造成茎秆折断并随果穗进入果穗箱，使果穗含杂率升高。由实验可知，收获时果穗一般在穗柄处与茎秆分离，但如茎秆干枯、折弯、倒伏、被虫蛀等，最薄弱的环节可能就在茎秆上，因此摘穗时应使拉茎辊尽量钳住果穗柄，为此设计了折弯的摘穗板，如图2，折弯角度设计为15°，折弯长度为30mm。
图2摘穗板形状比较
为提高摘穗质量，摘穗板间隙应能随不同的玉米品种进行调节。我国大部分玉米结穗处茎秆平均直径为20mm左右，果穗大端直径为40～60mm，因此摘穗板间隙设计为28～40mm可调。
2.2茎秆切割输送机构的结构参数
复式割台下层为茎秆切割输送机构，主要由标准Ⅱ型切割器、链耙、搅龙、压辊等组成。切割器将茎秆切割后，由向上输送的链耙带走，输送到茎秆搅龙推运器，搅龙推运器将茎秆聚拢后，棱辊和光辊组成的压辊组将其送到切碎室进行切碎和抛送。为了避免因堵塞或进入异物造成机构的损坏，压辊组上层为浮动式，链耙和搅龙轴的链轮上也设置了摩擦片或牙嵌式过载保护机构。
茎秆输送机构的具体参数如下：
①割刀形式： 标准Ⅱ型往复式
②切割幅宽： 1900mm
③压送辊数量/形式： 5/（光辊 和棱辊组合式）
④茎秆输送搅龙直径： 500 mm
图3 复式割台
2.3其它结构参数
为保证果穗推运器可靠工作，避免果穗随搅龙翻转，避免断茎秆和杂草缠绕搅龙的现象，果穗搅龙推运器和茎秆搅龙推运器的直径均选的稍大些。割台的结构见图3、4，其它结构参数如下：
图4 摘穗-青贮复式割台
①收获行数： 3行
②收获行距： 600±50mm
③茎秆收获形式： 往复割刀—链耙—压辊喂入
④外形（长×宽×高）：2200×1900×1430 mm
⑤割台质量： 630kg
⑥割刀摆环轴转速：518 rpm
⑦整机配套动力： 80.85kW
3．玉米收获机复式割台性能试验
2002年10月在国营大曹庄农场对由该复式割台进行现场作业测试：玉米品种鲁玉13，植株折弯率3%、植株倒伏率2%、果穗下垂率1.0%、秸秆根部含水率70.4%、籽粒含水率31.5%、种植行距660毫米、玉米产量6795公斤/公顷、作业速度3.624千米/小时。在此条件下，作业面积268.3公顷，测得各项性能指标如表3所示。表3 复式割台性能试验结果
 3.1结果分析
通过玉米籽粒破碎、籽粒损失的实验研究以及链耙输送效率的实验研究，得出如下结论：
1）对于籽粒破碎和损失率，籽粒含水率和拉茎辊转速对其影响最大。籽粒含水率越高，籽粒破碎及损失就越大；拉茎辊转速越高，籽粒破碎及损失就越大，而且会明显增大茎秆的拉断率。建议收获时籽粒含水率不高于40%。
2）弯摘穗板可以降低果穗的断秆率，折弯15°的弯摘穗板的断秆率比平摘穗板的断秆率要低。
3）拉茎辊转速、拨禾链速度以及链耙输送速度对输送质量影响较大。各工作部件转速的较高时，不易造成堵塞。
4）综合考虑效率与损失的利弊，选用拉茎辊的转速为中速，转速为673rpm比较适宜。
5）该割台玉米摘穗-青贮复式割台可将果穗和茎秆有序的分流，不仅籽粒破碎和损失率低，而且可以大大降低果穗的断秆率，提高作业质量和作业效率。
参考文献
[1] [波兰]CZ.卡那沃依斯基，收获机械，中国农业机械出版社，1983
[2] Shapiro-CA; Kranz-WL; Parkhurst-AM, Comparison of harvest techniques for corn field demonstrations. American Journal of Alternative Agriculture. 1989, 4: 2, 59-64
[3] 吉林工业大学编，国外收获机械（2），科学技术文献出版社，1988，13～19
[4] 阎洪余，论玉米收获机收获损失的原因，中国农机学会收获加工机械分会第五届学术研讨会论文集，1993，10
[5] 王春光，对几种青饲料收获机的评价，农牧与食品机械，1991年第6期
[6] 蔺公振，定刀刃口及动刀数量对剪切功率的影响，农机化研究，1999（3）
[7] 高光明，4YQ-24型玉米收获青贮机的研制，农机与食品机械，1999，（4）
[8] 赵作善主编，试验设计（第二版），中国农业大学出版社，1998，15～17 (end)
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(3/24/2005) |
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