自走式穗茎兼收型玉米联合收获机的研究 - 文章

自走式穗茎兼收型玉米联合收获机的研究

作者：山东理工大学张道林孙永进赵洪光

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摘要：为了解决玉米茎秆回收利用，防止茎秆焚烧造成污染，提出立辊式摘穗滚刀切碎茎秆单元体结构，设计了玉米收获、茎秆切碎、根茬破碎于一体的玉米收获工艺，并用于4YQZ-3自走式穗茎兼收型玉米联合收获机，通过生产试验和检测证明，符合国家相关标准规定。为解决玉米穗茎兼收关键技术提供了技术方案和应用实例。
关键词：玉米收获机穗茎兼收秸秆切碎灭茬设计试验

引言

玉米穗茎兼收是为了解决茎秆焚烧造成空气污染和发展畜牧业的需求而提出的，在玉米果穗收获的同时完成秸秆切碎收集或还田。国外玉米多一年一季种植，玉米收获后秸秆还田，利用冬闲深耕入土肥田。在我国小麦玉米一年两熟地区，随着工业燃料的发展，昔日作为农村主要燃料的秸秆成了田间焚烧污染空气的废物，而迅速发展的畜牧业又需要大量的饲料。因此研制穗茎兼收型玉米收获机具有重要的意义。

玉米收获机的摘穗方式主要有摘穗板式、卧辊式和立辊式三种。本设计采用立式摘穗辊实现穗茎兼收，结构简单，籽粒损失率、破碎率低。

1总体结构

自走式穗茎兼收型玉米联合收获机，主要由往复式割器、夹持链、摘穗辊、滚刀、横输送器、升运器、果穗箱、茎秆抛送装置、茎秆收集箱、根茬破碎装置、传动系统和自走式底盘等组成，见图1。

2 工作原理：

工艺路线方案见图2

玉米植株由往复切割器切断，夹持输送链输送到立式摘穗辊摘穗；摘穗辊摘下的果穗由横输送器和升运器输送到果穗箱中；摘穗后的玉米茎杆经拉茎辊送入滚刀切碎，碎茎秆由螺旋输送器收集并喂入抛送器，抛送器将茎秆抛送到茎秆箱或集草车中，以便茎秆回收、青贮利用，还可以抛撒到田间茎秆还田；玉米根茬通过根茬破碎装置进行破碎并平整土地；各装置由底盘将其组合在一起。一次作业完成玉米果穗的摘收、升运、集箱，茎秆杆的切割、输送、切碎、抛送收集或还田和根茬破碎作业。其技术特点在于：

2.1玉米种植行距差异较大，有机播、人工播种和半机械化播种等多种情况，行距株距各地差异很大，给玉米收获机械化作业带来困难，设计不对行分禾器和采用往复切割器切割玉米茎杆，在切割的同时被夹持输送，收获不受玉米种植行距的约束，不漏割，实现不对行收获。

2.2 摘穗机构采用立式摘辊、拉茎辊和立式滚刀组成的单元体结构-----立式摘穗茎秆切碎装置。玉米果穗在下垂状态下摘穗，籽粒破碎率和损失率低。为增强拉茎摘穗能力在摘穗辊后设有拉茎辊，并能使在拉茎的同时又使茎秆强制喂入滚刀切碎。摘穗辊与滚刀间茎秆输送通畅，不赌塞。摘穗辊、拉茎辊对茎秆还起碾压作用，茎秆及茎节被碾压后对切碎和提高饲料品质起很好的作用。茎秆在滚刀与定刀的配合下切碎，与无支承切割相比功率消耗低，与盘刀式结构相比结构简单，占用空间小。

2.3 根茬利用复合旋刀破碎，割茬用旋转锤爪滚筒粉碎，根茬采用旋耕弯刀灭茬，作业效果好，地表平整，并为下茬作物的播种创造有利的条件。

3 关键技术的分析

3.1 立式摘穗茎杆切碎装置。技术关键是在现有成熟技术上，实现玉米穗茎兼收，对现有摘穗机构和茎秆粉碎机构的分析认为，立辊式摘穗结构后续空间较大，易于实现。与现有技术相比，与立辊式配套的盘刀式、卧滚刀式切碎装置结构庞大，甩刀式则为无支承切割，不但结构结构庞大动力消耗也大。为此作者提出立式摘穗茎杆切碎装置，见图3，其显著特点是结构简单，占用空间少。已申报专利。

立式摘穗茎杆切碎装置主要由摘穗辊、拉茎辊、滚刀、定刀、夹持链、机架和传动机构组成。

切碎滚刀布置在每对立式玉米摘穗辊和拉茎辊的后方，滚刀轴线相对每对摘穗辊拉茎辊对称线偏移Y距离。滚刀上的动刀片可以由2～6片组成，动刀固定在刀座上，动刀与定刀的间隙可调。动刀与刀滚筒母线成α夹角，以保证滑切和减小冲击。滚刀与立式摘穗辊、拉茎辊的传动比i，通过改变传动比i，获得不同要求的切碎长度，选择范围10—100 mm。

摘穗辊设计成三段，上段为沿摘辊母线方向的直筋，中段为螺旋线筋，筋高8～10mm,下段为光棍。上段的作用是保证到达上部的秸秆顺利向后顺利输送，防止在顶部堆集造成堵塞；中段为摘穗工作段，下段主要起引导秸秆喂入作用。

3.2 茎杆切碎长度的计算：

为了满足贮存和喂养的要求，应能获得不同长度的切段。茎秆通过摘穗拉茎辊挤压，茎节被挤碎，切碎长度在6～40mm即符合青贮要求，技

术要求小于30mm，还田小于100mm。

茎秆理论切碎长度l：

或

其中：i —滚刀与拉茎辊的传动比，d－拉茎辊直径，z—动刀片数量，ε—茎秆对拉茎辊的打滑率，n —滚刀转速，v —茎秆喂入速度。

本设计应用参数，拉茎辊喂入速度3.5 m/s，滚刀转速n=2100 r/min，动刀片数量z = 4，理论切碎长度l=25mm。

由上式可知，改变拉茎辊与滚刀的传动比i或刀片数量z，可以改变饲料的切碎长度。

４、试验及结果分析

试验于2003年7月至9月，在张店区马尚镇进行。依据玉米收获机械［4］、青饲料收获机械［5］等相关国家标准，分早熟、成熟、晚熟玉米（即高、中、低含水率）对穗茎兼收型玉米收获机进行田间生产性试验。

4.1 茎秆切碎性能试验，设定名义切段长度25 mm，测得标准差小于1.22，相对误差小于2.84%。试验结果见表1，茎秆切段长度分布情况见图4。

4.2 整机性能试验

整机进行田间生产试验，试验在籽粒含水率为25-40%，植株倒伏率低于5%，果穗下垂率低于5%，最低结穗高度大于350mm的条件下进行，配套动力66kw，作业速度3.19km/h,收获三行。试验测定结果见表2。

4.3 存在问题

4.3.1 在田间杂草的地块，往复式切割器切割玉米茎秆的同时收割了杂草，夹持链夹持茎秆和杂草，易造成夹持链缠草，影响可靠性。

4.3.2过熟玉米中对与茎秆连接强度很低的果穗，在夹持输送中易被碰落，造成果穗损失率偏高。

五、结论

1、立式摘穗茎杆切碎装置，经理论分析和试验证明符合国家相关标准，是解决玉米联合收获机穗茎兼收的新技术。采用模块化单元设计，可根据动力大小，组合为不同割幅的收获机。

2、分禾器和往复切割器合理布置，实现玉米不对行收获。为立辊式摘穗提供了不对行作业的应用方案。

3、穗茎兼收型玉米联合收获机，能同时完成玉米果穗的摘收、集箱和秸杆的切碎、收集或还田及根茬破碎等作业。集玉米收获、茎秆回收和根茬破碎于一体，经试验验证作业质量好，并为复式作业机具的设计提供经验。提高了玉米收获效率，降低了作业成本。

参考文献
[1].中国农业机械化科学研究所.农业机械设计手册.北京.机械工业出版社.1988
[2].贾洪雷，马成林.曲面直刃刀切碎与抛送变量的研究.农业工程学报.2002，18（4）：72～74
[3].贾素梅，范国昌等4YF-3、4Y-3型自走式玉米联合受合计的设计与试验. 农业工程学报.1999，15（1）：244～245
[4].中华人民共和国机械行业标准.JB/T6681-93 玉米收获机械试验方法，1993
[5].中华人民共和国国家标准.GB10394-89 青饲料收获机试验方法，1989 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/24/2005)


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