4YZ—3型自走式玉米收獲機(jī)的設(shè)計(jì)

程光偉

摘要：為適應(yīng)遼寧地區(qū)玉米收獲，根據(jù)遼寧地區(qū)的玉米種植方式，設(shè)計(jì)研制4YZ-3型自走式玉米收獲機(jī)。探討該機(jī)的玉米收獲工藝，介紹摘穗輥、還田機(jī)、收割臺(tái)、剝皮機(jī)構(gòu)等重要部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)思路以及技術(shù)參數(shù)，為遼寧地區(qū)的玉米收獲提供適用機(jī)型。

關(guān)鍵詞：玉米收獲機(jī)；自走式；設(shè)計(jì)；摘穗輥；還田機(jī)；剝皮機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：S225.5+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）09-0018-03

玉米是我國(guó)第二大糧食作物，是糧食、飼料和工業(yè)原料兼用的農(nóng)作物。在我國(guó)，玉米主要分布在東北、華北和西北等地區(qū)。東北地區(qū)的玉米種植面積占全國(guó)玉米種植面積的三分之一。由于各地玉米種植方式不同，其他地區(qū)的玉米收獲機(jī)到東北以后會(huì)出現(xiàn)“水土不服”的現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了東北地區(qū)玉米機(jī)收水平的發(fā)展。遼寧省地處東北三省南部，對(duì)東北的玉米種植方式十分熟悉。因此，遼寧省開發(fā)和生產(chǎn)更多、更好的適應(yīng)東北地區(qū)的玉米收獲機(jī)是非常必要的，并具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 4YZ-3型自走式玉米收獲機(jī)收獲工藝

4YZ-3自走式玉米收獲機(jī)的收獲工藝見(jiàn)圖1。

2 4YZ-3型自走式玉米收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 作業(yè)流程

2.2 主要工作部件設(shè)計(jì)

2.2.1 摘穗輥 玉米收獲機(jī)主要工作部件，它不僅關(guān)系到整機(jī)的結(jié)構(gòu)配置，而且直接影響機(jī)具的工作質(zhì)量。按照輥軸配置方式的不同，摘穗輥主要分為臥式輥和立式輥2種。

立式輥有單組輥和組合輥2種結(jié)構(gòu)型式。現(xiàn)有的立式玉米收獲機(jī)上多采用組合式摘輥，即前摘輥為龍爪式低花紋螺旋輥，這是減少摘穗損失的一種較好輥型。后摘軸為排莖軸，能提高擢取莖稈的能力，可以解決單組摘穗掉粒損失與提高擢取莖稈能力之間的矛盾。因此，只有立式輥能夠滿足回收莖稈的工藝需要。

臥式輥有單輥和復(fù)合型摘穗板—拉莖輥兩種摘穗方式。4YZ-3自走式玉米收獲機(jī)采用復(fù)合型摘穗板型式。

摘穗板的間隙略大于最粗莖稈的莖節(jié)處直徑。由于絕大多數(shù)果穗直徑大于粗莖稈直徑，因而這部分果穗不與拉莖軸凸棱接觸，能夠避免摘前沖擊和摘后沖擊。收獲季節(jié)后期果穗普遍下垂，摘穗板基本上杜絕了摘穗過(guò)程中出現(xiàn)果穗尖端進(jìn)入拉莖軸引起脫粒損失的問(wèn)題。

2.2.2 還田機(jī) 秸稈還田是增加土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤結(jié)構(gòu)、防止地表板結(jié)的有效途徑。它不但避免了目前化肥使用過(guò)多帶來(lái)的不良后果，也解決了因秸稈過(guò)剩焚燒造成的環(huán)境污染問(wèn)題。由于玉米秸稈粗而脆，剛度較好，粉碎時(shí)可以采用切割方式。因此，本機(jī)臥式還田機(jī)構(gòu)采用了滑切切段方式。這種方式既能滿足我國(guó)機(jī)械化保護(hù)性耕作的要求，又可以減少30%～40%的工作阻力，最大限度地節(jié)約動(dòng)力。

2.2.3 收割臺(tái) 割臺(tái)由割臺(tái)大架、摘穗箱、拔禾箱、拉莖輥和傳動(dòng)系統(tǒng)組成。首先，動(dòng)力通過(guò)分動(dòng)箱傳遞給割臺(tái)，經(jīng)過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)軸及一對(duì)鏈輪傳遞給摘穗箱；摘穗箱將動(dòng)力分成3路：一路帶動(dòng)拉莖輥轉(zhuǎn)動(dòng)，另一路帶動(dòng)撥禾鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，最后一路將動(dòng)力傳遞給果穗輸送軸，并通過(guò)果穗輸送軸端鏈輪帶動(dòng)升運(yùn)器、刮板傳動(dòng)。

2.2.4 升運(yùn)裝置 升運(yùn)裝置的主要功能是將割臺(tái)摘下的玉米棒輸送到剝皮機(jī)。本機(jī)采用的輸送機(jī)為刮板式升運(yùn)器。刮板式升運(yùn)器采用19.05 mm套筒滾子鏈作為輸送鏈條，在鏈板上鉚接專用刮板。其工作可靠，主要用于輸送谷物、雜余和果穗。它能將物料沿傾斜或接近垂直的方向升運(yùn)，比較適合較長(zhǎng)距離的輸送。

2.2.5 剝皮機(jī)構(gòu) 剝皮機(jī)構(gòu)由剝皮機(jī)架、剝皮系統(tǒng)、壓送撥輥、振動(dòng)篩子、籽粒回收倉(cāng)、除雜風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)組成。

本機(jī)采用鑄鐵輥和橡膠輥組合的剝皮輥。鑄鐵輥制造方便，造價(jià)低，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，又可裝釘齒，提高抓取能力，對(duì)于荷葉緊而濕度大的果穗剝皮效果較好。鑄鐵輥表面有一條或幾條螺旋凸棱，凸棱的螺旋線方向能使果穗很好地移動(dòng)。在相鄰的凸棱之間有凹槽，便于抓取荷葉。橡膠輥?zhàn)ト∧芰?qiáng)，剝凈率高，籽粒破碎率低，對(duì)荷葉松而濕度小的果穗剝皮效果好。

2.2.6 糧倉(cāng) 糧倉(cāng)的主要作用是收集果穗，以便堆積裝車。其布置在扒皮機(jī)的尾部，重量由機(jī)架承擔(dān)。這種設(shè)計(jì)減小了機(jī)組長(zhǎng)度，增加了機(jī)組轉(zhuǎn)向的靈活性。同時(shí)，為減少卸糧油缸的行程，將糧倉(cāng)翻轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸側(cè)面設(shè)計(jì)成斜面，便于果穗下滑。果穗箱在卸車時(shí)靠液壓升降，減少了作業(yè)強(qiáng)度和作業(yè)時(shí)間。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，果穗箱容積為2.3 m3。

2.2.7 發(fā)動(dòng)機(jī) 選用發(fā)動(dòng)機(jī)的主要依據(jù)是最大所需功率。玉米收獲機(jī)的最大所需功率隨著田間土壤、行走速度和作物情況的變化而變化。在計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮負(fù)荷最重的情況，以求得需用功率的最大值，作為玉米收獲機(jī)所需功率的依據(jù)。4YZ—3自走式玉米收獲機(jī)采用江蘇四達(dá)81 kW渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.2.8 驅(qū)動(dòng)橋 聯(lián)合收獲機(jī)總體配置要求正確配置機(jī)器的重心，使前后軸負(fù)荷分配合理，左右輪負(fù)荷盡量平衡。在驅(qū)動(dòng)輪上應(yīng)有足夠的負(fù)荷（一般占 80%～85%），保證土壤對(duì)驅(qū)動(dòng)輪有足夠的附著力。轉(zhuǎn)向輪上的負(fù)荷應(yīng)加以限制，以使轉(zhuǎn)向靈活。因此，要求驅(qū)動(dòng)輪在前邊用大輪胎，轉(zhuǎn)向輪在后邊，用小輪胎。本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋兩個(gè)半軸和半軸套管的強(qiáng)度要求特別大。因?yàn)榘胼S要承受整機(jī)和載重80%的質(zhì)量，所以需要使用加強(qiáng)半軸和加強(qiáng)半軸套管，以滿足強(qiáng)度要求。

2.2.9 后橋 后橋也就是轉(zhuǎn)向橋，其作用是通過(guò)改變轉(zhuǎn)向角來(lái)實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)的轉(zhuǎn)向。本機(jī)采用四驅(qū)用的轉(zhuǎn)向橋，適合丘陵、山地及土壤濕度大的地塊，可以有效地避免打滑，提高作業(yè)效率。機(jī)器加上負(fù)載后質(zhì)量比較大，轉(zhuǎn)向困難。加之在壟作區(qū)轉(zhuǎn)向時(shí)，輪胎要從壟溝走到壟臺(tái)，需要的轉(zhuǎn)向力更大。因此，聯(lián)合收獲機(jī)需要采用帶液壓助力的4LD 系列驅(qū)動(dòng)橋。

2.2.10 中傳軸 走式玉米收獲機(jī)的動(dòng)力傳輸采用皮帶式，從發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)輸出，一側(cè)傳遞給驅(qū)動(dòng)橋，另一側(cè)傳遞給收獲部分。從發(fā)動(dòng)機(jī)出來(lái)到動(dòng)力分流之前還要安裝主離合器，然后再經(jīng)過(guò)多路傳遞給收獲機(jī)的各個(gè)部分。

2.2.11 莖稈粉碎還田機(jī)構(gòu) 莖稈粉碎還田機(jī)構(gòu)一般由機(jī)架部分、變速箱、壓輪部分、懸掛部分、切碎部分、罩殼等組成。通過(guò)動(dòng)力輸出軸將動(dòng)力傳至莖稈粉碎裝置，經(jīng)過(guò)兩級(jí)加速后帶動(dòng)切碎部分的刀軸高速旋轉(zhuǎn)，刀片均勻分布。本機(jī)為減小能耗，減低作業(yè)成本，采用甩刀方式完成秸稈還田功能。為較好地滿足我國(guó)機(jī)械化保護(hù)性耕作的要求，長(zhǎng)度在8 cm以下的莖稈應(yīng)不少于90%。考慮到切割時(shí)莖稈有與甩刀相對(duì)滑動(dòng)的可能，按滑移系數(shù)20%計(jì)算，設(shè)計(jì)切段長(zhǎng)度：L=10×（1-20%）=8 （cm）。莖稈粉碎還田機(jī)構(gòu)位于收獲機(jī)后輪后部，且用液壓方式提升。

2.2.12 機(jī)架 機(jī)架是機(jī)組的骨骼，支撐整機(jī)的全部受力。它采用成熟的拖拉機(jī)地盤設(shè)計(jì)，保證機(jī)組重心的平順性和通過(guò)性。機(jī)架主要由槽鋼和矩形鋼管焊接而成，經(jīng)受力分析和靜平衡計(jì)算，強(qiáng)度能夠滿足機(jī)組工作需要。機(jī)組在橫過(guò)壟溝及大的溝坎而引起的振動(dòng)所產(chǎn)生的力要大得多。因此，為保證機(jī)架有足夠的剛度和強(qiáng)度，在應(yīng)力集中部位進(jìn)行加強(qiáng)處理。

3 4YZ-3型玉米收獲機(jī)主要技術(shù)參數(shù)