立式摘穗割臺(tái)在自走玉米收獲機(jī)上的應(yīng)用

劉楓 范志華 胡浩 董潤(rùn)堅(jiān) 付家慶

摘要：自走式立輥型玉米收獲機(jī)既有摘穗板式自走收獲機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又具備剝皮效果好、落粒率低、果穗及籽粒損傷小等特點(diǎn)，同時(shí)其特有的對(duì)秸稈進(jìn)行多種途徑處理的優(yōu)點(diǎn)，使其可以滿(mǎn)足我國(guó)各地的農(nóng)藝要求。

關(guān)鍵詞：自走式玉米收獲機(jī)；立式摘穗割臺(tái)；多種途徑處理

中圖分類(lèi)號(hào)：S225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.06.001

0引言

玉米是一種高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的糧食作物，其生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，它不僅是重要的糧食作物，而且是發(fā)展畜牧業(yè)的重要飼料，又是輕工業(yè)、食品業(yè)等不可缺少的原料之一。由于玉米的種植面積大，對(duì)機(jī)械化的需求日益增加，繼小麥聯(lián)合收割機(jī)后，玉米聯(lián)合收獲機(jī)也成為新世紀(jì)我國(guó)農(nóng)機(jī)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。其中，自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)又因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能較為完善、作業(yè)效率高、作業(yè)質(zhì)量好、運(yùn)輸及行走便捷等優(yōu)點(diǎn)，成為了熱點(diǎn)上的熱點(diǎn)。

目前，我國(guó)從事自走玉米聯(lián)合收獲機(jī)研究和生產(chǎn)的單位已有數(shù)十家，已研制出的機(jī)型也有數(shù)十個(gè)之多，但其摘穗裝置均為摘穗板式，即利用拉莖輥拉動(dòng)莖稈，通過(guò)摘穗板之間的間隙，當(dāng)果穗到達(dá)摘穗板時(shí)，由于果穗的直徑大于摘穗板之間的間隙，摘穗板可將果穗擋住、摘下，從而實(shí)現(xiàn)摘穗過(guò)程。但由于在其摘穗過(guò)程中，拉莖輥和摘穗板之間存在較大的速度差，很容易將莖稈拉斷，斷莖稈隨果穗一同進(jìn)入升運(yùn)器，這不僅增加了剝皮裝置的工作強(qiáng)度，而且未被剝凈的斷莖稈也將一同進(jìn)入果穗箱中，使其果穗箱中混有大量雜物。同時(shí)在摘穗時(shí)，摘穗板對(duì)果穗根部的沖擊較大，形成大量的落粒，嚴(yán)重影響摘穗質(zhì)量。另外，由于這種摘穗裝置無(wú)法將莖稈回收，只能對(duì)莖稈進(jìn)行粉碎還田；不能適應(yīng)各地農(nóng)藝要求，尤其無(wú)法滿(mǎn)足北方各地區(qū)對(duì)秸稈回收利用的要求。由于上述的缺點(diǎn)，該機(jī)型在全國(guó)無(wú)法大面積推廣。

為了解決該種摘穗裝置所產(chǎn)生的弊病，吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院進(jìn)行了立式摘穗輥的研究。立式摘穗輥在世界范圍一直沒(méi)有引起人們的重視，只有前蘇聯(lián)生產(chǎn)的KKX-3型和赫爾松-7型玉米收獲機(jī)采用過(guò)該種結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)已被淘汰。這主要由于立式摘穗輥的適應(yīng)性和工作可靠性較差。我院通過(guò)對(duì)立式輥進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)部件的攻關(guān)，換裝新式無(wú)潤(rùn)滑鏈等途徑，現(xiàn)已完全解決此問(wèn)題，并已研制出新型立式摘穗割臺(tái)，該割臺(tái)通過(guò)三年的研究、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)完全達(dá)到其設(shè)計(jì)要求，將割臺(tái)安裝在牽引架上而配置成的牽引式玉米收獲機(jī)現(xiàn)已通過(guò)省級(jí)鑒定，正由廠(chǎng)家進(jìn)行投產(chǎn)。

1立式摘穗割臺(tái)的工作原理

該割臺(tái)主要由割刀夾持、摘穗、莖稈處理裝置等關(guān)鍵部件組成，其主要工作原理如下。

1.1抓取莖稈階段

摘輥?zhàn)ト∏o稈階段要求摘輥能夠可靠地抓取不同直徑的莖稈。摘輥的結(jié)構(gòu)型式、莖稈的喂入方式及莖稈的物理機(jī)械特性等都影響著摘輥?zhàn)ト∏o稈的可靠性。莖稈由夾持輸送鏈夾持，采用強(qiáng)制喂送來(lái)完成。摘輥的抓取莖稈段采用六棱直筋拉莖輥（圖1）。以提高摘輥對(duì)莖稈的抓取能力。圖中給出了莖稈被抓取時(shí)的受力情況，其中：N—摘輥?zhàn)饔糜谇o稈的法向反力；T—摘輥對(duì)莖稈的摩擦力；S—摘輥對(duì)莖稈的機(jī)械力。

由此可看出，摘輥?zhàn)ト∏o稈的條件為

T_x+S_x>N_x式中T_x—T在水平上的分力；

S_x—S在水平上的分力；

N_x—N在水平上的分力。

要提高抓取能力，可加大摘輥直徑或加大摘輥間隙。摘輥直徑增大，將加大籽粒損失；摘輥直徑太小，抓取能力降低，容易造成堵塞。摘輥間隙過(guò)小，將降低抓取能力，造成拉引莖稈困難，莖稈被嚴(yán)重輾壓，完整性差，消耗功率增加。

1.2穩(wěn)定輾壓莖稈階段

當(dāng)莖稈根部進(jìn)入兩摘輥中心連線(xiàn)后，莖稈便被穩(wěn)定輾軋拉引，開(kāi)始作平面運(yùn)動(dòng)。即莖稈一邊被摘輥拉引，一邊作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

1.3摘穗階段

當(dāng)莖稈運(yùn)動(dòng)到果穗與摘輥接觸時(shí)，即進(jìn)入了摘穗階段，由于果穗大端直徑大于莖稈直徑，果穗不能從摘輥間隙中通過(guò)而被摘落。摘穗時(shí)，穗柄的斷裂部位與其強(qiáng)度和變形的特性有關(guān)。就整個(gè)穗柄來(lái)說(shuō)，則以穗柄和果穗聯(lián)接處的強(qiáng)度最低。根據(jù)測(cè)試，在玉米成熟期，穗柄的平均聯(lián)結(jié)強(qiáng)度為504 N，而果穗和穗柄處的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度為342 N。

玉米的摘穗過(guò)程是比較復(fù)雜的，受諸多因素的影響，試驗(yàn)研究證明，摘輥凸爪對(duì)果穗大端的擠壓和沖擊是完成摘穗的主要原因。 1.4排莖稈階段

當(dāng)摘穗過(guò)程完成后，大多數(shù)莖稈已垂直于摘輥，與摘輥的線(xiàn)速度同速向后運(yùn)動(dòng)，最后脫離摘輥，進(jìn)入莖稈處理系統(tǒng)，完成摘穗全過(guò)程。

1.5莖稈處理階段

進(jìn)入莖稈處理系統(tǒng)的莖稈根據(jù)其用途的不同，可以經(jīng)過(guò)不同的處理裝置進(jìn)行處理：即可以集齊后整堆放鋪；又可切碎后回收，從而增加秸稈的利用率；還可以粉碎成絲狀后拋撒還田，以增加地力。

這樣幾種莖稈處理方案已經(jīng)可以滿(mǎn)足我國(guó)各地對(duì)秸稈用途的不同要求，也非常符合國(guó)家大力提倡的秸稈還田、過(guò)腹還田等新型秸稈處理辦法。

2主要工作部件參數(shù)的計(jì)算與確定

2.1夾持鏈輪轉(zhuǎn)速的確定

3關(guān)鍵問(wèn)題與解決方案

現(xiàn)在我院正在研制將組合式立式摘穗割臺(tái)改進(jìn)后配裝在自走底盤(pán)上的新型自走式立式摘穗輥玉米收獲機(jī)上，在研制過(guò)程中，主要遇到的問(wèn)題及解決方案如下。

3.1合理布局減少體積

原割臺(tái)的莖稈切碎、拋送、回收裝置體積較大，無(wú)法加裝到自走底盤(pán)上，經(jīng)過(guò)考慮后，將切碎裝置改變?yōu)榱⑹角械叮瑴p少體積；并將拋送裝置配置于割臺(tái)的一側(cè)，在其入口處增加錘打裝置。這樣配置不僅減少了體積，而且避免了在傳動(dòng)中有可能遇到的問(wèn)題。

3.2方便輸送果穗

如何向后輸送果穗，是整機(jī)配置中的技術(shù)難點(diǎn)，由于立輥式割臺(tái)和摘穗板式割臺(tái)的結(jié)構(gòu)不同，無(wú)法采用其輸送裝置，因此決定在三行收獲裝置之間放置兩條輸送器，這樣不僅解決輸送問(wèn)題而且加大了輸送器的寬度，增加了作業(yè)效率。

3.3留茬高度的統(tǒng)一

如何解決割茬高度的統(tǒng)一，一直是困擾立式割臺(tái)的主要問(wèn)題。由于立輥式割臺(tái)割稈裝置受地形影響較大，較難在高速作業(yè)時(shí)保證割茬整齊統(tǒng)一，所以決定在底盤(pán)的下方安裝碎茬裝置，將高矮不同的割茬重新割切一次，通過(guò)二次割茬實(shí)現(xiàn)留茬的統(tǒng)一，這樣的配置可將立式輥效率高的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來(lái)。

4結(jié)束語(yǔ)

自走式立輥型玉米收獲機(jī)既有摘穗板式自走收獲機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又具備剝皮效果好、落粒率低、果穗及籽粒損傷小等特點(diǎn)，同時(shí)其特有的對(duì)秸稈進(jìn)行多種途徑處理的優(yōu)點(diǎn)又使其可以滿(mǎn)足我國(guó)各地的農(nóng)藝要求。它必將對(duì)我國(guó)的玉米收獲機(jī)發(fā)展和玉米收獲機(jī)械化的普及起到強(qiáng)大的推動(dòng)作用。