玉米粒收割機關(guān)鍵零部件設(shè)計與優(yōu)化

鐘立才

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

玉米是我國第二大糧食產(chǎn)物，在我國種植廣泛，2017年全國玉米產(chǎn)量達到2億噸以上，種植面積達5萬畝以上。而且隨著工業(yè)生產(chǎn)對玉米需求的增加，未來玉米生產(chǎn)仍有較大的提升空間。但是在玉米收割機械化方面，我國與歐美等國家還存在很大的差距，無論是在機械先進性、穩(wěn)定性以及現(xiàn)代化方面，都需要不斷完善。

1 傳統(tǒng)玉米收割機與玉米籽粒直收機的對比

自世界第一臺收割機問世以來，我國農(nóng)業(yè)機械在經(jīng)過引進、仿制、研發(fā)歷程后，玉米收割機械業(yè)已基本滿足國內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。但是目前玉米收割機械發(fā)展尚未完善，使用最多的是傳統(tǒng)收玉米果穗收割機，無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展需要。加之我國南北地方差異，中部平原地區(qū)玉米成長期短，收獲時玉米果穗較嫩，無法進行直接收玉米籽粒。東北大面積種植玉米的地區(qū)，由于玉米一年一熟，成長期較長，所以收獲時玉米粒含水率較低，玉米籽粒強度較大，適合進行玉米籽粒直接收割。這也是傳統(tǒng)果穗玉米收割機與玉米籽粒收割機最大的差異之處，傳統(tǒng)收割機對玉米籽粒的含水率要求不高。玉米籽粒直收聯(lián)合收割機，要求玉米含水率在24%以下，在田間地頭一次性完成玉米秸稈切割、玉米果穗采摘、脫粒、除雜和玉米秸稈還田工作程序。不僅有效簡化玉米收割提升作業(yè)效率，而且提升農(nóng)業(yè)機械化水平。但是在這種聯(lián)合性收割機中，由于種種因素的影響，如果在脫粒中設(shè)計不合理就會導(dǎo)致籽粒破碎率的上升，以及丟失果穗的現(xiàn)象，因此需要對脫粒環(huán)節(jié)進行科學(xué)設(shè)計。

2 玉米粒收割機關(guān)鍵部分設(shè)計

玉米籽粒收割機的關(guān)鍵在于采摘、脫粒環(huán)節(jié)及其設(shè)計。根據(jù)我國玉米收獲條件與成熟時玉米籽粒含水率對收割機械進行設(shè)計。

（1）玉米籽粒收割機工作原理。在收割階段，玉米籽粒收割機與傳統(tǒng)收割機類似，在機器接近玉米根部時，由分禾器直接將玉米進行分開，拉莖輥在夾住玉米桿持續(xù)向下拉，直到玉米果穗能夠通過摘穗板的縫隙完整的摘下。然后玉米果穗進入輸送鏈送至割臺橫向攪龍中，橫向攪龍再把它們輸送到過橋輸送器中，在過橋鏈耙的作用下，將玉米果穗均勻的送至脫粒滾筒，玉米果穗在滾筒螺旋排列脫粒單元和滾筒上蓋導(dǎo)向板的作用下將玉米果穗外皮、雜質(zhì)、籽粒進行分離。這個過程中玉米籽粒、破碎的玉米葉、玉米芯等一起通過滾筒中的分離板，在貫流風(fēng)機吹風(fēng)的作用下，在兩層往復(fù)式清選篩過程中完成玉米籽粒與其他雜質(zhì)的分離，進而實現(xiàn)籽粒清選。然后經(jīng)過清選的玉米籽粒在攪龍的作用下進入滾筒右側(cè)，最后通過刮板作用進行儲糧箱。未清理干凈的碎葉、玉米芯以及其他的雜質(zhì)可以通過糧食升運器進入脫粒滾筒前端進行二次清選，重量較輕的物質(zhì)則經(jīng)過尾篩被吹至滾筒外面，滾筒內(nèi)部的雜質(zhì)則通過排草輪的作用下排出滾筒。這即是整個玉米籽粒收割機的工作過程，可見在采摘環(huán)節(jié)，玉米籽粒收割機與傳統(tǒng)玉米收割機并無太多的差異，玉米籽粒收割機的關(guān)鍵在于果穗輸送至脫粒滾筒的脫粒、清選環(huán)節(jié)，因此設(shè)計的重點要在脫粒分離系統(tǒng)之中。

（2）玉米籽粒收割機分離系統(tǒng)設(shè)計。目前玉米籽粒收割機為保障收割與脫粒、清選效果，在設(shè)計中一般采用全縱向單軸流滾筒和或梳齒凹板實現(xiàn)脫粒與清選，在本文研究中為保障脫粒系統(tǒng)適合東北玉米主產(chǎn)地與中原地區(qū)收割時玉米粒含水率，在設(shè)計中收割機脫粒滾筒將其大小設(shè)計為直徑為0.7m，長度設(shè)計為3m，基本轉(zhuǎn)速介于300～1000r/min，該轉(zhuǎn)速即能夠保障脫粒效果，也在一定程度上適應(yīng)東北與中原地區(qū)玉米粒含水率的差異，可以根據(jù)實際情況和需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。滾筒玉米果穗的進入主要依靠攪龍圓錐體導(dǎo)草結(jié)構(gòu)輸送，脫粒則依靠玉米果穗之間的沖擊和揉擦實現(xiàn)。

（3）玉米籽粒收割機清選系統(tǒng)設(shè)計。在玉米果穗脫粒完成后，需要對其中伴隨進入的碎玉米葉、玉米桿以及玉米芯等雜質(zhì)進行清理，排除滾筒。相對而言，這些伴隨即進入的雜質(zhì)重量較輕，可以通過風(fēng)扇吹風(fēng)的方式進行清理；而對于重量較大的其他雜質(zhì)，由于在揉擦過程中可能已經(jīng)很細碎，所以需要通過振動篩進行篩選。設(shè)計中為避免較大的碎雜質(zhì)堵塞振動篩選孔，可以將之進行分層設(shè)計，上層進行初步篩選，下層進行二次篩選，篩網(wǎng)則設(shè)計為沖孔篩、編織篩的組合。在振動篩頻率選擇上，設(shè)計為250～300次/min，也是結(jié)合雜質(zhì)含量進行設(shè)定。雜質(zhì)較少時可以設(shè)定振動頻率較低，雜質(zhì)較多時可以通過提高振動頻率進行強力篩選。風(fēng)扇采用無機變速傳動的貫流風(fēng)機，既能夠保障送風(fēng)量起到作用，而且風(fēng)流量較為均勻，更好地實現(xiàn)雜質(zhì)與玉米籽粒的分離。

3 玉米粒收割機整體設(shè)計優(yōu)化

在前文論述中主要結(jié)合玉米籽粒收割機發(fā)展情況，對玉米籽粒收割機中的分離、清選系統(tǒng)進行研究。但是一臺玉米收割機工作質(zhì)量不僅僅是依賴單個系統(tǒng)，而是需要其他部件的有效結(jié)合才能最終實現(xiàn)工作效率的提升。

首先是傳統(tǒng)玉米收割機采摘裝置，這是玉米收割機的核心部件。也直接影響這玉米籽粒收割機的籽粒損失率、破碎率。在玉米籽粒收割機設(shè)計中，需要對之進行一定優(yōu)化。例如為減少采摘果穗過程中對籽粒的影響，并達到一定采摘效果，在設(shè)計中可以使用臥式摘穗輥式。摘穗時，摘穗輥前端的導(dǎo)入段將玉米植株引入摘穗輥，玉米莖稈在兩輥之間向后、向下軸向移動，果穗大端被摘穗輥間隙阻擋從而從秸稈上脫落以完成摘穗。既能夠滿足果穗采摘要求，同時也降低采摘過程中對玉米籽粒的影響。

其次由于玉米田間雜草較多以及玉米本身秸稈較多的影響，在收割過程中肯定會摻雜許多雜質(zhì)，如果雜質(zhì)過多也會影響脫粒和分離效果。另外如果玉米果穗干燥程度不佳，在輸送過程中也會有許多雜質(zhì)隨之進行脫粒系統(tǒng)，影響脫粒效果，甚至導(dǎo)致脫粒分離系統(tǒng)的堵塞，所以在玉米籽粒收割機設(shè)計中也需要對這一環(huán)節(jié)進行優(yōu)化設(shè)計。進而減少莖稈、玉米碎葉和雜草對機械工作效率的影響，結(jié)合實際經(jīng)驗在收獲環(huán)節(jié)可以在玉米收獲機上加裝排雜輥和排雜風(fēng)機來實現(xiàn)提前去雜，保障脫粒和分離效果。

4 結(jié)語

隨著農(nóng)業(yè)機械化水平的不斷提升，在玉米收割中傳統(tǒng)果穗采摘的模式因其需要多一個脫粒程序?qū)е律a(chǎn)效率的降低。因此根據(jù)我國玉米種植、生長情況設(shè)計一種直接在收割環(huán)節(jié)即實現(xiàn)脫粒、清選的玉米籽粒收割機符合當(dāng)下農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，針對此本文研究中對比分析玉米籽粒聯(lián)合收割機優(yōu)勢，并重點從脫粒分離系統(tǒng)進行設(shè)計與優(yōu)化，并對采摘裝置等提出一些優(yōu)化措施。