鮮食玉米收獲機的結構原理與果穗保護技術研究

張范良

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

糧食生產的順利實施是社會運行和經濟發展的基礎保障，隨著時代的進步，在農業機械的廣泛應用下，農業的生產方式產生了很大的改變。鮮食玉米作為我國百姓喜愛的飲食，近年來的種植面積不斷擴大。由于鮮食玉米具有營養豐富、口感優良的特點，其市場前景十分廣闊，使相關的作物品種也得到了更多的研究與應用，鮮食玉米包括了糯玉米、甜玉米等很多品種。為保證良好的生產效率和市場供應，生產過程的機械化應用是必然趨勢，從現階段來看，由于鮮食玉米的特殊性，其機械化收獲的作業率仍比較低，傳統的人力收獲方式盡管保證了玉米的收獲品質，但其效率低下、作業成本高的問題限制了鮮食玉米的收益空間，因此，加強鮮食玉米收獲機的研發、應用與推廣工作十分必要。

1 鮮食玉米的生產現狀

相對于傳統的玉米而言，鮮食玉米具有很高的商業價值，其市場銷售前景十分廣闊。將鮮食玉米與傳統玉米的生產過程進行對比，種植鮮食玉米的經濟效益可增加50%～60%，可實現增收300～350元·(667m2)-1，與此同時，其種植和管理過程的成本與普通玉米相當，因此可獲得良好的經濟效益。近幾年，鮮食玉米的種植面積得到了快速增長，平均的年增長率在30%以上，鮮食玉米與傳統玉米不同，只有在最佳收獲期內完成高效率的收獲，才有利于保持玉米良好的口感和營養成分。在目前，我國的農村地區勞動力結構趨于老齡化，存在著勞動力不足的問題，由于傳統的玉米收獲機無法直接應用于鮮食玉米的收獲，而鮮食玉米專用收獲機產品的短缺使鮮食玉米的收獲變得困難，造成了鮮食玉米采摘不及時的問題，影響鮮食玉米的品質和銷售效益，也限制了種植規模的進一步擴展，農民對于優質的鮮食玉米收獲機產品的需求十分強烈。

2 鮮食玉米收獲機的工作特點

2.1 鮮食玉米果穗特點

鮮食玉米具有較高的含水率，其果穗軟嫩，收獲過程容易產生破損，因此，研究和分析鮮食玉米的果穗特點十分必要。通過對7個品種的35個鮮食玉米進行采樣，利用專用試驗臺對玉米果穗進行了試驗，測試了鮮食玉米果穗的物理、化學性狀等參數。得到以下玉米果穗的數據信息，果穗長度平均值為320 mm，果穗最大平均直徑為56.03 mm，果穗平均含水率為65%，果穗表面的抗壓強度為8.43 Pa，相關研究人員可參照此數據對鮮食玉米收獲機進行結構設計和優化。

2.2 與普通收獲機的對比分析

(1)摘穗形式的差異。由于鮮食玉米與普通玉米存在明顯的含水率差異，因此在摘穗過程的結構和條件也存在較大差別。普通玉米收獲時的摘穗方式多為正向拉伸，摘穗的形式主要分為摘穗板式和對輥式兩類(如圖1所示)，其主要原理都是通過拉莖輥將玉米秸稈與玉米果穗的根部進行拉斷，這種摘穗方式果穗與秸稈分離，此過程會產生較大的沖擊力。由于普通玉米收獲時含水率較低，籽粒的硬度較高，具有一定的抗沖擊能力，能夠抵擋摘穗過程對玉米果穗造成的破壞。而對于鮮食玉米的收獲過程，由于其含水率高，籽粒十分柔軟，果穗整體的強度較低，若受到較大沖擊力作用很容易出現損傷問題。同時，鮮食玉米秸稈的含水量是普通玉米秸稈的2.5～3倍，其整體密度更大，導致果穗分離的技術必須具有柔性化特點，在實現可靠摘穗的同時有效保護果穗不被破壞。

圖1 玉米摘穗的主要形式

(2)技術成熟度的差異。普通玉米收獲機已經經過了較長時間的應用與改進，其應對傳統的玉米收獲具有技術成熟度好、可靠性高、功能全面的特點，大中小的各種產品能適應不同的生產需求，在農業生產中具有很高的普及率。而鮮食玉米收獲機在我國的研發時間很短，現階段的應用量也比較少，很多地區使用普通玉米收獲機進行鮮食玉米收獲，造成了啃傷玉米果穗根部問題，嚴重影響鮮食玉米品質。現階段應用的鮮食玉米收獲機主要有美國OXBO鮮食玉米收獲機、我國的雷肯4YZT-4鮮食玉米收獲機等，相關產品十分有限，但鮮食玉米收獲機的實際工作能力已逐步完善。現階段使用的鮮食玉米收獲機基本上能夠勝任甜玉米、糯玉米、水果玉米等鮮食玉米的收獲工作，只是部分功能仍有待完善和進步。

3 鮮食玉米收獲機的工作原理

鮮食玉米收獲機相對于普通的玉米收獲機來說應用了大量的傳感器元件，用以檢測鮮食玉米收獲過程的各項參數。鮮食玉米的拉莖輥采用滑切式形式，在實際工作過程中，拉莖輥受到柴油機的動力帶動而對向轉動，隨著收獲機的行駛，拉莖輥前端的螺旋導錐將鮮食玉米的秸稈喂入割臺內，隨著成對拉莖輥配合間隙的減小，玉米秸稈逐漸被夾緊，而錯位布置的輥刀依次切入，將玉米秸稈向下方拉扯，當秸稈向下移動至接近果穗位置時，果穗根部的穗柄會先與輥刀接觸，而被輥刀切斷或受到一定程度的破壞，此后玉米的果穗到達摘穗板位置，由于根部的穗柄已經被切斷或局部被切割破壞，拉莖輥配合摘穗板的摘穗過程對玉米果穗的沖擊力很小，很大程度上降低了籽粒破碎的概率，同時摘穗過程用剪切力代替了拉莖力，使摘穗所需的動力進一步降低。鮮食玉米收獲機在摘穗后的升運器、集糧倉結構和功能與普通收獲機類似。

4 鮮食玉米收獲的果穗保護技術

對于鮮食玉米的收獲，除采用新結構的拉莖輥技術外，主要利用柔性化設計來提高摘穗過程對玉米果穗的保護功能，其功能設計包括以下幾點。

(1) 拉莖輥關鍵參數的便捷可調性設計。對于鮮食玉米收獲，實際的工作狀態對玉米收獲品質影響很大，收獲過程一旦造成玉米果穗的批量受損，則嚴重影響其經濟價值。因此對于拉莖輥的結構和工作狀態應做到對運轉速度、工作傾角、離地高度的便捷可調，且調整的相關參數便于查看，從而提高拉莖輥對不同鮮食玉米品種的適應能力。

(2) 升運與集糧過程的防磕碰。在鮮食玉米摘穗完成后，玉米會進入升運器，并落入集糧箱中，在此過程中，玉米可能在進入升運器和在從升運器落入集糧箱的過程中因磕碰而受損，從而影響鮮食玉米的品質。因此，在對升運器和集糧箱設計時，應注意設計緩沖段，避免出現玉米果穗過大的垂直掉落距離，可嘗試設計分級緩沖段，減少掉落過程的損傷率。

(3) 利用傳感器配合計算機技術，做到收獲過程主要參數的實時監測。利用傳感器檢測摘穗過程的拉莖輥轉速、收獲機行駛速度、摘穗過程的拉伸力等數據，并由計算機進行數據分析，對于可能產生玉米果穗損傷的作業模式，通過警示系統進行實時警報，提醒操作者改變作業模式或調整拉莖輥工作參數，避免鮮食玉米果穗出現大批量損傷問題。

5 結語

綜上所述，隨著鮮食玉米產量的不斷增加，對鮮食玉米專用的收獲機產品的需求量不斷上升，這對農機企業的產品研發提供了新思路，也要求相關的科研和開發人員重視起鮮食玉米收獲機的關鍵技術研究，使該項技術早日成熟并廣泛應用，從而進一步減輕鮮食玉米經營者的經濟負擔和勞動力負擔，確保鮮食玉米產業得到更好更快的發展。