鮮食玉米收獲機關鍵部件的研究與設計

張占勝

(黑龍江省農業機械工程科學院 牡丹江農業機械化研究所，黑龍江 牡丹江157011)

1 目的與意義

鮮食玉米主要包括甜玉米和糯玉米。甜玉米在我國的種植面積超過40 萬hm2；糯玉米年種植面積超過67萬hm2，其中有近40萬hm2作為鮮食用。同普通玉米采收期的籽粒相比，鮮食玉米收獲期短、籽粒含水量大、硬度低、易破碎。如果采用現有的玉米聯合收獲機進行收獲，一是摘穗裝置會因摘穗輥在螺旋線上相隔90°設有倒7字型摘穗鉤損傷鮮食玉米穗的籽粒而無法食用，即使采用板齒摘穗輥，也會因高速旋轉的板齒擠壓使籽粒糨糊狀物質流出也無法食用；二是剝皮裝置則會因剝皮輥的構件強制剝皮損傷鮮食玉米穗的籽粒。因此設計一種能夠適應收獲鮮食玉米的收獲機成為當前種植戶的迫切需求。

2 結構與工作原理

2.1 主要結構

本機主要由玉米割臺、割臺升降總成、提穗升運器、剝皮裝置、糧倉和行走系統等組成(圖1)。

1.分禾器；2.撥禾鏈；3.高、低扭穗輥；4.秸稈粉碎總成；5.扭穗輥傳動箱；6.螺旋推運器；7.割臺升降總成；8.行走系統；9.提穗升運器；10.駕駛室；11.機架；12.升運器鏈調節；13.剝皮輥；14.彈壓齒；15.苞葉螺旋推送器；16.清雜風機；17.抽秸稈輥；18.彈送齒；19.糧倉 圖1 鮮食玉米收獲機結構簡圖

2.2 工作原理

分禾器從玉米禾稈根部將禾稈扶正并引向帶有撥齒的撥禾鏈，撥禾鏈將禾稈扶持并引向高、低扭穗輥中間。高、低扭穗輥為縱向配置，每行一對，相對向里側回轉。玉米禾稈在高、低扭穗輥的夾持推送作用下，不斷向下方拉送；禾稈上的玉米穗由于直徑較大通不過扭穗輥間隙而被扭斷穗柄摘掉果穗。摘掉的果穗滑向輸送裝置并推入螺旋推運器中，螺旋推運器再將果穗推入到提穗升運器中并喂入到剝皮裝置里。剝皮輥回轉和彈壓齒相互作用將果穗苞葉撕開和咬住，從兩輥間的縫隙中拉下。已剝去苞葉的果穗沿剝皮輥前移并在彈送齒作用下推送至糧倉內，苞葉經下方的螺旋推送器推向一側排出機外，苞葉中的細雜也同時被清雜風機吹出機外。

3 關鍵部件的研究與設計

3.1 高、低縱臥扭穗輥的研究與設計

3.1.1 設計原理

主要是模仿人工掰玉米穗的操作過程，設計高、低縱臥扭穗輥螺旋夾持輸送裝置。摘穗輥前端為錐體狀，起導禾作用；中端為螺旋圓鋼筋導軌的圓柱體，起推送扭穗作用；后端為倒V型凸棱圓柱體，主要將穗上端秸稈強制拉出以防堵塞(圖2)。高、低縱臥扭穗輥夾持住玉米秸稈，實現秸稈推送。再由高摘穗輥對玉米穗施加側向推力，使玉米穗相對秸稈產生彎曲，并在高、低摘穗輥共同扭動下，實現穗柄的折斷，從而達到掰取玉米穗又不損傷玉米穗的目的。

1.前端錐體；2.間隙調節裝置；3.螺旋圓柱導軌；4.圓柱管；5.半球面凸面斑點；6.倒V型條板圖 2 縱臥扭穗輥結構圖

3.1.2 設計方案

在玉米割臺扭穗輥傳動箱上依次安裝長扭穗輥和短扭穗輥。長扭穗輥在上，短扭穗輥在下(圖3)。長扭穗輥和短扭穗輥的螺旋導軌線交錯居中安裝，兩輥高度差為35 mm，中心距為84 mm。長扭穗輥和短扭穗輥結構相同，分為前、中、后三段。前段為帶有螺紋的導錐體，主要起引導玉米秸稈的導入和利于秸稈進入扭穗輥間隙的作用。扭穗輥中段為在圓管上焊合直徑為12 mm、螺距為90 mm的螺旋長圓鋼筋，并在螺旋圓鋼筋間隔處交錯點焊半球面凸面斑點，起拉動導入秸稈和扭穗作用。長扭穗輥和短扭穗輥的螺旋導軌線螺旋方向相反，且軸向錯位安裝。在前段錐體和扭摘穗輥中段之間嵌入帶有調心軸承的扭穗輥間隙調整裝置，便于根據玉米秸稈粗細情況，調整兩輥間隙，以保證對玉米秸稈的適度擠壓。扭穗輥后段為強拉段，在圓柱管圓周位置上均勻焊合3組倒V型條板。其作用是將玉米穗上端秸稈強制拉出而不切斷玉米秸稈，以防玉米秸稈堵塞扭穗裝置，從而實現玉米秸稈的順利導入、扭穗、排出莖稈全過程。

1.長扭穗錕；2.短扭穗錕；3.扭穗輥傳動箱；4.撥禾鏈輪圖3 高、低縱臥扭穗輥配置圖

3.2 玉米穗推送裝置設計

3.2.1 設計原理

依據鮮食玉米籽粒含水量大、硬度低和易破碎的特性，設計玉米穗在輸送過程中，橡膠膠皮嵌入輸送元件表面。因橡膠膠皮具有較好的柔韌性和增加與玉米穗的摩擦力，可避免鮮食玉米穗的磕碰、切割和滯留。

3.2.2 設計方案

玉米穗推送裝置主要分為三段，一段為割臺段推運器(圖4)，推送扭掉的果穗滑向槽板推運器中；二段為螺旋推運器段(圖5)，推送果穗向中間聚攏并導入到提穗升運器中；三段為提穗升運器段(圖6)，輸送并提升果穗進入剝皮機中。每段均在輸送鏈板上和螺旋攪龍嵌入橡膠膠皮，避免鮮食玉米穗的磕碰、切割和滯留。

1.被動鏈輪；2.輸送鏈；3.推送槽板；4.槽板橡膠皮；5.主動鏈輪圖4 割臺段推運器結構圖

1.鏈輪；2.傳動軸；3.右旋葉片；4.推送膠皮；5.推送葉片；6.左旋葉片圖5 螺旋推運器結構圖

1.主動鏈輪；2.L型推板；3.橡膠推板；4.輸送鏈；5.升運器鏈調節圖6 提穗升運器結構圖

3.3 剝皮輥的研究與設計

3.3.1 設計原理

主要是模仿人工剝果穗苞葉的操作過程，設計高、低縱向剝皮輥。高輥負責果穗苞皮的撕裂和剝離；低輥負責果穗推運。高、低輥相互作用使果穗在旋轉的過程中，實現苞皮的撕裂和苞葉的剝除，并將剝皮的果穗推入糧倉。

3.3.2 設計方案

高剝皮輥固定在可擺臂軸承座上，低剝皮輥固定在機架上，由螺紋桿和彈簧共同作用將高剝皮輥擺動軸壓向低剝皮輥固定軸。果穗上苞葉的剝除主要是由這幾對剝皮輥完成(圖7)。調整螺紋桿上的鎖緊螺母即可調節彈簧壓力，從而保證高、低剝皮輥相互適度壓緊。過緊則膠輥磨損加快，過松則使剝葉效果變差。鮮食玉米潮濕、苞葉緊,兩剝皮輥間隙應小,彈簧壓力應適度調大，以不損壞籽粒為宜。

1.高剝皮輥；2.低剝皮輥；3.機架；4.擺臂軸承座；5.間隔管；6.鎖緊螺母；7.螺紋桿；8.彈簧圖7 高、低縱向剝皮輥配置結構圖

高剝皮輥結構由在膠輥驅動方軸上依次串接多個鋸齒形膠輥片(圖8a)和多個波浪形膠輥片(圖8b)，以及多個圓柱形膠輥片(圖8c)組成。相鄰的鋸齒形膠輥片之間、相鄰的波浪形膠輥片之間和相鄰的圓柱形膠輥片之間緊密接觸配合，并且膠輥片上的凹槽在軸向方向重合。前端喂入段串接鋸齒形膠輥片負責玉米穗苞葉撕裂；中間段串接波浪形膠輥片負責果穗苞葉的剝除；后端排除段串接圓柱形膠輥片主要起到順穗作用。每段膠輥片的數量可根據實際作業效果進行增減(圖9)。

圖8 膠輥示意圖

1.前端喂入段；2.鋸齒形膠輥片；3.中間段；4.波浪形膠輥片；5.后端排除段；6.圓柱形膠輥片；7.擺臂軸承座圖9 剝皮輥膠輥片配置示意圖

低剝皮輥結構是在軸圓管上焊接雙螺旋圓鋼筋導軌，并沿著導軌線嵌入B型三角帶以增加和玉米果穗的摩擦力，從而實現果穗的推送和果穗苞葉的剝除。其具體結構如圖10所示。

1.固定軸承；2.軸圓管；3.螺旋圓鋼筋導軌；4.B型三角帶圖10 低剝皮輥結構示意圖

4 應用前景

鮮食玉米營養豐富，口味甜糯，深受人們的喜愛。因鮮食玉米通常以鮮穗上市或冷藏后反季節上市銷售，種植鮮食玉米能夠獲得可觀經濟效益，從而帶動種植戶年種植面積逐年提高。鮮食玉米的采收期是在玉米籽粒飽滿且用手掐破后有糨糊狀物質流出時為最佳收獲期，收獲期短。因二素疊加，使得種植戶對鮮食玉米收獲機的需求日益迫切，加之鮮食玉米收獲機也可收獲普通的玉米，因而具有良好的市場前景。