牧神4YZT-8 型玉米雙縱軸流籽粒收獲機(jī)的研制

張俊三，徐玉龍，李遠(yuǎn)良，李謙緒，高森德，沈曉凱

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆烏魯木齊 830026）

0 引言

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020 年中國(guó)玉米播種面積為4 126.4 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量為2.6067 億t，為了填補(bǔ)國(guó)內(nèi)不斷擴(kuò)大的糧食供應(yīng)缺口，重點(diǎn)擴(kuò)大了東北以及黃淮海地區(qū)的玉米播種面積。我國(guó)現(xiàn)階段大部分地區(qū)玉米收獲時(shí)玉米籽粒含水率在25%～35%，收獲時(shí)籽粒破損嚴(yán)重，目前高含水率籽粒收獲技術(shù)還不成熟、收獲質(zhì)量參數(shù)在線檢測(cè)傳感器缺乏、智能化程度相對(duì)較低。

針對(duì)以上現(xiàn)狀，我公司結(jié)合國(guó)家十三五重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)“玉米收獲技術(shù)與智能裝備研發(fā)”，開發(fā)了牧神4YZT-8 型高含水率玉米雙縱軸流籽粒收獲機(jī)，掛接寬幅玉米折疊式收獲割臺(tái)，集成玉米收獲智能控制系統(tǒng)、低損喂入裝置、雙縱軸流高效低損脫粒系統(tǒng)、靜液壓驅(qū)動(dòng)底盤等，實(shí)現(xiàn)高含水率玉米籽粒的高效、低損收獲，對(duì)推進(jìn)我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)水平提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

牧神4YZT-8 型高含水率玉米雙縱軸流籽粒收獲機(jī)，可在玉米籽粒含水率25%～35%情況下實(shí)現(xiàn)玉米籽粒的高效、低損和智能化收獲。

該機(jī)主要由割臺(tái)、駕駛臺(tái)、過(guò)橋、前橋總成、軸流滾筒及凹板、承種盤、風(fēng)扇、攪龍、橫梁、清選上下篩、轉(zhuǎn)向橋總成、左右機(jī)架、尾架、尾罩、液壓系統(tǒng)、排草輪、發(fā)動(dòng)機(jī)、糧箱、糧食升運(yùn)器、雜余升運(yùn)器、駕駛室、電器系統(tǒng)等工作部件組成，結(jié)構(gòu)如圖1[1-2]。

圖1 4YZT-8 型高含水率玉米雙縱軸縱流籽粒收獲機(jī)結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

工作時(shí)，將玉米折疊收獲割臺(tái)展開，根據(jù)玉米生長(zhǎng)狀態(tài)和籽粒水分將收獲機(jī)工作部件的相應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)到最佳收獲狀態(tài)。

收獲時(shí)通過(guò)玉米收獲割臺(tái)的對(duì)刀式拉莖輥將玉米果穗從植株上拉下來(lái)，在割臺(tái)撥禾鏈的作用下將玉米果穗輸送到過(guò)橋口，通過(guò)過(guò)橋輸送鏈耙喂入軸流滾筒進(jìn)行脫粒和分離，玉米籽粒和碎草等通過(guò)滾筒凹板篩孔進(jìn)行分離，進(jìn)入清選系統(tǒng)，在風(fēng)機(jī)和魚鱗篩的作用下，清選干凈的玉米籽粒通過(guò)糧食升運(yùn)器進(jìn)入糧箱，沒(méi)有清選干凈的物料通過(guò)雜余升運(yùn)器進(jìn)入軸流滾筒進(jìn)行復(fù)脫，滾筒內(nèi)的玉米莖稈、苞葉以及玉米芯等混合物在排草輪的作用下排到機(jī)體外。

該機(jī)具設(shè)計(jì)時(shí)主要針對(duì)玉米籽粒的機(jī)械化收獲，一次作業(yè)可完成對(duì)玉米的收割、脫粒、清選分離和籽粒輸送等，通過(guò)更換不同收獲割臺(tái)、喂入輸送裝置和脫粒凹板，調(diào)節(jié)脫粒滾筒與凹板之間的間隙、脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速、魚鱗篩片的開度大小以及風(fēng)量大小等，也可兼收小麥、水稻、高粱和大豆等農(nóng)作物，一機(jī)多用，性價(jià)比高。

2 主要技術(shù)參數(shù)

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）寬幅玉米折疊式收獲割臺(tái)。折疊式玉米收獲割臺(tái)通過(guò)液壓油缸和電磁閥控制將左右兩段向中段上方折疊，提高道路運(yùn)輸和田間轉(zhuǎn)移的通過(guò)性。割臺(tái)采用閉式液壓系統(tǒng)控制，可以實(shí)現(xiàn)割臺(tái)正反轉(zhuǎn)控制和拉莖輥轉(zhuǎn)速無(wú)極調(diào)節(jié)；通過(guò)在割臺(tái)和過(guò)橋處加裝角度傳感器和仿形機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)割臺(tái)仿形控制和割茬高度控制。

（2）高含水率玉米低損喂入技術(shù)。研究過(guò)橋結(jié)構(gòu)及柔性輸送方式，開發(fā)出喂入一體式過(guò)橋結(jié)構(gòu)；采用上喂入方式，過(guò)橋被動(dòng)輸送輥中心下沉，低于割臺(tái)攪龍，減少輸送過(guò)程中對(duì)玉米籽粒的損傷；過(guò)橋主動(dòng)輥中心上移，高于脫粒滾筒喂入口，消除脫粒滾筒喂入死角造成的籽粒損傷；鏈耙采用柔性橡膠材料，降低輸送過(guò)程中對(duì)果穗的損傷；實(shí)現(xiàn)與割臺(tái)快速掛接，具有很好的通用性，操作簡(jiǎn)便，掛接可靠。

（3）雙縱軸流高含水率玉米籽粒高效、低損脫粒技術(shù)。雙縱軸流高含水率玉米籽粒脫粒裝置主要包含脫粒滾筒、脫粒凹板以及頂蓋等。本機(jī)脫粒滾筒采用擠搓板齒式低損脫粒原理，區(qū)別于國(guó)內(nèi)外常用的紋桿釘齒組合及釘齒式強(qiáng)制脫粒方式，通過(guò)板齒式脫粒滾筒旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米果穗的擠搓脫粒分離，脫粒板與玉米果穗相對(duì)柔性接觸，解決了常用紋桿釘齒滾筒靠釘齒強(qiáng)制脫粒造成的籽粒破碎率大，特別是高含水率情況下玉米籽粒破碎嚴(yán)重的技術(shù)難題，顯著降低高含水率作業(yè)條件下的玉米籽粒破碎率，提升機(jī)具的作業(yè)質(zhì)量和效率。優(yōu)化凹板的結(jié)構(gòu)型式與分離面積，研制圓鋼與鋼絲柵格混合式凹板，并通過(guò)電控調(diào)節(jié)裝置方便快捷地進(jìn)行凹板間隙調(diào)節(jié)，降低籽粒破碎率。采用導(dǎo)向板角度可調(diào)式頂蓋，顯著提升高產(chǎn)田及高含水率玉米的收獲效果，研究不同含水率條件下玉米籽粒破損率與滾筒轉(zhuǎn)速的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速無(wú)極調(diào)控，降低玉米籽粒破碎率及損失率。

（4）高效大風(fēng)量清選分離技術(shù)。通過(guò)研究風(fēng)機(jī)類型、風(fēng)量大小以及魚鱗篩對(duì)清選系統(tǒng)的影響，確定風(fēng)機(jī)類型以及清選篩結(jié)構(gòu)型式，以提高籽粒的清潔度和降低清選損失。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，本機(jī)采用蝸殼式離心風(fēng)機(jī)和長(zhǎng)孔魚鱗篩，風(fēng)機(jī)風(fēng)量大小和魚鱗篩的開度均采用電控調(diào)節(jié)，調(diào)控方便快捷。

（5）整機(jī)智能化控制技術(shù)。整機(jī)智能化方面，開發(fā)以降低玉米收獲損失為控制目標(biāo)的自適應(yīng)控制技術(shù)和系統(tǒng)；開發(fā)基于CAN 總線控制的一體式操控平臺(tái)。通過(guò)拉莖輥速度控制與割臺(tái)正反轉(zhuǎn)控制、割臺(tái)割茬控制以及割臺(tái)仿形控制摘穗損失；通過(guò)脫粒滾筒的扭矩、轉(zhuǎn)速管路壓力以及行走速度數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)喂入量自適應(yīng)控制；通過(guò)破碎率傳感器和糧食損失傳感器反饋的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，電控調(diào)節(jié)脫粒凹板間隙、清選風(fēng)機(jī)風(fēng)量和魚鱗篩的開度大小，降低籽粒破碎率和籽粒損失率，通過(guò)加裝GPS 輔助駕駛系統(tǒng)，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 試制與試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)以上關(guān)鍵技術(shù)及裝置和集成智能控制系統(tǒng)的研究，研制出牧神4YZT-8 型高含水率玉米雙縱軸流籽粒收獲機(jī)。

2017 年8 月，由新疆牧神機(jī)械有限責(zé)任公司承擔(dān)并試制完成了第一臺(tái)自走式玉米籽粒收獲機(jī)樣機(jī)。同年9月在伊犁霍城縣蘆草溝鎮(zhèn)對(duì)不同玉米種植品種進(jìn)行了田間收獲試驗(yàn)，實(shí)際作業(yè)天數(shù)20 天，累計(jì)試驗(yàn)86.67 hm2，在玉米籽粒含水率低于25%的情況下總損失率為1.35%，籽粒破碎率為2.47%，籽粒含雜率為1.38%，主要性能指標(biāo)都優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，收獲效果較好，并順利通過(guò)了新疆自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)質(zhì)量鑒定站的委托檢驗(yàn)。但該機(jī)在智能化控制方面還存在許多問(wèn)題，玉米籽粒含水率在28%～35%的情況下籽粒破碎率大于4%，高于項(xiàng)目任務(wù)≤4%的指標(biāo)要求。

后續(xù)進(jìn)行了多輪樣機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和技術(shù)改進(jìn)，先后在新疆安寧渠鎮(zhèn)和五家渠軍戶農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行多次田間試驗(yàn)，在昌吉榆泉農(nóng)場(chǎng)參加了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“西北耐密高產(chǎn)抗旱玉米新品種培育”項(xiàng)目玉米新品種及配套技術(shù)展示與示范，累計(jì)收獲233.33 hm2，作業(yè)速度3.85～6.5 km/h，玉米籽粒含水率22%～35%，玉米籽粒破碎2.3%～3.89%，總損失率0.49%～1.46%，籽粒含雜率0.84%～1.12%，平均單位面積燃油消耗量48 kg/hm2，生產(chǎn)率為0.69hm2/h，作業(yè)有效度98%，測(cè)試試驗(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 和表2。

表1 試驗(yàn)條件

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 樣機(jī)田間試驗(yàn)與推廣示范

從試驗(yàn)效果來(lái)看，作業(yè)質(zhì)量指標(biāo)、籽粒破損率、總損失率、籽粒含雜率等主要性能指標(biāo)均優(yōu)于項(xiàng)目預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，加裝的智能控制的設(shè)備均達(dá)到預(yù)期的試驗(yàn)效果，但傳感器的可靠性、控制數(shù)據(jù)算法、智能化控制調(diào)控策略等方面還需繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)。

通過(guò)本項(xiàng)目產(chǎn)品的研制及推廣應(yīng)用，縮短與國(guó)外同類產(chǎn)品的技術(shù)差距，改變我國(guó)大型玉米籽粒專用收獲機(jī)以來(lái)進(jìn)口的現(xiàn)狀，對(duì)推進(jìn)我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)水平提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在糧食機(jī)械化收獲提出的提質(zhì)增效、降低損失的目標(biāo)。