王　浩，劉師多，王升升，耿令新，駱恒光，許澤宇

(河南科技大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，河南 洛陽　471003)

?

雙行玉米聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王浩，劉師多，王升升，耿令新，駱恒光，許澤宇

(河南科技大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，河南 洛陽471003)

摘要：為解決在丘陵山區(qū)使用的小型雙行玉米聯(lián)合收獲機(jī)上帶穗玉米植株立姿輸送的問題，分析了其收獲原理，利用自制割臺(tái)性能試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證了在選定的參數(shù)下，該割臺(tái)裝置在室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)中具有較好的收獲性能。同時(shí)，完成了在小型雙行玉米收獲機(jī)上的配置并進(jìn)行田間試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該割臺(tái)裝置輸送質(zhì)量可滿足收獲需求并對(duì)倒伏狀態(tài)的玉米植株具有較好的適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：立姿輸送；割臺(tái)裝置；輸送質(zhì)量;玉米

0引言

玉米是我國(guó)三大主要糧食作物之一，種植帶跨度廣泛，分布在高原、平原及丘陵山區(qū)。地理環(huán)境的多樣性決定了各地的玉米種植模式不盡相同，增加了玉米實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化收獲的難度?，F(xiàn)有的玉米聯(lián)合收獲機(jī)廣泛使用對(duì)行摘穗、秸稈粉碎還田的收獲方式，而秸稈粉碎還田過程消耗了大量的動(dòng)力，難以適應(yīng)丘陵山區(qū)對(duì)于玉米聯(lián)合收獲機(jī)小型化的要求。針對(duì)丘陵山區(qū)玉米機(jī)械化收獲水平低，設(shè)計(jì)了一種小型雙行玉米聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)部件，以實(shí)現(xiàn)帶穗植株在收獲過程中完成由橫向輸送到縱向輸送的過度且保證植株以立姿狀態(tài)有序地喂入摘穗部件。該裝置以滾刀切斷莖稈代替粉碎莖稈，大大減小了整機(jī)的功率消耗。為此，本文分析了該割臺(tái)部件的工作原理，計(jì)算了割臺(tái)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并利用自制割臺(tái)性能試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證了在選定的參數(shù)下該割臺(tái)裝置在室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)中具有較好的收獲性能。

1試驗(yàn)裝置工作原理

玉米收獲機(jī)割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)主要由割刀傳動(dòng)裝置、割臺(tái)支架、玉米機(jī)割臺(tái)、植株輸送裝置及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成，如圖1所示。工作過程：植株輸送裝置在變頻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下將帶穗植株送至割臺(tái)喂入位置，經(jīng)割刀切割后由割臺(tái)前端的撥禾裝置完成植株的橫向抓取輸送至割臺(tái)中間，下?lián)芎替?、分禾器下?lián)魏头趾唐鞯装逍纬?點(diǎn)扶持輸送，完成植株輸送過程的橫縱交接；再由后方的傾斜夾持張緊裝置完成縱向輸送及向上方提升的過程。玉米機(jī)割臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.割刀傳動(dòng)裝置　2.割臺(tái)支架　3.前攪龍驅(qū)動(dòng)電機(jī)

1.割刀　2.下?lián)芎替湣?.分禾扶持裝置　4.分禾器　5.上撥禾帶

試驗(yàn)裝置的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：夾持鏈與地面夾角35°，下?lián)荦X長(zhǎng)度為105mm，前攪龍長(zhǎng)度300mm,葉片高度60mm，螺距100mm。下?lián)芎听X齒端與刀尖的相對(duì)位置、上撥禾帶狀態(tài)、下?lián)芎替溇€速度、撥齒間距、下?lián)芎替溑c刀桿的夾角及植株橫向喂入位置均設(shè)計(jì)為可調(diào)正的方式。由于摘穗部件及鍘草部件要求帶穗植株在機(jī)具前進(jìn)方向上以直立姿態(tài)喂入，玉米機(jī)割臺(tái)試驗(yàn)裝置的性能主要表現(xiàn)為帶穗植株在輸送中在機(jī)進(jìn)方向上與豎直方向的傾斜程度和植株輸送的完成度，定義為輸送質(zhì)量。

試驗(yàn)儀器主要有激光測(cè)速儀、高速攝像裝置、變頻器、計(jì)算器及計(jì)算機(jī)等。

2割臺(tái)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)及參數(shù)確定

2.1下?lián)芎听X齒端與刀尖的相對(duì)位置

如圖3所示，下?lián)芎替湏荦X轉(zhuǎn)動(dòng)最前端時(shí)撥齒齒端與割刀刀尖相對(duì)于機(jī)具前進(jìn)方向的間距x定義為下?lián)芎听X齒端與刀尖的相對(duì)位置。

1.下?lián)芎替湣?.割刀　3.割刀刀桿

下?lián)芎听X齒端與刀尖的相對(duì)位置直接影響到植株在切割后被撥禾裝置抓取并橫向輸送的能力，在機(jī)具前進(jìn)速度確定的情況下，當(dāng)下?lián)芎听X齒端的位置相對(duì)于刀尖的位置越靠前，下?lián)芎替湏荦X在植株未被割刀切割時(shí)已經(jīng)抓取到植株并使之傾斜，輸送能力降低；反之，下?lián)芎替湏荦X在植株經(jīng)割刀切割后還未能抓取植株，帶穗植株在慣性作用下發(fā)生傾斜，輸送質(zhì)量降低。綜上，選定下?lián)芎听X齒端在刀尖前30mm。

2.2下?lián)芎替湏荦X間距

撥齒鏈選用農(nóng)機(jī)用ZS38鏈，鏈節(jié)距38mm。經(jīng)理論分析得，撥齒間距需大于1株玉米植株桿直徑加上果穗最大直徑，即

S>D株+D穗max

其中，S為撥齒間距；D株為植株桿直徑，取平均值40mm；D穗max為果穗最大直徑，取80mm。由于撥齒間距需定為鏈節(jié)距的偶數(shù)倍，故選取撥齒間距為152mm。

2.3下?lián)芎替溇€速度

順行收獲時(shí)，撥禾裝置需要滿足撥禾齒單株撥送的條件，即下?lián)芎替溍孔哌^1個(gè)撥齒間距時(shí)撥送1株玉米，則能夠形成單株玉米連續(xù)喂入，可表示為

其中，S取值152mm；L株為玉米株距，取值250mm；V機(jī)為機(jī)進(jìn)速度，按常發(fā)手扶車Ⅱ擋工作，取值0.6m/s。經(jīng)計(jì)算可得V鏈=0.36m/s。

2.4下?lián)芎替溗酵队芭c刀桿的夾角

如圖4所示，下?lián)芎替溤谒椒较蛏系耐队芭c刀桿的夾角對(duì)玉米植株在割臺(tái)中橫縱交接過程起重要作用。夾角θ越大，橫縱交接越順利；但相對(duì)橫向跨度減小，降低了對(duì)不同行距的適應(yīng)性。為了保證橫縱交接過程能夠完成，夾角必須大于0°。綜上所述，下?lián)芎替溤谒椒较蛏系耐队芭c刀桿的夾角選取為12°。

1.下?lián)芎替湣?.割刀　3.割刀刀桿

2.5上撥禾帶狀態(tài)

上撥禾帶在植株抓取、橫向輸送過程中起輔助作用。上撥禾帶可選取長(zhǎng)齒、短齒、無齒和無帶4種狀態(tài)進(jìn)行分析。上撥禾帶撥齒長(zhǎng)度越大，齒端線速度越高，導(dǎo)致植株在橫縱交接中向后方傾斜嚴(yán)重；若無撥齒輔助抓取植株，會(huì)使植株在橫向輸送過程發(fā)生傾斜，因此選取上撥禾帶為短齒，則有

L上齒=0.5L下齒·cosα

其中，L下齒為下?lián)芎替湏荦X長(zhǎng)度取為90mm；α為下?lián)芎听X與地面的夾角，按結(jié)構(gòu)確定為35°；L上齒即上撥禾帶撥齒長(zhǎng)確定為36mm。

2.6前分禾扶持錐攪龍

該割臺(tái)裝置在收獲向前倒伏作物時(shí)，要求帶穗植株在分禾扶持裝置攪龍葉片的抓取扶持下完成直立或向后傾斜。因此，應(yīng)使攪龍葉片向后移動(dòng)速度高于機(jī)進(jìn)速度，初定錐攪龍螺距為100mm，葉片高度為60mm，則

其中，ε為領(lǐng)先系數(shù)，取1.5。經(jīng)計(jì)算可得，錐攪龍轉(zhuǎn)速為450r/min。

3性能指標(biāo)的確定

本割臺(tái)擬應(yīng)用與小型雙行玉米聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)行進(jìn)速度為0.6m/s。由于植株需經(jīng)割臺(tái)切割后送至摘穗機(jī)構(gòu)進(jìn)行后續(xù)工作，因此試驗(yàn)過程中要求玉米植株在橫縱向輸送中在機(jī)進(jìn)方向上保證直立姿態(tài)。

本研究以輸送質(zhì)量作為試驗(yàn)性能指標(biāo)，采用對(duì)試驗(yàn)過程中對(duì)玉米植株姿態(tài)進(jìn)行打分的方式來衡量輸送質(zhì)量，并在試驗(yàn)過程中全程攝像，獲取植株在輸送過程中的圖像并觀察分析。在試驗(yàn)過程中，將玉米植株姿態(tài)按其傾斜程度及完成度定義為5種狀態(tài)，如表1所示。

試驗(yàn)材料為河南省洛陽市孟津縣麻屯鄉(xiāng)種植的春玉米，品種為中科4號(hào)；實(shí)地隨機(jī)抽樣測(cè)得植株自然高度為219.4cm,根部到玉米穗底端距離為100.7cm，根部直徑35mm，行距66.9cm，株距為32.4cm，果穗下垂率為0；莖稈含水率為83.94%。

表1　輸送質(zhì)量量化表

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1雙行玉米收獲試驗(yàn)

將上述所得參數(shù)配置到室內(nèi)割臺(tái)裝置試驗(yàn)臺(tái)上，試驗(yàn)步驟為：將帶穗玉米植株固定到植株輸送裝置，依次打開割刀驅(qū)動(dòng)電機(jī)、割臺(tái)裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)及分禾扶持前攪龍驅(qū)動(dòng)電機(jī)；待工作穩(wěn)定后，打開植株輸送裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)；在整個(gè)試驗(yàn)過程中，使用高速攝影裝置拍攝植株在割臺(tái)中的狀態(tài)，并截取清晰圖片測(cè)定植株傾斜角度，記錄數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　雙行玉米收獲試驗(yàn)結(jié)果

由表2可看出：該割臺(tái)在收獲兩行帶穗玉米時(shí)，可以達(dá)到75分以上的連續(xù)喂入，且玉米不會(huì)被推倒折斷。

4.2倒伏玉米收獲試驗(yàn)

生長(zhǎng)于田間的玉米植株受環(huán)境變化影響發(fā)生傾斜不可避免，對(duì)于立姿輸送割臺(tái)而言，前后傾玉米收獲難度最大。本割臺(tái)可在割刀將玉米植株割斷之前，利用錐形可旋轉(zhuǎn)分禾扶持裝置的葉片將前傾玉米植株扶持直立或向后傾。將試驗(yàn)玉米植株調(diào)至前傾-15°、-7.5°、0°、7.5°、15°，單株喂入，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可知：對(duì)于后傾15°以內(nèi)或前傾7.5 °以內(nèi)玉米植株，本割臺(tái)可以完成玉米植株的立姿輸送；當(dāng)玉米植株前傾角度達(dá)到15°時(shí)，發(fā)生玉米植株卡在兩攪龍葉片中間的現(xiàn)象。

表3　分禾扶持錐形攪龍對(duì)倒伏作物試驗(yàn)結(jié)果

4.3田間試驗(yàn)

將該割臺(tái)裝置配置到4YW-2型玉米聯(lián)合收獲機(jī)上，如圖5所示。動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)中間軸不懂齒數(shù)鏈輪變速后傳入割臺(tái)各處。

圖5　割臺(tái)裝置在整機(jī)上的配置

試驗(yàn)區(qū)有5m穩(wěn)定區(qū)、10m工作區(qū)、1m停車區(qū)組成，全程攝像記錄田間試驗(yàn)過程。

試驗(yàn)結(jié)果表明：該割臺(tái)裝置在收獲兩行玉米時(shí)可滿足直立切割、輸送的設(shè)計(jì)要求，微型玉米機(jī)割臺(tái)裝置結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)合理，能夠達(dá)到使用要求。

5結(jié)論

1)通過對(duì)玉米機(jī)割臺(tái)裝置輸送質(zhì)量的影響因素的分析，確定了各因素的參數(shù)并考察了該裝置性能的量化指標(biāo)。

2)錐形分禾扶持裝置對(duì)倒伏玉米植株具有扶起作用。在試驗(yàn)條件下，對(duì)前傾不超過7.5°、后傾斜15°玉米植株具有良好的輸送質(zhì)量。

3)通過田間試驗(yàn)驗(yàn)證了該割臺(tái)裝置能夠滿足4YW-2型玉米聯(lián)合收獲機(jī)的收獲性能要求，且收獲過程中未出現(xiàn)纏草、堵塞等情況。該割臺(tái)裝置解決了微型雙行玉米聯(lián)合收獲機(jī)在不對(duì)行收獲時(shí)遇到的問題，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝付平，陳志.國(guó)內(nèi)外玉米收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀及思考[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007(10):206-208．

[2]孫進(jìn)良，劉師多，丁慧玲.我國(guó)玉米收獲機(jī)械化的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009，31(3)：217-219.

[3]劉聲春，張道林，張繼磊，等．我國(guó)玉米收獲機(jī)研制現(xiàn)狀及發(fā)展展望[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009，31(11)：241-242，246.

[4]陳志，郝付平，王鋒德，等．中國(guó)玉米收獲技術(shù)與裝備發(fā)展研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012,3(2)：44-50.

[5]叢宏斌，楊啟勇，孫貴斌，等. 玉米收獲機(jī)組合式指形撥禾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40(3)：86-89.

[6]張道林，刁培松，董鋒，等．撥禾指式不對(duì)行玉米收獲裝置的試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010, 26 (5)：103-106.

[7]楊富營(yíng)，余泳昌，高獻(xiàn)坤，等.4YW-2型玉米收獲機(jī)的性能改進(jìn)與試驗(yàn)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(12)：114-118.

[8]張道林，孫永進(jìn)，趙紅光，等．立輥式玉米摘穗與莖稈切碎裝置的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005，36(7)：50-52.

[9]陳進(jìn)，顧文龍，李耀明. 聯(lián)合收獲機(jī)智能控制試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2011(42)：78-81.

[10]陳延鑫，張道林，許振凍，等.折疊式玉米收獲機(jī)割臺(tái)的試驗(yàn)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013, 35 (2):117-120.

[11]賀俊林，胡偉，郭玉富，等．扶禾桿在不對(duì)行導(dǎo)入玉米莖稈中的運(yùn)動(dòng)仿真[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007,23(6)：125-129.

[12]杜岳峰，毛恩榮，朱忠祥.兩行玉米收獲機(jī)割臺(tái)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44(增刊)：22-27.

[13]吳鴻欣，陳志，韓增德，等．玉米植株抗彎特性對(duì)分禾器結(jié)構(gòu)的影響分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011,42(增刊)：6-9.

[14]張繼磊，張道林，楊洪峰.無鏈?zhǔn)接衩资斋@機(jī)不對(duì)行收獲技術(shù)分析[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009，31(11)：40-42.

[15]范國(guó)昌，齊新，張輝辰，等. 摘穗青貯型玉米復(fù)式割臺(tái)的試驗(yàn)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20(3)：85-88.

[16]中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(下冊(cè))[K].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

Design and Application of Double Row of Corn Combine Harvester Header

Wang Hao， Liu Shiduo， Wang Shengsheng， Geng Lingxin， Luo Hengguang， Xu Zeyu

(College of Agriculture Engineering, Henan University of Science & Technology, Luoyang 471003，China)

Abstract：In order to solve the problem of corn transport with ear on standing position of the double row corn harvester used in hilly area, This research analysis the principle of the operation and using the self-designed header performance test-bed validate this header has a better function in the indoor test with the selected parameters. The field test has been carried out when the optimal parameters were using to the double row corn harvester ,it turns out that the quality of corn transport could content the harvest requirement and this header could adapted the lodging of corns.

Key words：standing position transport； corn header； transportation quality；corn

文章編號(hào)：1003-188X(2016)03-0196-04

中圖分類號(hào)：S225.5+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：王浩(1991-)，男，河南洛陽人，碩士研究生，(E-mail)843943574@qq.com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51205110)

收稿日期：2015-03-10