李 帥，宗望遠(yuǎn),2*，馬麗娜,2，黃小毛,2

油葵聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)攪龍與鏈耙輸送器關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

李 帥1，宗望遠(yuǎn)1,2*，馬麗娜1,2，黃小毛1,2

(1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，武漢 430070；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070)

針對(duì)現(xiàn)有聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)攪龍向鏈耙輸送器輸送油葵時(shí)產(chǎn)生的回帶和堵塞問(wèn)題，對(duì)攪龍和鏈耙輸送器關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)加工試驗(yàn)臺(tái)架并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。單因素試驗(yàn)確定攪龍轉(zhuǎn)速最優(yōu)水平為170 r·min-1、攪龍撥板傾角最優(yōu)水平為12 °，輸送槽傾角和攪龍底板傾角最優(yōu)水平為25°，刮板高度最優(yōu)水平為50 mm，輸送間隙最優(yōu)水平為25 mm。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果攪龍轉(zhuǎn)速、攪龍撥板傾角和輸送槽傾角對(duì)輸送效果影響較大，正交試驗(yàn)表明，影響輸送效果的主次因素為輸送槽傾角、攪龍轉(zhuǎn)速、攪龍撥板傾角，最優(yōu)參數(shù)組合為攪龍底板傾角和輸送槽傾角均為25°，攪龍轉(zhuǎn)速170 r·min-1，攪龍撥板傾角12°；該條件下輸送率為100%，籽粒脫落率不足0.6%，輸送過(guò)程穩(wěn)定可靠，不存在堵塞問(wèn)題，完全滿足油葵聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)要求。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；油葵；聯(lián)合收獲；輸送裝置；攪龍；鏈耙輸送器

物料的順暢流動(dòng)是保證作物聯(lián)合收獲過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行的關(guān)鍵要素之一[1-3]。莖穗類作物被割斷后分離部分鋪放到割臺(tái)內(nèi)，被割臺(tái)攪龍導(dǎo)攏集中后經(jīng)伸縮撥指或撥板作用喂入到中間輸送裝置，再進(jìn)入后續(xù)裝置進(jìn)行脫粒分離。伸縮撥齒或撥板保證物料從割臺(tái)拋出，中間輸送裝置將割臺(tái)攪龍拋出的作物均勻連續(xù)地輸送至脫粒分離裝置，現(xiàn)有聯(lián)合收獲機(jī)中間輸送裝置大都采用鏈耙式輸送裝置[4-7]。

針對(duì)大喂入量收割機(jī)及收獲一些具有特殊植株特性的非稻麥作物的需要，為提高輸送性能，一些學(xué)者對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)上的輸送裝置進(jìn)行了相關(guān)研究和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新[8-14]。徐立章等設(shè)計(jì)的4LYB1-2.0型油菜聯(lián)合收獲機(jī)采用伸縮式割臺(tái)與鏈耙式輸送裝置，可滿足油菜、小麥、水稻等多種作物的收獲要求[15]；廖慶喜等研制的4LYZ-1.8型和4LYZ-2.0油菜聯(lián)合收獲機(jī)分別使用強(qiáng)制喂入輪和切拋式喂入機(jī)構(gòu)代替了鏈耙式輸送裝置，同時(shí)在伸縮撥齒的配合下實(shí)現(xiàn)了油菜從割臺(tái)至脫粒裝置的均勻連續(xù)輸送[16-17]。

針對(duì)油葵收獲，課題組在星光4LZ-5.0S稻麥聯(lián)合收獲機(jī)基礎(chǔ)上，通過(guò)改制割臺(tái)和脫粒滾筒等進(jìn)行油葵聯(lián)合收獲試驗(yàn)。油葵聯(lián)合收獲時(shí)，割臺(tái)收割的是帶有一段莖稈及葵盤的植株，莖桿較粗且葵盤碩大，和稻麥等作物收獲差別較大，現(xiàn)有稻麥割臺(tái)攪龍＆鏈耙式輸送裝置的結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)并不能較好地完成收割油葵的物料輸送[18-22]。2018年9月，課題組在新疆吉木薩爾縣的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，割后油葵在割臺(tái)出口處出現(xiàn)較為嚴(yán)重的堵塞和回帶現(xiàn)象。

本研究以現(xiàn)有的割臺(tái)攪龍＆鏈耙輸送形式為基礎(chǔ)[23-26]，針對(duì)輸送環(huán)節(jié)存在的回帶、堵塞等問(wèn)題，運(yùn)用理論分析和臺(tái)架試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)攪龍和鏈耙輸送器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，確定了輸送裝置關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以期為油葵聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)攪龍和鏈耙輸送器設(shè)計(jì)提供參考。

1 輸送裝置總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

油葵聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)攪龍和鏈耙輸送裝置主要由攪龍輸送裝置、鏈耙輸送裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)組成，包括攪龍壁板1、攪龍底板2、攪龍3、攪龍撥板4、輸送槽5、張緊裝置6、輸送鏈條7和刮板8等關(guān)鍵部件，如圖1所示。

1.攪龍壁板；2.攪龍底板；3. 攪龍；4.攪龍撥板；5.輸送槽；6.張緊裝置；7.輸送鏈條；8.刮板。

Figure 1 Structural diagram of auger & chain harrow conveyor

1.2 工作原理

油葵被切斷后經(jīng)撥禾輪撥入割臺(tái)攪龍，在攪龍螺旋葉片作用下，被橫向輸送至攪龍撥板，經(jīng)攪龍撥板拋出并被刮板抓取后進(jìn)入鏈耙輸送器，隨后在鏈耙輸送器作用下持續(xù)向后輸送進(jìn)入脫粒分離裝置，完成割后油葵的輸送過(guò)程。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 攪龍與鏈耙輸送器過(guò)渡區(qū)域分析

2.1.1 攪龍撥板傾角 油葵割后物為帶有一段莖稈的葵盤，伸縮撥齒和固定撥齒的外形為細(xì)長(zhǎng)圓柱體，不適合于葵盤的輸送，易導(dǎo)致葵盤在過(guò)渡區(qū)的滯留、纏繞或回帶，因而將原有適用于稻麥?zhǔn)斋@的伸縮撥指結(jié)構(gòu)改為帶傾角的撥板?？P以多種姿態(tài)被撥板拋送到鏈耙輸送器，極限情況下，在撥板拋出葵盤的瞬間，撥板頂端距攪龍底板平面部分的垂直距離應(yīng)小于最小葵盤厚度，以保證撥板可以將所有葵盤拋出。

攪龍撥板將葵盤拋出的臨界位置如圖2所示。圖中O-1為攪龍軸心，GH為攪龍底板平面部分， CDE為攪龍撥板，E為攪龍撥板頂端，假設(shè)葵盤在撥板DE與底板GH垂直時(shí)開(kāi)始被撥出，EF為撥板頂端距攪龍底板平面部分的垂直距離。圖中攪龍軸半徑O1C為100 mm，攪龍最大半徑O1E為200 mm，攪龍撥板安裝座CD高度為35 mm。

1.油葵物料喂入口；2.油葵物料撥出口。

Figure 2 Schematic analysis of the inclination of the dial

以圖2中所示方式建立直角坐標(biāo)系。撥板CDE頂點(diǎn)E的x軸坐標(biāo)為

E=(0+1)sin（1）

式（1）中，0為攪龍軸半徑，為100 mm；1為攪龍撥板安裝座CD高度，為35 mm；為攪龍撥板傾角，單位°。

由（1）式結(jié)合攪龍撥板頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程2+2=2002可以得出點(diǎn)E的y軸坐標(biāo)為

從而撥板頂點(diǎn)E到攪龍底板平面部分的距離為

式（3）中，F(xiàn)為F點(diǎn)的軸坐標(biāo)，實(shí)際意義為攪龍半徑加攪龍輸送間隙，F(xiàn)=–210。

為了保證在任何情況下，在此臨界狀態(tài)的撥板都能將葵盤撥向鏈耙輸送裝置，則EF段的距離應(yīng)小于葵盤最小厚度15 mm，即

求解上式可得19.22°，即攪龍撥板傾角應(yīng)小于19.22°。后續(xù)性能試驗(yàn)中，取攪龍撥板傾角的試驗(yàn)水平為0°、4°、8°、12°和16°。

2.1.2 鏈耙輸送器從動(dòng)軸安裝位置 稻麥聯(lián)合收獲機(jī)的鏈耙輸送器從動(dòng)軸與割臺(tái)攪龍相對(duì)安裝位置如圖3所示，以O(shè)2為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系。

圖3 鏈耙輸送器從動(dòng)輪安裝位置

Figure 3 Chain harrow conveyor driven wheel installation position

圖3中，O2為割臺(tái)攪龍中心點(diǎn)，O3為鏈耙輸送器從動(dòng)輪中心點(diǎn)；AB為攪龍撥板，VI為攪龍底板平面部分，IJ為鏈耙輸送器輸送槽底板。U為BO3與鏈耙輸送器刮板頂端軌跡的交點(diǎn)。

假設(shè)刮板在U點(diǎn)抓取油葵，且抓取油葵的過(guò)程中，油葵沒(méi)有推力，僅靠刮板的摩擦力產(chǎn)生喂入移動(dòng)[17]，為了使油葵被刮板抓取后可以產(chǎn)生喂入移動(dòng)，則須滿足

式（5）中，為刮板對(duì)油葵的法向推力，N；為O3U與豎直方向的夾角；為油葵與刮板之間的摩擦角，試驗(yàn)測(cè)得26.34°。

取的最大值26.34°計(jì)算O3點(diǎn)的坐標(biāo)，則O3點(diǎn)的坐標(biāo)應(yīng)滿足以下條件

式（6）中，O3、O3分別為點(diǎn)O3的軸、軸坐標(biāo)；B、B分別為點(diǎn)B的軸、軸坐標(biāo)；2為撥板頂端的軌跡半徑，2=200 mm；3為刮板頂端軌跡中圓弧段軌跡的半徑，取最大值，3=141.5 mm；為撥板頂端的軌跡與刮板頂端軌跡中圓弧段軌跡之間的最小距離，為了保證輸送效果，攪龍與鏈耙輸送器之間越緊湊越好，=10 mm。

計(jì)算式（6）可得點(diǎn)O3的坐標(biāo)為(294.8,191.5)，該點(diǎn)為鏈耙輸送器從動(dòng)輪的極限安裝位置。

2.1.3 輸送槽傾角 在圖3所示結(jié)構(gòu)中，葵盤被撥板撥出后可能與刮板發(fā)生劇烈碰撞，導(dǎo)致葵盤破碎和籽粒脫落，如果葵盤可被直接拋送進(jìn)入鏈耙輸送器刮板與輸送槽底板之間，則可降低葵盤與刮板發(fā)生劇烈碰撞的可能性，減少葵盤破碎和籽粒脫落。因此對(duì)鏈耙輸送器和割臺(tái)攪龍的相對(duì)安裝位置進(jìn)行調(diào)整，使二者連接處實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡，如圖4所示，圖中攪龍底板平面部分V1I1和鏈耙輸送器輸送槽底板I1J1在同一平面上。

圖4 攪龍與鏈耙輸送器平滑過(guò)渡示意圖

Figure 4 Smooth transition of auger and chain harrow conveyor

為了計(jì)算此時(shí)輸送槽的極限傾角，假設(shè)鏈耙輸送器從動(dòng)軸的安裝位置與圖3中相同，則V1I1J1段的直線方程可表示為

式（7）中，為鏈耙輸送器輸送槽底板所在直線I1J1與軸的夾角，°；為鏈耙輸送器輸送槽底板所在直線I1J1與軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)。

同時(shí)V1I1J1段的直線方程應(yīng)滿足以下條件

物料被攪龍撥板拋出的初始點(diǎn)為B1，假設(shè)葵盤為質(zhì)點(diǎn)，則葵盤被拋出后將沿拋出點(diǎn)的切線方向作拋物運(yùn)動(dòng)，經(jīng)計(jì)算當(dāng)攪龍轉(zhuǎn)速為150 r·min-1時(shí)，葵盤質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為

理想條件下，在物料0.07 s的時(shí)間內(nèi)就可以被拋送到鏈耙輸送器從動(dòng)軸下方，可以保證物料順利被刮板抓取。此時(shí)物料的拋出軌跡可近似為一條線段，且該線段的傾斜角約為39.72 °，與輸送槽傾角基本吻合，由此可知割臺(tái)攪龍與鏈耙輸送器之間的平滑過(guò)渡是有利于物料輸送的。

因此設(shè)計(jì)攪龍底板傾角和輸送槽傾角的試驗(yàn)水平均為20°、25°、30°、35°和40°。

2.2 鏈耙輸送器

鏈耙輸送器的核心部件為刮板鏈和輸送槽，其中刮板高度、刮板間距和輸送速度對(duì)鏈耙輸送裝置的輸送性能影響最大，且刮板高度、刮板間距的設(shè)計(jì)受到油葵莖稈彎曲弧度、葵盤厚度和葵盤直徑的影響。

2.2.1 刮板高度 在谷物聯(lián)合收獲機(jī)中刮板的高度一般為30～40 mm，板厚3～4 mm。油葵植株只有一枝主莖稈，莖稈頂部有一餅狀葵盤，且頂部莖稈具有一定的彎曲弧度，在輸送過(guò)程中刮板高度過(guò)低則其極易勾到油葵莖稈彎曲處造成回帶；為了避免造成刮板回帶，則刮板高度應(yīng)大于葵盤質(zhì)心最大高度且小于葵盤最大厚度。測(cè)得葵盤最大厚度為50 mm，假設(shè)葵盤質(zhì)心高度為葵盤高度的二分之一，則刮板高度范圍應(yīng)為25～50 mm，因此設(shè)計(jì)刮板高度的試驗(yàn)水平為30、35、40、45和50 mm。

2.2.2 刮板間距 刮板間距為

式（10）中，0為兩相鄰刮板間鏈節(jié)數(shù)量，個(gè)；為鏈條節(jié)距，為38.1 mm；

為了減少葵盤與輸送槽底板的摩擦力，從而達(dá)到減少籽粒脫落的目的，應(yīng)盡量避免葵盤被刮板與輸送槽底板擠壓，所以應(yīng)使刮板間距大于葵盤最大直徑，使得葵盤盡量被刮板以推送的方式完成輸送。

即

式（11）中，max為葵盤最大直徑，為200 mm；

求解上式得出0＞5.25，所以取0=6，則刮板間距為1=228.6 mm。

2.2.3 輸送速度 鏈耙輸送器輸送速度應(yīng)與割臺(tái)攪龍輸送速度相適應(yīng)，即單位時(shí)間內(nèi)鏈耙的輸送量應(yīng)大于攪龍撥板的拋出量。假設(shè)在輸送過(guò)程中油葵物料在割臺(tái)攪龍和鏈耙輸送器中的填充密度相同，則輸送性能和拋出性能可用單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的體積流量表示。

在攪龍撥板將油葵拋出的過(guò)程中，油葵在攪龍底板和攪龍組成的扇形空間區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，圖5所示為攪龍輸送裝置截面圖，圖中KL為攪龍撥板長(zhǎng)度，KM為扇形空間區(qū)域高度。

1.攪龍底板；2.攪龍撥板; 3.攪龍。

Figure 5 Cross section of auger

1.輸送槽底板；2.刮板；3.輸送鏈條；4.輸送槽側(cè)板；5.輸送槽蓋板。

Figure 6 Section view of conveying trough

則攪龍撥板單位時(shí)間內(nèi)拋出的油葵物料體積流量計(jì)算公式為

式（12）中，KLMN為截面KLNM的面積，由攪龍、撥板和輸送槽底板的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，m2；D為K點(diǎn)所在圓直徑，D=0.2 m；D為M點(diǎn)所在圓直徑，M=0.42 m。

在鏈耙輸送器輸送油葵的過(guò)程中，刮板抓取油葵物料后，油葵物料在刮板與輸送槽底板和側(cè)板組成的矩形空間區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，如圖6所示，圖中PQ為輸送槽寬度，PS為矩形空間區(qū)域高度。

由于刮板抓取物料的速度略大于刮板鏈的平均輸送速度，因此使用刮板鏈的平均速度計(jì)算鏈耙輸送器的輸送量，計(jì)算公式為

式（13）中，PQTS為截面PQTS的面積，由輸送槽及刮板的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，m2；1為主動(dòng)鏈輪齒數(shù)，為14；2為鏈耙輸送器主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，r·min-1。

為了避免因油葵物料在攪龍輸送裝置與鏈耙輸送裝置過(guò)渡處產(chǎn)生滯留而導(dǎo)致堵塞，單位時(shí)間內(nèi)鏈耙輸送器體積流量應(yīng)大于攪龍撥板體積流量即

3 試驗(yàn)與分析

依據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)了“油葵聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)攪龍&鏈耙輸送器”試驗(yàn)臺(tái)架，如圖7所示。試驗(yàn)臺(tái)架主要技術(shù)參數(shù)范圍如表1所示。

表1 試驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)范圍

1.攪龍底板；2.攪龍壁板；3.攪龍；4.攪龍撥板；5.輸送鏈條；6.刮板；7.張緊裝置；8.輸送槽。

Figure 7 Schematic diagram of test bench structure

3.1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)指標(biāo)

2019年7月29日至8月4日在湖北黃石太子鎮(zhèn)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，圖8為試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

試驗(yàn)材料為矮大頭“DW667號(hào)”，油葵植株主要物理參數(shù)范圍如表2所示。

圖8 試驗(yàn)臺(tái)架實(shí)物圖

Figure 8 Test bench physical map

表2 油葵植株參數(shù)范圍

為了考察本裝置的輸送效果，取輸送率和籽粒脫落率為試驗(yàn)指標(biāo)。

其中輸送率為

式（15）中，1為每組試驗(yàn)成功輸送的油葵數(shù)量，株；2為每組試驗(yàn)喂入的油葵總量，株。

籽粒脫落率為

式（16）中，1為每組試驗(yàn)中脫落的籽粒重量，g；2為每組試驗(yàn)成功輸送的籽粒重量，g。

每次試驗(yàn)選取24株割下油葵植株并排列為4行喂入，喂入速度約為1 m·s-1，每次試驗(yàn)重復(fù)3次。同時(shí)本試驗(yàn)規(guī)定：將試驗(yàn)過(guò)程中從攪龍前方喂入、并從鏈耙輸送器拋出的油葵物料記為成功輸送的油葵物料。

3.2 單因素試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)方案與結(jié)果 對(duì)攪龍轉(zhuǎn)速、攪龍撥板傾角、攪龍底板傾角、刮板高度和輸送間隙5個(gè)因素進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

圖9 各因素對(duì)輸送質(zhì)量的影響

Figure 9 The influence of various factors on the quality of transportation

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析 圖9(a)中，輸送率隨攪龍轉(zhuǎn)速的增加先增加后減小，這是因?yàn)閿圐堔D(zhuǎn)速較低時(shí)攪龍撥板的線速度較低，油葵被攪龍撥板撥出后位移不足，不能被刮板抓取，造成輸送率降低；當(dāng)攪龍轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，油葵被喂入割臺(tái)攪龍時(shí)被螺旋葉片彈飛的概率增加，致使輸送率降低。籽粒脫落率隨轉(zhuǎn)速的升高先緩慢降低后逐漸升高，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速較低時(shí)，輸送率較低，計(jì)算籽粒脫落率時(shí)成功輸送的籽粒重量相對(duì)減小，故籽粒脫落率相對(duì)升高；當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，攪龍對(duì)物料的擊打作用和機(jī)具的振動(dòng)作用增強(qiáng)，導(dǎo)致籽粒脫落率升高。綜合來(lái)看，攪龍轉(zhuǎn)速為170 r·min-1時(shí)輸送效果最好。

圖9(b)中，輸送率隨撥板傾角的增加先增加后減小，這是因?yàn)楫?dāng)撥板傾角較低時(shí)，撥板對(duì)油葵的擠壓作用較弱，葵盤易被撥板勾到而導(dǎo)致?lián)馨寤貛?，同時(shí)油葵拋出點(diǎn)與輸送槽的距離較大使油葵不易被刮板抓取，導(dǎo)致輸送率降低；當(dāng)撥板傾角過(guò)大時(shí)，撥板對(duì)物料的擠壓作用過(guò)強(qiáng)，拋出作用減弱，導(dǎo)致輸送率降低。籽粒脫落率隨撥板傾角的增加先降低后趨于穩(wěn)定，這是因?yàn)閾馨鍍A角過(guò)低時(shí)，撥板對(duì)油葵的擊打作用較強(qiáng)，導(dǎo)致籽粒脫落率升高。撥板傾角為12°時(shí)輸送效果最好。

在輸送槽傾角為25°的條件下進(jìn)行攪龍底板傾角的單因素試驗(yàn)。由圖9(c)可知，輸送率隨攪龍底板傾角的增加先增大后減小，籽粒脫落率先減小后增大。這是因?yàn)閿圐埖装鍍A角過(guò)低或過(guò)高時(shí)，攪龍輸送裝置與輸送槽的過(guò)渡處所夾銳角過(guò)大，油葵被攪龍撥板拋出后被刮板抓取的難度較大，導(dǎo)致回帶增加，輸送率降低；同時(shí)油葵被撥板拋出后受到刮板的擊打作用較強(qiáng)，所以籽粒脫落率增加。在該試驗(yàn)中，當(dāng)輸送率和籽粒脫落率均達(dá)到最優(yōu)時(shí)，攪龍底板傾角與輸送槽傾角相同，可以得出，攪龍底板傾角越接近輸送槽傾角，割臺(tái)與輸送槽之間的連接處越平緩，油葵輸送率越高，籽粒脫落率越低，這與理論分析結(jié)果一致。

圖9(d)中，隨著刮板高度的增加，輸送率呈上升趨勢(shì)而籽粒脫落率呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著刮板高度的增加，刮板卡入油葵莖稈彎曲處的可能性降低，回帶減少，葵盤受到的打擊作用減弱，所以輸送率升高、籽粒脫落率降低。因素水平范圍內(nèi)，刮板高度為50 mm時(shí)輸送效果最好。

表3 試驗(yàn)因素與水平

圖9(e)中，隨著輸送間隙的增加，輸送率整體上趨于穩(wěn)定，籽粒脫落率先降低后增加。這是因?yàn)檩斔烷g隙較小時(shí)，刮板對(duì)油葵的擠壓作用較強(qiáng)，油葵與輸送槽底板之間的摩擦作用較大，導(dǎo)致籽粒脫落增加；當(dāng)輸送間隙過(guò)大時(shí)，油葵不能被一個(gè)刮板及時(shí)刮送出去，需要經(jīng)過(guò)多個(gè)刮板的推送才能完成輸送過(guò)程，在此過(guò)程中刮板對(duì)油葵的擊打作用增強(qiáng)，致使籽粒脫落增加。綜合來(lái)看，輸送間隙為25 mm時(shí)輸送效果最好。

3.3 正交試驗(yàn)

3.3.1 試驗(yàn)方案與結(jié)果 單因素試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，攪龍底板傾角和輸送槽傾角之間具有交互作用，且當(dāng)2個(gè)角度相同時(shí)具有較好的輸送效果，因而正交試驗(yàn)中將相同傾角的攪龍底板和輸送槽合并，記為輸送槽傾角。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果選擇對(duì)攪龍輸送裝置與鏈耙輸送裝置過(guò)渡處輸送效果影響較大的攪龍轉(zhuǎn)速、攪龍撥板傾角和輸送槽傾角進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析，其因素與水平表如表3所示。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，其中A、B、C為因素水平值。

表4 試驗(yàn)方案與結(jié)果

表5 方差分析

注：*表示影響顯著，**表示影響極顯著。

圖10 輸送效果趨勢(shì)圖

Figure 10 Trend graph of transport effect

3.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析 方差分析表如表5所示，從方差分析表可知，輸送槽傾角對(duì)輸送率影響極顯著，攪龍轉(zhuǎn)速對(duì)輸送率影響顯著，對(duì)輸送率影響因素的主次關(guān)系為A、B、C，最優(yōu)參數(shù)組合為A3B2C1；輸送槽傾角對(duì)籽粒脫落率影響顯著，對(duì)籽粒脫落率影響因素的主次關(guān)系為A、C、B，最優(yōu)參數(shù)組合為A3B2C3。

方差分析所得出的輸送率和籽粒脫落率的最優(yōu)方案有所不同，因此綜合各試驗(yàn)因素對(duì)輸送質(zhì)量的影響，按照輸送率越高越好、籽粒脫落率越低越好和輸送率為第一指標(biāo)的原則，對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行綜合平衡：從輸送效果趨勢(shì)圖（圖10）可知，對(duì)于因素A，兩個(gè)指標(biāo)都是在A3水平輸送效果最好；對(duì)于因素B，兩個(gè)指標(biāo)都是在B2水平輸送效果最好；對(duì)于C因素，在C1水平時(shí)輸送率最高，在C3水平時(shí)籽粒脫落率最低，但輸送率為第一試驗(yàn)指標(biāo)，且C1與C3水平下籽粒脫落率差別不大，故C因素應(yīng)取C1水平。優(yōu)方案為A3B2C1，即：攪龍底板傾角25°、輸送槽傾角25°、攪龍轉(zhuǎn)速170 r·min-1、攪龍撥板傾角12°。

4 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有聯(lián)合收獲機(jī)攪龍＆鏈耙式輸送裝置輸送割后油葵時(shí)存在的回帶、堵塞等問(wèn)題，對(duì)攪龍、撥板以及刮板等關(guān)鍵部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了中間輸送裝置輸送油葵過(guò)程中的堵塞和回帶問(wèn)題，保證了油葵輸送的順利進(jìn)行。

設(shè)計(jì)了油葵聯(lián)合收獲機(jī)攪龍＆鏈耙式輸送裝置的試驗(yàn)臺(tái)架，研究了該裝置的主要結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)對(duì)油葵輸送效果的影響規(guī)律，建立了相關(guān)設(shè)計(jì)理論，為油葵聯(lián)合收獲機(jī)攪龍＆鏈耙式輸送裝置的設(shè)計(jì)提供了理論支持。

單因素試驗(yàn)結(jié)果表明輸送間隙最優(yōu)值為25 mm、刮板高度最優(yōu)值為50 mm；正交試驗(yàn)確定影響攪龍與鏈耙輸送裝置過(guò)渡處輸送效果的因素主次順序?yàn)閿圐埖装鍍A角和輸送槽傾角、攪龍轉(zhuǎn)速和攪龍撥板傾角，確定A3B2C1為最優(yōu)參數(shù)組合，即攪龍底板傾角25°、輸送槽傾角25°、攪龍轉(zhuǎn)速170 r·min-1、攪龍撥板傾角12°，該條件下油葵輸送效果最好，輸送率為100%，籽粒脫落率不足0.6%，輸送過(guò)程穩(wěn)定可靠，不存在堵塞問(wèn)題，完全滿足油葵聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)要求。

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Design on key components of the header auger and chain harrow conveyor of oil sunflower combine harvester

LI Shuai1, ZONG Wangyuan1,2, MA Lina1,2, HUANG Xiaomao1,2

(1. College of Engineering, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070;2. Key Laboratory of Agricultural Equipment in Mid-Lower Yangtze River, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430070)

The existing combine harvester header auger had problems such as reentry and clogging when it transported oil sunflower to the chain harrow conveyor. This article had optimized the key components of the auger and chain harrow conveyor, designed and processed the test bench and carried out experimental research. The single factor test determined that the optimal level of the stirring speed was 170 r·min-1, the optimal level of the auger digger dip angle was 12 °, the optimal level of the conveying groove angle and the angle of the agitation floor was 25 °, the optimal scraper height was 50 mm, and the optimal level of the conveyance gap was 25 mm. According to the single-factor test results, the stirring speed, the auger digger dip angle and the conveying groove angle greatly influence on the conveying effect. The orthogonal test showed that the primary and secondary factors that affected the conveying effect were the conveying groove angle, the stirring speed, and the auger digger dip angle. The optimal parameter combination was that the angle of the agitation floor and the conveying groove angle were both 25 °, the stirring speed was 170 r·min-1, and the auger digger dip angle was 12 °. Under the above conditions, the conveying rate was 100%, and the seed shedding rate was less than 0.6%. The conveying process was stable and reliable and fully met the requirements of the oil sunflower combine harvester.

agricultural machinery; oil sunflower; combined harvest; conveyor; auger; chain harrow conveyor

S225.59

A

1672-352X (2021)01-0135-08

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210319.014

2021-3-23 11:59:18

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20210319.1543.028.html

2020-02-28

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0702104）資助。

李 帥，碩士研究生。E-mail：925807075@qq.com

宗望遠(yuǎn)，博士，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：zwy@mail.hzau.edu.cn