雙行玉米聯合收獲機割臺裝置的設計及應用

王　浩，劉師多，王升升，耿令新，駱恒光，許澤宇

(河南科技大學 農業工程學院，河南 洛陽　471003)

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雙行玉米聯合收獲機割臺裝置的設計及應用

王浩，劉師多，王升升，耿令新，駱恒光，許澤宇

(河南科技大學 農業工程學院，河南 洛陽471003)

摘要：為解決在丘陵山區使用的小型雙行玉米聯合收獲機上帶穗玉米植株立姿輸送的問題，分析了其收獲原理，利用自制割臺性能試驗臺驗證了在選定的參數下，該割臺裝置在室內臺架試驗中具有較好的收獲性能。同時，完成了在小型雙行玉米收獲機上的配置并進行田間試驗。試驗結果表明：該割臺裝置輸送質量可滿足收獲需求并對倒伏狀態的玉米植株具有較好的適應性。

關鍵詞：立姿輸送；割臺裝置；輸送質量;玉米

0引言

玉米是我國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。地理環境的多樣性決定了各地的玉米種植模式不盡相同，增加了玉米實現全程機械化收獲的難度?，F有的玉米聯合收獲機廣泛使用對行摘穗、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力，難以適應丘陵山區對于玉米聯合收獲機小型化的要求。針對丘陵山區玉米機械化收獲水平低，設計了一種小型雙行玉米聯合收獲機割臺部件，以實現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，大大減小了整機的功率消耗。為此，本文分析了該割臺部件的工作原理，計算了割臺關鍵部件的結構運動參數，并利用自制割臺性能試驗臺驗證了在選定的參數下該割臺裝置在室內臺架試驗中具有較好的收獲性能。

1試驗裝置工作原理

玉米收獲機割臺試驗臺主要由割刀傳動裝置、割臺支架、玉米機割臺、植株輸送裝置及驅動電機等組成，如圖1所示。工作過程：植株輸送裝置在變頻電機的驅動下將帶穗植株送至割臺喂入位置，經割刀切割后由割臺前端的撥禾裝置完成植株的橫向抓取輸送至割臺中間，下撥禾鏈、分禾器下撐和分禾器底板形成3點扶持輸送，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。玉米機割臺結構如圖2所示。

1.割刀傳動裝置　2.割臺支架　3.前攪龍驅動電機

1.割刀　2.下撥禾鏈　3.分禾扶持裝置　4.分禾器　5.上撥禾帶

試驗裝置的主要結構參數：夾持鏈與地面夾角35°，下撥齒長度為105mm，前攪龍長度300mm,葉片高度60mm，螺距100mm。下撥禾齒齒端與刀尖的相對位置、上撥禾帶狀態、下撥禾鏈線速度、撥齒間距、下撥禾鏈與刀桿的夾角及植株橫向喂入位置均設計為可調正的方式。由于摘穗部件及鍘草部件要求帶穗植株在機具前進方向上以直立姿態喂入，玉米機割臺試驗裝置的性能主要表現為帶穗植株在輸送中在機進方向上與豎直方向的傾斜程度和植株輸送的完成度，定義為輸送質量。

試驗儀器主要有激光測速儀、高速攝像裝置、變頻器、計算器及計算機等。

2割臺關鍵部件設計及參數確定

2.1下撥禾齒齒端與刀尖的相對位置

如圖3所示，下撥禾鏈撥齒轉動最前端時撥齒齒端與割刀刀尖相對于機具前進方向的間距x定義為下撥禾齒齒端與刀尖的相對位置。

1.下撥禾鏈　2.割刀　3.割刀刀桿

下撥禾齒齒端與刀尖的相對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，在機具前進速度確定的情況下，當下撥禾齒齒端的位置相對于刀尖的位置越靠前，下撥禾鏈撥齒在植株未被割刀切割時已經抓取到植株并使之傾斜，輸送能力降低；反之，下撥禾鏈撥齒在植株經割刀切割后還未能抓取植株，帶穗植株在慣性作用下發生傾斜，輸送質量降低。綜上，選定下撥禾齒齒端在刀尖前30mm。

2.2下撥禾鏈撥齒間距

撥齒鏈選用農機用ZS38鏈，鏈節距38mm。經理論分析得，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距的偶數倍，故選取撥齒間距為152mm。

2.3下撥禾鏈線速度

順行收獲時，撥禾裝置需要滿足撥禾齒單株撥送的條件，即下撥禾鏈每走過1個撥齒間距時撥送1株玉米，則能夠形成單株玉米連續喂入，可表示為

其中，S取值152mm；L株為玉米株距，取值250mm；V機為機進速度，按常發手扶車Ⅱ擋工作，取值0.6m/s。經計算可得V鏈=0.36m/s。

2.4下撥禾鏈水平投影與刀桿的夾角

如圖4所示，下撥禾鏈在水平方向上的投影與刀桿的夾角對玉米植株在割臺中橫縱交接過程起重要作用。夾角θ越大，橫縱交接越順利；但相對橫向跨度減小，降低了對不同行距的適應性。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，下撥禾鏈在水平方向上的投影與刀桿的夾角選取為12°。

1.下撥禾鏈　2.割刀　3.割刀刀桿

2.5上撥禾帶狀態

上撥禾帶在植株抓取、橫向輸送過程中起輔助作用。上撥禾帶可選取長齒、短齒、無齒和無帶4種狀態進行分析。上撥禾帶撥齒長度越大，齒端線速度越高，導致植株在橫縱交接中向后方傾斜嚴重；若無撥齒輔助抓取植株，會使植株在橫向輸送過程發生傾斜，因此選取上撥禾帶為短齒，則有

L上齒=0.5L下齒·cosα

其中，L下齒為下撥禾鏈撥齒長度取為90mm；α為下撥禾齒與地面的夾角，按結構確定為35°；L上齒即上撥禾帶撥齒長確定為36mm。

2.6前分禾扶持錐攪龍

該割臺裝置在收獲向前倒伏作物時，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，應使攪龍葉片向后移動速度高于機進速度，初定錐攪龍螺距為100mm，葉片高度為60mm，則

其中，ε為領先系數，取1.5。經計算可得，錐攪龍轉速為450r/min。

3性能指標的確定

本割臺擬應用與小型雙行玉米聯合收獲機，該機行進速度為0.6m/s。由于植株需經割臺切割后送至摘穗機構進行后續工作，因此試驗過程中要求玉米植株在橫縱向輸送中在機進方向上保證直立姿態。

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

試驗材料為河南省洛陽市孟津縣麻屯鄉種植的春玉米，品種為中科4號；實地隨機抽樣測得植株自然高度為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　輸送質量量化表

4試驗結果與分析

4.1雙行玉米收獲試驗

將上述所得參數配置到室內割臺裝置試驗臺上，試驗步驟為：將帶穗玉米植株固定到植株輸送裝置，依次打開割刀驅動電機、割臺裝置驅動電機及分禾扶持前攪龍驅動電機；待工作穩定后，打開植株輸送裝置驅動電機；在整個試驗過程中，使用高速攝影裝置拍攝植株在割臺中的狀態，并截取清晰圖片測定植株傾斜角度，記錄數據如表2所示。

表2　雙行玉米收獲試驗結果

由表2可看出：該割臺在收獲兩行帶穗玉米時，可以達到75分以上的連續喂入，且玉米不會被推倒折斷。

4.2倒伏玉米收獲試驗

生長于田間的玉米植株受環境變化影響發生傾斜不可避免，對于立姿輸送割臺而言，前后傾玉米收獲難度最大。本割臺可在割刀將玉米植株割斷之前，利用錐形可旋轉分禾扶持裝置的葉片將前傾玉米植株扶持直立或向后傾。將試驗玉米植株調至前傾-15°、-7.5°、0°、7.5°、15°，單株喂入，試驗結果如表3所示。

由試驗結果可知：對于后傾15°以內或前傾7.5 °以內玉米植株，本割臺可以完成玉米植株的立姿輸送；當玉米植株前傾角度達到15°時，發生玉米植株卡在兩攪龍葉片中間的現象。

表3　分禾扶持錐形攪龍對倒伏作物試驗結果

4.3田間試驗

將該割臺裝置配置到4YW-2型玉米聯合收獲機上，如圖5所示。動力由發動機經中間軸不懂齒數鏈輪變速后傳入割臺各處。

圖5　割臺裝置在整機上的配置

試驗區有5m穩定區、10m工作區、1m停車區組成，全程攝像記錄田間試驗過程。

試驗結果表明：該割臺裝置在收獲兩行玉米時可滿足直立切割、輸送的設計要求，微型玉米機割臺裝置結構與運動參數設計合理，能夠達到使用要求。

5結論

1)通過對玉米機割臺裝置輸送質量的影響因素的分析，確定了各因素的參數并考察了該裝置性能的量化指標。

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

3)通過田間試驗驗證了該割臺裝置能夠滿足4YW-2型玉米聯合收獲機的收獲性能要求，且收獲過程中未出現纏草、堵塞等情況。該割臺裝置解決了微型雙行玉米聯合收獲機在不對行收獲時遇到的問題，具有重要的實用價值。

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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：1003-188X(2016)03-0196-04

中圖分類號：S225.5+1

文獻標識碼：A

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

基金項目：國家自然科學基金項目(51205110)

收稿日期：2015-03-10