4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機設計

崔中凱，張 華，周 進，邸志峰

(山東省農業機械科學研究院，濟南 250100)

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機設計

崔中凱，張 華，周 進，邸志峰

(山東省農業機械科學研究院，濟南 250100)

我國作物秸稈主要采用直接還田的方式進行處理，可增加土壤養分，提高有機質含量，但還田量過大會造成微生物與作物爭肥，影響種子發芽生長。目前，秸稈機械化收集多采用分段作業方式，機械多次進地易造成土壤板結。針對上述問題，研發了一款自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機，主要由機架、割臺、果穗升運器、秸稈揉搓切碎機、剝皮機、果穗箱、秸稈打捆機及發動機、驅動橋及轉向橋等部件組成，能夠一次性實現玉米果穗收獲及秸稈打捆等多道工序。田間性能試驗結果表明：該機工作正常，可靠性高，主要性能指標均達到或優于國家標準。

玉米；穗莖兼收；秸稈打捆；一體機

0 引言

我國是農業大國，秸稈資源分布廣、種類多、產量巨大。據統計，我國僅主要糧食作物小麥和玉米的秸稈量就達到6.7億t，小麥秸稈約2.3億t、玉米秸稈4.4億t，秸稈資源豐富[1]。

我國作物秸稈目前主要采用直接還田的方式進行處理，可增加土壤養分，提高有機質含量，改善土壤理化性狀和鉀素、磷素營養條件，增強土壤微生物和酶活性[2]。但秸稈還田量過大，也會出現各種問題：微生物與作物爭肥，造成黃苗、死苗、減產等；秸稈還田后，存在土壤變松、孔隙大小比例不均等現象，土壤與種子不能緊密接觸，影響種子發芽生長，扎根不牢[3]。研究表明，每公頃秸稈還田量在4 500～7 500kg時，即能滿足后面耕種作物生長需要[4]。小麥秸稈每公頃產量約6 000kg，目前采用免耕播種技術，將小麥秸稈全部還田，能夠滿足后續耕種玉米的地力需要，不需要再次收集利用。玉米秸稈產量約18 000kg/hm2，采取秸稈適量還田技術，將多余秸稈打捆取走，不僅能培育土壤地力，還可減少土壤耕作，增加農民收入，為秸稈綜合利用提供首要條件。

目前，秸稈機械化收集多采用分段作業方式，機械化收獲果穗后，需機器二次進地撿拾秸稈打捆，耗時費工，機械多次進地也易造成土壤板結[5]。國內只有少數幾家單位研究穗莖兼收玉米聯合收獲機械，大多機型由于功能不完善、作業效果不理想，尚未大面積推廣。玉米秸稈機械化收獲與機械化就地成型技術及規模化秸稈青貯技術相互脫節，不能形成一體化連續作業，制約了玉米秸稈規模化進程[6]。

針對上述問題，本文研發了一款自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機，能夠一次性實現玉米果穗收獲及秸稈打捆等多道工序，為秸稈回收綜合利用提供技術與裝備支撐。

1 整機結構及工作原理

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機主要由機架、割臺、果穗升運器、秸稈揉搓切碎機、剝皮機、果穗箱、秸稈打捆機及發動機、驅動橋及轉向橋等部件組成，整機結構如圖1所示，整機參數如表1所示。一體機采用上下層割臺設計，上層為果穗割臺，下層為秸稈割臺。田間作業時，玉米植株通過扶禾器首先進入上層割臺，在摘穗輥的作用下完成摘穗；摘下的果穗通過果穗攪龍集中于割臺右側進入果穗升運器，經果穗升運器輸送到剝皮機進行剝皮，剝皮后拋送至果穗箱[7]。摘穗的同時，玉米莖桿在摘穗輥的作用下向下運動，經下層割臺往復式切割器切斷后由秸稈攪龍進行集中，進入秸稈輸送箱[8]。秸稈輸送箱后端有秸稈揉搓切碎機構，完成秸稈的揉搓切碎及將秸稈拋送至橫向攪龍，橫向攪龍將絲狀秸稈輸送至秸稈打捆機，完成秸稈打捆。該一體機主要技術特點如下：

1)高效一體化復式割臺在收獲果穗的同時完成玉米秸稈收割、揉搓調質及切碎處理，實現穗莖兼收；

2)適用于穗莖兼收的玉米秸稈打捆裝置完成秸稈喂入、壓實、打捆等多項功能，實現一體化連續成捆作業；

3)應用光、電監控技術，實現割臺高度監控、倉滿報警、安全監控、作業信息監測等功能，提高了機具操控的方便性。

1.果穗割臺 2.秸稈割臺 3.秸稈揉搓切碎機 4.驅動橋 5.發動機 6.機架 7.秸稈打捆機 8.轉向橋 9.果穗箱 10.剝皮機 11.橫向攪龍 12.秸稈收集箱 13.果穗升運器 14.秸稈拋送器 15.駕駛室圖1 整機結構圖Fig.1 The structural diagram of corn harvester表1 整機參數Table 1 Machine parameters

項目單位參數額定功率kW132外形尺寸mm7500×2750×3760結構質量kg9930工作行數/4適用行距mm550～650工作幅寬mm2600最大卸糧高度mm1600最大通過高度mm3760最小離地間隙mm370最小通過半徑左轉右轉mm73007200輪距導向輪驅動輪mm79001890作業速度km/h1.84～4.42

續表1

2 主要部件的研制

2.1 割臺

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機采用雙層割臺結構，兩層割臺獨立并單獨可調。上層為果穗割臺，主要由機架、扶禾器、夾持鏈、摘穗輥、果穗收集攪龍及傳動箱等部件組成,完成果穗的摘取、收集、輸送功能，如圖2所示。下層割臺為秸稈割臺，主要由機架、往復式切割器、擺環箱及秸稈集禾攪龍等部件組成，完成秸稈的切割、收集、輸送功能，如圖3所示。

1.果穗集禾攪龍 2.傳動箱 3.機架 4.摘穗輥 5.夾持鏈 6.扶禾器圖2 果穗割臺結構圖Fig.2 The structural diagram of ear head

1.秸稈收集攪龍 2.往復式切割器 3.機架 4.擺環圖3 秸稈割臺結構圖Fig.3 The structural diagram of stalk head

2.2 秸稈揉搓切碎機

秸稈揉搓切碎機可以破壞玉米秸稈表面的莖節，并且將秸稈加工成具有一定長度的絲狀段，使揉搓后的秸稈物料柔軟、蓬松，長度和粗細度都比較適宜，牲畜等采食后易于消化和吸收，提高牲畜適口性和秸稈采食率，對于改善秸稈加工質量、提高牲畜喂飼效果的作用明顯。同時，揉搓后的秸稈物料便于打捆、貯存和運輸，秸稈整體利用率大幅提升，為秸稈飼料商業化運作奠定良好基礎[9-11]。

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機工作時，秸稈割臺將摘完玉米果穗的植株快速切斷，在集禾攪龍的作用下將秸稈集中并向后推送；秸稈依次通過第1喂入輥、第2喂入輥、第3喂入輥和第4喂入輥，喂入輥受秸稈量大小自動浮動并壓緊秸稈將其向后傳送；喂入輥葉板上開有鋸齒狀凹槽，可以對秸稈進行梳理拉直，并在底板的協同作用下對秸稈實現擠壓、揉搓、破節。秸稈通過第4喂入輥后在動刀總成與定刀的協同作用被切碎，切碎后的秸稈在高速旋轉的動刀總成的拋送作用下經出料口拋出，落入秸稈收集箱中，實現秸稈的回收利用[12]。秸稈揉搓切碎機結構如圖4所示,喂入輥結構如圖5所示。

1.側板 2.底板 3.傳動機構 4.動刀總成 5.定刀 6.第4喂入輥 7.連接板 8.第3喂入輥 9.第2喂入輥 10.彈簧 11.第1喂入輥圖4 秸稈揉搓切碎機結構圖Fig.4 Structure diagram of stalk rubbing and chopping device

圖5 喂入輥結構圖Fig.5 Structure diagram of feeding roller

2.3 秸稈打捆機

秸稈打捆機可以將多余的秸稈打結成捆，便于運輸和儲存，對于杜絕秸稈焚燒、減小環境污染乃至促進農業可持續發展都具有非常重要意義，同時也為秸稈的綜合利用提供了首要條件[13]。

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機采用方捆打捆機，主要由減速箱、驅動盤、進料箱、打捆箱、穿針器、打結器及壓緊器組成，如圖6所示。整機工作時，秸稈拋出后落入秸稈收集箱中，在橫向攪龍的作用下集中于秸稈打捆機的進料箱處；進料箱內設有撥料器，將秸稈向前撥動，進料箱后側設有進料裝置，用于將秸稈推入打捆箱內；驅動盤通過連桿推動活塞桿往復運動，用于將秸稈壓實；活塞桿上方裝有擋料板，用于擋住活塞往后運動時落下的秸稈，活塞上部后方還裝有動刀，動刀與打捆上上蓋處的定刀相配合，用于切斷進料箱上方的秸稈；在活塞作用下，秸稈捆不斷向前運動，帶動打捆箱上部的鋸齒輪逆時針旋轉，通過齒輪嚙合帶動曲桿向上運動。當曲桿運動到下方的卡口時，曲桿前部的限制輪抬起，打結器軸開始旋轉，通過連桿帶動穿針器向上運動，與打結器配合完成對秸稈捆的打結；打好結的秸稈捆在活塞桿的作用下繼續向后運動，直至排出打捆箱[14-15]；打捆箱后側還設有壓緊器，通過旋轉螺桿可以調節秸稈捆密度。秸稈打捆機參數如表2所示。

1.進料箱 2.撥料器 3.進料裝置 4.打結器 5.鋸齒輪 6.壓緊器 7.穿針器 8.打捆箱 9.驅動盤 10.變速箱圖6 秸稈打捆機結構圖Fig.6 Structure diagram of stalk bundling machine表2 秸稈打捆機參數Table 2 Machine parameters

項目單位參數布置形式/側置喂入系統/撥指喂入機構打結機構/進口打結器捆繩類型/尼龍繩或麻繩輸入功率kW6～8輸入轉速r/min750～830打捆活塞速度沖程/min100

續表2

3 田間試驗與結果

3.1 試驗基本條件

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機樣機2015年8月試制完成，如圖7所示。2015年9月末，在山東省兗州市小孟鎮、顏店鎮及曲阜市吳村鎮對4YZQK-4型自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機進行了性能試驗，總作業面積20hm2。

圖7 樣機圖Fig.7 Photo of prototype

試驗玉米品種為迪卡517，玉米處于成熟期，最低結穗高度76.6cm，倒伏率2.7%，果穗下垂率7.3%，籽粒含水率26.3%。

試驗依照《GB/T 21961-2008 玉米收獲機械 試驗方法》和《GB/T 25423-2010 方草捆打捆機》規定的方法，選取籽粒損失率、籽粒破碎率、籽粒含雜率和方草捆密度為試驗指標，考察該收獲機摘穗、剝皮、打捆及整機性能等。

3.2 試驗結果

性能試驗結果如表3所示。

表3 田間性能試驗結果

試驗結果表明：4YZQK-4型自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機運轉良好，工作可靠，各項指標均高于標準要求。

4 結論

1)整機能夠同時收獲玉米果穗與秸稈，運轉良好、工作可靠。籽粒損失率≤2%，秸稈切碎長度100～150mm，秸稈收獲率≥95%，作業質量完全滿足玉米收獲機及草捆打捆機作業要求。

2)首次提出了穗莖兼收秸稈打捆，可以實現一機多用，聯合作業減少了投入成本。

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ID:1003-188X(2018)02-0132-EA

Design and Research on 4YZQK-4 Self-propelled Corn Ear Harvesting and Stalk Bundling Integrated Machine

Cui Zhongkai, Zhang Hua, Zhou Jin, Di Zhifeng

(ShanDong Academy of Agricultural Machinery Sciences, Jinan 250100, China)

Abstract： In China, stalk is mainly returned directly to the field. It can increase soil fertility and organic matter content. But large returning amount will cause competition for water and fertilizer between microbe and crop, which will effect seed germinating and growing. At present, stalk is mechanically collected using segment method, which easily cause soil compaction. To solve this problem, this article designs one self-propelled corn ear harvesting and stalk bundling integrated machine. It is mainly composed by frame, head, ear lifting device, stalk rubbing and chopping device, peeling device, ear collecting box, engine, drive axle, steering axle and other parts. It can realize ear harvesting and stalk bundling at one time. The results of field test show that the machine works well, and its reliability is high. The main performance indexes are up to or better than the national standard.

corn; ear and stalk harvesting; stalk bundling; intergrade machine

2016-12-01

山東省農機化裝備研發創新項目(NJGG201507)；山東省科技發展計劃項目(2014GZX201001)

崔中凱(1987-),男，山東鄒平人，工程師，(E-mail) kevin6119@qq.com。

張 華(1976-)，男，山東臨沂人，高級工程師， (E-mail)zhanghua126@sina.com。

S225.5+1

A

1003-188X(2018)02-0132-04