玉米粒收割機(jī)關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)與優(yōu)化

鐘立才

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

玉米是我國(guó)第二大糧食產(chǎn)物，在我國(guó)種植廣泛，2017年全國(guó)玉米產(chǎn)量達(dá)到2億噸以上，種植面積達(dá)5萬(wàn)畝以上。而且隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)玉米需求的增加，未來(lái)玉米生產(chǎn)仍有較大的提升空間。但是在玉米收割機(jī)械化方面，我國(guó)與歐美等國(guó)家還存在很大的差距，無(wú)論是在機(jī)械先進(jìn)性、穩(wěn)定性以及現(xiàn)代化方面，都需要不斷完善。

1 傳統(tǒng)玉米收割機(jī)與玉米籽粒直收機(jī)的對(duì)比

自世界第一臺(tái)收割機(jī)問(wèn)世以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械在經(jīng)過(guò)引進(jìn)、仿制、研發(fā)歷程后，玉米收割機(jī)械業(yè)已基本滿足國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。但是目前玉米收割機(jī)械發(fā)展尚未完善，使用最多的是傳統(tǒng)收玉米果穗收割機(jī)，無(wú)法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展需要。加之我國(guó)南北地方差異，中部平原地區(qū)玉米成長(zhǎng)期短，收獲時(shí)玉米果穗較嫩，無(wú)法進(jìn)行直接收玉米籽粒。東北大面積種植玉米的地區(qū)，由于玉米一年一熟，成長(zhǎng)期較長(zhǎng)，所以收獲時(shí)玉米粒含水率較低，玉米籽粒強(qiáng)度較大，適合進(jìn)行玉米籽粒直接收割。這也是傳統(tǒng)果穗玉米收割機(jī)與玉米籽粒收割機(jī)最大的差異之處，傳統(tǒng)收割機(jī)對(duì)玉米籽粒的含水率要求不高。玉米籽粒直收聯(lián)合收割機(jī)，要求玉米含水率在24%以下，在田間地頭一次性完成玉米秸稈切割、玉米果穗采摘、脫粒、除雜和玉米秸稈還田工作程序。不僅有效簡(jiǎn)化玉米收割提升作業(yè)效率，而且提升農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。但是在這種聯(lián)合性收割機(jī)中，由于種種因素的影響，如果在脫粒中設(shè)計(jì)不合理就會(huì)導(dǎo)致籽粒破碎率的上升，以及丟失果穗的現(xiàn)象，因此需要對(duì)脫粒環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

2 玉米粒收割機(jī)關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)

玉米籽粒收割機(jī)的關(guān)鍵在于采摘、脫粒環(huán)節(jié)及其設(shè)計(jì)。根據(jù)我國(guó)玉米收獲條件與成熟時(shí)玉米籽粒含水率對(duì)收割機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）玉米籽粒收割機(jī)工作原理。在收割階段，玉米籽粒收割機(jī)與傳統(tǒng)收割機(jī)類似，在機(jī)器接近玉米根部時(shí)，由分禾器直接將玉米進(jìn)行分開(kāi)，拉莖輥在夾住玉米桿持續(xù)向下拉，直到玉米果穗能夠通過(guò)摘穗板的縫隙完整的摘下。然后玉米果穗進(jìn)入輸送鏈送至割臺(tái)橫向攪龍中，橫向攪龍?jiān)侔阉鼈冚斔偷竭^(guò)橋輸送器中，在過(guò)橋鏈耙的作用下，將玉米果穗均勻的送至脫粒滾筒，玉米果穗在滾筒螺旋排列脫粒單元和滾筒上蓋導(dǎo)向板的作用下將玉米果穗外皮、雜質(zhì)、籽粒進(jìn)行分離。這個(gè)過(guò)程中玉米籽粒、破碎的玉米葉、玉米芯等一起通過(guò)滾筒中的分離板，在貫流風(fēng)機(jī)吹風(fēng)的作用下，在兩層往復(fù)式清選篩過(guò)程中完成玉米籽粒與其他雜質(zhì)的分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)籽粒清選。然后經(jīng)過(guò)清選的玉米籽粒在攪龍的作用下進(jìn)入滾筒右側(cè)，最后通過(guò)刮板作用進(jìn)行儲(chǔ)糧箱。未清理干凈的碎葉、玉米芯以及其他的雜質(zhì)可以通過(guò)糧食升運(yùn)器進(jìn)入脫粒滾筒前端進(jìn)行二次清選，重量較輕的物質(zhì)則經(jīng)過(guò)尾篩被吹至滾筒外面，滾筒內(nèi)部的雜質(zhì)則通過(guò)排草輪的作用下排出滾筒。這即是整個(gè)玉米籽粒收割機(jī)的工作過(guò)程，可見(jiàn)在采摘環(huán)節(jié)，玉米籽粒收割機(jī)與傳統(tǒng)玉米收割機(jī)并無(wú)太多的差異，玉米籽粒收割機(jī)的關(guān)鍵在于果穗輸送至脫粒滾筒的脫粒、清選環(huán)節(jié)，因此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)要在脫粒分離系統(tǒng)之中。

（2）玉米籽粒收割機(jī)分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前玉米籽粒收割機(jī)為保障收割與脫粒、清選效果，在設(shè)計(jì)中一般采用全縱向單軸流滾筒和或梳齒凹板實(shí)現(xiàn)脫粒與清選，在本文研究中為保障脫粒系統(tǒng)適合東北玉米主產(chǎn)地與中原地區(qū)收割時(shí)玉米粒含水率，在設(shè)計(jì)中收割機(jī)脫粒滾筒將其大小設(shè)計(jì)為直徑為0.7m，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為3m，基本轉(zhuǎn)速介于300～1000r/min，該轉(zhuǎn)速即能夠保障脫粒效果，也在一定程度上適應(yīng)東北與中原地區(qū)玉米粒含水率的差異，可以根據(jù)實(shí)際情況和需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。滾筒玉米果穗的進(jìn)入主要依靠攪龍圓錐體導(dǎo)草結(jié)構(gòu)輸送，脫粒則依靠玉米果穗之間的沖擊和揉擦實(shí)現(xiàn)。

（3）玉米籽粒收割機(jī)清選系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在玉米果穗脫粒完成后，需要對(duì)其中伴隨進(jìn)入的碎玉米葉、玉米桿以及玉米芯等雜質(zhì)進(jìn)行清理，排除滾筒。相對(duì)而言，這些伴隨即進(jìn)入的雜質(zhì)重量較輕，可以通過(guò)風(fēng)扇吹風(fēng)的方式進(jìn)行清理；而對(duì)于重量較大的其他雜質(zhì)，由于在揉擦過(guò)程中可能已經(jīng)很細(xì)碎，所以需要通過(guò)振動(dòng)篩進(jìn)行篩選。設(shè)計(jì)中為避免較大的碎雜質(zhì)堵塞振動(dòng)篩選孔，可以將之進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，上層進(jìn)行初步篩選，下層進(jìn)行二次篩選，篩網(wǎng)則設(shè)計(jì)為沖孔篩、編織篩的組合。在振動(dòng)篩頻率選擇上，設(shè)計(jì)為250～300次/min，也是結(jié)合雜質(zhì)含量進(jìn)行設(shè)定。雜質(zhì)較少時(shí)可以設(shè)定振動(dòng)頻率較低，雜質(zhì)較多時(shí)可以通過(guò)提高振動(dòng)頻率進(jìn)行強(qiáng)力篩選。風(fēng)扇采用無(wú)機(jī)變速傳動(dòng)的貫流風(fēng)機(jī)，既能夠保障送風(fēng)量起到作用，而且風(fēng)流量較為均勻，更好地實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)與玉米籽粒的分離。

3 玉米粒收割機(jī)整體設(shè)計(jì)優(yōu)化

在前文論述中主要結(jié)合玉米籽粒收割機(jī)發(fā)展情況，對(duì)玉米籽粒收割機(jī)中的分離、清選系統(tǒng)進(jìn)行研究。但是一臺(tái)玉米收割機(jī)工作質(zhì)量不僅僅是依賴單個(gè)系統(tǒng)，而是需要其他部件的有效結(jié)合才能最終實(shí)現(xiàn)工作效率的提升。

首先是傳統(tǒng)玉米收割機(jī)采摘裝置，這是玉米收割機(jī)的核心部件。也直接影響這玉米籽粒收割機(jī)的籽粒損失率、破碎率。在玉米籽粒收割機(jī)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)之進(jìn)行一定優(yōu)化。例如為減少采摘果穗過(guò)程中對(duì)籽粒的影響，并達(dá)到一定采摘效果，在設(shè)計(jì)中可以使用臥式摘穗輥式。摘穗時(shí)，摘穗輥前端的導(dǎo)入段將玉米植株引入摘穗輥，玉米莖稈在兩輥之間向后、向下軸向移動(dòng)，果穗大端被摘穗輥間隙阻擋從而從秸稈上脫落以完成摘穗。既能夠滿足果穗采摘要求，同時(shí)也降低采摘過(guò)程中對(duì)玉米籽粒的影響。

其次由于玉米田間雜草較多以及玉米本身秸稈較多的影響，在收割過(guò)程中肯定會(huì)摻雜許多雜質(zhì)，如果雜質(zhì)過(guò)多也會(huì)影響脫粒和分離效果。另外如果玉米果穗干燥程度不佳，在輸送過(guò)程中也會(huì)有許多雜質(zhì)隨之進(jìn)行脫粒系統(tǒng)，影響脫粒效果，甚至導(dǎo)致脫粒分離系統(tǒng)的堵塞，所以在玉米籽粒收割機(jī)設(shè)計(jì)中也需要對(duì)這一環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)而減少莖稈、玉米碎葉和雜草對(duì)機(jī)械工作效率的影響，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)在收獲環(huán)節(jié)可以在玉米收獲機(jī)上加裝排雜輥和排雜風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)提前去雜，保障脫粒和分離效果。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的不斷提升，在玉米收割中傳統(tǒng)果穗采摘的模式因其需要多一個(gè)脫粒程序?qū)е律a(chǎn)效率的降低。因此根據(jù)我國(guó)玉米種植、生長(zhǎng)情況設(shè)計(jì)一種直接在收割環(huán)節(jié)即實(shí)現(xiàn)脫粒、清選的玉米籽粒收割機(jī)符合當(dāng)下農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)此本文研究中對(duì)比分析玉米籽粒聯(lián)合收割機(jī)優(yōu)勢(shì)，并重點(diǎn)從脫粒分離系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并對(duì)采摘裝置等提出一些優(yōu)化措施。