小型山地水稻脫谷收割機系統的研究與開發

李歡

摘? 要：文章介紹了小型山地脫谷收割機的研究與應用，以山區農民特殊需求為出發點，指出大型脫谷收割機缺點，從問卷分析出發，介紹了小型收割機的工作流程、產品性能、產品優勢以及產品的實際應用。

關鍵詞：小型;山地;脫谷收割機

中圖分類號：S225 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）09-0049-03

Abstract： This paper introduces the research and application of small-sized mountain threshing harvester. Starting from the special needs of mountain farmers， it points out the shortcomings of large-scale threshing harvester. Starting from the questionnaire analysis， it introduces the working flow， product performance， product advantages and practical application of small-sized mountain threshing harvester.

Keywords： small-scale; mountainous; threshing harvesters

1 概況

小型農機是指因為農作物、地形環境等一系列原因所造成的受眾不廣的特異性農機產品。現階段，我國農業正朝著現代化發展而努力。根據國外發達國家的成熟經驗，適度規模化經營是現代農業發展的必經之路。從我國出臺的一系列土地政策，如土地流轉、土地托管等政策可以看出，我國城鎮化和農業耕地分界線邊緣將趨于明顯，大型農場的個數也將逐步擴大。但是在我國，還有一些地方的農業資源稟賦不適宜種植常規大田作物，在一些山區大型農機更是“施展不開”。因此，這些“特殊”地區、“小眾”品種的機械化問題，成為制約我國農業生產整體機械化水平提升的瓶頸之一。

盡管市面上的收割機五花八門，但由于地區的地形復雜、崎嶇，因此并不是收割機能夠在任何環境下都能作業，對于山地山區，最為重要的是收割機的輕巧，因此迫切需要一種小型收割機。在滿足功能的情況下，符合山區環境作業的收割機，并且小型收割機價格也較直觀，不僅僅是作業空間小的農戶需求，同樣個體種植戶也需求，可減少勞動力的成本，并且在短時間內能夠回收資金。

在對水稻收割機械設備進行實際操作過程中，由于水稻種植戶對機械設備的了解程度較低，長時間的作業對收割機的負荷很大，全國收割忙季收割機因發動機過熱自燃事故歷歷在目;駕駛技術的培訓因復雜繁瑣，技術含量高，一次性投入大，使用操作技術水平要求高的特點，并不是所有人都能夠使用;由于機手自身對收割機認識不夠深刻，培訓學習也不能得到實際的效益。田間實際操作中，由于不能正確掌握收割技巧，會出現嚴重稻谷收割不凈、收割機的損壞、人員的傷亡等等情況。

2 小型山地水稻脫谷收割機系統開發

2.1 系統工作流程如圖1所示

上述流程減少了水稻扶正、運輸過程，因此本作品精簡了相關的機械結構，縮減了機體體積，同時因稻穗直接進入脫谷器而稻桿無需進入，可去除吐出稻桿的過程。

2.2 問卷分析報告

為更好地把握用戶需求，項目組走訪了寧波周邊地區，，共發放了調查問卷500份，回收473份，有效問卷470份，具體數據分析如下：

2.2.1 水稻種植次數的統計

從數據和圖表（圖2）可以看出種植中稻和雙季晚水稻的居多，可見水稻收割機還是使用頻率較多的。

2.2.2 水稻收割方法的統計

從數據和圖表（圖3）可以看出目前個體戶基本上是租用水稻收割機居多數，而自家擁有水稻收割機的個體戶就少之又少。可見由于水稻收割機的售價高，大部分個體戶采用人工收割水稻或者租用水稻收割機。

2.2.3 小型水稻收割機的迫切需要性

從數據和圖表（圖4）可以看出，對小型水稻收割機的迫切需要性，很能直觀的看出農戶對小型收割機的迫切性。

2.2.4 水稻收割機的價格期望值

從數據和圖表（圖5）看可以看出，顧客對于收割機的價格還是比較看重的，尤其是這種成本比較高的，所以在設計收割機時需要盡可能控制成本，當然是要在保證安全性、性能的前提下。

2.2.5 產品特性側重方面比較

從數據和圖表（圖6）可以看出：除了收割機的主要功能以外，側重方面首先就是都比較看重安全性和價格經濟，所以在設計時特別考慮設備的安全和成本的控制。

3 產品功能

（1）本產品稻谷損失率低，適用倒伏角為60°以上的稻谷稻谷高度1000mm左右，脫谷器懸掛高度離地面900mm左右。

（2）收割效率每四小時可收獲1畝左右，控制脫谷器的轉速，選用相應的電機保證相應的轉速。

（3）稻谷破碎率，損失率≤3.5%。

（4）小巧、輕便，重量輕，體積小。傳統收割方式無法再進一步地縮小體積和重量，需改變收割方式與結構。本設計采用先脫谷再收割的辦法，使脫谷器半徑減小，隨之設備整體體積和重量急劇下降。但在減少體積與重量的同時使設備具有脫谷、收割的功能。配備鋰電池。設計全新的電機，則完全超出了能力范圍，選擇一款符合要求的電機，則市場上很難找尋。電池的體積不宜太大，形狀以長條形為最佳。使用輕重量、高強度的材料打造收割機。

（5）能源安全環保，不需要柴油發動，采用電力驅動。現有收割機采用柴油發動，因傳統收割機重量重，體積大無法實現采用電力驅動，而本設計需要在設計時就考慮重量體積問題。

4 產品特點

4.1 減少體積與重量、作業時避免泥石與谷物混淆

（1）傳統收割機采用先收割再脫粒的方式，從而使收割后的水稻稻桿長度約100mm，稻桿進入脫谷器內，導致其直徑必須超過300mm。如若脫谷器半徑過小，則會出現脫谷器卡死或者脫粒不凈的情況。

谷捷收割機采用先脫谷再收割的方式，能夠使脫谷器直徑減少，達到大幅度減輕重量的目的，使設備整體進一步縮小。

（2）傳統收割機采用先收割再脫谷的方式，需將收割后的水稻通過過橋送入脫谷器內，再由脫谷完成后將稻桿吐出，這樣的程序易導致脫谷器中混入泥土，所以必須安裝篩選功能，將異物與谷物進行分離。

（3）谷捷收割機將脫谷器懸空立式擺放，可減少將水稻送入的系統結構和吐出稻桿的系統結構與部分零件，同時能夠避免泥石與谷物混淆。通過利用重力，使打落稻谷后，直接縱向掉落，實現谷物集中收集的目的，達到傳統收割機將稻谷集中的程序。

（4）考慮制作成本與山區存放柴油不便，并且電動機與柴油機相比，重量至少能夠減少50kg，避免扭矩不足的情況，放置兩個電動機，使系統進行獨立控制，并且電力驅動可減少用戶成本。

4.2 降低成本且適用于山地等苛刻環境

傳統收割機因工藝問題導致其結構繁瑣、體積龐大、價格昂貴，一般售價為幾萬至十幾萬不等，僅能夠實現切割功能的小型割曬機價格最少也需六千元左右，因此對經濟條件稍差的農戶來說購買一臺水稻收割機是一筆較大的開支，往往一個鎮也就只有一兩臺水稻收割機，而且對于山地農戶而言中大型收割機并不適用。

谷捷收割機不僅成本低，而且功能完善——既能收割又能脫谷，同時能夠適應作業空間小的環境，如山地、丘陵、梯田等。

4.3 提高谷物收獲率

（1）傳統收割機用單個脫谷器作業，需要扶禾器扶稻、過橋喂入水稻與篩選沙石等程序輔助。谷捷收割機在減小脫谷器直徑的情況下，為保證脫谷效率，采用四個脫谷器（左右兩側各兩個脫谷器），實現水稻復脫，通過懸空擺放脫谷器的方式相配合，可減去扶禾器、過橋與篩選功能。

（2）傳統收割機脫谷時使作業空間處于封閉狀態，其中需要通過過橋喂入水稻方能完成。谷捷收割機的四個脫谷器處于半封閉狀態，考慮到利用旋轉力脫谷時會使谷物飛出，因此需要在兩側擺放各兩個脫谷器，通過使左右兩側的旋轉方向相反，達到以下三個目的：a.作業時形成封閉空間;b.喂入水稻時處于半封閉狀態;c.脫谷時使稻谷撞擊保護罩掉落至漏板完成稻谷收集的。

4.4 提高工作效率

為避免收割機作業時脫谷器與稻穗出現脫谷不凈的情況，谷捷收割機設計時打破傳統收割機水平安裝脫谷器勾的方式，修改脫谷器上的勾，使它成傾斜15°安裝，脫谷時能增加脫谷器對水稻的脫谷面積，使其全面性地脫谷。

4.5 輕便、適應性強、可調節高度

谷捷收割機將脫谷器設計為懸空并能夠對高度進行可調節，滿足因地域不同、成熟程度不同導致水稻高度不一致的特性;結構緊湊滿足作業空間小的特性。

谷捷收割機結構緊湊，較為輕巧，體積0.5m×0.8m×1.3m、重量為30kg，可實現個人搬運。

4.6 將切割裝置設置為可調整、適用于各種耕種方式

考慮到各地區耕種傳統與方式的不同，從而導致對水稻根部處理的方式不同，將水稻露出稻桿高度可進行調整，根部過長的地區對其焚燒，增加土壤中的養分，而過短的根部可進行翻耕，使根部埋入土壤提供養分。

5 產品應用

根據設計方案的建模結果和選型要求，制作了一臺樣機。

為驗證產品是否達到既定功能要求，于2017～2018年間，在寧波周邊尋找了幾家農戶進行收割體驗。參照GB8097-1987谷物收獲機械試驗方法進行試驗，采用一人推動谷捷收割機的形式來完成。在試驗過程中機器使用方便、人員體力消耗較小。試驗數據如表1所示，各項指標均達到要求。

參考文獻：

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