大中型自走式谷子聯合收獲機設計

顧旭彪 劉軍民 衣淑娟 楊柳

摘 要：為了提高谷物收獲過程中的自動化程度，提升谷物質量，針對谷子的生長特性，對大中型自走式谷子聯合收獲機的割臺、脫粒滾筒、清選篩及凹板等關鍵部件進行優化設計，并生產樣機。以谷子損失率、破碎率和含雜率為試驗指標對整機進行田間試驗及性能檢測，結果表明：該樣機基本解決了割臺丟穗掉穗的問題，降低了割臺損失率;在保證脫粒作業效果同時，避免了滾筒內堵塞和谷子夾帶問題;降低了谷子的破碎率和清選損失，提升了谷子清選率，檢測結果符合國家標準。

關鍵詞：谷子;收獲機;設計;檢測

中圖分類號：S225.3??????? 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.001

Design of Large and Medium Self-propelled Millet Combine Harvester

Gu Xubiao1， Liu Junmin1， Yi Shujuan2， Yang Liu2

（1.China Agricultural Group Agricultural Equipment Co.， Ltd.， Beijing 100052， China;

2.Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing 163000， China ）

Abstract： In order to improve the overall animation during the grain harvest and improve the quality of the grain， this paper optimizes the key components such as the cutting head， threshing drum， cleaning screen and concave plate of the large and medium-sized self-propelled combine harvester according to the growth characteristics of the millet Design and produce prototypes. The field test and performance test of the whole machine were carried out based on the test indicators of millet loss rate， crushing rate and impurity rate. The results showed that the prototype basically solved the problem of header drop and ear drop and reduced the header loss rate; At the same time， the effect of threshing operation avoids the problems of blockage and entrainment of millet in the drum; it reduces the crushing rate and cleaning loss of millet， improves the cleaning rate of millet， and the test results meet the requirements of national standards.

Keywords： millet; harvester; design; inspection

0 引言

谷子聯合收獲機是對谷子作物進行收獲的現代化機械，能夠在作業過程中一次性完成對谷子的收割、分離莖稈、脫粒、清雜等工作，具有生產效率高的特點，能夠有效減少谷物收獲過程中的人力消耗，適用于大面積耕地使用，在減少作業成本的同時，能夠有效提升谷物質量[1-2]。針對谷子的生長特性，這臺谷子收獲機分別設計了專用的割臺、脫粒滾筒及清選篩等關鍵部件。

1 結構組成和工作原理

1.1 結構組成

整機主要由以下幾部分組成：收割臺、脫粒機體、底盤、發動機、駕駛臺、駕駛室、糧箱、清選系統、電氣系統、液壓系統等，如圖1所示。

1.2 工作原理

該機采用單縱式軸流滾筒脫粒。脫粒滾筒凹板可調節，風篩清選雜余復脫，風機轉速為手動無級調速，行走為三擋無級變速，液壓及電氣系統設計完善，并配有發動機油壓過低報警及水溫過高報警，同時裝有雙計時功能的計時器，用于監測發動機工作時間和主機純工作時間[3]。

2 關鍵部件的設計

2.1 割臺

針對谷子谷稈纏繞、谷葉青綠、含水率高、高度差別大生長特性，造成谷子機械收獲谷穗掉穗較多，清選難度極大，損失大，割臺纏繞嚴重，不能正常作業問題，設計谷子專用割臺如圖2、圖3所示。

為提升割臺收割能力，防止在割臺收割過程中

丟穗掉穗，降低割臺損失，針對以上谷子生長特性，設計割臺主要構件的技術參數如表1所示。

相比谷物通用割臺作業，谷子專用割臺在收獲過程中，提高了對倒伏谷子收割能力，同時加強了對谷稈的撥禾能力，降低了丟穗、掉穗造成的割臺損失;同時這種結構的分禾側壁能有效將相互交叉纏繞的谷子，從根部進行分禾，便于分禾谷穗交叉分離，從分禾側壁圓弧末端利用彈齒進入割臺。

2.2 開式脫粒滾筒

按照滾筒結構的不同可分為紋桿式滾筒、釘齒式滾筒、雙滾筒式、軸流式滾筒四種[4]。紋桿式滾筒是利用滾筒的紋理與凹板之間的反復摩擦來實現脫粒的一種模式[5]，其在脫粒過程中既能保證良好的脫粒效率又能有效減少谷物損傷和秸稈折斷，可適應多種谷物的收獲，應用范圍較廣[6]。軸流式滾筒是沿切向進行旋轉脫粒的滾筒形式，當谷物的植株被喂入后會隨著滾筒做圓周運動，同時，在導向板的作用下進行軸向移動，通常情況下軸流式滾筒的脫粒能力較強，但脫粒時間較長，脫粒結構所占空間較大[7-8]。

由于谷子秸稈含水率較高，谷穗上谷碼較多且谷粒特別小，這對于脫粒滾筒作業要求較高[9-10]。既要保證能夠將谷穗從谷稈上分離開，還要保證在分離的時候盡量不損失谷粒，同時還要考慮秸稈不能攪的太碎，不然含水較高的秸稈中會夾雜谷子，會降低脫粒分離的工作效率并加大了谷子的損失率。

為了適應秸稈青綠的品種，降低脫粒滾筒的夾帶損失。設計了一款開式脫粒滾筒，其結構如圖4所示，開式脫粒滾筒工作件由短紋桿改為長紋桿與釘齒組合，長紋桿用于脫粒，釘齒用于分離段，而且釘齒長度高于紋桿15 mm。同時在與凹版配合時，將上凹板導流條由原來3根增加到4根，增加一圈脫粒，滾筒與凹板間隙減小為10 mm，如圖5所示。

經試驗，開式脫粒滾筒降低了對谷稈的搓擦能力，保證了脫粒秸稈的一定長度，從而防止夾帶，降低了夾帶損失，上凹版增加了一圈脫粒的導流條，保證了脫粒能力，有效減少谷物損傷和秸稈折斷，提高脫粒分離的工作效率還降低了谷子的損失率。

2.3 ?凹板

凹板結構包括兩根連接板，兩根連接板之間安裝有若干弧形加強板，其沿著接板的延伸方向排列;兩根連接板的端部分別設計有一根加強板，每根加強板的兩端分別固定連接在兩根連接板上;所有加強板內凹的一側有若干柵條，柵條的延伸方向與連接板相同;相鄰的兩根柵條之間有間隙，每根柵條均與所有的加強板連接，其中柵條的一部分嵌入加強板內，剩余的另一部分位于加強板外，柵條位于加強板外的部分截面為弧形，如圖6所示。脫粒凹板與脫粒滾筒相互作用時，可以減少籽粒破碎度，增加強度。

設計凹板采用柵格結構，參數如表2所示。

2.4 清選篩

清選篩采用雙層結構，上篩采用魚鱗篩，如圖7所示;下篩采用編織篩結構，如圖8所示。清選篩孔徑尺寸6 mm×6 mm，頻率300～330 n·min-1，水平振幅30～40 mm;垂直振幅前端10～15 mm，后端20～30 mm。

清選篩的篩片開度調節是通過轉動調節軸來實現的，可采用調節尾篩開度與傾角的辦法減小清選損失。當清選損失比較大時，增加篩片開度;當糧食中雜余量過多時，減小篩片開度。

3 田間試驗和性能檢測

3.1 田間試驗

2019年9月自走式谷子收獲機通過半個月的田間試驗作業（如圖9），基本解決了割臺丟穗掉穗的問題，扶禾器對倒伏狀態谷子具有明顯效果，降低了割臺損失率。開式脫粒滾筒對成熟期谷稈青綠狀態的脫粒分離效果較好，在保證脫粒作業效果的同時，避免了滾筒內堵塞和谷子夾帶問題。谷子專用凹板很好地解決了小籽粒的脫粒問題，降低了谷子的破碎率。小孔徑的雙層清選篩配合風機相應的調試參數，降低了因風機風速對谷子清選的損失，加強了對脫粒分離后的谷子清選能力，提高了谷子清選率（如圖10）。

3.2 整機性能檢測

時間：2019年9月28日;

地點：河北省石家莊市藁城區麗陽村;

品種：冀谷;

檢測項目：整機喂入量、損失率、破碎率、含雜率。

其中，自走式谷子收獲機整機參數如表3所示。

其檢測結果如表4所示：

4 結論

（1） 對大中型自走式谷子聯合收獲機整機結構進行設計，其主要對割臺、開式脫粒滾筒、凹板和清選篩等關鍵部件進行優化設計，并生產試驗樣機。

（2） 對整機進行為期半個月的田間試驗，試驗結果表明該樣機基本解決了割臺丟穗掉穗的問題，降低了割臺損失率，降低了谷子的破碎率，提高了谷子清選率，降低清選損失。

（3） 最后對大中型自走式谷子聯合收獲機進行整機性能檢測，檢測結果表明該樣機在喂入量為5.1 kg·s-1時，總損失率為4%，破碎率為2%，含雜率為2%，均小于國家標準要求，檢測結果合格。

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基金項目：2016YFD0701803

作者簡介：顧旭彪（1991-），男，河北保定人，碩士研究生，工程師，研究方向：農業機械化。

通訊作者：衣淑娟（1965-），女，山東棲霞人，博士研究生，教授，研究方向：農業機械化。