自走式玉米收獲機(jī)的性能優(yōu)化初探

韓保風(fēng)

（哈克（邯鄲）農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備制造有限公司，河北 邯鄲 056000）

玉米作為我國(guó)三大糧食作物和重要的飼料來(lái)源，種植面積大，分布區(qū)域廣，東北松遼平原、西北黃土高原、晉冀魯豫中原大地和西南地區(qū)均有大面積種植。大跨度的溫差使其收獲時(shí)間可達(dá)半年之久。如果全部實(shí)現(xiàn)玉米的機(jī)械化收割，將大大降低農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展節(jié)省大量的人力資源。自走式玉米收割機(jī)是哈克（邯鄲）農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備制造有限公司的主力機(jī)型之一，投放市場(chǎng)以來(lái)，為國(guó)家農(nóng)業(yè)機(jī)械化和創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)做出了重大貢獻(xiàn)。

1 自走式玉米收獲機(jī)的構(gòu)成及其優(yōu)勢(shì)

最早進(jìn)入市場(chǎng)的是需要由大型拖拉機(jī)拖動(dòng)的背負(fù)式收割機(jī)。自走式收割機(jī)則是自帶動(dòng)力的機(jī)具一體化的玉米聯(lián)合收獲機(jī)，主要由 割臺(tái)、輸送器、剝皮機(jī)、籽粒回收裝置、秸稈切碎機(jī)、果穗箱總成、動(dòng)力總成、前橋總成、后橋總成、機(jī)架、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、駕駛室總成和排風(fēng)系統(tǒng)等組成。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品有兩行、三行和四行的各種型號(hào)，基本滿足在不同的地勢(shì)和工況環(huán)境下正常工作。

自走式玉米收割機(jī)以其＂作業(yè)效率高、收割質(zhì)量高、機(jī)手跨區(qū)作業(yè)收益高、性價(jià)比高以及勞動(dòng)強(qiáng)度低、故障率低、使用和保養(yǎng)方便等絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，獲得了廣大農(nóng)民朋友的青睞，也得到了許多地方政府在農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼杠上的桿政策傾斜，從而迅速取代并占有了背負(fù)式收割機(jī)的市場(chǎng)地位，成為收割機(jī)主和機(jī)手的第一選擇。與背負(fù)式收割機(jī)相比，只有用途專一一個(gè)弱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有機(jī)型摘穗機(jī)構(gòu)多為摘穗板拉徑輥-撥禾鏈組合結(jié)構(gòu)，秸稈粉碎裝置有青貯型和粉碎型兩種。國(guó)產(chǎn)自走式玉米收割機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品有一個(gè)日趨成熟的過(guò)程，機(jī)手對(duì)其適應(yīng)性、安全性、舒適性和自動(dòng)化程度的要求正在不斷提高。

2 玉米收獲機(jī)秸稈回收式割臺(tái)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)的愈加重視，對(duì)玉米收獲后的秸桿處理要求也日益嚴(yán)格。最初的自走式玉米收獲機(jī)并不包含秸稈的同步回收功能，撿拾起來(lái)的秸稈含雜率高，不利于儲(chǔ)存和后期利用。后來(lái)經(jīng)過(guò)技術(shù)人員對(duì)割臺(tái)等機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了玉米在收獲的同時(shí)將秸稈也一并直接回收，并且使留茬高的問(wèn)題取得很大改觀，玉米收割機(jī)在技術(shù)和使用效果上的進(jìn)步是顯而易見(jiàn)的。

秸稈回收式玉米收獲機(jī)割臺(tái)包括摘穗輥、摘穗齒輪箱、秸稈揉切裝置、秸稈切茬裝置和機(jī)架等關(guān)鍵部件組成。我們將摘穗齒輪箱、摘穗裝置和撥禾輪以及分禾器安排在割臺(tái)的上部，主要實(shí)現(xiàn)玉米的摘穗等功能；下部結(jié)構(gòu)則為了滿足玉米莖稈切茬和揉切回收功能。安排了秸稈切茬裝置和秸稈揉切裝置等。

3 針對(duì)寒冷地區(qū)的傾斜式割臺(tái)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

因我國(guó)北方地區(qū)的霜凍較早，玉米收割季已經(jīng)出現(xiàn)了秸桿和果穗不同程度的凍結(jié)，對(duì)玉米收獲和秸稈回收帶來(lái)一定難度。為了克服霜凍帶來(lái)的不利因素，解決收獲機(jī)在秸稈回收、規(guī)則放鋪和整機(jī)打包等方面的問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)制造出一種適應(yīng)寒冷地區(qū)使用且具有秸稈回收功能的玉米收獲機(jī)具。

針對(duì)北方玉米植株生態(tài)結(jié)構(gòu)和物理特性，研究了霜凍玉米莖稈的拉伸、彎曲、摩擦、剪切及擠壓特性，認(rèn)為對(duì)割臺(tái)進(jìn)行適當(dāng)角度的傾斜后，可以加大機(jī)械自身的拉斷、剪切和擠壓破壞力，從而順利滿足玉米收獲和秸稈保留的要求。研究計(jì)算和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在于對(duì)復(fù)合式摘穗輥和后傾斜輸送機(jī)構(gòu)施以重點(diǎn)改進(jìn)。改進(jìn)過(guò)程主要是對(duì)桿穗分離過(guò)程進(jìn)行受力分析、理論計(jì)算和性能分析，同時(shí)確定復(fù)合式摘穗輥直徑和工作間隙等關(guān)鍵因素，并確定出輸送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和角度等關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)的合理性驗(yàn)證，主要是利用CAE軟件對(duì)后傾斜式割臺(tái)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行仿真分析；應(yīng)用ANSYS Workbench軟件對(duì)割刀動(dòng)力軸、連接板和摘穗輥等零部件進(jìn)行有限元靜應(yīng)力分析及與優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)割刀動(dòng)力軸進(jìn)行模態(tài)分析，應(yīng)用ADAMS軟件對(duì)復(fù)合式摘穗輥進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真分析，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很高的可靠性。

4 針對(duì)高溫地區(qū)的發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)

機(jī)具一體化的自走式收割機(jī)的行走和所有有效動(dòng)作，完全依靠安裝在機(jī)器中心部位的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)是玉米收割機(jī)的心臟。在我國(guó)的中原和西南地區(qū)，玉米成熟收割時(shí)間大多在國(guó)慶節(jié)前，“秋老虎”的氣溫最高可達(dá)到35度。潤(rùn)滑油的黏度隨溫度升高而下降。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高會(huì)影響動(dòng)力部的功率。

1）增大散熱余量。為了避免因高溫和環(huán)境對(duì)散熱系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響，應(yīng)在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)冷卻系統(tǒng)增加大約1/4的散熱余量。這樣，即使散熱器自身的散熱能力出現(xiàn)衰減，也不至于導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)因過(guò)熱而造成粘缸等嚴(yán)重?fù)p害。2）芯體翅片結(jié)構(gòu)。玉米收割機(jī)上的散熱器應(yīng)具有良好的通透性，芯體是散熱器的核心部件，其散熱性能也取決于芯體的翅片結(jié)構(gòu)。玉米收割機(jī)上的散熱器一般采用管片式、板翅式和管帶式三種，材質(zhì)以鋁材為主。3）空空中冷器。因改善大氣質(zhì)量的需要，國(guó)家前年出臺(tái)了限制國(guó)一國(guó)二柴油機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)三以上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，在散熱器總成原來(lái)僅有一個(gè)冷卻水腔的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)空氣與空氣的中間冷卻器，簡(jiǎn)稱空空中冷器。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)。毛澤東同志早在61年前就作出了“農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化”的英明診斷。對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的探討是一個(gè)永無(wú)止境的過(guò)程。作為從業(yè)者，我們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)。玉米收割機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，還有很多課題等待我們?nèi)パ芯浚€要許多難關(guān)等待我們?nèi)スタ?。我們要在提高機(jī)械本身質(zhì)量性能、工作效率、地形的適應(yīng)性、駕駛的舒適度和自動(dòng)化程度等方面繼續(xù)努力，為農(nóng)民兄弟提供更多更好的機(jī)械化產(chǎn)品。