4YZ-3B型自走式玉米收獲機設計與試驗

燕 麗

(山西省農業機械發展中心，山西 太原030002)

0 引言

玉米作為我國3大類農作物之一，在糧食生產中占有極其重要的地位。近幾年，隨著山西省農作物種植結構的調整，玉米種植面積逐年上升，據統計2019年已達到171.5萬hm2，是山西省第1大糧食作物，是農民的主要經濟收入來源。目前，玉米收獲機械化程度不高，約為65%，而且受玉米種植地域跨度大、氣候環境變化大、農藝生產作業習慣及玉米種植品種不同的影響，玉米莖稈、籽粒含水率有很大差異，特別是成熟度較高的玉米收獲時，易造成玉米機收作業過程中存在斷莖、夾帶、堵塞等問題，導致玉米機械化收獲時出現果穗含雜率、籽粒破碎率、苞葉剝凈率和苞葉夾帶籽粒等關鍵指標不能很好滿足要求。為了適應山西省內地域農業現代化發展的要求，進一步提高玉米收獲機械化水平，結合山西省現代農機裝備引進試驗項目(JNJK2020-03)科技專項的實施，研發了具有自主知識產權的新型4YZ-3B型自走式玉米收獲機。

1 整機結構及工作原理

1.1整機結構

4YZ-3B型自走式玉米收獲機一次可以完成摘穗、剝皮、果穗集裝和秸稈粉碎還田等作業，其結構如圖1所示[1]。

1.2工作原理

4YZ-3B型自走式玉米收獲機行走作業時，收獲機沿玉米行間行走，帶穗的玉米莖稈在撥禾鏈的扶持下引入縱向傾斜配置的摘穗輥間隙中，相向旋轉的摘穗輥不斷將莖稈向下方拉送。由于果穗直徑較大，不能通過摘穗輥的間隙而被摘穗鉤摘下，使得玉米穗與莖稈分離，玉米穗落入升運器內。升運器將玉米穗輸送到剝皮機內，由于剝皮輥相向轉動，將果穗外面的苞葉搓開、夾持、拉下，被剝下來的苞葉和隨著苞葉一起脫落的籽粒掉在清選篩上，在清選篩往復抖動和清選風機作用下，苞葉被推出剝皮機，籽粒掉入下面的糧箱。剝過皮的玉米穗被壓穗輪、甩穗輪拋入果穗箱。摘掉玉米穗的莖稈被割臺下方的秸稈粉碎裝置粉碎灑在地面，實現秸稈還田。機組在行走和作業時分別操作液壓手柄，實現割臺的升降。果穗集裝箱裝滿后，通過操作液壓手柄實現果穗集裝箱的降落與升起，完成玉米穗的裝卸[2]。

1.3主要技術參數

玉米收獲機主要設計參數如表1所示。

2 關鍵技術及創新點

2.1關鍵技術

按照玉米不同種植農藝要求，該機關鍵技術如下。

(1)配套動力83 kW、摘穗機構為3行、割幅1 665～2 015 mm可調的自走式玉米收獲機，可一次完成摘穗、輸送果穗、果穗集箱和秸稈粉碎還田作業，適合不同地塊的平穩收獲。

(2)采用自走底盤，達到整機配置合理、結構簡單、重心低和機動靈活。

(3)該機傳動系統簡單、可靠。發動機設計在前、后橋中間，橫向低位放置。

(4)驅動橋變速箱8+2擋，適應不同作業速度的玉米收獲作業要求，適應不同種植標準的玉米收獲作業要求[3]。

(5)采用左側卸糧裝置，駕駛員視線好，安全性能提高，同時作業效率也有所提高。

2.2技術創新點

(1)割臺采用摘穗輥，收獲損失小、籽粒破碎率低，特別是在輸送接口上下空間尺寸調整后，基本無掉粒和籽粒破碎現象。

(2)采用在果穗輸送通道中增加了徑向風機，對摘穗作業過程中產生的莖稈、苞葉進行強制清雜，實現提高果穗清雜能力的功能。

(3)剝皮機采用高低輥的組合方式，提高了剝皮效率，外加壓送器等裝置的共同作用，使果穗剝皮過程更加順暢，在剝皮機下面配有二次回收裝置，降低了籽粒的損失率，同時配備振動式出皮機構，使出皮更加順暢，有效減少籽粒破碎率及籽粒損失率。

(4)粉碎機和割臺可以一體升降又可單獨操作，適應性好。

3 總體設計及主要部件設計

3.1總體設計

根據設計要求，本機設計為3組摘穗工作部件，割幅為1 665～2 015 mm。考慮到機動性能和通過性能，機組總長小于6 400 mm，底盤外形寬度1 750 mm，機組高度3 000 mm，軸距2 220 mm。總體設計布局采用前置玉米收獲割臺和甩刀式切碎器，輸送槽位于中間位置，操縱部分及駕駛員乘坐設計在前驅動輪正上方，發動機設計在兩軸中間位置，剝皮機設計在發動機上方，集穗箱設計在機組后部，為了方便卸穗，集穗箱設計為向左側翻。

3.2底盤設計

該機自走底盤的驅動橋前置，轉向橋后置，為適合山區道路采用四輪驅動。驅動橋與轉向橋在設計中考慮到農田道路的坡陡、顛簸、沖擊等實際情況，設計承載能力、驅動輪最大扭矩有較大的儲備性能[4-5]。

為提高機組的整體剛性和強度，主要底盤機架采用16#槽鋼整體焊接。

發動機左側動力輸出皮帶輪帶動行走變速箱離合器皮帶輪驅動行走，發動機右側動力輸出分為3組，一組向前輸入給割臺，一組向上帶動風機皮帶輪并將動力傳給剝皮機，還有一組傳給割臺下方的秸稈粉碎裝置，完成動力輸出[6-7]。

3.3割臺機構設計

收割臺主要由摘穗輥、撥禾鏈、割臺齒輪箱和收割臺架等組成，割臺由液壓系統控制升降，如圖2所示。

摘穗裝置是收獲機的關鍵部分，它的主要功能是將玉米莖稈在撥禾鏈扶持下導入摘穗輥的間隙中，將帶穗玉米莖稈拉下并將果穗從莖稈上摘下落入輸送槽中。

機組在向前行進的過程中，分禾角自然插入玉米稈之間，將玉米稈分撥到分禾角的兩側，并隨著分禾角的前進，玉米稈分別靠在分禾角兩側向后滑移，隨即進入導禾區，進入導禾區的玉米稈在撥禾鏈撥齒的撥動作用下，被強制撥入一對摘穗輥之間。在摘穗區內，撥禾鏈撥齒向后撥送，同時導入錐將玉米稈引入一對摘穗輥之間，玉米稈在一對摘穗輥的作用下強制向下拉動，在向下拉動的同時玉米果穗被摘穗輥摘下，果穗從莖稈上摘下落入小輸送槽，摘穗后的玉米稈被拉莖輥拉回地面，完成割臺摘穗過程。臥式摘穗輥如圖3所示。

1.強拉段 2.摘穗段 3.導錐 4.摘穗輥間隙調節軸承 5.螺紋凸棱圖3 臥式摘穗輥Fig.3 Horizontal picking roller

3.4秸稈粉碎機構設計

本機在割臺下方設計了一個直徑440 mm的玉米秸稈粉碎機，如圖4所示。根據設計要求，考慮充分利用割臺下方空間和方便傳遞動力，設計了甩刀式粉碎機，粉碎機和割臺可以一體升降又可單獨操作，割臺可以降到最低收獲200 mm以下的低結穗玉米，大大減少了割臺玉米果穗的丟失[8]。

圖4 秸稈粉碎機外形Fig.4 Shape of straw crusher

秸稈粉碎機的作用是當收獲的玉米結穗高度比較大、秸稈比較高時，秸稈量比較大，通過粉碎機對秸稈進行粉碎以便于收獲作業。

3.5剝皮機設計

為了適應快速玉米收獲作業，剝皮機設計了3組剝皮輥，剝皮輥工作長度大于950 mm，傾斜度為4°，每秒鐘可以剝皮將近20個玉米穗，滿足機組6～7 km/h的高速收獲作業。剝皮機結構如圖5所示。

圖5 剝皮機結構Fig.5 Structure of peeling machine

剝皮裝置是將升運器輸送來的果穗苞葉分離，并將剝下的苞葉，以及摘穗過程中產生的斷莖稈、莖葉、雜物排出的工作部件。

剝皮裝置主要由果穗壓送機構、剝皮機構、清選機構、回收糧倉和機架等組成。為了提高苞葉剝凈率，降低對籽粒的啃傷，增強果穗在剝皮機內流動性，剝皮輥采用3組平面布置，前端剝皮輥采用鐵輥+橡膠輥組合，后端全部為橡膠輥[9]。剝皮輥上方布置有4道果穗壓送器，剝皮輥下方有清選篩，清選篩下面有籽粒回收倉。

該剝皮機剝皮輥采用高低輥的組合方式，剝皮效果好，如圖6所示。采用可調式張緊彈簧，可根據不同地區玉米種植行距、品種，調節剝皮輥之間的間隙，增加剝皮機的適應性。采用振動篩式排雜裝置，增加回收箱，使脫落籽粒與苞葉充分分離，通過篩網落入到回收箱內，大大減小籽粒損失率。

圖6 剝皮輥示意Fig.6 Schematic diagram of peeling roller

4 試驗結果及分析

樣機在不同地區、不同農藝種植模式下進行了大量的性能試驗，對存在的問題有針對性地進行優化改進設計，共性問題從根本上得到解決，實現了機具的各項結構及性能參數符合設計要求。

4YZ-3B型自走式玉米收獲機在標定持續作業量、籽粒含水率為25%～35%、果穗下垂率<15%、結穗高度>35 cm的條件下，各項指標及性能達到或優于設計要求，如表2所示[10-11]。

表2 主要性能指標

5 結論

4YZ-3B型自走式玉米收獲機解決了影響山西省及相似氣候地理條件、種植方式地區的玉米收獲環節中配套機具不足的問題，與國內同類型產品比較具有以下特點。①結構新穎獨特，采用自走底盤配置前置甩刀式收獲割臺，克服了驅動輪碾壓秸稈還田效果差的問題。②該機總長6 330 mm，軸距2 220 mm，轉彎半徑小，機動靈活。③性能穩定可靠，適用性廣，能滿足不同作業速度、不同種植標準的玉米收獲作業要求。④剝皮效率高，籽粒回收率高，總損失小。對推進山西省玉米生產機械化水平的發展，提升農業現代化裝備水平，提高農業生產效益具有重要意義，具有良好的應用價值和推廣前景。