以川豐系列小四輪拖拉機(jī)為動力的四川省丘區(qū)青貯玉米收獲機(jī)研制

彭曉琴 徐 一 歐之福 魏鼎才 隨順濤 萬先起

（四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計院，四川成都 610066）

青貯玉米是指需要通過青貯工藝發(fā)酵和貯存用于家畜飼料的帶穗葉玉米秸稈。玉米青貯具有飼料來源廣、成本低、加工制作工藝簡便等優(yōu)點。當(dāng)前，我國養(yǎng)牛業(yè)快速發(fā)展，畜牧飼料供不應(yīng)求，青貯玉米迎來發(fā)展契機(jī)，成為養(yǎng)牛業(yè)重要的粗飼料來源，也是我國奶業(yè)發(fā)展的重要支撐。

四川省是典型的丘區(qū)省份，丘區(qū)耕地面積約占全省總耕地面積的60%。四川省適合玉米種植，是西南地區(qū)唯一的全國玉米種植基地省；玉米種植面積近140萬hm2，產(chǎn)量超過760萬t，居全國前10位，為四川省委、省政府重點打造的“川豬”“川酒”等特色產(chǎn)業(yè)提供了重要保障[1]。青貯玉米的種植經(jīng)濟(jì)效益較籽粒玉米好。據(jù)宣漢縣測算，與常規(guī)玉米相比，全株利用帶苞青貯玉米比單純收獲常規(guī)玉米籽實單位面積經(jīng)濟(jì)效益提高8 400～10 800元/hm2，用青貯玉米飼喂奶牛產(chǎn)奶量要比用籽粒玉米飼喂奶牛產(chǎn)奶量高1 339.5 kg/hm2[2]。基于國家糧改飼政策導(dǎo)向以及青貯玉米較好的經(jīng)濟(jì)效益，四川省青貯玉米種植面積達(dá)20萬hm2以上，青貯玉米種植面積和青貯飼料產(chǎn)量呈逐年遞增趨勢[2]。

青貯玉米生產(chǎn)主要包括耕整地、施基肥、播種、田間管理（植保、排水防澇、灌溉抗旱、施追肥）、收獲、青貯等環(huán)節(jié)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，青貯玉米生產(chǎn)的大部分環(huán)節(jié)基本實現(xiàn)機(jī)械化，但收獲時間短、工作量大、勞動強(qiáng)度大、運(yùn)輸強(qiáng)度大。收獲環(huán)節(jié)是青貯玉米生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是四川省丘區(qū)青貯玉米機(jī)械化生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。在當(dāng)前農(nóng)村勞動力短缺、勞動力價格居高不下的情況下，青貯玉米生產(chǎn)迫切需要機(jī)械替代人工進(jìn)行收獲作業(yè)。國內(nèi)現(xiàn)有青貯玉米收獲機(jī)械以大中型機(jī)械為主，適宜集中成片、土壤濕度不大的耕地，且價格高，難以適應(yīng)四川省丘區(qū)地塊小、分散不集中、雨水多、土壤潮濕的特點。因此，迫切需要研發(fā)適宜四川省丘區(qū)的青貯玉米收獲機(jī)。

川豐系列小四輪拖拉機(jī)是四川省開發(fā)的丘陵山區(qū)典型實用動力機(jī)械，已有30～40年歷史，市場保有量巨大，高峰時期年產(chǎn)5萬～6萬臺，目前每年也有萬余臺的需求，是被多年實踐證明適宜四川省丘區(qū)使用的動力機(jī)械。隨著科技的進(jìn)步，川豐系列小四輪拖拉機(jī)動力增加到25 kW以上，29.42 kW小四輪拖拉機(jī)已投入使用。但是，川豐系列小四輪拖拉機(jī)過去主要用于丘區(qū)運(yùn)輸，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的配套農(nóng)機(jī)具非常有限，難以充分發(fā)揮現(xiàn)有大量的川豐系列小四輪拖拉機(jī)的作用。研制以川豐系列小四輪拖拉機(jī)為動力，集收割、切碎、揉絲功能于一體，適宜四川省丘區(qū)耕地特點的自走乘坐式青貯玉米收獲機(jī)，既可為丘區(qū)青貯玉米收割提供有效途徑，又能增加川豐系列小四輪拖拉機(jī)配套機(jī)具，拓展其用途，充分發(fā)揮川豐系列小四輪拖拉機(jī)保有量大、價格實惠、適宜丘區(qū)使用的優(yōu)勢。研制青貯玉米收獲機(jī)，有利于解決四川省丘區(qū)青貯玉米收獲難的問題，有利于提質(zhì)增效，有利于促進(jìn)四川省青貯玉米機(jī)械化生產(chǎn)。

1 主要技術(shù)內(nèi)容

根據(jù)青貯玉米收獲必需的收割、切碎、揉絲3個基本流程，結(jié)合川豐系列小四輪拖拉機(jī)的特點，設(shè)計青貯玉米收獲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，細(xì)化、優(yōu)化本機(jī)收獲青貯玉米的詳細(xì)工藝流程。根據(jù)工藝流程進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)青貯玉米收獲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)。確定總體結(jié)構(gòu)和工藝流程后，進(jìn)行主要部件設(shè)計，包括錐形雙圓盤式割臺設(shè)計、過橋輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計、粉碎揉絲機(jī)構(gòu)設(shè)計和拋送機(jī)構(gòu)設(shè)計等。完成設(shè)計工作后，試制青貯玉米收獲機(jī)樣機(jī)，開展試驗和樣機(jī)優(yōu)化改進(jìn)。

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

以川豐系列小四輪拖拉機(jī)為動力的青貯玉米收獲機(jī)，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計為：底盤采用川豐系列小四輪拖拉機(jī)底盤，該底盤為4×2輪式、皮帶傳動、半架結(jié)構(gòu)，起動電瓶后置；配套動力采用常柴29.42 kW單缸柴油機(jī)（電起動）。青貯玉米割臺前置，采用錐形雙圓盤式割刀，設(shè)計安裝在川豐小四輪拖拉機(jī)前面。割臺后側(cè)依次設(shè)計安裝過橋輸送機(jī)構(gòu)、粉碎揉絲機(jī)構(gòu)、拋送機(jī)構(gòu)。粉碎揉絲機(jī)構(gòu)采用滾筒式切刀設(shè)計，拋送機(jī)構(gòu)由粉碎揉絲機(jī)構(gòu)帶動，粉碎揉絲機(jī)構(gòu)高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的風(fēng)把粉碎揉絲后的青貯玉米草料拋送至拖拉機(jī)后方的料箱。收割揉絲拋送部件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 收割揉絲拋送部件整體結(jié)構(gòu)

1.2 收獲作業(yè)流程優(yōu)化設(shè)計

全株青貯玉米通過割臺切割后，經(jīng)立式錐形刀滾撥至過橋輸送機(jī)構(gòu)，過橋輸送機(jī)構(gòu)將青貯玉米段壓緊壓實后輸送至粉碎揉絲機(jī)構(gòu)粉碎，青貯玉米粉碎后由拋送機(jī)構(gòu)拋送至后置料箱。料箱裝滿后，通過液壓機(jī)構(gòu)翻至運(yùn)輸機(jī)械貨箱，完成一次收割揉絲作業(yè)（也可通過項目青貯玉米收獲機(jī)運(yùn)輸至后續(xù)作業(yè)場所）。青貯玉米收獲作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 青貯玉米收獲作業(yè)流程

1.3 主要部件設(shè)計

1.3.1 錐形雙圓盤式割臺設(shè)計。由圖3可知，錐形雙圓盤式割臺主要由喂入傾禾器、驅(qū)動箱、輸入鏈輪和切斷撥禾圓盤輪等零部件組成，左側(cè)驅(qū)動箱和右側(cè)驅(qū)動箱內(nèi)有傳動錐齒輪。該割臺收集、切割青貯玉米，并在撥禾輪的扶持作用下使青貯玉米段進(jìn)入過橋輸送系統(tǒng)。

圖3 割臺切送機(jī)構(gòu)

1.3.2 過橋輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計。由圖4可知，過橋輸送機(jī)構(gòu)主要由左右側(cè)壁焊合、前下喂入輥、中下喂入輥、前上浮動輥、后上浮動輥、光輥、傳動鏈輪、齒輪等零部件組成，將切割后的青貯玉米由割臺部分輸送至粉碎揉絲機(jī)構(gòu)。前下喂入輥的高低位置可通過防纏圈固定位置來實現(xiàn)，調(diào)整時左右兩側(cè)高度一致，不與切斷撥禾圓盤輪干涉。

圖4 過橋輸送機(jī)構(gòu)

1.3.3 粉碎揉絲機(jī)構(gòu)設(shè)計。由圖5可知，粉碎揉絲機(jī)構(gòu)主要由粉碎室殼體、過渡板、滾筒式秸稈粉碎器軸、定刀等零部件組成，作用是將進(jìn)入的青貯玉米（已經(jīng)過割臺切割）進(jìn)行莖稈切碎、粉碎揉絲，形成青貯玉米草料，并將草料送入拋送機(jī)構(gòu)。滾筒式秸稈粉碎器軸與粉碎室殼體不相互干涉。由圖6可知，滾筒式秸稈粉碎器主要由定刀片、動刀片、螺栓、軸組成。

圖5 粉碎揉絲機(jī)構(gòu)

圖6 滾筒式秸稈粉碎器

1.3.4 拋送機(jī)構(gòu)設(shè)計。由圖7可知，拋送機(jī)構(gòu)主要由拋送風(fēng)箱、導(dǎo)料筒組合體、方向板等組成，通過拋送風(fēng)箱與導(dǎo)料筒組合體，將從切碎機(jī)構(gòu)輸送進(jìn)入的草料導(dǎo)入運(yùn)輸車或糧倉。

圖7 草料拋送機(jī)構(gòu)

1.4 其他設(shè)計注意事項

為了確保以川豐系列小四輪拖拉機(jī)為動力底盤的青貯玉米收獲機(jī)車身穩(wěn)定和使用安全，在設(shè)計時應(yīng)注意以下幾方面。一是設(shè)計時充分考慮重心位置，合理布局，將割臺、過橋輸送機(jī)構(gòu)、粉碎揉絲機(jī)構(gòu)、拋送機(jī)構(gòu)、料箱等裝置的重心布置在川豐系列小四輪拖拉機(jī)中心線上或中心線附近。二是設(shè)計時保持車身重心較低。①割臺位于最前面，重心比粉碎揉絲機(jī)構(gòu)重心低；粉碎揉絲機(jī)構(gòu)重心比川豐系列小四輪拖拉機(jī)坐凳低。②設(shè)計導(dǎo)料筒時，在確保輸送暢通的前提下，縮小尺寸、降低高度和重量。③設(shè)計料箱時，在確保料箱容積的前提下，降低料箱高度和重心。

2 樣機(jī)試制與試驗

通過與農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)合作，成功試制了以川豐系列小四輪拖拉機(jī)為動力的四川省丘區(qū)青貯玉米收獲機(jī)樣機(jī)（圖8）。經(jīng)第三方檢測機(jī)構(gòu)檢測，樣機(jī)收割幅寬80 cm，割茬高度14.9 cm，生產(chǎn)率為4.1 t/h，切碎長度1.5～3.0 cm，玉米籽粒破碎率高于90%。樣機(jī)實現(xiàn)了青貯玉米收割、切碎、揉絲一體化收獲作業(yè)，基本達(dá)到研制要求。

圖8 以小四輪為動力底盤的青貯玉米收獲機(jī)

3 存在的問題及改進(jìn)措施

3.1 存在的問題

一是青貯玉米收獲機(jī)車身較長，下地時需要較好的道路條件[3-4]。二是四川省秋、冬季節(jié)容易出現(xiàn)陰雨連綿的天氣，導(dǎo)致土壤潮濕。由于青貯玉米收獲機(jī)重量不夠輕，且川豐系列小四輪拖拉機(jī)前輪較小，土壤太潮濕，導(dǎo)致其可能會陷在地里。

3.2 改進(jìn)措施

研究人員將進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計青貯玉米收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)。為了減少機(jī)身重量和長度，采取以下措施。一是不再設(shè)計料箱，將拋送機(jī)構(gòu)向后置料箱拋送改進(jìn)為向車身側(cè)面拋送，三輪車或農(nóng)用車跟隨在收獲機(jī)旁，暫存和運(yùn)輸收獲的青貯玉米飼料。二是優(yōu)化設(shè)計收割、揉絲、拋送部件整體結(jié)構(gòu)，使其尺寸更小、重量更輕。通過減輕車身重量和長度[5]，提高青貯玉米收獲機(jī)對道路和耕地的適應(yīng)能力，促進(jìn)四川省丘區(qū)青貯玉米機(jī)械化生產(chǎn)。