自走式青飼料收獲機主要機械部件技術(shù)現(xiàn)狀

王澤群，華榮江，赫志飛，李春友，杜旺旺

(中機美諾科技股份有限公司，北京 100083)

0 引言

近年來，青貯玉米在飼料中的使用率逐歩提升，大型奶牛養(yǎng)殖場基本使用青貯玉米作為主飼料。以前，肉牛及肉羊飼養(yǎng)一般以黃貯玉米或牧草為主，但近幾年使用青貯玉米的比例逐漸增大。隨著規(guī)模化養(yǎng)殖和青貯玉米種植面積的提高，青飼料收獲機的需求將逐步提升[1]。

青飼料收獲機一般分為3種機型：牽引式、懸掛式和自走式。因拖拉機動力變大和轉(zhuǎn)彎半徑大，牽引式青飼料收獲機使用較少。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和對飼料品質(zhì)要求的提高，懸掛式機型難以滿足要求，只是在經(jīng)濟落后地區(qū)和小地塊條件下還有少量需求。自走式青飼料收獲機需求逐漸增加，本文主要介紹自走式青飼料收獲機主要機械部件的技術(shù)現(xiàn)狀。

1 總體布置

國內(nèi)銷售的自走式青飼料收獲機主要有兩個不同布置方式的機型，在總體布置上也充分顯示了它們之間的差別。

一種是類似E-281型青飼料收獲機的布置，全部工作部件配置在機器前進方向的左側(cè)，發(fā)動機橫置于后部，如圖1所示。為了克服機器重心過于偏左，把分動箱、駕駛臺和行走變速箱配置于右側(cè)。

圖1 E-281型青飼料收獲機Fig.1 E-281 green forage harvester

此種配置方式，發(fā)動機動力輸出機構(gòu)可以簡化，但總體布局松散，機身寬大，重心偏向左側(cè)，維護保養(yǎng)發(fā)動機不方便。駕駛臺置于右前輪之上，有礙于駕駛員對行及直線行駛操作，也影響機器的外觀設計。該機的前驅(qū)動橋與該公司谷物聯(lián)合收割機通用，這就給主機喂入裝置的設計及其傳動帶來困難，用5個下喂入輥才越過前管梁，致使結(jié)構(gòu)復雜、安裝調(diào)試不便。同時喂入輥在機架上是固定的，割臺的掛接、升降需要單獨設立機構(gòu)；作物流從割臺輸送到喂入輥的交接隨著割茬的高低變化會發(fā)生位置的變化，從而影響作物喂入的流暢性。

另一種自走式青飼收獲機總體配置特點是圓盤割臺、駕駛室、喂入裝置、切碎裝置、籽粒破碎裝置、拋送裝置全部沿主機縱軸線對稱配置，克服了前一種配置方式的不足，如圖2所示[2]。圓盤割臺在分禾器分開作物后，由兩個或多個橫向一字形排列的圓盤切割器切割作物，切下的作物由各個小分禾器與各個集料滾筒上的撥齒一起共同夾持輸送作物，或經(jīng)過中間輔助喂入輪一起將左右兩邊各匯集成一條作物流，最后由左右兩個喂入輪將兩條作物流匯集成一條作物流到喂入裝置。喂入裝置由上面的兩個或多個上喂入輥，以及下面的兩個或多個喂入輥組成，上、下喂入輥以相反的方向旋轉(zhuǎn)，其中上喂入輥能浮動，其作用是將作物壓實、壓扁并輸送到切碎裝置。切碎裝置結(jié)構(gòu)為滾筒式，動刀采用V型或一字型排列，其作用是將作物切成一定長度的飼料。籽粒破碎裝置由兩個帶齒的圓輥組成，兩圓輥之間的間隙狹小且以較高的轉(zhuǎn)速按相反方向旋轉(zhuǎn)，玉米粒通過間隙時被壓破，切段的玉米稈也被撕裂。拋送裝置主要由上、下拋送筒和加速風扇等組成，加速風扇位于下拋送筒的上部，使作物快速被拋出，上拋送筒運輸時可放下，能左右各旋轉(zhuǎn)一定角度，拋送筒尾部蓋板可調(diào)角度，這樣可以滿足掛拖車接飼料的要求，也可以滿足拖拉機自掛拖車接飼料的要求。

圖2 9265A型青飼料收獲機Fig.2 9265A green forage harvester

2 主機技術(shù)

自走式青飼料收獲機發(fā)動機功率根據(jù)割臺幅寬和對飼料要求的不同相差較大，最大功率達793 kW，個別機型還使用了雙發(fā)動機結(jié)構(gòu)，發(fā)動機的布置有橫向和縱向兩種方式，如圖3和圖4所示。

圖3 發(fā)動機橫向布置Fig.3 Lateral arrangement of engine

圖4 發(fā)動機縱向布置Fig.4 Longitudinal arrangement of engine

橫向布置為當前的主流配置方式，其優(yōu)勢是發(fā)動機飛輪端可以直接安裝膠帶輪，通過膠帶帶動切碎滾筒等旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)較簡單。縱向布置的優(yōu)勢是后部只有發(fā)動機，散熱氣流可以從前部直接沿發(fā)動機側(cè)面吹向后方，有利于散熱，同時可以使后部車體較窄，提升后部的視野，提高收獲機的安全性和機動性。發(fā)動機動力輸出方式有箱體、膠帶離合和箱體+膠帶離合共3種方式。一般發(fā)動機橫向布置采用的輸出方式有膠帶離合和箱體+膠帶方式，主要工作部件傳動膠帶離合為當前的主流配置方式，一般在發(fā)動機輸出端安裝的膠帶輪內(nèi)部裝有液壓控制的摩擦離合器。發(fā)動機縱向布置一般采用箱體輸出方式，通過箱體將動力轉(zhuǎn)向后再用膠帶帶動工作部件。主要工作部件切碎滾筒、籽粒破碎、拋送風扇一般用膠帶傳動，割臺、喂入部件有的使用膠帶傳動也有的使用液壓傳動。底盤行走主要采用靜液壓驅(qū)動系統(tǒng)+變速箱+邊減組成，有些機型可以配置四驅(qū)，后輪驅(qū)動可用車輪馬達、液壓+機械或機械傳動完成[3]。

3 割臺技術(shù)

青飼料收獲機配置的割臺有玉米割臺、矮稈作物割臺、撿拾割臺等，以下僅介紹應用最普遍的玉米割臺[4]。玉米割臺按割臺和作物行的關(guān)系可分為對行和不分行兩種，對行割臺基本上已經(jīng)淘汰，不分行割臺按切割方式分為圓盤式、往復式和鏈式，其中圓盤式應用最廣[5-6]。

3.1 圓盤式割臺

圓盤式不分行割臺主要由圓盤式切割器、帶齒圓盤、導禾桿、喂入輪和中間輔助喂入輪、小分禾器等組成，如圖5所示。

1.分禾器 2.圓盤式切割器 3.導禾桿 4.帶齒圓盤 5.喂入輪和中間輔助喂入輪 6.小分禾器圖5 圓盤式不分行割臺Fig.5 Disc type without dividing header

其工作原理：機器前進時，橫向一字形排列多個圓盤式切割器用來切割玉米等高稈作物，用帶齒圓盤與導禾稈的配合來夾持輸送作物，作物流不斷從兩邊多個通道通過中間輔助喂入輪和各種導禾稈對作物夾持輸送，逐步匯集成兩條作物流，最后由左右兩個喂入輪將兩條作物流匯集成一條作物流到喂入裝置。

目前橫向排列圓盤最多為12個，單邊可以實現(xiàn)兩次折疊，割幅達9 m，其運輸寬度可以控制在3.3 m以內(nèi)。因土地不平整而割臺又較寬，為保證在橫向?qū)挾壬细畈绲囊恢滦裕行└钆_設計了橫向的仿形機構(gòu)，通過布置在割臺兩邊的傳感器信號，控制割臺上的平衡油缸運動實現(xiàn)橫向仿形，有些割臺也設計了對行收獲的傳感器，由主機控制實現(xiàn)對行收獲。該類割臺優(yōu)點是收割損失小，作物喂入均勻有序，飼料切碎質(zhì)量好，代表了不分行玉米割臺的先進水平，是目前普遍使用的一種割臺形式。

該類割臺主要特點：采用帶切割刀齒的切割圓盤作為切割器，但為了收集和輸送切割下的玉米莖稈，采用與切割圓盤同一軸線回轉(zhuǎn)的集料圓盤，其外部加工成不同形狀的齒，與前部的小分禾器后部形成夾持莖稈的作用實現(xiàn)輸送。集料圓盤在切割圓盤的上方，盡管有同一回轉(zhuǎn)軸線，但切割圓盤的轉(zhuǎn)速較快，以滿足無支撐切割玉米稈的需要，集料圓盤的轉(zhuǎn)速較低，只需滿足玉米莖稈的輸送即可。和往復式不分行割臺相比，圓盤式不分行割臺的優(yōu)點：①不需要安裝撥禾輪，減少割臺前部的高度，收割時不擋視線，對于寬幅需要行走時折疊的割臺可以實現(xiàn)折疊；②可以縮小割臺的前后尺寸，減少機器的轉(zhuǎn)彎半徑；③可以使作物莖稈根部向后，順序向主機喂入裝置喂入，從而可以改善切碎質(zhì)量；④青貯飼料不易混入土壤及麥茬，有助于保障青貯飼料的質(zhì)量。

3.2 往復式割臺

往復式不分行割臺主要由分禾器、撥禾輪、切割器、鏈板輸送器和螺旋輸送器等部件組成，如圖6所示。

1.撥禾輪 2.立割刀 3.分禾器 4.切割器 5.拖板 6.割刀推桿 7.立割刀偏心塊 8.鏈耙 9.割刀傳動軸 10.螺旋輸送器 11.鏈板輸送器 12.割臺體圖6 往復式不分行割臺Fig.6 Reciprocating non-branch header

割臺工作原理：機器前進時，分禾器實現(xiàn)莖稈的分離，分禾器上的切刀可以切斷難以分開的作物或雜草，撥禾輪將玉米稈撥向后部，隨著機器的前進，切割器接觸玉米稈并切斷，隨著撥禾輪繼續(xù)向后撥動玉米稈，玉米稈進入鏈板輸送器，當莖稈被輸送到螺旋輸送器時，靠近割臺兩邊的莖稈被螺旋輸送器收集向中心，通過螺旋輸送器中間的撥板輸送到喂入裝置。該類割臺特點是割茬低、防雜草能力強。

圖7 鏈式割臺Fig.7 Chain cutting header

3.3 鏈式割臺

鏈式割臺主要由鏈式動刀、定刀、鏈式扶禾齒、導禾桿、喂入輪等組成，如圖7所示。

其工作原理：機器前進時，由兩邊垂直于前進方向的軌道式高速運動動刀與定刀的相互作用，類似于剪刀將莖稈切斷，在導禾稈的夾持下，通過鏈式扶禾齒帶動作物向中間運動，快到中間時鏈式扶禾齒帶動作物向后運動，交接到割臺兩邊的喂入輥繼續(xù)向后輸送到喂入裝置。該類割臺優(yōu)點是割茬能基本保持一致，動定刀片具有自動磨刃功能且易于更換，結(jié)構(gòu)較簡單，制造成本較低，作物喂入均勻有序根部向后喂入。目前幅寬最大可達10.5 m，為滿足運輸需求，可以實現(xiàn)折疊。該割臺在兩端安裝有對地的距離傳感器，通過控制實現(xiàn)割茬高度的一致；在割臺中間安裝了兩個傳感器及感應臂，可以探測割臺中間與相鄰兩行之間的距離，通過主機控制實現(xiàn)自動對行收獲。

4 喂入技術(shù)

喂入裝置由機架、前上喂入輥、后上喂入輥、前下喂入輥、后下喂入輥、傳動齒輪箱、傳動鏈箱等組成，其中根據(jù)機型不同上喂入輥有2～3個，下喂入輥有2～5個，如圖8所示。

其工作原理：對割臺輸送來的作物通過上下喂入輥的夾持接續(xù)輸送到切碎裝置中，在輸送中壓實機構(gòu)需將作物壓扁、壓實有利于切碎裝置的切碎，喂入輥轉(zhuǎn)速的變化影響作物的切段長度，可以通過齒輪箱換擋有級調(diào)整或通過液壓傳動精細調(diào)整。在整機無法太寬影響喂入裝置寬度也無法太寬、飼料切段長度不能太長的條件下，要提高輸送能力，只能通過提高上喂入輥的壓實力和加高上、下喂入輥間作物的輸送厚度實現(xiàn)，目前使用較多的是用彈簧往下拉伸，有的機型上、下喂入輥的間隙可達180 mm；有的機型采用了智能壓實系統(tǒng)，可以根據(jù)作物量的變化使用液壓+彈簧的方式實現(xiàn)自動調(diào)整壓實力[7]。對于安裝有金屬探測或石塊感應的機型，喂入裝置上安裝金屬探測儀或石塊傳感器和急停機構(gòu)，急停機構(gòu)的結(jié)構(gòu)有機械制動或液壓制動裝置，其制動能力應保證喂入的金屬或石頭在切碎滾筒動刀前部停止，以免損壞動刀[8]。

1.傳動鏈箱 2.后下喂入輥 3.后上喂入輥 4.傳動齒輪箱5.傳動軸 6.上驅(qū)動馬達 7.機架 8.下驅(qū)動馬達 9.前上喂入輥 10.前下喂入輥圖8 喂入裝置Fig.8 Feeding device

5 切碎技術(shù)

切碎裝置主要是滾刀式結(jié)構(gòu)，其由機架、切碎滾筒(含動刀)、定刀(含間隙調(diào)整裝置)、磨刀機構(gòu)、凹板、掛接機構(gòu)等組成,如圖9所示。

其工作原理：對喂入裝置輸送來的作物通過動定刀切斷并拋送到籽粒破碎或直接到拋送風扇中。定刀與動刀組成很小的間隙用來切斷作物，為防止磨損定刀有較高的硬度，其材料一般采用合金鋼或表面噴涂硬質(zhì)合金的方式。動刀類型一般有平板型、彎刀型和變角彎刀型等，多數(shù)機型為了省功采用滑切方式切斷作物，因此動刀在切碎滾筒上安裝后的刃口線與滾筒中心線成一定角度，為保證切碎滾筒回轉(zhuǎn)直徑的一致，動刀的刃口線應該是橢圓曲線上的一段。動刀在滾筒寬度上的布置有單刀傾斜、雙刀V型、四刀平行、四刀傾斜等結(jié)構(gòu)。磨刀裝置在切碎滾筒動刀的上方，磨刀石與滾筒軸線平行，可沿切碎滾筒橫向移動，移動方式有手動、液壓驅(qū)動、電機驅(qū)動等，磨刀前需使用手動或液壓等方式將滾筒的密封蓋板打開，為了防止磨刀石和滾筒密封蓋板發(fā)生碰撞，以及保證自動磨刀時的順序、磨刀次數(shù)能滿足要求，需要安裝位置傳感器或壓力傳感器等實現(xiàn)控制。磨刀在滾筒轉(zhuǎn)速較低時進行，有滾筒正轉(zhuǎn)時磨刀也有滾筒反轉(zhuǎn)時磨刀[9]。動刀磨刀后會有損耗引起動定刀間隙變大，需要及時調(diào)整間隙，一般有人工直接調(diào)整、人工使用杠桿結(jié)構(gòu)調(diào)整和自動調(diào)整等。有的機型在切碎裝置上安裝了揉搓和部分籽粒破碎功能的裝置，如在凹板上加孔、凹板上加紋桿、凹板上加橫條、凹板上加刀片、滾筒上加摩擦塊等。

1.機架 2.掛接機構(gòu) 3.凹板 4.定刀 5.切碎滾筒6.磨刀機構(gòu)圖9 切碎裝置Fig.9 Chopping device

6 籽粒破碎技術(shù)

籽粒破碎裝置包含鼓式和圓輥式兩種結(jié)構(gòu)[10]。圓輥式應用普遍，其由機架、前破碎輥、后破碎輥、間隙調(diào)整裝置、緩沖裝置等組成，如圖10所示。

1.前外罩 2.前破碎輥 3.后外罩 4.后破碎輥 5.轉(zhuǎn)臂 6.膠帶張緊拉簧 7.緩沖裝置圖10 籽粒破碎裝置Fig.10 Grain crushing device

破碎輥外圓帶有類似鋸齒形的尖齒，兩個破碎輥之間的間隙較小，一般為1～6 mm，破碎輥的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速很高、以相反的方向旋轉(zhuǎn)，兩輥的轉(zhuǎn)速有差異可以對物料產(chǎn)生揉搓作用。其工作原理：切碎裝置輸送來的切段物料通過兩個平行、間隙較小且線速度不同的破碎輥中間后，物料籽粒被壓破或揉破、莖稈被撕裂。近年來已出現(xiàn)帶有揉絲功能的破碎輥，可將莖稈揉成絲狀。當有大量物料突然進入破碎輥中間時，為防止堵塞，破碎輥安裝有擴大間隙的緩沖裝置，一般使用彈簧結(jié)構(gòu)。破碎輥使用一段時間后會出現(xiàn)磨損，造成破碎輥間隙變大影響籽粒破碎效果，一般機型上都安裝有間隙調(diào)整裝置，其結(jié)構(gòu)有手動調(diào)節(jié)、液壓同步缸調(diào)節(jié)、電機調(diào)節(jié)等。如果收獲大麥、黃貯玉米等作物不需要使用籽粒破碎時，一般可將籽粒破碎裝置移開，更換上替換筒即可。

7 拋送技術(shù)

拋送裝置由機架、拋送軸、拋送葉片、底板、間隙調(diào)整裝置、拋送筒等組成，葉片在風扇軸寬度上的布置一般分為平行葉片和斜裝葉片兩種，斜裝葉片為雙葉片V型排列結(jié)構(gòu)，拋送葉片和底板間的間隙一般為6～10 mm。

1.機架 2.底板 3.拋送葉片 4.間隙調(diào)整裝置 5.拋送軸 6.拋臂 7.啟動機 8.拋送筒圖11 拋送裝置Fig.11 Throwing device

葉片、底板和拋送筒均需耐磨，可以熱處理或使用耐磨材料。拋送筒為長弧形結(jié)構(gòu)，機器行走時可放下，工作時可升起，拋送筒可向后也可左右旋轉(zhuǎn)滿足拖車接料要求。其工作原理：切碎裝置或籽粒破碎裝置輸送來的切段物料通過高速旋轉(zhuǎn)的拋送葉片和底板的共同作用，將物料加速沿著拋送筒輸送到接料拖車中。拋送葉片使用一段時間或需要調(diào)整物料拋送速度時，一般可以調(diào)節(jié)拋送葉片和底板間的間隙，其結(jié)構(gòu)有手動調(diào)節(jié)、電機調(diào)節(jié)等。

8 結(jié)束語

隨著新技術(shù)的發(fā)展，青飼料收獲機的發(fā)動機橫向布置技術(shù)、不分行的寬幅折疊圓盤割臺技術(shù)、帶金屬探測的喂入技術(shù)、高效省工的V型切碎技術(shù)、圓輥式籽粒破碎技術(shù)、拋送一體的拋送技術(shù)都應用在中機美諾的大中型青飼料收獲機上，為我國在收獲青飼料機械行業(yè)中奠定了技術(shù)基礎。