丘陵區玉米收獲機同輪徑小轉徑敏捷轉向系統的研究與應用

摘要：為解決丘陵區玉米機械化收獲問題，對自走式玉米收獲機的傳動機構、轉向機構及底盤架構進行優化，設計出自走式玉米收獲機械同輪徑小轉徑敏捷轉向系統。結果表明，使用同輪徑小轉徑敏捷轉向系統制備的玉米收獲機在丘陵區作業的適用性和通過性良好，作業效率高，作業質量較好，并通過科學示范及推廣，在丘陵區得到了廣泛應用。該機具不僅能夠節省人工成本，還能夠釋放勞動力，提高經濟效益和社會效益的同時，也保護了生態環境。

關鍵詞：丘陵區； 轉向系統； 玉米收獲機

中圖分類號：S221 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）03-0055-03

丘陵區地域廣闊，糧食生產潛力巨大，但地形復雜、地塊偏小、溝坎交錯、坡度不一，加之各地種植模式差異大及土地經營規模小，導致平原區性能良好的玉米收獲機難以適應丘陵區作業，存在上山難、進地難、作業難等問題[1]。以往研究多關注玉米收獲機在平原區的規模化作業，造成丘陵區收獲裝備“無好機用”的現象。近年來，國家高度重視丘陵山區農業機械化發展，在此背景下，丘陵區玉米收獲機的研發成為熱點。開展橫向坡度10°～25°坡地玉米收獲機械研究，可以更好地補齊機具短板，滿足市場需求。

1 丘陵區玉米收獲機研究現狀

徐海港等[2]研究了不分行低傾角低損玉米摘穗、輸送和剝皮等技術，設計了新型割臺、摘穗裝置、輸送器、剝皮機等裝置，闡述了聯合收獲機四輪驅動裝置的基本組成及應用。金鑫等[3]對丘陵山區玉米收獲機械的整機穩定性進行了仿真，結果表明，15°是G型玉米收獲機發生側翻的臨界值，其最大爬坡能力為5°。

2 同輪徑小轉徑敏捷轉向系統的設計

針對現有玉米收獲機在丘陵區作業通過性差、適用性差、轉彎半徑大等技術難題，研發了同輪徑小轉徑敏捷轉向的關鍵技術，不僅有效提高了丘陵區玉米機械收獲的作業效率和穩定性，還降低了機收損失率。

2.1 新型傳動系統

自走式玉米收獲機的傳動結構是一個復雜的系統，包括多個關鍵部件，這些部件的協同工作可以實現機器的收割、運輸和其他相關功能。同時，對發動機、割臺傳動箱、行走變速箱、無級變速輪、換向箱、輸送鏈耙、風機軸、中間過渡軸、剝皮機輸入軸、還田機粉碎軸等部件進行連接，可形成一個完整的傳動系統。整個傳動系統結構緊湊，操作方便，機動靈活，特別適應中小地塊作業。這種設計優化了傳動路線，有效降低了傳動裝置的故障率。在柴油機與變速箱中間增設液壓傳動結構，既簡化了無級變速和反轉功能的變速箱結構，操作省力，又解決了傳統玉米收獲機變速箱結構復雜、故障多、不能無級變速和丘陵區復雜地況無法長時間連續作業等問題。

2.2 新型轉向機構

自走式玉米收獲機的轉向機構主要由轉向軸、驅動輪、轉向輪、驅動裝置、齒輪和鏈條等組件組成。這些組件共同協作，可實現機器的轉向功能。傳統機械為了減小轉向機構，使轉向輪位于機器的后部，并將后輪徑做小，以適用于平原區，但這種設計導致機械在丘陵區抓地力不足，容易產生側滑甚至翻車。設計采用前后同輪徑行走，通過轉向軸連接到機器的底盤上。轉向軸的長度與機器的寬度相同，以確保機器能夠穩定行駛。

驅動裝置使用齒輪和鏈條來傳送能量和扭矩，使驅動輪轉動，為機器提供動力和扭矩，以此來確保機器能夠正常行駛，完成收割作業。自走式玉米收獲機的液壓系統也參與轉向機構工作，為其提供更為精確和穩定的轉向控制。液壓轉向機構置于底盤框架后端，通過轉向輪來增大轉向角度，實現小地塊小轉彎，同時通過各部件優化布局，使車身體積更小，解決了傳統玉米收獲機穩定性差、不靈活、轉彎半徑大等問題。

2.3 新型底盤主體架構

玉米收獲機的新型底盤架構設計需要綜合考慮機械性能、作業效率、操作便捷性、安全性和維護性等，以確保機器能夠滿足丘陵區玉米高效收獲的需求，并提高作業效率和質量。設計采用多目標優化配置，實現整車減重、降高增穩、防側翻。

在車架設計、驅動系統設計、轉向系統設計、制動系統設計中，液壓系統可以為機器的各種功能提供穩定支持。

3 4YZ-4 型玉米收獲機升級后的對比試驗

性能對比試驗在撫順市望花區青臺子村進行，地形坡度12°，試驗小區長80 m、寬20 m，壟高9.6 cm，壟距59.6 cm，環境溫度10.7 ℃，相對濕度31.6%。

作物狀態記錄見表1。

對傳統的4YZ-4 型玉米收獲機械與改進后的4YZ-4A型玉米收獲機械進行作業效果對比。選擇具有代表性的地塊，作業流程包括機械作業前準備、機械作業、作業后清理與檢查等環節。

作業質量對比結果見表2。轉彎半徑對比結果見表3。

由表2和表3可知，在作業效率方面，4YZ-4A型玉米收獲機的傳動效果突出，通過性好，最小轉彎半徑更小，轉向更加靈活，作業速度可達2.68 km/h，作業效率更高。在作業質量方面，良好的通過性使4YZ-4A型玉米收獲機工作更穩定，機收損失率較傳統機械降低了1.06%。在適應性方面，4YZ-4A型玉米收獲機不僅可以在12°坡度上作業良好，而且能夠適應20°坡度，顯示出較好的地形適應性，而4YZ-4型玉米收獲機型僅能適應15°以下坡度，地形適應性相對較差。在故障率方面，4YZ-4A型玉米收獲機在18 h的連續作業中未發生嚴重故障和致命故障，表現出較高的穩定性，故障率低，而4YZ-4型玉米收獲機故障率相對較高，需要進一步完善機械結構。

4 4YZ-4A 型玉米收獲機的應用

4.1 營銷模式

4.1.1 “企業＋營銷商＋電商”模式

立足東北，發展西北，向南拓展。目前，發展農機銷售代理商13個，且覆蓋黑龍江、吉林等10個省區。各地銷售單位借助電商平臺加快了玉米收獲機新品的推出和宣傳，形成了快速傳播效應。

4.1.2 “推廣體系＋合作社＋農戶”模式

依靠新型農業經營主體的區域影響力，開展跨區作業服務。借助農機行業系統優勢，發揮管理監理體系力量，多渠道宣傳產品。利用省、市、縣、鄉農機技術推廣網絡，幫助企業推產品、創品牌。

4.2 效益評價

4.2.1 經濟效益和社會效益

在丘陵區玉米機械化收獲中，同輪徑小轉徑敏捷轉向技術表現出明顯優勢，不僅提高了作業效率、降低了人工勞動強度，還降低了玉米收獲損失率。通過多年的推廣應用，機械化作業效率較人工提高53倍以上，解決了農村用工難、用工貴的難題，每667 m2節省用工成本約110元，實現了節本增收，經濟效益顯著。同時，帶動農機產業鏈條上數萬人就業，取得了較高的社會效益。

4.2.2 生態效益

同輪徑小轉徑敏捷轉向技術簡化了機構設計，減少了土壤壓實，有利于黑土地保護性耕作的實施。各功能部件均衡配置，既有利于節本節能降耗，減少碳排放量，降低環境污染，還可減少秸稈焚燒和水土流失，提高生態效益。

5 結論

該設計中，新型轉向機構和傳動機構實現了無級變速和反轉，液壓轉向靈活；輪徑相同、多輪驅動的方式減小了轉彎半徑；新型底盤行走機構增大了地面附著力和爬坡越障力，能夠適應爬坡越障和復雜地塊作業。

參考文獻

[1] 沈炫利.丘陵山區農業機械化發展存在的問題及建議[J].現代農機，2024（1）：11-13.

[2] 徐海港，張春祥，張小軍，等.丘陵山區玉米收獲機研制與應用[J].農業工程，2021（3）：102-107.

[3] 金鑫，杜新武，李倩文，等.丘陵山區玉米收獲機車身穩定性能仿真分析[J].農機化研究，2016（10）：60-63+78.