4YZ—3型自走式玉米收获机的设计

程光伟

摘要：为适应辽宁地区玉米收获，根据辽宁地区的玉米种植方式，设计研制4YZ-3型自走式玉米收获机。探讨该机的玉米收获工艺，介绍摘穗辊、还田机、收割台、剥皮机构等重要部件的详细设计思路以及技术参数，为辽宁地区的玉米收获提供适用机型。

关键词：玉米收获机；自走式；设计；摘穗辊；还田机；剥皮机构

中图分类号：S225.5+1 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）09-0018-03

玉米是我国第二大粮食作物，是粮食、饲料和工业原料兼用的农作物。在我国，玉米主要分布在东北、华北和西北等地区。东北地区的玉米种植面积占全国玉米种植面积的三分之一。由于各地玉米种植方式不同，其他地区的玉米收获机到东北以后会出现“水土不服”的现象，严重阻碍了东北地区玉米机收水平的发展。辽宁省地处东北三省南部，对东北的玉米种植方式十分熟悉。因此，辽宁省开发和生产更多、更好的适应东北地区的玉米收获机是非常必要的，并具有重大的现实意义。

1 4YZ-3型自走式玉米收获机收获工艺

4YZ-3自走式玉米收获机的收获工艺见图1。

2 4YZ-3型自走式玉米收获机结构设计

2.1 作业流程

2.2 主要工作部件设计

2.2.1 摘穗辊 玉米收获机主要工作部件，它不仅关系到整机的结构配置，而且直接影响机具的工作质量。按照辊轴配置方式的不同，摘穗辊主要分为卧式辊和立式辊2种。

立式辊有单组辊和组合辊2种结构型式。现有的立式玉米收获机上多采用组合式摘辊，即前摘辊为龙爪式低花纹螺旋辊，这是减少摘穗损失的一种较好辊型。后摘轴为排茎轴，能提高擢取茎秆的能力，可以解决单组摘穗掉粒损失与提高擢取茎秆能力之间的矛盾。因此，只有立式辊能够满足回收茎秆的工艺需要。

卧式辊有单辊和复合型摘穗板—拉茎辊两种摘穗方式。4YZ-3自走式玉米收获机采用复合型摘穗板型式。

摘穗板的间隙略大于最粗茎秆的茎节处直径。由于绝大多数果穗直径大于粗茎秆直径，因而这部分果穗不与拉茎轴凸棱接触，能够避免摘前冲击和摘后冲击。收获季节后期果穗普遍下垂，摘穗板基本上杜绝了摘穗过程中出现果穗尖端进入拉茎轴引起脱粒损失的问题。

2.2.2 还田机 秸秆还田是增加土壤有机质、改善土壤结构、防止地表板结的有效途径。它不但避免了目前化肥使用过多带来的不良后果，也解决了因秸秆过剩焚烧造成的环境污染问题。由于玉米秸秆粗而脆，刚度较好，粉碎时可以采用切割方式。因此，本机卧式还田机构采用了滑切切段方式。这种方式既能满足我国机械化保护性耕作的要求，又可以减少30%～40%的工作阻力，最大限度地节约动力。

2.2.3 收割台 割台由割台大架、摘穗箱、拔禾箱、拉茎辊和传动系统组成。首先，动力通过分动箱传递给割台，经过动力传动轴及一对链轮传递给摘穗箱；摘穗箱将动力分成3路：一路带动拉茎辊转动，另一路带动拨禾链转动，最后一路将动力传递给果穗输送轴，并通过果穗输送轴端链轮带动升运器、刮板传动。

2.2.4 升运装置 升运装置的主要功能是将割台摘下的玉米棒输送到剥皮机。本机采用的输送机为刮板式升运器。刮板式升运器采用19.05 mm套筒滚子链作为输送链条，在链板上铆接专用刮板。其工作可靠，主要用于输送谷物、杂余和果穗。它能将物料沿倾斜或接近垂直的方向升运，比较适合较长距离的输送。

2.2.5 剥皮机构 剥皮机构由剥皮机架、剥皮系统、压送拨辊、振动筛子、籽粒回收仓、除杂风机等系统组成。

本机采用铸铁辊和橡胶辊组合的剥皮辊。铸铁辊制造方便，造价低，耐磨性好，使用寿命长，又可装钉齿，提高抓取能力，对于荷叶紧而湿度大的果穗剥皮效果较好。铸铁辊表面有一条或几条螺旋凸棱，凸棱的螺旋线方向能使果穗很好地移动。在相邻的凸棱之间有凹槽，便于抓取荷叶。橡胶辊抓取能力强，剥净率高，籽粒破碎率低，对荷叶松而湿度小的果穗剥皮效果好。

2.2.6 粮仓 粮仓的主要作用是收集果穗，以便堆积装车。其布置在扒皮机的尾部，重量由机架承担。这种设计减小了机组长度，增加了机组转向的灵活性。同时，为减少卸粮油缸的行程，将粮仓翻转的转轴侧面设计成斜面，便于果穗下滑。果穗箱在卸车时靠液压升降，减少了作业强度和作业时间。根据设计结构，果穗箱容积为2.3 m3。

2.2.7 发动机 选用发动机的主要依据是最大所需功率。玉米收获机的最大所需功率随着田间土壤、行走速度和作物情况的变化而变化。在计算时，应考虑负荷最重的情况，以求得需用功率的最大值，作为玉米收获机所需功率的依据。4YZ—3自走式玉米收获机采用江苏四达81 kW涡轮增压发动机。

2.2.8 驱动桥 联合收获机总体配置要求正确配置机器的重心，使前后轴负荷分配合理，左右轮负荷尽量平衡。在驱动轮上应有足够的负荷（一般占 80%～85%），保证土壤对驱动轮有足够的附着力。转向轮上的负荷应加以限制，以使转向灵活。因此，要求驱动轮在前边用大轮胎，转向轮在后边，用小轮胎。本产品的结构对驱动桥两个半轴和半轴套管的强度要求特别大。因为半轴要承受整机和载重80%的质量，所以需要使用加强半轴和加强半轴套管，以满足强度要求。

2.2.9 后桥 后桥也就是转向桥，其作用是通过改变转向角来实现收获机的转向。本机采用四驱用的转向桥，适合丘陵、山地及土壤湿度大的地块，可以有效地避免打滑，提高作业效率。机器加上负载后质量比较大，转向困难。加之在垄作区转向时，轮胎要从垄沟走到垄台，需要的转向力更大。因此，联合收获机需要采用带液压助力的4LD 系列驱动桥。

2.2.10 中传轴 走式玉米收获机的动力传输采用皮带式，从发动机两侧输出，一侧传递给驱动桥，另一侧传递给收获部分。从发动机出来到动力分流之前还要安装主离合器，然后再经过多路传递给收获机的各个部分。

2.2.11 茎秆粉碎还田机构 茎秆粉碎还田机构一般由机架部分、变速箱、压轮部分、悬挂部分、切碎部分、罩壳等组成。通过动力输出轴将动力传至茎秆粉碎装置，经过两级加速后带动切碎部分的刀轴高速旋转，刀片均匀分布。本机为减小能耗，减低作业成本，采用甩刀方式完成秸秆还田功能。为较好地满足我国机械化保护性耕作的要求，长度在8 cm以下的茎秆应不少于90%。考虑到切割时茎秆有与甩刀相对滑动的可能，按滑移系数20%计算，设计切段长度：L=10×（1-20%）=8 （cm）。茎秆粉碎还田机构位于收获机后轮后部，且用液压方式提升。

2.2.12 机架 机架是机组的骨骼，支撑整机的全部受力。它采用成熟的拖拉机地盘设计，保证机组重心的平顺性和通过性。机架主要由槽钢和矩形钢管焊接而成，经受力分析和静平衡计算，强度能够满足机组工作需要。机组在横过垄沟及大的沟坎而引起的振动所产生的力要大得多。因此，为保证机架有足够的刚度和强度，在应力集中部位进行加强处理。

3 4YZ-3型玉米收获机主要技术参数