双行玉米联合收获机割台装置的设计及应用

王　浩，刘师多，王升升，耿令新，骆恒光，许泽宇

(河南科技大学 农业工程学院，河南 洛阳　471003)



双行玉米联合收获机割台装置的设计及应用

王浩，刘师多，王升升，耿令新，骆恒光，许泽宇

(河南科技大学 农业工程学院，河南 洛阳471003)

摘要：为解决在丘陵山区使用的小型双行玉米联合收获机上带穗玉米植株立姿输送的问题，分析了其收获原理，利用自制割台性能试验台验证了在选定的参数下，该割台装置在室内台架试验中具有较好的收获性能。同时，完成了在小型双行玉米收获机上的配置并进行田间试验。试验结果表明：该割台装置输送质量可满足收获需求并对倒伏状态的玉米植株具有较好的适应性。

关键词：立姿输送；割台装置；输送质量;玉米

0引言

玉米是我国三大主要粮食作物之一，种植带跨度广泛，分布在高原、平原及丘陵山区。地理环境的多样性决定了各地的玉米种植模式不尽相同，增加了玉米实现全程机械化收获的难度。现有的玉米联合收获机广泛使用对行摘穗、秸秆粉碎还田的收获方式，而秸秆粉碎还田过程消耗了大量的动力，难以适应丘陵山区对于玉米联合收获机小型化的要求。针对丘陵山区玉米机械化收获水平低，设计了一种小型双行玉米联合收获机割台部件，以实现带穗植株在收获过程中完成由横向输送到纵向输送的过度且保证植株以立姿状态有序地喂入摘穗部件。该装置以滚刀切断茎秆代替粉碎茎秆，大大减小了整机的功率消耗。为此，本文分析了该割台部件的工作原理，计算了割台关键部件的结构运动参数，并利用自制割台性能试验台验证了在选定的参数下该割台装置在室内台架试验中具有较好的收获性能。

1试验装置工作原理

玉米收获机割台试验台主要由割刀传动装置、割台支架、玉米机割台、植株输送装置及驱动电机等组成，如图1所示。工作过程：植株输送装置在变频电机的驱动下将带穗植株送至割台喂入位置，经割刀切割后由割台前端的拨禾装置完成植株的横向抓取输送至割台中间，下拨禾链、分禾器下撑和分禾器底板形成3点扶持输送，完成植株输送过程的横纵交接；再由后方的倾斜夹持张紧装置完成纵向输送及向上方提升的过程。玉米机割台结构如图2所示。

1.割刀传动装置　2.割台支架　3.前搅龙驱动电机

1.割刀　2.下拨禾链　3.分禾扶持装置　4.分禾器　5.上拨禾带

试验装置的主要结构参数：夹持链与地面夹角35°，下拨齿长度为105mm，前搅龙长度300mm,叶片高度60mm，螺距100mm。下拨禾齿齿端与刀尖的相对位置、上拨禾带状态、下拨禾链线速度、拨齿间距、下拨禾链与刀杆的夹角及植株横向喂入位置均设计为可调正的方式。由于摘穗部件及铡草部件要求带穗植株在机具前进方向上以直立姿态喂入，玉米机割台试验装置的性能主要表现为带穗植株在输送中在机进方向上与竖直方向的倾斜程度和植株输送的完成度，定义为输送质量。

试验仪器主要有激光测速仪、高速摄像装置、变频器、计算器及计算机等。

2割台关键部件设计及参数确定

2.1下拨禾齿齿端与刀尖的相对位置

如图3所示，下拨禾链拨齿转动最前端时拨齿齿端与割刀刀尖相对于机具前进方向的间距x定义为下拨禾齿齿端与刀尖的相对位置。

1.下拨禾链　2.割刀　3.割刀刀杆

下拨禾齿齿端与刀尖的相对位置直接影响到植株在切割后被拨禾装置抓取并横向输送的能力，在机具前进速度确定的情况下，当下拨禾齿齿端的位置相对于刀尖的位置越靠前，下拨禾链拨齿在植株未被割刀切割时已经抓取到植株并使之倾斜，输送能力降低；反之，下拨禾链拨齿在植株经割刀切割后还未能抓取植株，带穗植株在惯性作用下发生倾斜，输送质量降低。综上，选定下拨禾齿齿端在刀尖前30mm。

2.2下拨禾链拨齿间距

拨齿链选用农机用ZS38链，链节距38mm。经理论分析得，拨齿间距需大于1株玉米植株杆直径加上果穗最大直径，即

S>D株+D穗max

其中，S为拨齿间距；D株为植株杆直径，取平均值40mm；D穗max为果穗最大直径，取80mm。由于拨齿间距需定为链节距的偶数倍，故选取拨齿间距为152mm。

2.3下拨禾链线速度

顺行收获时，拨禾装置需要满足拨禾齿单株拨送的条件，即下拨禾链每走过1个拨齿间距时拨送1株玉米，则能够形成单株玉米连续喂入，可表示为

其中，S取值152mm；L株为玉米株距，取值250mm；V机为机进速度，按常发手扶车Ⅱ挡工作，取值0.6m/s。经计算可得V链=0.36m/s。

2.4下拨禾链水平投影与刀杆的夹角

如图4所示，下拨禾链在水平方向上的投影与刀杆的夹角对玉米植株在割台中横纵交接过程起重要作用。夹角θ越大，横纵交接越顺利；但相对横向跨度减小，降低了对不同行距的适应性。为了保证横纵交接过程能够完成，夹角必须大于0°。综上所述，下拨禾链在水平方向上的投影与刀杆的夹角选取为12°。

1.下拨禾链　2.割刀　3.割刀刀杆

2.5上拨禾带状态

上拨禾带在植株抓取、横向输送过程中起辅助作用。上拨禾带可选取长齿、短齿、无齿和无带4种状态进行分析。上拨禾带拨齿长度越大，齿端线速度越高，导致植株在横纵交接中向后方倾斜严重；若无拨齿辅助抓取植株，会使植株在横向输送过程发生倾斜，因此选取上拨禾带为短齿，则有

L上齿=0.5L下齿·cosα

其中，L下齿为下拨禾链拨齿长度取为90mm；α为下拨禾齿与地面的夹角，按结构确定为35°；L上齿即上拨禾带拨齿长确定为36mm。

2.6前分禾扶持锥搅龙

该割台装置在收获向前倒伏作物时，要求带穗植株在分禾扶持装置搅龙叶片的抓取扶持下完成直立或向后倾斜。因此，应使搅龙叶片向后移动速度高于机进速度，初定锥搅龙螺距为100mm，叶片高度为60mm，则

其中，ε为领先系数，取1.5。经计算可得，锥搅龙转速为450r/min。

3性能指标的确定

本割台拟应用与小型双行玉米联合收获机，该机行进速度为0.6m/s。由于植株需经割台切割后送至摘穗机构进行后续工作，因此试验过程中要求玉米植株在横纵向输送中在机进方向上保证直立姿态。

本研究以输送质量作为试验性能指标，采用对试验过程中对玉米植株姿态进行打分的方式来衡量输送质量，并在试验过程中全程摄像，获取植株在输送过程中的图像并观察分析。在试验过程中，将玉米植株姿态按其倾斜程度及完成度定义为5种状态，如表1所示。

试验材料为河南省洛阳市孟津县麻屯乡种植的春玉米，品种为中科4号；实地随机抽样测得植株自然高度为219.4cm,根部到玉米穗底端距离为100.7cm，根部直径35mm，行距66.9cm，株距为32.4cm，果穗下垂率为0；茎秆含水率为83.94%。

表1　输送质量量化表

4试验结果与分析

4.1双行玉米收获试验

将上述所得参数配置到室内割台装置试验台上，试验步骤为：将带穗玉米植株固定到植株输送装置，依次打开割刀驱动电机、割台装置驱动电机及分禾扶持前搅龙驱动电机；待工作稳定后，打开植株输送装置驱动电机；在整个试验过程中，使用高速摄影装置拍摄植株在割台中的状态，并截取清晰图片测定植株倾斜角度，记录数据如表2所示。

表2　双行玉米收获试验结果

由表2可看出：该割台在收获两行带穗玉米时，可以达到75分以上的连续喂入，且玉米不会被推倒折断。

4.2倒伏玉米收获试验

生长于田间的玉米植株受环境变化影响发生倾斜不可避免，对于立姿输送割台而言，前后倾玉米收获难度最大。本割台可在割刀将玉米植株割断之前，利用锥形可旋转分禾扶持装置的叶片将前倾玉米植株扶持直立或向后倾。将试验玉米植株调至前倾-15°、-7.5°、0°、7.5°、15°，单株喂入，试验结果如表3所示。

由试验结果可知：对于后倾15°以内或前倾7.5 °以内玉米植株，本割台可以完成玉米植株的立姿输送；当玉米植株前倾角度达到15°时，发生玉米植株卡在两搅龙叶片中间的现象。

表3　分禾扶持锥形搅龙对倒伏作物试验结果

4.3田间试验

将该割台装置配置到4YW-2型玉米联合收获机上，如图5所示。动力由发动机经中间轴不懂齿数链轮变速后传入割台各处。

图5　割台装置在整机上的配置

试验区有5m稳定区、10m工作区、1m停车区组成，全程摄像记录田间试验过程。

试验结果表明：该割台装置在收获两行玉米时可满足直立切割、输送的设计要求，微型玉米机割台装置结构与运动参数设计合理，能够达到使用要求。

5结论

1)通过对玉米机割台装置输送质量的影响因素的分析，确定了各因素的参数并考察了该装置性能的量化指标。

2)锥形分禾扶持装置对倒伏玉米植株具有扶起作用。在试验条件下，对前倾不超过7.5°、后倾斜15°玉米植株具有良好的输送质量。

3)通过田间试验验证了该割台装置能够满足4YW-2型玉米联合收获机的收获性能要求，且收获过程中未出现缠草、堵塞等情况。该割台装置解决了微型双行玉米联合收获机在不对行收获时遇到的问题，具有重要的实用价值。

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Design and Application of Double Row of Corn Combine Harvester Header

Wang Hao， Liu Shiduo， Wang Shengsheng， Geng Lingxin， Luo Hengguang， Xu Zeyu

(College of Agriculture Engineering, Henan University of Science & Technology, Luoyang 471003，China)

Abstract：In order to solve the problem of corn transport with ear on standing position of the double row corn harvester used in hilly area, This research analysis the principle of the operation and using the self-designed header performance test-bed validate this header has a better function in the indoor test with the selected parameters. The field test has been carried out when the optimal parameters were using to the double row corn harvester ,it turns out that the quality of corn transport could content the harvest requirement and this header could adapted the lodging of corns.

Key words：standing position transport； corn header； transportation quality；corn

文章编号：1003-188X(2016)03-0196-04

中图分类号：S225.5+1

文献标识码：A

作者简介：王浩(1991-)，男，河南洛阳人，硕士研究生，(E-mail)843943574@qq.com。

基金项目：国家自然科学基金项目(51205110)

收稿日期：2015-03-10