玉米收获机割台拉茎辊性能对上杂率的影响

李小坡，唐文韬

（1.江苏常发农业装备股份有限公司，江苏 常州 213164；2．九方泰禾国际重工（青岛）股份有限公司，山东 青岛 266426）

玉米收获机割台拉茎辊性能对上杂率的影响

李小坡1，唐文韬2

（1.江苏常发农业装备股份有限公司，江苏 常州 213164；2．九方泰禾国际重工（青岛）股份有限公司，山东 青岛 266426）

当前市场上玉米收获机保有量较高，很多收获机在作业过程中都遇到过因割台上杂率过高使收获效果不能达到国家标准，还出现堵塞现象，因堵塞还会产生更大的故障，其主要原因是割台拉茎辊设计不适合收割地区农艺或是转速与车速的不匹配等。为了从根本上解决这个问题，也为了给行业技术人员正向思维设计拉茎辊时提供一些经验理论数据参考，现将拉茎辊做深入分析与计算，将上杂率量化，尤其依据实际经验给出了拉茎辊速度v与作业速度V以及农艺条件的临界过渡区值，形成数学模型，这样在以后的设计研发过程中，可以参照这些理论数据和模型对不同农艺条件设计出合适的拉茎辊，同时也填补了国内拉茎辊设计规范、标准上的一些空白。

拉茎辊设计；性能对上杂影响量化；数学模型建立；设计规范和理论数据

农业机械化是现代农业的重要物质技术基础，是农业现代化的重要内容和标志。当前，我国是世界上第二大玉米产量国，产量约占全国粮食总产量的四分之一，主要分布在北方地区，常年播种面积约900~1000万hm2，随着2004农机化促进法出台以及国家农机项目增加，农机化进入一个快速发展阶段。

由于玉米收获机对于其他收获机械起步较晚，技术水平与国际相比落后20~30年，玉米收获机的设计研发标准、规范等资料国内近乎空白，目前国内市场上的玉米收获机设计主要是互相效仿，学习，逆向研发，缺乏自主创新，这主要是许多设计人员无相关的设计手册资料可查，更未真正地做到正向思维设计，实际作业过程中，一个割台拉茎辊设计不合理，转速与实际作业速度、农艺条件的不匹配，直接导致的是作业效率低下，上杂率升高，粮仓含杂率高，频繁出现堵塞。现笔者经过大量的割台试验以及实际经验，总结出割台拉茎辊开发设计思路，主要是在拉茎辊结构和转速等性能设计上进行量化，形成数学模型，给出参考临界值，这为国内玉米收获机设计尤其割台设计和优化提供了重要的理论依据，同时避免出现收获机因上杂率高，不合格，不达标，反复整改，造成经济与时间上的大量浪费。

1 割台拉茎辊工作原理

（1）拉茎辊分类。当前国内玉米收获机割台拉茎辊按照结构形式主要分为：六棱板式，对刀式（四片、五片式）和辊式（高低辊），其中六棱板式市场占有率最高，对刀式呈增长趋势，辊式主要适用于中原地区。三种拉茎辊拉茎能力以辊式最强，其次是对刀式，最弱是六棱板式，但能力最强的辊式拉茎辊在作业时候对玉米籽粒的损伤也是最大，六棱板式对玉米棒的损伤最小，但其上杂率也相对较高。

（2）拉茎辊工作原理。六棱板式拉茎辊拉茎能力主要靠两个交错30°的板齿相互咬合，将玉米茎程S型环绕向下拉，当玉米棒触碰到摘穗板时，茎秆继续向下运动，而玉米棒较粗，被摘穗板挡住，玉米棒与茎秆分离，从而实现摘穗，一个合格的拉茎辊与哪些评判参数有关，也就是说拉茎辊能力是否达到要求，从哪些方面反应，一对拉茎辊在完成一株玉米的拉茎，上杂较少，最主要的是无断杆情况，且在连续作业情况下，无堵塞现象，对籽粒损伤小即为合格的拉茎辊，具体如图1所示：

图1 拉茎辊工作示意图

2 拉茎辊性能对割台上杂率的影响分析和计算

2.1 割台上杂高，堵塞的主要因素

在国家收获机鉴定标准中，有一条明确规定，果穗含杂率1.5%，而割台是一台收获机首次接触玉米，完成拉茎、摘穗、输送和收集的核心部件，也是上杂多少的关键部件，但不是全部因素，其他因素还有：农艺条件和收获机作业速度（以下简称车速）。

（1）农艺条件关注分析的参数。在我国，由于地区土壤气候不同，玉米品种非常多，玉米种植及其不规范，这就给收获机设计带来难度，那么农艺条件中哪些参数值对收获机性能影响，文章主要介绍下2个重要参数的含义，以及其对收获机性能的影响和关系，如图2所示。

图2 玉米株株高与结穗高度示意图

H为株高，对拉茎辊向下运动的线速度有关，株高越高，需要拉茎辊线速度越大；h为结穗高度，不但对拉茎辊向下运动的线速度有关，还与割台升降高度有关，具体可以说是与摘穗板上平面距离玉米结穗部位有关。一般在实际作业过程中，摘穗板与玉米结穗部位距离200mm左右较为合适。

（2）拉茎辊性能参数。拉茎辊在工作过程中有哪些性能参数决定着其拉茎能力。①线速度，也是玉米茎秆向下运动速度：v（m/s）（如图1所示）。这里面：

n为拉茎辊转速，r/min；Φ为拉茎辊直径，mm；（如图3所示）。

图3 拉茎辊外径示意图

拉茎辊拉茎能力直接反应就是，其将玉米茎秆向下拉过程中的速度快慢，也就是拉茎辊的直径和转速起到决定作用，而有效长度与车的行进速度和玉米杆株高有关，也是反应断茎上杂关键参数。

图4 拉茎辊在割台上有效长度示意图

（3）收获机作业速度。每台玉米收获机设计过程中都有其设计作业理论速度，目前一般中小型玉米收获机作业速度在3~5km/h，大型玉米收获机作业速度一般设计为6~9km/h；超过这些设定的速度，很容易出现拉杆、堵塞现象，那么车速与拉茎辊性能如何匹配？二者到底有什么联系与关系？

2.2 农艺条件、车速、拉茎辊性能与割台上杂率（果穗含杂

率）之间的数学关系

一株玉米从其进入到拉茎辊有效长度起点时候，在拉茎辊向下作用下，其与拉茎辊等同的速度v向下运动，此时车在以匀速度V向前行走，这可以看成是玉米株以V相对静止地面向后运动。设玉米株向后运动时间为T1，单位s，那么，

L为拉茎辊有效长度，mm；

设玉米株向下运动时间为T2，单位s，那么，

Δh为需要拉茎高度，单位mm。

对于待拉茎高度Δh，有以下两种情况，两种算法：

当株高不是很高，割台升降高度满足使用要求，即h-200 ≦A

当玉米株高较高，割台升至最高，摘穗板上平面距离结穗部位大于200，即h-200>A

A为割台升至最高点，摘穗板上平面距离地面高度，单位mm。

通过α值，也就是T1和T2对比，笔者从中可知，①当T1T2，α>1即说明拉茎辊将玉米株拉茎完成，而玉米株未到达拉茎辊有效长度末端，不会出现断杆情况；在待拉茎高度Δh情况一下，得出：

α=T1/T2=Lv/ΔhV=LΦ∏n/60000（H-h+200）V

在待拉茎高度Δh情况二下，得出：

α=T1/T2=Lv/ΔhV=LΦ∏n/60000（H-A）V

至此，根据公式，非常清晰的看出，割台断茎与拉茎辊直径、转速、玉米农艺条件和车速的关系，这也就是在市场上为什么有些收获机跑快了就堵塞，收高杆玉米车速得慢，否则也是收获不成的原因。由于市场上收获机作业情况非常复杂，虽然虽然临界值α大于1，出现轻微断杆，但因为玉米杆含水率很低，玉米种植较为稀疏，长势不好等等因素，收获机依然能够作业，所以α与1的比较不能作为绝对，根据当前实际作业经验积累，可将α设定为经验值：0.9~1.15，在这个范围内可以称为过度区域，或是缓冲值。

3 结论

（1）通过拉茎辊与割台上杂率的分析，将拉茎辊性能量化，深度解析其工作过程，系统化认知拉茎辊各参数理论设计与实际收获之间的联系。

（2）数学模型的建立，可以较容易解决实际收获作业过程中遇到的相关问题，也会很直观的通过计算找出问题根源所在，处理起问题来比较有针对性，避免不必要的浪费和投入。

（3）很好的为以后正向设计提供基础理论依据，随着国家农业机械化越来越快发展，建立很好的设计规范提供相关的参考，也能填补相应的一些空白。

Effect of the Performance of Cutting Stem and Roll of Corn Harvester on Cutting

LI Xiao-po1，TANG Wen-tao2
（1.Jiangsu Changfa Agricultural Equipment Co.，Ltd.，Changzhou，Jiangsu 213176，China；2.Jiufang Taihe International Heavy Industry（Qingdao）Co.，Ltd.，Qingdao，Shandong 266426，China）

In the current market，the corn harvester has a high degree of possession，and many of the harvesters have encountered in the course of the operation because of the high rate of harvesting on the cutting table so that the harvesting effect can not meet the national standard，and the clogging phenomenon occurs.The main reason is that the cutting of the cutting roller is not suitable for harvesting area agronomic or speed and speed does not match.In order to fundamentally solve this problem，and to provide some theoretical data reference to the industry technical staff in design of the draft roll，it does in-depth analysis and calculation of the stem，the upper reaches of quantification，especially based on practical experience.The critical velocity of veneer v and v，and the critical transitional area of agronomic conditions are given to form a mathematical model.In the future design and development process，it can refer to these theoretical data and model to design suitable stem roll，which fills the domestic pull stem roller design specifications and the standard on some gaps.

pull stem roll design；performance impact on miscellaneous effects；mathematical model establishment；design specification and theoretical data

S225.51

A

2095-980X（2017）04-0068-02

2017-03-07

李小坡（1981-），男，河北唐山人，大学本科，主要研究方向：玉米收获机设计与研发。