4YZQK-4自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机设计

崔中凯，张 华，周 进，邸志峰

(山东省农业机械科学研究院，济南 250100)

4YZQK-4自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机设计

崔中凯，张 华，周 进，邸志峰

(山东省农业机械科学研究院，济南 250100)

我国作物秸秆主要采用直接还田的方式进行处理，可增加土壤养分，提高有机质含量，但还田量过大会造成微生物与作物争肥，影响种子发芽生长。目前，秸秆机械化收集多采用分段作业方式，机械多次进地易造成土壤板结。针对上述问题，研发了一款自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机，主要由机架、割台、果穗升运器、秸秆揉搓切碎机、剥皮机、果穗箱、秸秆打捆机及发动机、驱动桥及转向桥等部件组成，能够一次性实现玉米果穗收获及秸秆打捆等多道工序。田间性能试验结果表明：该机工作正常，可靠性高，主要性能指标均达到或优于国家标准。

玉米；穗茎兼收；秸秆打捆；一体机

0 引言

我国是农业大国，秸秆资源分布广、种类多、产量巨大。据统计，我国仅主要粮食作物小麦和玉米的秸秆量就达到6.7亿t，小麦秸秆约2.3亿t、玉米秸秆4.4亿t，秸秆资源丰富[1]。

我国作物秸秆目前主要采用直接还田的方式进行处理，可增加土壤养分，提高有机质含量，改善土壤理化性状和钾素、磷素营养条件，增强土壤微生物和酶活性[2]。但秸秆还田量过大，也会出现各种问题：微生物与作物争肥，造成黄苗、死苗、减产等；秸秆还田后，存在土壤变松、孔隙大小比例不均等现象，土壤与种子不能紧密接触，影响种子发芽生长，扎根不牢[3]。研究表明，每公顷秸秆还田量在4 500～7 500kg时，即能满足后面耕种作物生长需要[4]。小麦秸秆每公顷产量约6 000kg，目前采用免耕播种技术，将小麦秸秆全部还田，能够满足后续耕种玉米的地力需要，不需要再次收集利用。玉米秸秆产量约18 000kg/hm2，采取秸秆适量还田技术，将多余秸秆打捆取走，不仅能培育土壤地力，还可减少土壤耕作，增加农民收入，为秸秆综合利用提供首要条件。

目前，秸秆机械化收集多采用分段作业方式，机械化收获果穗后，需机器二次进地捡拾秸秆打捆，耗时费工，机械多次进地也易造成土壤板结[5]。国内只有少数几家单位研究穗茎兼收玉米联合收获机械，大多机型由于功能不完善、作业效果不理想，尚未大面积推广。玉米秸秆机械化收获与机械化就地成型技术及规模化秸秆青贮技术相互脱节，不能形成一体化连续作业，制约了玉米秸秆规模化进程[6]。

针对上述问题，本文研发了一款自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机，能够一次性实现玉米果穗收获及秸秆打捆等多道工序，为秸秆回收综合利用提供技术与装备支撑。

1 整机结构及工作原理

4YZQK-4自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机主要由机架、割台、果穗升运器、秸秆揉搓切碎机、剥皮机、果穗箱、秸秆打捆机及发动机、驱动桥及转向桥等部件组成，整机结构如图1所示，整机参数如表1所示。一体机采用上下层割台设计，上层为果穗割台，下层为秸秆割台。田间作业时，玉米植株通过扶禾器首先进入上层割台，在摘穗辊的作用下完成摘穗；摘下的果穗通过果穗搅龙集中于割台右侧进入果穗升运器，经果穗升运器输送到剥皮机进行剥皮，剥皮后抛送至果穗箱[7]。摘穗的同时，玉米茎杆在摘穗辊的作用下向下运动，经下层割台往复式切割器切断后由秸秆搅龙进行集中，进入秸秆输送箱[8]。秸秆输送箱后端有秸秆揉搓切碎机构，完成秸秆的揉搓切碎及将秸秆抛送至横向搅龙，横向搅龙将丝状秸秆输送至秸秆打捆机，完成秸秆打捆。该一体机主要技术特点如下：

1)高效一体化复式割台在收获果穗的同时完成玉米秸秆收割、揉搓调质及切碎处理，实现穗茎兼收；

2)适用于穗茎兼收的玉米秸秆打捆装置完成秸秆喂入、压实、打捆等多项功能，实现一体化连续成捆作业；

3)应用光、电监控技术，实现割台高度监控、仓满报警、安全监控、作业信息监测等功能，提高了机具操控的方便性。

1.果穗割台 2.秸秆割台 3.秸秆揉搓切碎机 4.驱动桥 5.发动机 6.机架 7.秸秆打捆机 8.转向桥 9.果穗箱 10.剥皮机 11.横向搅龙 12.秸秆收集箱 13.果穗升运器 14.秸秆抛送器 15.驾驶室图1 整机结构图Fig.1 The structural diagram of corn harvester表1 整机参数Table 1 Machine parameters

项目单位参数额定功率kW132外形尺寸mm7500×2750×3760结构质量kg9930工作行数/4适用行距mm550～650工作幅宽mm2600最大卸粮高度mm1600最大通过高度mm3760最小离地间隙mm370最小通过半径左转右转mm73007200轮距导向轮驱动轮mm79001890作业速度km/h1.84～4.42

续表1

2 主要部件的研制

2.1 割台

4YZQK-4自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机采用双层割台结构，两层割台独立并单独可调。上层为果穗割台，主要由机架、扶禾器、夹持链、摘穗辊、果穗收集搅龙及传动箱等部件组成,完成果穗的摘取、收集、输送功能，如图2所示。下层割台为秸秆割台，主要由机架、往复式切割器、摆环箱及秸秆集禾搅龙等部件组成，完成秸秆的切割、收集、输送功能，如图3所示。

1.果穗集禾搅龙 2.传动箱 3.机架 4.摘穗辊 5.夹持链 6.扶禾器图2 果穗割台结构图Fig.2 The structural diagram of ear head

1.秸秆收集搅龙 2.往复式切割器 3.机架 4.摆环图3 秸秆割台结构图Fig.3 The structural diagram of stalk head

2.2 秸秆揉搓切碎机

秸秆揉搓切碎机可以破坏玉米秸秆表面的茎节，并且将秸秆加工成具有一定长度的丝状段，使揉搓后的秸秆物料柔软、蓬松，长度和粗细度都比较适宜，牲畜等采食后易于消化和吸收，提高牲畜适口性和秸秆采食率，对于改善秸秆加工质量、提高牲畜喂饲效果的作用明显。同时，揉搓后的秸秆物料便于打捆、贮存和运输，秸秆整体利用率大幅提升，为秸秆饲料商业化运作奠定良好基础[9-11]。

4YZQK-4自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机工作时，秸秆割台将摘完玉米果穗的植株快速切断，在集禾搅龙的作用下将秸秆集中并向后推送；秸秆依次通过第1喂入辊、第2喂入辊、第3喂入辊和第4喂入辊，喂入辊受秸秆量大小自动浮动并压紧秸秆将其向后传送；喂入辊叶板上开有锯齿状凹槽，可以对秸秆进行梳理拉直，并在底板的协同作用下对秸秆实现挤压、揉搓、破节。秸秆通过第4喂入辊后在动刀总成与定刀的协同作用被切碎，切碎后的秸秆在高速旋转的动刀总成的抛送作用下经出料口抛出，落入秸秆收集箱中，实现秸秆的回收利用[12]。秸秆揉搓切碎机结构如图4所示,喂入辊结构如图5所示。

1.侧板 2.底板 3.传动机构 4.动刀总成 5.定刀 6.第4喂入辊 7.连接板 8.第3喂入辊 9.第2喂入辊 10.弹簧 11.第1喂入辊图4 秸秆揉搓切碎机结构图Fig.4 Structure diagram of stalk rubbing and chopping device

图5 喂入辊结构图Fig.5 Structure diagram of feeding roller

2.3 秸秆打捆机

秸秆打捆机可以将多余的秸秆打结成捆，便于运输和储存，对于杜绝秸秆焚烧、减小环境污染乃至促进农业可持续发展都具有非常重要意义，同时也为秸秆的综合利用提供了首要条件[13]。

4YZQK-4自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机采用方捆打捆机，主要由减速箱、驱动盘、进料箱、打捆箱、穿针器、打结器及压紧器组成，如图6所示。整机工作时，秸秆抛出后落入秸秆收集箱中，在横向搅龙的作用下集中于秸秆打捆机的进料箱处；进料箱内设有拨料器，将秸秆向前拨动，进料箱后侧设有进料装置，用于将秸秆推入打捆箱内；驱动盘通过连杆推动活塞杆往复运动，用于将秸秆压实；活塞杆上方装有挡料板，用于挡住活塞往后运动时落下的秸秆，活塞上部后方还装有动刀，动刀与打捆上上盖处的定刀相配合，用于切断进料箱上方的秸秆；在活塞作用下，秸秆捆不断向前运动，带动打捆箱上部的锯齿轮逆时针旋转，通过齿轮啮合带动曲杆向上运动。当曲杆运动到下方的卡口时，曲杆前部的限制轮抬起，打结器轴开始旋转，通过连杆带动穿针器向上运动，与打结器配合完成对秸秆捆的打结；打好结的秸秆捆在活塞杆的作用下继续向后运动，直至排出打捆箱[14-15]；打捆箱后侧还设有压紧器，通过旋转螺杆可以调节秸秆捆密度。秸秆打捆机参数如表2所示。

1.进料箱 2.拨料器 3.进料装置 4.打结器 5.锯齿轮 6.压紧器 7.穿针器 8.打捆箱 9.驱动盘 10.变速箱图6 秸秆打捆机结构图Fig.6 Structure diagram of stalk bundling machine表2 秸秆打捆机参数Table 2 Machine parameters

项目单位参数布置形式/侧置喂入系统/拨指喂入机构打结机构/进口打结器捆绳类型/尼龙绳或麻绳输入功率kW6～8输入转速r/min750～830打捆活塞速度冲程/min100

续表2

3 田间试验与结果

3.1 试验基本条件

4YZQK-4自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机样机2015年8月试制完成，如图7所示。2015年9月末，在山东省兖州市小孟镇、颜店镇及曲阜市吴村镇对4YZQK-4型自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机进行了性能试验，总作业面积20hm2。

图7 样机图Fig.7 Photo of prototype

试验玉米品种为迪卡517，玉米处于成熟期，最低结穗高度76.6cm，倒伏率2.7%，果穗下垂率7.3%，籽粒含水率26.3%。

试验依照《GB/T 21961-2008 玉米收获机械 试验方法》和《GB/T 25423-2010 方草捆打捆机》规定的方法，选取籽粒损失率、籽粒破碎率、籽粒含杂率和方草捆密度为试验指标，考察该收获机摘穗、剥皮、打捆及整机性能等。

3.2 试验结果

性能试验结果如表3所示。

表3 田间性能试验结果

试验结果表明：4YZQK-4型自走式玉米穗茎兼收秸秆打捆一体机运转良好，工作可靠，各项指标均高于标准要求。

4 结论

1)整机能够同时收获玉米果穗与秸秆，运转良好、工作可靠。籽粒损失率≤2%，秸秆切碎长度100～150mm，秸秆收获率≥95%，作业质量完全满足玉米收获机及草捆打捆机作业要求。

2)首次提出了穗茎兼收秸秆打捆，可以实现一机多用，联合作业减少了投入成本。

[1] 韦茂贵,王晓玉,谢光辉.中国各省大田作物田间秸秆资源量及时间分布[J].中国农业大学学报,2012,17(6):32-44.

[2] 冀保毅.深耕与秸秆还田的土壤改良效果及其作物增产效应研究[D].兰州:河南农业大学,2013.

[3] 孙伟红.长期秸秆还田改土培肥综合效应的研究[D]．泰安:山东农业大学,2004．

[4] 王永鹏.秸秆还田与地膜覆盖耦合对玉米产量及土壤有机质平衡的影响[D].兰州:兰州大学,2014.

[5] 张智龙.玉米青贮打捆收获机割台及打捆控制系统的设计[D].泰安:山东农业大学,2012.

[6] 杨颖,尚琴琴,王英博,等．4QX-12型玉米青贮收获机的切碎性能分析与试验[J]．农机化研究,2017，39(3):42-46.

[7] 耿端阳.新编农业机械学[M].北京:国防工业出版社,2011:347-352．

[8] 赵学林.穗茎兼收型玉米收获机茎杆切碎回收装置设计与研究[D].北京:中国农业机械化科学研究院,2014．

[9] 苏宏煜.玉米秸秆挤丝揉搓机的分析与设计[D].兰州:甘肃农业大学,2013．

[10] 刘洋,刘德军,高巍,等.玉米秸秆丝化压缩临界成型条件试验[J].农机化研究,2017，39(4):168-172.

[11] 从宏斌．玉米联合收获机秸秆揉搓眼困装置设计及防震[D].泰安:山东农业大学,2007．

[12] 张华,崔中凯,周进,等.用于玉米秸秆的全浮动喂入与切碎装置、方法及收获机:中国,CN105493740A[P].2016-04-20.

[13] 陈立东,孙明伟,薛飞,等.收获粉碎式秸秆压块打包一体机的设计[J].农机化研究,2017，39(4):98-102.

[14] 郭继彦,郭占勇,时东升.麦稻联合收割机配套打捆机:中国,CN201518587U[P].2010-07-07.

[15] 刘绿朋.自走式小麦秸秆打捆机关键部件设计与分析[D].杭州:浙江农林大学,2015.

ID:1003-188X(2018)02-0132-EA

Design and Research on 4YZQK-4 Self-propelled Corn Ear Harvesting and Stalk Bundling Integrated Machine

Cui Zhongkai, Zhang Hua, Zhou Jin, Di Zhifeng

(ShanDong Academy of Agricultural Machinery Sciences, Jinan 250100, China)

Abstract： In China, stalk is mainly returned directly to the field. It can increase soil fertility and organic matter content. But large returning amount will cause competition for water and fertilizer between microbe and crop, which will effect seed germinating and growing. At present, stalk is mechanically collected using segment method, which easily cause soil compaction. To solve this problem, this article designs one self-propelled corn ear harvesting and stalk bundling integrated machine. It is mainly composed by frame, head, ear lifting device, stalk rubbing and chopping device, peeling device, ear collecting box, engine, drive axle, steering axle and other parts. It can realize ear harvesting and stalk bundling at one time. The results of field test show that the machine works well, and its reliability is high. The main performance indexes are up to or better than the national standard.

corn; ear and stalk harvesting; stalk bundling; intergrade machine

2016-12-01

山东省农机化装备研发创新项目(NJGG201507)；山东省科技发展计划项目(2014GZX201001)

崔中凯(1987-),男，山东邹平人，工程师，(E-mail) kevin6119@qq.com。

张 华(1976-)，男，山东临沂人，高级工程师， (E-mail)zhanghua126@sina.com。

S225.5+1

A

1003-188X(2018)02-0132-04