小型全喂入联合收获机无级调速脱粒设计

戴素江 周彦春 王金双 熊永森 胡华东

摘 要：小型全喂入滚筒联合收割机虽适应南方丘陵山区，但常规的小型单速滚筒脱粒分离效果不良，脱不净率与夹带损失率偏高，采用无级调速脱粒与单速滚筒相比，可适应不同脱粒难易程度作物脱粒。结果表明：单速滚筒脱不净率为0.16%，夹带损失率为0.64；而无级调速滚筒脱不净率0.07%，其夹带损失率平均值0.45%；其2项指标比单速滚筒降低了0.09% 与0.19%，无级调速脱粒能有效地解决脱不净与夹带损失等问题，更好地适应与促进南方丘陵山区收获机械化。

关键词：水稻；收获机；无级调速；滚筒；设计

中图分类号：S225 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180233070

我国南方丘陵及山区受田块小、泥脚深与水稻种植大多数是农户经营等问题，水稻联收机机收率较低，不适应大中型收获机[1]。国内现有生产小型水稻联合收割机存在着脱粒分离不净和夹带损失大等问题，双滚筒横置轴流收获[2]及纵轴流联合收获[3，4]能解决上述问题，而研究设计小型无级变速滚筒装置，以较好地适应脱粒分离难易程度的不同的水稻品种收获。

1 无级变速滚筒脱粒收获机主要参数验算

1.1 主要参数设计计算

1.1.1 割幅B

式中：q——设计喂入量，kg/s，取q=1.5；β——割下作物谷粒率（籽粒重量和总重量之比），取β=0.5；A——作物平均产量，kg/hm2，取A=7500；Vm——机器平均作业速度，m/s，取Vm=0.7。将上术参数代入得B=1420（mm）。

1.1.2 机器速度V

机器田间速度影响工作生产率，根据在拨禾轮结构，主要考虑拨禾弹齿对籽粒损失，要求拨禾轮线速度难脱作物小于1.8m/s和对易脱作物处于1.3～1.5m/s，

再参考拨禾轮速比λ等因素，选用机器田间速度为Vm=0.7～1.1m/s.

1.1.3 生产率W

W=0.36ηBVm （hm2/h）式中，η——作业时间利用系数（取0.4～0.8）η取0.6，Vm取0.7，B=1.5代入得W=0.218 （hm2/h）；η取0.8，Vm取0.7，B=1.5代入得W=0.292（hm2/h）。

考虑到推广鉴定的要求较高，故W=0.10～0.21hm2/h （0.1～0.2hm2/h）。

1.2 主要技术指标的确定

根据上述1.1的参数计算，确定指标：割幅：1500mm；纯小时生产率0.15hm2/h；总损失率水稻≤2.5%；含杂率≤1.5%；破碎率≤1.0%。

2 无级调速滚筒传动机构设计

2.1 结构设计

在继承现有的市场化的收获机传动机构基本结构基础上，进行改进设计，本传动机构主要有风机轴、脱粒滚筒轴、HST输出轴、HST输入轴、碎草刀轴等组成。结构示意，见图1。

1.风机轴；2.脱粒滚筒轴；3.排草轮轴；4.HST输出轴；5.HST输入轴；6.碎草刀轴。

图1 无级调速滚筒传动系统结构示意图

无级调速滚筒传动路线：风机输出轴经1经碎草刀轴6，传至HST输入轴5；HST输出轴4输出至排草轮3，最后传到脱粒滚筒2，实现脱粒滚筒的无级调速。

2.2 工作参数与结构参数

2.2.1 脱粒线速度与转速

参考水稻脱粒速度为18～28m/s[1]，而本机采用无级调速脱粒滚筒，可从最低脱粒速度18 ～28m/s无级调速，滚筒转速n可从600～1000r/min无级调速，以满足不同脱粒难易程度水稻脱粒要求。

2.2.2 凹板包角

为有利于作物顺利喂入并达到更好的脱粒分离效果，滚筒包角为186°，符合脱粒分离要求。

2.2.3 滚筒配置与杆齿式滚筒

本机可根据作物特性，可无级调节滚筒转速，提高滚筒抓取作物能力和脱粒能力。本机滚筒直径D550mm，凹板间距30mm。

3 对比试验

3.1 试验条件

试验水稻品种为540杂交稻，植株自然高度0.98m，单产8000㎏/hm2，籽粒含水率18.8%。无级调速装置与常规脱粒装置对比试验，脱分选后含杂质情况见下图2与图3。

3.2 試验分析

在相同的作物品种、株高、产量、含水率、喂入量、前进速度与脱粒间隙等脱粒条件下，通过常规单速滚筒脱粒装置与无级调速滚筒脱粒装置进行了对比试验。试验表明，无级调速滚筒脱粒装置含杂率0.90%低于常规单速滚筒脱粒装置1.61%；无级调速滚筒未脱净率与夹带损失分别为0.07%与0.45%，低于单速滚筒脱粒未脱净率（0.16%）0.09%与夹带损失率（0.64%）0.19%，具体见表1与表2所示。

4 结语

通过试验证明，无级调速脱粒能有效地解决脱不净与夹带损失等问题，是解决脱粒不净与夹带损失又一有效方法，较好适应脱粒分离难易不同的作物收获，无级调速脱粒联合收获机将更好地促进南方丘陵山区水稻收获机械化水平。

参考文献

[1]李宝筏.农业机械学[M].北京：中国农业出版社，2003：391.

[2]佐村木仁.コソバ ィン農嶪機械學會誌[J].2010，72（5）：24-28.

[3]王金双，熊永森，陈霓，等.双滚筒轴向脱粒装置研制与试验[J].中国农机化学报，2014，35（3）：10-14，18.

[4]陈德俊，龚永坚，黄东明，等.履带式全喂入稻麦联合收获机新型工作装置研究设计[J].农业机械学报，2007，38（8）：82-85.

作者简介：戴素江，教授，现在供职于金华职业技术学院，研究方向：机械工程和测试技术。