全喂入联合收割机和打捆机两用捡拾器优化分析

王国辉 雷良育 胡峰

0 引言

近年来，随着国家对农业重视程度的提高，在国家支农惠农政策的激励下，越来越多的区域性农场和农业合作社实现了标准化农业种植[1]。由于大型粮食烘干设备费用昂贵，对于区域性农场和专业合作社来说，收获时，先将水稻用小型放倒农业机械放倒，经太阳晒干后，再用捡拾器配合全喂入联合收割机进行捡拾收割，既能减少费用支出，又有利于换季小麦播种。但目前市面上的捡拾器捡拾效果普遍不佳，为更好地配合全喂入联合收割机和打捆机使用推广，笔者对捡拾器进行结构优化和仿真分析，以方便更多的农机手使用。

1 捡拾器结构及工作原理

1.1 捡拾器结构

捡拾器结构如图1所示。该款捡拾器也称作弹齿式捡拾器，主要由弹齿、皮带轮、传动主轴、挡板等组成。所匹配的收割机机型不同，皮带轮的位置也不同，有可能在左面，也有可能在右边。

1.2 捡拾器工作原理

1.2.1 与履带式全喂入联合收割机配合工作

先将履带式全喂入联合收割机割台上的拨禾轮和分禾器拆卸下来，然后将割台上的割剪的传动带拆除（因为在捡拾过程中是不需要割台剪的），将捡拾器装在割台上，将主要动力输入端连上皮带。

在田间作业时，将收割机行驶到铺好的水稻路径前，将割台降低至相应位置，按照收割的习惯进行捡拾喂入脱粒收割，持续前进，完成连续作业。

1.2.2 与自走式打捆机配合工作

在田间作业时，将打捆机器行驶到水稻秸秆路径前，调整打捆机上草捆长度和草捆密度按钮，使压出来的草捆满足捡拾器捡拾所需要的长度和密度要求。合上工作离合器，机器开始运转、前进，捡拾器开始将地面的秸秆捡拾起来并抛向后方喂入打捆机，持续前进，实现连续作业。捡拾器安装方式如图2所示。

图1 捡拾器结构示意图

2 优化分析

2.1 弹齿优化

一般的直型弹齿弹力不好，在工作过程中不能将水稻及水稻秸秆全部弹抛起来，造成捡漏率较高，损失较大。优化后的弹齿结构能够大大提高弹齿在捡拾过程中的捡拾弹力，也能保证弹抛不会力度过大。弹齿优化结构如图3所示。优化措施：将弹齿指尖做成一定弧度，在捡拾过程中可以最大化地提高捡拾率；在后面弹簧部分加长一小截，对于提高弹力有很大的帮助[2,3]。

图2 捡拾器安装示意图

图3 弹齿优化后的结构示意图

2.2 主轴优化

对捡拾器的主轴进行适当优化，以减轻重量，方便农机手安装。优化措施：将捡拾器的主轴安装弹齿的那部分设计成空心轴，以减轻捡拾器的重量。优化后的主轴结构如图4所示。

图4 优化后的主轴结构图

3 仿真分析

3.1 建模及网格划分

根据一系列的精准计算，最终确定捡拾器主轴尺寸。利用SolidWorks对捡拾器主轴整体进行三维建模。为方便对主轴进行结构静力学分析，只建立主轴在主体部分的相应模型，并将其导入Ansys Workbench15.0中。图5为导入后的捡拾器主轴模型图。采用四面体网格进行划分，将试验机主轴划分为9 892个网格单元，以保证仿真分析的准确性和模拟的精确度。网格划分后的主轴如图6所示。

图5 主轴模型

图6 网格划分后的主轴

3.2 结果分析

该捡拾器主轴材料采用结构钢，设置捡拾器中间段的表面受力最大为1 000 N进行仿真。设置主轴旋转速度为2 500 r/min，两端轴承座处为摩擦固定支撑，所有旋转及受力均与实际作业情况相同。Ansys Workbench15.0仿真工艺参数设定好以后，通过模拟得到捡拾器主轴结构静力云图（见图7）。由图7可看出，表面接触应力最大值很小，且肯定在正常范围内，因此优化的结构可行。

结合捡拾器实际运行工况，从结构静力学的角度验证了优化后的捡拾器主轴的可靠性和可行性。优化样机如图8所示。

图7 捡拾器主轴云图

图8 优化后样机图

4 结语

随着我国农业和农村经济的快速发展，绿色农业技术应用水平不断提高，水稻秸秆产业化应用前景广阔，秸秆收集机械研发意义重大。对水稻收割和秸秆打捆机械捡拾器捡拾质量影响因素进行分析，为降低捡拾器漏拾率，保证水稻秸秆捡拾运动有效进行，对捡拾器主要结构进行优化，并进行模拟实际作业情况的仿真。仿真结果表明，优化后的全喂入联合收割机和打捆机两用捡拾器结构良好，性能优越，适宜在区域性农场和合作社推广应用。