玉米割台扶倒器的改装设计

李洪涛，曹 瑞，李渤海，胡 军

(1.黑龙江省长水河农场，黑龙江 北安 164007；2.黑龙江八一农垦大学 工程学院，黑龙江 大庆 163319)

0 引言

2020年夏末，东北地区遭受多年未见的台风灾害，半个月内连续遭遇“巴威”“美莎克”“海神”三次侵袭，大面积的降雨和狂风使东北地区高秆作物，特别是玉米生长受到严重影响，东北地区1 700万hm2玉米，至少三成出现倒伏现象，减产1 500万t以上。为了应对极端天气对生产的影响，减少玉米收获损失，许多农机厂家和机务工作者对现有玉米割台或玉米收获机进行改装设计，提出多种玉米扶倒器的改进方案，这些改进，一定程度上提高了玉米收获机的收获质量。建设农场位于黑龙江省北安市东南部，年有效积温在2 100～2 350 ℃，年降水量600～700 mm，无霜期110～120天。适宜优质大豆、玉米、小麦等作物生长。建设农场拥有耕地1.65万hm2，常年玉米种植量在0.7万hm2左右，保有约翰迪尔9670型联合收获机、约翰迪尔S660型联合收获机、约翰迪尔S680型联合收获机等大型收获机共计32台，玉米收获割台有国产天人玉米割台4台、进口约翰迪尔608C玉米割台4台、进口约翰迪尔612C玉米割台5台。

2020年建设农场种植0.7万hm2玉米，罕见的极端天气给玉米生产造成了极大影响，造成当地玉米大面积不同程度的倒伏，倒伏面积超过0.47万hm2。其中10%的玉米倒伏程度接近0°，30%的玉米倾斜达到30°，30%玉米倾斜40°～50°。传统的玉米割台如不能有效的将倒伏的玉米茎秆扶直，就会造成摘棒损失减产。因此建设农场的农机工作者对农场常用的三种玉米割台提出四种改进方案，为减少倒伏农作物的收获损失和未来玉米收获机的改进设计提供参考。

1 玉米割台的结构原理

现有玉米收获机型主要包括自走式、悬挂式、牵引式、对行、不对行、单行、多行等形式。在东北地区由于耕地多、地块面积大、收获期短等原因，收获时多采用多行不对行联合收获这种效率高的作业方式。玉米联合收获是指使用玉米联合收获机单次完成切割、摘穗、剥皮、脱粒、清选和秸秆还田的工作[1-5]，其优点是效率高、损失少适用东北地区作业。玉米割台是玉米联合收获机的关键部件之一，割台性能直接影响整机的工作性能[6-8]。玉米收获作业时玉米割台必须具备籽粒收获损率失小、籽粒破损率小、玉米茎秆不折断等特点。目前，国内玉米割台常用有龙爪型摘穗辊式(图1a)、六棱辊+摘穗版式(图1b)、四棱刀+摘穗板式(图1c)、双辊组合式(图1d)四种方式。

图1 玉米联合收割机割台实物图

玉米联合收获机在进行收获作业时，植株首先在分禾器的作用下，精确进入扶禾链固定并使玉米茎秆运动至拉茎辊之间，联合收割机前进同时拉茎辊使玉米植株向割台下方和后方运动，当玉米穗棒运动至拉茎辊时，由于拉茎辊间隙远小于玉米穗直径，玉米穗棒在拉力的作用下脱落，并在扶禾链的输送下运至螺旋输送器，经过螺旋传动进入喂入口，在玉米联合收获机脱粒滚筒的作用下进行脱粒、清选等后续作业环节，而玉米茎秆被割台下方旋转的割刀粉碎[9-10]。建设农场现有石家庄天人、约翰迪尔608C、612C玉米割台，都属于六棱辊+摘穗板式玉米割台，如图2所示。这类割台与约翰迪尔S660等进口收获机组合使用，具有可不对行收获、摘穗平稳有序、断秆少、不掉棒、可收一般程度倒伏玉米、可靠性高等特点，正常收获条件下工作时速可达12 km·h-1，一班次可作业40～50 hm2。

1.拉茎辊；2.分禾器护罩；3.扶禾链；4.螺旋输送器；5.喂入口

2 改进方案

2.1 原因分析

联合收获机收获玉米在正常作业条件下，植株与地面呈垂直状态，土壤在根部对玉米植株形成约束，玉米茎秆可进入割台使收获机正常作业。当玉米植株倒伏出现倒伏现象时玉米茎秆与地面约束较小，并且玉米茎秆和地面夹角变小。当玉米茎秆与地面夹角小于45°时玉米收获将受到影响，当倒伏夹角小于30°且无任何扶禾装置时，扶禾链无法捡拾起玉米植株，拉茎辊无法锁定玉米茎秆，致使玉米无法收获。

2.2 改装方案

建设农场为了应对极端天气影响减少玉米收获损失，针对东北地区常用玉米收获机割台提出了四种改装方案。

2.2.1 方案一

约翰迪尔608C、612C型玉米割台为原装进口割台安装有电传感器，可实现高低自动调节，同时该机器收获时割台前倾角设定合理可最大限度降低收获高度不易拖堆。针对该割台采用在玉米割台导流护罩加装扶禾器的方法(图3)。扶禾器可使倒伏的玉米茎秆在收获机前进过程中被动受力并被扶起，并沿着导流护罩方向前进，增大与地面的角度，达到扶禾链拾起条件被拉茎辊锁定进行正常作业。同时在玉米导流护罩底部安装滑板增大接地面积，避免玉米导流护罩尖部因角度过大造成触地使部件损害无法作业。安装滑板后可最大限度地将玉米割台下降到离地最低位置，最大限度地将倒伏玉米收起。这种方案对倒伏不太严重，与地面呈40°～50°的倒伏玉米效果最好，扶倒率能达到100%，该种方式改装简单易行，成本低，每行改装费用仅需120元。

2.2.2 方案二

在玉米割台上安装较长割台导流护罩(图4)，导流罩长度达到150 cm，开口角度跟随分禾护罩宽度而定。这种更长更细的分禾护罩能最大限度伸入倒伏玉米下部，在收获机前进作业时玉米茎秆沿加长的护罩壁做相对运动，逐渐提高离地角度，引导进入扶禾链、拉茎辊，完成后续作业。这种方案对倒伏较严重，与地面呈20°～30°的倒伏玉米效果最好，扶倒率能达到95%以上。其改装方式简单，结构尺寸较大，成本低，每行改装费用仅需100元。

图4 玉米割台加装长导流护罩图

2.2.3 方案三

石家庄生产的天人割台由于其自重较重，割台导流护罩材质为玻璃钢，易破碎的特点，提出了在玉米割台导流护罩上部安装前倾的螺旋推进器方案(图5)。该方案需要安装变速箱、螺旋推进器、万向节等部件，通过联合收获机传动系统带动倾斜的螺旋输送器转动，胁迫玉米茎秆沿着螺旋推进器的角度逐渐升高喂入割台，玉米茎秆被扶禾链拾起后进入正常作业环节。同时，要改进原有滑板，将滑板角度增大前伸，最大限度降低割台高度，使玉米茎秆能顺利进入螺旋推进器中。这种方案对倒伏严重，与地面贴近的玉米效果最好，扶倒率能达到90%以上，但改装方式较为复杂，需要单独传动，成本高，每行改装费用约5 000元。

图5 玉米割台加装螺旋推进器图

图6 玉米割台加装扶禾轮图

2.2.4 方案四

在玉米割台上部安装专用的扶禾轮，通过扶禾轮辅助作用改变玉米茎秆和地面角度，使玉米茎秆扶正，达到收获作业要求。该扶禾轮圆周方向为三排梳齿，每齿间夹角120°，拨禾尺长度为60 cm，呈圆弧形状设计。这种方案对倒伏状态40°～50°玉米效果较好。扶倒率能达到90%以上，但改装较为复杂，需要加装扶禾轮，单独传动，成本较高，每行改装费用约2 800元。

2.3 方案评价

在2020年秋收过程中，建设农场提出的四种割台扶倒方案在玉米收获过程中均获得了较好的效果，尽可能减少玉米收获的损失，每种改装方案适应玉米割台机型不同且均有优势和不足之处。

表1 玉米割台方案对比表

3 结论

(1)建设农场根据玉米割台结构和玉米倒伏状况，通过改变倒伏玉米离地间隙和角度的方法提出了不同的玉米割台扶倒器的改进方案。

(2)在秋收作业中通过生产实际作业，验证了在玉米割台上增加扶禾器+滑板、增加螺旋推进器、加长的分禾导流护罩+滑板、增加拨禾轮四种方案都具有良好的作业效果。以上四个改进方案的实际应用和作业效果来看，倒伏不严重的地号，方案一“扶禾器+滑板”即可解决倒伏的收获难题，较严重的地号就要采取方案二+方案三“螺旋推进器加加长的分禾导流护罩”的方式解决。如出现横向倒伏严重的地号，喂入困难时还要加装方案四进行辅助推进。

(3)通过上述改装方案使用，建设农场当年减少玉米田间损失30%，作业效率提高20%。减少人工成本80 元·(667 m2)-1，综合效益达到了260 元·(667 m2)-1。

建设农场玉米割台扶倒器的改进方案保证了农业的丰产丰收，为农业生产应对特殊天气情况收获作业提供新思路，也为其他地区从事农业生产机务人员提供参考。