牧神4YZT-8 型玉米双纵轴流籽粒收获机的研制

张俊三，徐玉龙，李远良，李谦绪，高森德，沈晓凯

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆乌鲁木齐 830026）

0 引言

国家统计局数据显示，2020 年中国玉米播种面积为4 126.4 万hm2，产量为2.6067 亿t，为了填补国内不断扩大的粮食供应缺口，重点扩大了东北以及黄淮海地区的玉米播种面积。我国现阶段大部分地区玉米收获时玉米籽粒含水率在25%～35%，收获时籽粒破损严重，目前高含水率籽粒收获技术还不成熟、收获质量参数在线检测传感器缺乏、智能化程度相对较低。

针对以上现状，我公司结合国家十三五重点研发专项“玉米收获技术与智能装备研发”，开发了牧神4YZT-8 型高含水率玉米双纵轴流籽粒收获机，挂接宽幅玉米折叠式收获割台，集成玉米收获智能控制系统、低损喂入装置、双纵轴流高效低损脱粒系统、静液压驱动底盘等，实现高含水率玉米籽粒的高效、低损收获，对推进我国自主知识产权、农机装备技术水平提升和产业发展具有积极的促进作用。

1 结构及工作原理

1.1 结构

牧神4YZT-8 型高含水率玉米双纵轴流籽粒收获机，可在玉米籽粒含水率25%～35%情况下实现玉米籽粒的高效、低损和智能化收获。

该机主要由割台、驾驶台、过桥、前桥总成、轴流滚筒及凹板、承种盘、风扇、搅龙、横梁、清选上下筛、转向桥总成、左右机架、尾架、尾罩、液压系统、排草轮、发动机、粮箱、粮食升运器、杂余升运器、驾驶室、电器系统等工作部件组成，结构如图1[1-2]。

图1 4YZT-8 型高含水率玉米双纵轴纵流籽粒收获机结构

1.2 工作原理

工作时，将玉米折叠收获割台展开，根据玉米生长状态和籽粒水分将收获机工作部件的相应参数调节到最佳收获状态。

收获时通过玉米收获割台的对刀式拉茎辊将玉米果穗从植株上拉下来，在割台拨禾链的作用下将玉米果穗输送到过桥口，通过过桥输送链耙喂入轴流滚筒进行脱粒和分离，玉米籽粒和碎草等通过滚筒凹板筛孔进行分离，进入清选系统，在风机和鱼鳞筛的作用下，清选干净的玉米籽粒通过粮食升运器进入粮箱，没有清选干净的物料通过杂余升运器进入轴流滚筒进行复脱，滚筒内的玉米茎秆、苞叶以及玉米芯等混合物在排草轮的作用下排到机体外。

该机具设计时主要针对玉米籽粒的机械化收获，一次作业可完成对玉米的收割、脱粒、清选分离和籽粒输送等，通过更换不同收获割台、喂入输送装置和脱粒凹板，调节脱粒滚筒与凹板之间的间隙、脱粒滚筒的转速、鱼鳞筛片的开度大小以及风量大小等，也可兼收小麦、水稻、高粱和大豆等农作物，一机多用，性价比高。

2 主要技术参数

3 主要技术特点

（1）宽幅玉米折叠式收获割台。折叠式玉米收获割台通过液压油缸和电磁阀控制将左右两段向中段上方折叠，提高道路运输和田间转移的通过性。割台采用闭式液压系统控制，可以实现割台正反转控制和拉茎辊转速无极调节；通过在割台和过桥处加装角度传感器和仿形机构，可实现割台仿形控制和割茬高度控制。

（2）高含水率玉米低损喂入技术。研究过桥结构及柔性输送方式，开发出喂入一体式过桥结构；采用上喂入方式，过桥被动输送辊中心下沉，低于割台搅龙，减少输送过程中对玉米籽粒的损伤；过桥主动辊中心上移，高于脱粒滚筒喂入口，消除脱粒滚筒喂入死角造成的籽粒损伤；链耙采用柔性橡胶材料，降低输送过程中对果穗的损伤；实现与割台快速挂接，具有很好的通用性，操作简便，挂接可靠。

（3）双纵轴流高含水率玉米籽粒高效、低损脱粒技术。双纵轴流高含水率玉米籽粒脱粒装置主要包含脱粒滚筒、脱粒凹板以及顶盖等。本机脱粒滚筒采用挤搓板齿式低损脱粒原理，区别于国内外常用的纹杆钉齿组合及钉齿式强制脱粒方式，通过板齿式脱粒滚筒旋转实现对玉米果穗的挤搓脱粒分离，脱粒板与玉米果穗相对柔性接触，解决了常用纹杆钉齿滚筒靠钉齿强制脱粒造成的籽粒破碎率大，特别是高含水率情况下玉米籽粒破碎严重的技术难题，显著降低高含水率作业条件下的玉米籽粒破碎率，提升机具的作业质量和效率。优化凹板的结构型式与分离面积，研制圆钢与钢丝栅格混合式凹板，并通过电控调节装置方便快捷地进行凹板间隙调节，降低籽粒破碎率。采用导向板角度可调式顶盖，显著提升高产田及高含水率玉米的收获效果，研究不同含水率条件下玉米籽粒破损率与滚筒转速的关系，实现脱粒滚筒转速无极调控，降低玉米籽粒破碎率及损失率。

（4）高效大风量清选分离技术。通过研究风机类型、风量大小以及鱼鳞筛对清选系统的影响，确定风机类型以及清选筛结构型式，以提高籽粒的清洁度和降低清选损失。通过对比试验，本机采用蜗壳式离心风机和长孔鱼鳞筛，风机风量大小和鱼鳞筛的开度均采用电控调节，调控方便快捷。

（5）整机智能化控制技术。整机智能化方面，开发以降低玉米收获损失为控制目标的自适应控制技术和系统；开发基于CAN 总线控制的一体式操控平台。通过拉茎辊速度控制与割台正反转控制、割台割茬控制以及割台仿形控制摘穗损失；通过脱粒滚筒的扭矩、转速管路压力以及行走速度数据时时检测，实现喂入量自适应控制；通过破碎率传感器和粮食损失传感器反馈的在线监测数据，电控调节脱粒凹板间隙、清选风机风量和鱼鳞筛的开度大小，降低籽粒破碎率和籽粒损失率，通过加装GPS 辅助驾驶系统，减轻驾驶员的劳动强度。

4 试制与试验

通过对以上关键技术及装置和集成智能控制系统的研究，研制出牧神4YZT-8 型高含水率玉米双纵轴流籽粒收获机。

2017 年8 月，由新疆牧神机械有限责任公司承担并试制完成了第一台自走式玉米籽粒收获机样机。同年9月在伊犁霍城县芦草沟镇对不同玉米种植品种进行了田间收获试验，实际作业天数20 天，累计试验86.67 hm2，在玉米籽粒含水率低于25%的情况下总损失率为1.35%，籽粒破碎率为2.47%，籽粒含杂率为1.38%，主要性能指标都优于国家标准，收获效果较好，并顺利通过了新疆自治区农牧业质量鉴定站的委托检验。但该机在智能化控制方面还存在许多问题，玉米籽粒含水率在28%～35%的情况下籽粒破碎率大于4%，高于项目任务≤4%的指标要求。

后续进行了多轮样机的优化设计和技术改进，先后在新疆安宁渠镇和五家渠军户农场进行多次田间试验，在昌吉榆泉农场参加了国家重点研发计划“西北耐密高产抗旱玉米新品种培育”项目玉米新品种及配套技术展示与示范，累计收获233.33 hm2，作业速度3.85～6.5 km/h，玉米籽粒含水率22%～35%，玉米籽粒破碎2.3%～3.89%，总损失率0.49%～1.46%，籽粒含杂率0.84%～1.12%，平均单位面积燃油消耗量48 kg/hm2，生产率为0.69hm2/h，作业有效度98%，测试试验条件和试验数据如表1 和表2。

表1 试验条件

表2 试验数据

图2 样机田间试验与推广示范

从试验效果来看，作业质量指标、籽粒破损率、总损失率、籽粒含杂率等主要性能指标均优于项目预期的技术指标和国家标准，加装的智能控制的设备均达到预期的试验效果，但传感器的可靠性、控制数据算法、智能化控制调控策略等方面还需继续优化改进。

通过本项目产品的研制及推广应用，缩短与国外同类产品的技术差距，改变我国大型玉米籽粒专用收获机以来进口的现状，对推进我国自主知识产权农机装备技术水平提升和产业发展具有积极的促进作用，实现我国在粮食机械化收获提出的提质增效、降低损失的目标。