以川丰系列小四轮拖拉机为动力的四川省丘区青贮玉米收获机研制

彭晓琴 徐 一 欧之福 魏鼎才 随顺涛 万先起

（四川省农业机械研究设计院，四川成都 610066）

青贮玉米是指需要通过青贮工艺发酵和贮存用于家畜饲料的带穗叶玉米秸秆。玉米青贮具有饲料来源广、成本低、加工制作工艺简便等优点。当前，我国养牛业快速发展，畜牧饲料供不应求，青贮玉米迎来发展契机，成为养牛业重要的粗饲料来源，也是我国奶业发展的重要支撑。

四川省是典型的丘区省份，丘区耕地面积约占全省总耕地面积的60%。四川省适合玉米种植，是西南地区唯一的全国玉米种植基地省；玉米种植面积近140万hm2，产量超过760万t，居全国前10位，为四川省委、省政府重点打造的“川猪”“川酒”等特色产业提供了重要保障[1]。青贮玉米的种植经济效益较籽粒玉米好。据宣汉县测算，与常规玉米相比，全株利用带苞青贮玉米比单纯收获常规玉米籽实单位面积经济效益提高8 400～10 800元/hm2，用青贮玉米饲喂奶牛产奶量要比用籽粒玉米饲喂奶牛产奶量高1 339.5 kg/hm2[2]。基于国家粮改饲政策导向以及青贮玉米较好的经济效益，四川省青贮玉米种植面积达20万hm2以上，青贮玉米种植面积和青贮饲料产量呈逐年递增趋势[2]。

青贮玉米生产主要包括耕整地、施基肥、播种、田间管理（植保、排水防涝、灌溉抗旱、施追肥）、收获、青贮等环节。调研发现，青贮玉米生产的大部分环节基本实现机械化，但收获时间短、工作量大、劳动强度大、运输强度大。收获环节是青贮玉米生产的关键环节，也是四川省丘区青贮玉米机械化生产的薄弱环节。在当前农村劳动力短缺、劳动力价格居高不下的情况下，青贮玉米生产迫切需要机械替代人工进行收获作业。国内现有青贮玉米收获机械以大中型机械为主，适宜集中成片、土壤湿度不大的耕地，且价格高，难以适应四川省丘区地块小、分散不集中、雨水多、土壤潮湿的特点。因此，迫切需要研发适宜四川省丘区的青贮玉米收获机。

川丰系列小四轮拖拉机是四川省开发的丘陵山区典型实用动力机械，已有30～40年历史，市场保有量巨大，高峰时期年产5万～6万台，目前每年也有万余台的需求，是被多年实践证明适宜四川省丘区使用的动力机械。随着科技的进步，川丰系列小四轮拖拉机动力增加到25 kW以上，29.42 kW小四轮拖拉机已投入使用。但是，川丰系列小四轮拖拉机过去主要用于丘区运输，用于农业生产的配套农机具非常有限，难以充分发挥现有大量的川丰系列小四轮拖拉机的作用。研制以川丰系列小四轮拖拉机为动力，集收割、切碎、揉丝功能于一体，适宜四川省丘区耕地特点的自走乘坐式青贮玉米收获机，既可为丘区青贮玉米收割提供有效途径，又能增加川丰系列小四轮拖拉机配套机具，拓展其用途，充分发挥川丰系列小四轮拖拉机保有量大、价格实惠、适宜丘区使用的优势。研制青贮玉米收获机，有利于解决四川省丘区青贮玉米收获难的问题，有利于提质增效，有利于促进四川省青贮玉米机械化生产。

1 主要技术内容

根据青贮玉米收获必需的收割、切碎、揉丝3个基本流程，结合川丰系列小四轮拖拉机的特点，设计青贮玉米收获机的总体结构，细化、优化本机收获青贮玉米的详细工艺流程。根据工艺流程进一步优化改进青贮玉米收获机的总体结构。确定总体结构和工艺流程后，进行主要部件设计，包括锥形双圆盘式割台设计、过桥输送机构设计、粉碎揉丝机构设计和抛送机构设计等。完成设计工作后，试制青贮玉米收获机样机，开展试验和样机优化改进。

1.1 总体结构设计

以川丰系列小四轮拖拉机为动力的青贮玉米收获机，总体结构设计为：底盘采用川丰系列小四轮拖拉机底盘，该底盘为4×2轮式、皮带传动、半架结构，起动电瓶后置；配套动力采用常柴29.42 kW单缸柴油机（电起动）。青贮玉米割台前置，采用锥形双圆盘式割刀，设计安装在川丰小四轮拖拉机前面。割台后侧依次设计安装过桥输送机构、粉碎揉丝机构、抛送机构。粉碎揉丝机构采用滚筒式切刀设计，抛送机构由粉碎揉丝机构带动，粉碎揉丝机构高速转动产生的风把粉碎揉丝后的青贮玉米草料抛送至拖拉机后方的料箱。收割揉丝抛送部件整体结构设计如图1所示。

图1 收割揉丝抛送部件整体结构

1.2 收获作业流程优化设计

全株青贮玉米通过割台切割后，经立式锥形刀滚拨至过桥输送机构，过桥输送机构将青贮玉米段压紧压实后输送至粉碎揉丝机构粉碎，青贮玉米粉碎后由抛送机构抛送至后置料箱。料箱装满后，通过液压机构翻至运输机械货箱，完成一次收割揉丝作业（也可通过项目青贮玉米收获机运输至后续作业场所）。青贮玉米收获作业流程如图2所示。

图2 青贮玉米收获作业流程

1.3 主要部件设计

1.3.1 锥形双圆盘式割台设计。由图3可知，锥形双圆盘式割台主要由喂入倾禾器、驱动箱、输入链轮和切断拨禾圆盘轮等零部件组成，左侧驱动箱和右侧驱动箱内有传动锥齿轮。该割台收集、切割青贮玉米，并在拨禾轮的扶持作用下使青贮玉米段进入过桥输送系统。

图3 割台切送机构

1.3.2 过桥输送机构设计。由图4可知，过桥输送机构主要由左右侧壁焊合、前下喂入辊、中下喂入辊、前上浮动辊、后上浮动辊、光辊、传动链轮、齿轮等零部件组成，将切割后的青贮玉米由割台部分输送至粉碎揉丝机构。前下喂入辊的高低位置可通过防缠圈固定位置来实现，调整时左右两侧高度一致，不与切断拨禾圆盘轮干涉。

图4 过桥输送机构

1.3.3 粉碎揉丝机构设计。由图5可知，粉碎揉丝机构主要由粉碎室壳体、过渡板、滚筒式秸秆粉碎器轴、定刀等零部件组成，作用是将进入的青贮玉米（已经过割台切割）进行茎秆切碎、粉碎揉丝，形成青贮玉米草料，并将草料送入抛送机构。滚筒式秸秆粉碎器轴与粉碎室壳体不相互干涉。由图6可知，滚筒式秸秆粉碎器主要由定刀片、动刀片、螺栓、轴组成。

图5 粉碎揉丝机构

图6 滚筒式秸秆粉碎器

1.3.4 抛送机构设计。由图7可知，抛送机构主要由抛送风箱、导料筒组合体、方向板等组成，通过抛送风箱与导料筒组合体，将从切碎机构输送进入的草料导入运输车或粮仓。

图7 草料抛送机构

1.4 其他设计注意事项

为了确保以川丰系列小四轮拖拉机为动力底盘的青贮玉米收获机车身稳定和使用安全，在设计时应注意以下几方面。一是设计时充分考虑重心位置，合理布局，将割台、过桥输送机构、粉碎揉丝机构、抛送机构、料箱等装置的重心布置在川丰系列小四轮拖拉机中心线上或中心线附近。二是设计时保持车身重心较低。①割台位于最前面，重心比粉碎揉丝机构重心低；粉碎揉丝机构重心比川丰系列小四轮拖拉机坐凳低。②设计导料筒时，在确保输送畅通的前提下，缩小尺寸、降低高度和重量。③设计料箱时，在确保料箱容积的前提下，降低料箱高度和重心。

2 样机试制与试验

通过与农机生产企业合作，成功试制了以川丰系列小四轮拖拉机为动力的四川省丘区青贮玉米收获机样机（图8）。经第三方检测机构检测，样机收割幅宽80 cm，割茬高度14.9 cm，生产率为4.1 t/h，切碎长度1.5～3.0 cm，玉米籽粒破碎率高于90%。样机实现了青贮玉米收割、切碎、揉丝一体化收获作业，基本达到研制要求。

图8 以小四轮为动力底盘的青贮玉米收获机

3 存在的问题及改进措施

3.1 存在的问题

一是青贮玉米收获机车身较长，下地时需要较好的道路条件[3-4]。二是四川省秋、冬季节容易出现阴雨连绵的天气，导致土壤潮湿。由于青贮玉米收获机重量不够轻，且川丰系列小四轮拖拉机前轮较小，土壤太潮湿，导致其可能会陷在地里。

3.2 改进措施

研究人员将进一步优化设计青贮玉米收获机的结构。为了减少机身重量和长度，采取以下措施。一是不再设计料箱，将抛送机构向后置料箱抛送改进为向车身侧面抛送，三轮车或农用车跟随在收获机旁，暂存和运输收获的青贮玉米饲料。二是优化设计收割、揉丝、抛送部件整体结构，使其尺寸更小、重量更轻。通过减轻车身重量和长度[5]，提高青贮玉米收获机对道路和耕地的适应能力，促进四川省丘区青贮玉米机械化生产。