稻谷秸稈聯(lián)合收獲一體機(jī)的設(shè)計(jì)

朱岱力 任 東 歐陽陵江

（湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410208）

稻谷秸稈聯(lián)合收獲一體機(jī)的設(shè)計(jì)

朱岱力 任 東 歐陽陵江

（湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410208）

隨著水稻秸稈利用率的不斷提高，稻谷、稻桿聯(lián)合收割機(jī)械的需求也在日益增強(qiáng)，在目前人們廣泛使用的全喂入水稻聯(lián)合收割機(jī)的基礎(chǔ)上，增加秸稈打捆機(jī)構(gòu)，一次性完成稻谷收割、脫粒、清選、入倉和水稻秸稈的壓縮、打捆等工序，提高了水稻秸稈的收獲效率，減少了機(jī)械進(jìn)田壓地次數(shù)，為水稻秸稈更好地回收利用奠定了基礎(chǔ)。

稻谷秸稈收獲一體機(jī)；工作原理；壓縮機(jī)構(gòu)；打捆機(jī)構(gòu)

引言

稻谷是人們生活的主要糧食作物，水稻秸稈是稻谷生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品。卻是一種用途非常廣泛的寶貴資源，除可以直接粉碎還田用作有機(jī)肥外，還可以收獲回收后進(jìn)行工業(yè)化利用。水稻秸稈是一種很好的木材代替品，可用來制造建材、造紙?jiān)系?；水稻秸稈具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，可以作為牛、羊、馬的飼料；水稻秸稈可以作為無公害食用菌的培養(yǎng)基種植蘑菇；水稻秸稈可以用作生物發(fā)電的原料等，從能源、沼氣、飼料、造紙到建材，可以說秸稈產(chǎn)業(yè)可深入人們生活的各環(huán)節(jié)[1]。

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的普及推廣，近年來人們逐漸擺脫了繁重的人工收獲稻谷，采用水稻聯(lián)合收割機(jī)收割。由于全國各地水稻種植的氣候、品種、稻田等條件差異，水稻秸稈收獲機(jī)械沒有得到廣泛的使用和推廣，特別是在田塊比較小的南方，人們最常使用的水稻收獲機(jī)械是稻麥全喂入聯(lián)合收割機(jī)，該機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，將稻谷收獲作為主要工作對象，水稻秸稈被揉碎拋棄在田間，要回收秸稈，需要進(jìn)行第二次作業(yè)，為此增大秸稈收獲的成本，降低農(nóng)民回收秸稈的積極性。以農(nóng)業(yè)大省湖南省為例，每年約有4000多萬噸農(nóng)作物秸稈，其中8成水稻秸稈，能綜合利用的為56.09%，還有43.91%的秸稈資源被廢棄或者直接焚燒，造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[2]。隨著人們環(huán)保意識和資源充分利用愿望的增強(qiáng)，人們急需經(jīng)濟(jì)適用的稻谷秸稈聯(lián)合收獲一體機(jī)。

為此我們在目前農(nóng)村使用最廣泛的全喂入水稻聯(lián)合收割機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了相應(yīng)的改裝，安裝秸桿收集打捆裝置，使其不僅具有稻谷收獲功能，還具有稻桿收集功能，為水稻秸稈的充分利用奠定了良好的基礎(chǔ)。

1、整機(jī)結(jié)構(gòu)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)方案

通常全喂入水稻聯(lián)合收割機(jī)由撥禾（扶禾）裝置、切割裝置、脫粒裝置、清糧裝置、動力行走部分、操縱裝置、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和輔助部件組成。分別完成撥禾與扶禾、切割、輸送、脫粒、清選、行走等工作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器收獲稻谷的功能。稻谷秸稈聯(lián)合收割一體機(jī)，是在全喂入水稻聯(lián)合收割機(jī)的基礎(chǔ)上，增加秸桿收集打捆裝置，以實(shí)現(xiàn)秸稈收集功能。秸桿收集打捆裝置由秸稈接收機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)構(gòu)、打捆機(jī)構(gòu)、卸料（禾桿）等機(jī)構(gòu)組成。

1.2 工作原理過程

稻谷秸稈聯(lián)合收割一體機(jī)的工作過程：撥禾輪首先將谷物放逐撥向割刀，讓割刀將谷物割倒，撥禾輪隨機(jī)將谷物推倒到割臺上，割臺輸送攪龍將割倒的谷物送到伸縮撥指機(jī)構(gòu)，撥指機(jī)構(gòu)把攪龍輸送的谷物拋至輸送槽，輸送槽的耙齒將送來的谷物從槽底源源不斷地輸送給脫粒結(jié)構(gòu)，谷物進(jìn)入脫粒機(jī)構(gòu)后，由于受到滾筒高速釘齒的打擊以及谷物在作螺旋運(yùn)動的過程中不斷地與凹板篩碰撞，大部分谷粒脫下，并通過凹板篩、清糧篩后落入集谷攪龍，經(jīng)揚(yáng)谷器拋送到糧箱包裝[3、4]。被脫粒機(jī)脫干凈谷粒的禾桿由于被凹板篩阻留無法通過篩孔，從出草口被滾筒釘齒拋出。拋出的禾桿被分批送入壓縮室，壓縮成草片，再被送到聚桿臺，當(dāng)草片達(dá)到一定量，通過打捆機(jī)構(gòu)將草片打捆，最后被卸下（見圖1）。

圖1 全喂入水稻聯(lián)合收割稻草打捆一體機(jī)的工作過程

1.3 主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)

（1）聯(lián)合收割機(jī)的型號（原機(jī)型）4LZ-160

排草方式：上排式

發(fā)動機(jī)功率（kw）： 37

喂入量(kg/s)： 1.5～2

行走速度：(m/s) 1～1.7

（2）秸桿收集打捆裝置的主要參數(shù)：

禾稈捆扎成型尺寸（mm）：280X280X300

壓縮后禾桿片密度(g/cm3)：0.2～0.3（新鮮秸稈）

秸稈壓緊力(MPa)：0.1～0.12

壓縮室尺寸（mm）：300X300X10000

活塞速度(轉(zhuǎn) /分)：240

聯(lián)合收割機(jī)的工作環(huán)境差、工作過程較復(fù)雜，所需平均功率是通過試驗(yàn)測定的，而儲備功率為平均功率1/3，因此收割機(jī)可以承受額外的負(fù)載，為秸桿收集打捆裝置提供動力。

2、水稻秸稈打捆機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)

增加的秸稈機(jī)構(gòu)主要包括：秸稈收集機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、壓縮裝置、打捆機(jī)構(gòu)、卸料裝置等組成部件的設(shè)計(jì)組成。由于是在現(xiàn)有的水稻聯(lián)合收割機(jī)上增加這些機(jī)構(gòu)，其空間、動力、整機(jī)的重心位置等均受到約束，在設(shè)計(jì)中更要注意零部件的尺寸、功率、結(jié)構(gòu)的合理性及實(shí)用性。

2.1 秸稈收集機(jī)構(gòu)：

秸稈收集機(jī)構(gòu)的功用是將水稻聯(lián)合收割機(jī)排除的稻草收集并分批送入壓縮室，我們在設(shè)計(jì)中借用上排草式全喂入水稻聯(lián)合收割機(jī)，在其上安裝秸稈收集機(jī)構(gòu)，完成接草——分批輸送給壓力室的過程。接草：直接將聯(lián)合收割機(jī)上排出機(jī)型排除的稻草收集在聚草箱里。通過動定刀片的秸稈分離器，即單支承切割將雜亂的稻桿按一定量分離，依次送至壓縮室。

2.2 壓縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：

為了減小秸稈的體積，便于運(yùn)輸，設(shè)計(jì)了壓縮裝置，在此裝置中，通過聯(lián)合收割機(jī)的傳動系統(tǒng)，將運(yùn)動傳出。根據(jù)小捆鮮草壓縮曲線［5］，新草的壓緊力為：F=1.36A·P=1.36×0.0282×0.12×106=127.9N（1.36為秸稈與壓縮室擠壓系數(shù)）；曲柄的轉(zhuǎn)速n=240(轉(zhuǎn)/分，通過變速機(jī)構(gòu)使送草次數(shù)與壓縮次數(shù)的比為1:1。

2.3 打捆機(jī)構(gòu)

2.3.1 打捆機(jī)構(gòu)的組成

打捆機(jī)構(gòu)是一個(gè)本機(jī)器的重要機(jī)構(gòu)，他的性能將直接影響著本機(jī)的使用性能，該機(jī)構(gòu)有捆繩制動器、防松桿，捆繩導(dǎo)管、打捆針、打結(jié)器、打結(jié)離合器、打結(jié)壓繩板和割刀片等組成。

2.3.2 打捆原理

如圖2所示，秸稈收集機(jī)構(gòu)將禾桿送入壓縮室，經(jīng)壓縮機(jī)構(gòu)壓縮的禾桿片經(jīng)輸送器送到聚桿臺和捆繩導(dǎo)向板之間，由打結(jié)器離合控制桿支持，當(dāng)聚集的禾桿片達(dá)到一定大小的捆束尺寸，打結(jié)離合器控制桿轉(zhuǎn)動，使打結(jié)離合器控制桿脫開，壓緊桿轉(zhuǎn)動并壓住草捆，確定草捆的尺寸，離合器開始轉(zhuǎn)動，帶動打捆針回轉(zhuǎn)，將捆繩繞在捆束上，捆繩被打捆針的頂端經(jīng)打結(jié)嘴移動打結(jié)器壓繩板上，與開始被夾持的捆繩頭一起扎緊，至打結(jié)器回轉(zhuǎn)一周后，結(jié)束打捆動作，分割板推出捆束，并關(guān)閉打結(jié)器控制桿，等待下一次捆草的聚集[6～7]。

圖2 打捆原理

2.3.3 打捆繩的線路

如圖2捆繩的一端經(jīng)捆繩制動器、防松桿彈簧、打捆針、再經(jīng)過打結(jié)嘴下面的打結(jié)器壓繩板的夾持，等待莖稈片進(jìn)入聚桿臺和捆繩導(dǎo)向板之間。

3、結(jié)束語

根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路，制造的水稻聯(lián)合收割秸稈打捆一體機(jī)，能在原有的全喂入水稻聯(lián)合收割機(jī)的稻谷收割基礎(chǔ)上，增加秸稈打捆功能。它結(jié)構(gòu)緊湊，便于操作和維護(hù)，打捆可靠?？梢源蟠蠼档偷静莼厥盏某杀?，增加農(nóng)民回收稻草的意愿，提高農(nóng)民收入，為開展稻桿資源綜合利用打下良好的基礎(chǔ)。

[1]朱岱力任東羅永新水稻秸稈綜合利用與收獲機(jī)械發(fā)展關(guān)系的思考[J]中國農(nóng)機(jī)化2011.2.(234)28～30

[2]佚名.湖南秸稈綜合利用前景喜人未來5年投146億[EB/OL].http://news.aweb.com.cn/2009/9/3/117200909030937890.html.

[3]農(nóng)業(yè)部農(nóng)墾局機(jī)務(wù)處.谷物聯(lián)合收割機(jī)實(shí)用手冊[M].北京.北京科學(xué)技術(shù)出版社.1988

[4]湯楚宙 水稻聯(lián)合收割機(jī)原理與設(shè)計(jì)[M].湖南：湖南科學(xué)技術(shù)出版社.2002

[5]朱岱力任東羅永新.壓縮打捆的稻草密度試驗(yàn)分析 [J].農(nóng)機(jī)化研究 2011.8.127～129

[6]肖立晶、劉殿才、陳剛等.小型手扶水稻割捆機(jī)研制[J]黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào).2002.9.（14）51～54

[7]郭占斌等.小型手扶水稻割捆機(jī)總體設(shè)計(jì) [J].農(nóng)機(jī)化研究.2000.5.59～62

Design of a Rice-and-straw-stalk Combine Harvester

ZHU Dai-li REB Dong OUYANG Ling-jiang
(Hunan Industry Polytechnic,Changsha,410208，Hunan)

The rising demand for higher efficiency in rice straw harvesting requires more efficient rice-and-straw-stalk combine harvesters.A new design improvement for the existing industrial whole-feed rice combine harvesters is discussed in this paper.The improvements dramatically expand the capabilities of the current whole-feed rice combine harvesters,allowing it to cut,thresh,clean,and store grains all in one machine.Additionally,the harvester can compress and bundle strawstalks simultaneously,greatly improve its operational efficiency and throughput.

rice-and-straw-stalk combine harvester;principle of operation;compression mechanism;bundle mechanism

S225.4

A

1671-5004（2011） 05-0001-02

2011-8-11

湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2009NK3146）

朱岱力（1960-），女，湖南長沙人，湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，研究方向:機(jī)械加工及農(nóng)業(yè)機(jī)械。