4SY–2.0型自走式油菜割曬機的設(shè)計與試驗

王修善，劉大為，李旭，謝方平，吳明亮，羅海峰

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128；3.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128）

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4SY–2.0型自走式油菜割曬機的設(shè)計與試驗

王修善1，3，劉大為1，3，李旭1，3，謝方平1，2，3*，吳明亮1，2，3，羅海峰1，2，3

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128；3.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128）

針對現(xiàn)有油菜割曬機存在配套機具要求高、田塊環(huán)境與油菜植株差異導致的適應(yīng)性差問題，在對油菜植株順利切割進入輸送通道、有序攤鋪條件進行分析的基礎(chǔ)上，模塊化設(shè)計了4SY-2.0型油菜割曬機。該機大模塊包括動力裝置、行走裝置、工作裝置、操控裝置。動力裝置為小型履帶底盤，兼具良好的通過性能和操作性能；工作裝置為可垂直升降的立式割臺，可根據(jù)地形和油菜植株情況實時調(diào)整割茬高度。工作時，油菜植株被切割后，在割臺輸送鏈組的作用下直立向側(cè)邊輸送，并在割臺側(cè)邊攤鋪。田間試驗結(jié)果表明，作業(yè)過程中油菜植株輸送順暢，攤鋪整齊有序，鋪條寬度、厚度均勻，測得鋪放角平均值98.2°，鋪放角度差平均值10.5°，鋪層平均高度416.6 mm，鋪放平均寬度1 207.6 mm，作業(yè)質(zhì)量滿足作業(yè)要求。

油菜割曬機；立式割臺；小型履帶底盤；撥禾星輪；分禾器

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現(xiàn)有油菜機械化收獲主要有分段收獲與聯(lián)合收獲2種方式。分段收獲是先割曬，再撿拾脫粒作業(yè)，或把油菜莖稈轉(zhuǎn)移到其他場地進行脫粒作業(yè)，這種作業(yè)方式對作物的適應(yīng)性較強，收獲時間早，適收期長且能減小收獲損失率［1-2］，還能為雙季稻及早騰地，保證后熟作物正常生產(chǎn)。

曹震等［3］、金鑫等［4-5］、李平等［6］設(shè)計了4SY-1.8型油菜割曬機，其工作部件主要由橫向輸送裝置和縱向輸送裝置構(gòu)成，工作時掛接在高地隙的東方紅400H型拖拉機上，油菜莖稈從拖拉機底盤下實現(xiàn)中間條鋪。金誠謙等［7-8］設(shè)計研制了 4SY-2.0型油菜割曬機，該機為臥式割曬機，作業(yè)時與聯(lián)合收割機底盤配套，能夠?qū)崿F(xiàn)油菜的側(cè)向條鋪作業(yè)。廖宜濤等［9］針對南方田塊小的特點，設(shè)計研制了掛接于手扶拖拉機作業(yè)的4SY-1.8型手扶式油菜割曬機，該機主要由切割裝置、中間分禾裝置、導向鋪放裝置組成，中間分禾裝置為豎割刀，作業(yè)時將交錯的油菜分枝從割曬機前面分離，割倒后從兩邊進行鋪放。為更好地有序鋪放，金誠謙等［10］設(shè)計了一種鏈式撥指輸送裝置，該裝置主要由鏈條、撥指、導軌等機構(gòu)組成，能實現(xiàn)油菜秸稈魚鱗狀鋪放，便于后續(xù)撿拾作業(yè)。從試驗效果來看，上述機型在切割條鋪的功能上均取得了一些突破，大都能夠?qū)崿F(xiàn)油菜割曬時條鋪或攤鋪作業(yè)，但在實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)存在配套機具要求較高、田塊環(huán)境及油菜植株差異對割曬效果影響較大、操作復雜等問題。

基于此，在吸收有關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合南方油菜種植的特點，筆者研制了4SY-2.0型自走式油菜割曬機。該機采用小型履帶底盤為行走裝置，機動靈活，具有良好的通過性能，能較好地適應(yīng)南方小田塊和丘陵山地作業(yè)；工作部件為立式割臺，有別于上述已有機型的臥倒輸送和條鋪作業(yè)，能實現(xiàn)油菜的快速切割、直立輸送和側(cè)向攤鋪作業(yè)，同時割臺在豎直方向上可實現(xiàn)無角度變化升降，適應(yīng)不同地形和油菜植株情況，保證鋪條整齊有序?，F(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1　總體結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)指標

1.1整體結(jié)構(gòu)及工作原理

按功能模塊化設(shè)計，4SY-2.0型自走式油菜割曬機主要由行走裝置、動力傳動裝置、操縱裝置、割臺升降裝置、立式割臺組成，整機結(jié)構(gòu)如圖1所示。行走裝置為履帶底盤。割臺升降裝置由液壓裝置、平行四邊形框式升降機構(gòu)組成，位于機架前方，立式割臺掛接于割臺升降裝置前方，主要由割臺機架、扶禾器組件、撥禾星輪、分禾裝置，輸送鏈組、主切割裝置等組成。設(shè)計前后2套操作裝置，乘坐時可通過操作臺手柄操控機器，不便乘坐時，人隨機器行走，可以利用后置操作裝置操控機器。

田間作業(yè)時，動力經(jīng)傳動系統(tǒng)分別輸送至行走裝置和割臺，驅(qū)動機器行走和割臺各工作裝置的運動；在分禾裝置的作用下，機器正前方待割與側(cè)邊交疊區(qū)域相互纏繞的油菜植株被剪斷分開，從而將不割的油菜植株推開；機器正前方的油菜植株在扶禾器和撥禾星輪的作用下被撥向割臺，被主切割裝置割斷；割斷后的油菜植株在撥禾星輪作用下，進入由扶禾器和割臺機架組成的輸送通道，在扶禾器組件和上、中、下3條帶撥指的輸送鏈共同作用下向割臺一側(cè)的排禾口輸送。離開割臺后，油菜植株借助重力和慣性的作用，下端先著地，上端后倒向地面，在割臺一側(cè)形成條狀攤鋪。

圖1　4SY–2.0型自走式油菜割曬機的結(jié)構(gòu)Fig.1 Sketch diagram of the windrower

1.2技術(shù)指標

結(jié)合相關(guān)標準［11］及后續(xù)油菜撿拾機作業(yè)要求［12-13］，設(shè)計4SY-2.0型自走式油菜割曬機額定功率9.7 kW，動力供給形式為履帶自走式，切割器運動形式為往復式，作業(yè)速度 0.4～1.3 m/s，生產(chǎn)率0.10～0.15 hm2/h，割茬高度200～400 mm，割幅2 000 mm，鋪放角（90±20）°。

2　主要部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計

重點對行走裝置、立式割臺和割臺升降裝置進行設(shè)計。

2.1行走裝置與傳動系統(tǒng)

考慮到南方小田塊作業(yè)對機具通過性、結(jié)構(gòu)尺寸、操縱性等方面的要求，行走裝置設(shè)計為小型履帶底盤。結(jié)合本機整體布局及相關(guān)設(shè)計方法［14-16］，確定了底盤“四輪一帶”（驅(qū)動輪、支重輪、托鏈輪、導向輪、橡膠履帶）的設(shè)計參數(shù)，見表1。

表1　履帶底盤的尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Parameters list of the crawler chassis and components

2.1.1動力輸出功率的計算與發(fā)動機的選型

經(jīng)計算，整機加操作人員質(zhì)量約為900 kg。根據(jù)文獻［17-18］，計算得履帶行走裝置在平地行走所需輸入功率為2.5 kW，而實際作業(yè)時機具可能需爬坡，因此行走裝置最大功率按4 kW計算。油菜割曬機在作業(yè)過程中還需割臺及升降裝置同時工作，取發(fā)動機的功率儲備系數(shù)為2.15，選擇型號為H14、額定功率9.7 kW的單缸柴油機，可以滿足油菜割曬機的動力需求。

2.1.2傳動系統(tǒng)的設(shè)計

傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括工作部分和行走部分。動力從柴油機輸出后，一方面經(jīng)V帶傳動組、行走離合器、行走變速箱等傳送給履帶，驅(qū)動底盤行走；另一方面，通過V帶傳動組、換向器、離合器等傳遞給工作部件（液壓裝置、割臺），帶動液壓泵、切割器、分禾裝置及輸送鏈等運動。行走部分通過改變行走變速箱檔位來改變行走速度，工作部分傳動由獨立離合器控制，速度大小由發(fā)動機轉(zhuǎn)速決定，2部分傳動相互獨立，互不影響。

2.2割臺升降裝置

割曬機在作業(yè)過程中，為保持割茬高度的穩(wěn)定性，需要根據(jù)植株情況及田間地形、地勢條件調(diào)整割臺高度，因此有必要設(shè)計操作簡單、方便的割臺升降裝置。割臺升降裝置為一平行四邊形機構(gòu)，由液壓系統(tǒng)提供提升力，由割臺連接框、長連桿、短連桿、支撐架、液壓缸、轉(zhuǎn)動軸等組成。長連桿與短連桿連接的一端通過轉(zhuǎn)動軸連接割臺連接框，形成鉸接，另一端與支撐架鉸接，支撐架固定在割臺上。工作原理如圖3所示，液壓缸伸長，割刀由A點升高到B點，此過程中割臺始終保持豎直狀態(tài)，以避免因割臺升降過程中割刀角度的改變而造成切割效果變差。

圖3　割臺升降裝置工作原理Fig.3 Schematic diagram of the header lifting mechanism

OGBC為平行四邊形機構(gòu)，液壓缸由初始長度L伸長l，驅(qū)動OG桿繞O點旋轉(zhuǎn)∠GOG'，根據(jù)平行四邊形機構(gòu)特點，BC桿繞 C點按同方向旋轉(zhuǎn)∠BCB'，且 ∠GOG'=∠BCB'，所以BG平動到B'G'位置，割刀由初始位置A平動至A'，升高高度為h。

式中：FO為上連桿到下連桿的距離；OD為長連桿上液壓缸連接點到支撐架的距離；L為液壓缸初始長度；l為液壓缸伸長后長度。

本機所用液壓升降油缸行程220 mm，計算可得割刀離地距離為200 ～500 mm。

2.3立式割臺

2.3.1結(jié)構(gòu)

立式割臺結(jié)構(gòu)如圖4所示，由割臺機架、扶禾器組件、切割裝置、輸送鏈組、分禾裝置構(gòu)成。輸送鏈組由上、中、下3條帶撥指的異形鏈條組成，平行安裝于割臺機架；扶禾器組件包括扶禾器支架、扶禾板、撥禾星輪、壓力彈簧等，配置在割臺最前端，作業(yè)時能將倒伏油菜植株扶正和引導油菜植株進入切割裝置，扶禾板幾何參數(shù)和安裝傾斜角等如圖5所示。

圖4　立式割臺的結(jié)構(gòu)Fig.4 Sketch diagram of vertical header

撥禾星輪需在輸送鏈撥指的帶動下轉(zhuǎn)動，且第1對嚙合的星輪齒與撥指分開前，第2對星輪齒與撥指已經(jīng)接觸；星輪對油菜莖稈既要有撥禾作用，又要能順利將油菜莖稈脫開，結(jié)合油菜莖稈的摩擦特性，參照文獻［19-20］，設(shè)計撥禾星輪如圖5所示。星輪外徑270 mm，齒距120 mm，齒長65 mm。

圖5　扶禾器組件的結(jié)構(gòu)Fig.5 Sketch diagram of the grain lifter subassembly

分禾裝置由傳統(tǒng)的被動分禾器與豎切割裝置組成，安裝在割臺一側(cè)。作業(yè)過程中，被動分禾器先從油菜下部進行分禾，機器前進時，切割區(qū)油菜與未割區(qū)油菜由下往上被被動分禾器擠壓分開，纏繞嚴重的分枝被豎割刀割斷，完成分禾。分禾過程充分利用被動分禾器的擠壓作用，直至擠壓難以分禾時，豎割刀割斷纏繞分枝，最大程度減小因分禾造成的損失率。

2.3.2割臺結(jié)構(gòu)參數(shù)與運動參數(shù)關(guān)系分析

作業(yè)時，相鄰2個星輪齒、扶禾器、輸送鏈撥指、輸送鏈之間構(gòu)成一個小空間，容納已經(jīng)被切割的油菜莖稈，并向側(cè)邊輸送，如圖 6所示。用 S0表示這個小空間的有效容量（面積），B為割幅，Vm表示機器的前進速度，Vs表示油菜植株與輸送鏈的輸送速度。

圖6　割臺輸送空間Fig.6 Schematic diagram of the convey space for header

在時間T內(nèi)，機器作業(yè)面積油菜植株聚積到輸送通道后所占的面積

式中：q表示油菜植株的聚積系數(shù)，即切割面積與植株聚積后的面積比，q=s/s1。

輸送鏈以Vs帶動撥禾星輪轉(zhuǎn)動時，在相同的時間T內(nèi)，撥禾星輪轉(zhuǎn)過的總?cè)萘縎2是2個星輪齒間容量S0的倍數(shù)。

式中：b為輸送鏈相鄰撥指間距。

為保證輸送順暢不堵塞，割臺上撥禾星輪轉(zhuǎn)動的總?cè)萘?S2應(yīng)大于收割的油菜植株聚積后的容量S1。

式（6）是輸送通道里油菜植株不發(fā)生堵塞時輸送鏈速度Vs與機器前進速度Vm所要滿足的條件，可以看出，Vs與Vm的比值與割幅B、輸送鏈相鄰撥指齒距b、相鄰星輪齒之間空間有效容積S0、油菜植株的聚積系數(shù)q有關(guān)。相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，為避免聚積系數(shù)過大，造成植株與割臺機架摩擦力增大或擠壓而斷裂，作業(yè)時要根據(jù)田間油菜植株特點調(diào)整前進速度與輸送速度；聚積系數(shù)q與油菜的種植密度和油菜植株的大小有關(guān)。

根據(jù)已有研究［21］，撥禾星輪將油菜植株撥向割臺進行切割的條件為（其中α為撥禾星輪的安裝傾角），以南方直播油菜種植情況為設(shè)計依據(jù)，取聚積系數(shù)q=25，割幅B=2 000 mm，b=130 mm，確定本機的輸送速比Vs/Vm≥1.35。

田間作業(yè)時油菜植株受扶禾板和撥禾星輪作用會發(fā)生一定的傾斜，傾斜的油菜植株進入割臺輸送通道時，最先與中間輸送鏈撥指接觸，而后上輸送鏈和下輸送鏈撥指才對油菜植株推送。傾斜油菜植株進入輸送通道后，需要上輸送鏈有一撥指恰好能接觸植株主莖稈，提供推力，否則油菜植株在開始輸送的瞬間由于受力不平衡會造成更大的傾斜，離開割臺時可能直接倒在扶禾器上而不是割臺一側(cè)，造成鋪放不整齊，因此，需要先分析油菜植株進入輸送通道時的傾斜角。

撥禾星輪由中間輸送鏈撥指帶動旋轉(zhuǎn)，相對于割臺做勻速旋轉(zhuǎn)運動，相對于地面做擺線運動［21］，根據(jù)生產(chǎn)所知，輸送鏈撥指需和撥禾星輪嚙合才能順利輸送，則撥禾星輪齒線速度等于中間輸送鏈線速度。設(shè)輸送鏈速度為 Vs，機器前進速度為 Vm，則有：

式中：z為撥禾星輪齒數(shù)；R為撥禾星輪半徑。

以撥禾星輪圓心為原點， X軸沿撥禾星輪面指向機器前進方向，Y軸和油菜植株輸送方向一致，建立直角坐標系XOY，如圖7所示。設(shè)撥禾星輪撥禾作用的點與撥禾星輪軸心距離為 r，其初始位置在X軸上A0點；坐標系X＇O＇Y＇為撥禾點位于初始位置時坐標系XOY在地平面的投影，原點O＇對應(yīng)O點，即X＇ 軸對應(yīng)X軸、Y＇ 軸分別對應(yīng)Y軸。扶禾器和撥禾星輪安裝在切割器的前上方，撥禾星輪軸與割刀的水平距離設(shè)為 l，撥禾星輪平面與水平面夾角為α，撥禾星輪中心距割刀垂直距離為h，割刀距地面垂直距離為 H。機器作業(yè)時，經(jīng)過時間 t，撥禾作用點從A0角度轉(zhuǎn)過φ至A點，則A點在XOY坐標系中的坐標位置為

星輪齒上撥禾點對應(yīng)在X＇O＇Y＇坐標系中的坐標位置為

為簡化分析，假設(shè)田間油菜植株分布均勻，相互之間牽連影響小，植株根部以上為剛體，根部鉸鏈可以轉(zhuǎn)動，撥禾星輪轉(zhuǎn)動過程中油菜植株和撥禾作用不發(fā)生滑移。

圖8　待割油菜區(qū)域Fig.8 Schematic diagram of rape waiting for cutting

機器作業(yè)時，2個扶禾器之間的區(qū)域內(nèi)油菜為待割油菜，如圖8所示。撥禾星輪上撥禾點經(jīng)過時間t1剛好從初始位置A0轉(zhuǎn)過φ1角到達A1點，開始對 1株油菜植株進行作用，設(shè)該油菜植株根部在X＇O＇Y＇坐標系內(nèi)的坐標為A＇r（x＇r， y＇r），根據(jù)圖5和圖8幾何關(guān)系，計算得y＇r（∈-170，65）。星輪上撥禾點從初始位置A0經(jīng)過時間t2轉(zhuǎn)過φ2角后到達A2點，切割器開始切割油菜植株，設(shè) A2點投影在 X＇O＇Y＇坐標系中坐標為A＇2（x＇2，y＇2），經(jīng)計算，有：

此時A2點距離水平面的垂直距離

分析可以看出，油菜植株根部坐標A＇r（x＇r，y＇r）與A2點投影在X＇O＇Y＇坐標系中坐標A＇2（x＇2，y＇2）不重合，即油菜植株被割斷后會呈一定傾斜角進入輸送通道，且表現(xiàn)在前進方向與輸送方向2個方位，因撥禾星輪齒線速度比機具前進速度大，油菜植株會倒向并貼緊割臺面，有利于輸送。輸送方向上的傾斜角的大小可以用植株在割臺面上的投影與鉛垂線的夾角∠P來衡量，由幾何關(guān)系可得：

如圖9所示，設(shè)油菜植株接觸的上輸送鏈撥指距中間輸送鏈提供推力的撥指水平距離為 b ＇，根據(jù)幾何關(guān)系有：

保證開始輸送瞬間植株不發(fā)生更大傾斜角的前提條件為：

式中：b=130 mm；2l為中間輸送鏈到割刀距離；l3為上輸送鏈到割刀距離。

植株進入輸送通道時傾角越大，越不利于輸送鋪放，因此，對植株的最大傾角進行分析。由前面分析可知，傾斜角最大的油菜植株初始位置在扶禾器尖端處，即y'r=65 mm處。

圖9　輸送鏈撥指位置Fig.9 Schematic diagram of the position for conveyor chain poke finger

南方直播油菜的平均高度為1 400～1 900 mm，第1分枝高度500～600 mm ，割曬作業(yè)留茬高度一般為200～500 mm，所以設(shè)計下輸送鏈與割刀距離l1=70 mm，中間輸送鏈與割刀距離為l2=240 mm，則撥禾星輪中心到割刀的高度為240 mm，不會纏繞油菜分枝影響輸送，2排輸送鏈的撥齒間距比撥禾星輪齒間距略大，取130 mm。結(jié)合式（13），可得b'≥117 mm，本機設(shè)計b'=130 mm，即3條輸送鏈撥指間距一致，且安裝時3條輸送鏈撥指豎直方向均在同一直線上。

3　油菜植株有序鋪放條件

3.1油菜植株整齊鋪放的條件

油菜植株被輸送到割臺一側(cè)，脫離輸送鏈撥齒，離開割臺瞬間會出現(xiàn)向輸送方向傾斜、直立、反輸送方向傾斜3種情況，其中反輸送方向傾斜的植株被拋出割臺落地后，需滿足一定條件才能倒向割臺一側(cè)順利鋪放。忽略植株間牽連影響，對反輸送方向傾斜單株油菜鋪放過程進行分析。如圖10所示，割茬高度為H，植株傾角為γ，植株被拋送離開割臺的時間非常短，可看作反輸送方向 γ傾角的剛體被平拋的過程，初速度為機器前進速度Vm與輸送速度Vs的合成。在地面建立直角坐標系xyz，原點O為植株離開割臺瞬間最下端在地平面的投影點，x軸方向與橫向輸送速度一致，y軸指向前進方向。

圖10　油菜植株鋪放過程Fig.10 Schematic diagram of the rape plant laying process

油菜植株被拋出后，對油菜植株質(zhì)點速度進行分析，有

式中：xv、yv、zv分別為油菜植株質(zhì)點在x、y、z方向上的速度；g為重力加速度；t為油菜植株離開割臺的時間。

油菜植株作平拋運動，植株切斷點的運動軌跡方程為：

式中：xd、yd、zd為油菜植株切斷點的坐標；H為割茬高度。

設(shè)油菜植株底端落點為O'，根據(jù)碰撞理論［22］，油菜植株底部與地面接觸過程可看作對心斜碰撞過程，結(jié)合油菜田的實際情況，假設(shè)油菜植株與地面發(fā)生完全塑性碰撞，植株底端落地后，油菜植株由剛體平動變成繞O'點定軸轉(zhuǎn)動。

如圖11，碰撞前v與vz夾角則v與油菜植株夾角。

設(shè)碰撞后植株定軸轉(zhuǎn)動角速度為ω，列出油菜植株碰撞動力學方程：

式中：oJ＇為油菜植株對A點的轉(zhuǎn)動慣量；l為植株質(zhì)心到底端的長度；m為油菜植株的質(zhì)量。

圖11　油菜植株落地過程Fig.11 Schematic diagram of the rape plant falling to the ground

油菜植株著地后，根據(jù)能量守恒定律，有：

式中：minω為保證油菜植株不倒向割臺的最小角速度。油菜植株落地后定軸轉(zhuǎn)動角速度需滿足ω ≥ωmin，經(jīng)整理保證油菜植株落地后向機器外側(cè)鋪放而不是倒向割臺的條件為：

油菜植株底端落地后不再移動，所以油菜植株的鋪放距離可表示為：

油菜植株落地后上端若剛好割臺碰到割臺被牽扯，則：

式中：mins為油菜植株落地后上端不被割臺牽連的最小值，zl為植株總長，γ為植株傾角。植株鋪放距離需滿足S≥Smin，整理后得：

設(shè)油菜植株底端著地時質(zhì)心速度v水平方向分速度為vh，油菜植株鋪放角β可表示為vh與Vm的后夾角，即：

由上可知，作業(yè)時油菜植株的鋪放角大小可通過調(diào)節(jié)機具前進速度與輸送速度的大小來控制，為使鋪放角接近90°，應(yīng)取較小的機具前進速度Vm和較大輸送速度Vs，與前面分析的結(jié)果一致。

4　田間試驗及結(jié)果

4.1試驗條件

樣機試制完成后，于2015年4月下旬在湖南省耒陽市新市鎮(zhèn)進行油菜割曬田間試驗。油菜品種為早熟420，種植方式為機械直播，無自然落粒。油菜種植密度為44株/ m2，植株平均高152.2 cm，分枝數(shù)4，第1分枝平均高685 mm，角果層最大直徑321 mm，離地350 mm，主莖稈直徑 11 mm。

圖12　割曬試驗效果Fig.12 Photos of the rapes falling in the field after cutting

4.2油菜割曬作業(yè)評價指標

在尚無定量評價油菜割曬質(zhì)量標準的情況下，作業(yè)質(zhì)量的評價依據(jù)以利于后續(xù)的晾曬與撿拾脫粒作業(yè)為準，主要是油菜割曬于田間后需晾曬，待油菜籽成熟后再進行撿拾作業(yè)，對油菜通風要求較高，要求割曬機放鋪均勻，不能成堆鋪放，后續(xù)撿拾作業(yè)時油菜植株不纏繞。參照已有的研究［4，6，7，9］及水稻、小麥割曬作業(yè)質(zhì)量的評價標準［11］，用鋪放角、割茬高度、鋪放寬度、鋪層高度作為本機作業(yè)質(zhì)量的評價指標，其中鋪放角指鋪層莖稈與機器前進方向后夾角；鋪放寬度指割曬作業(yè)形成的植株鋪條寬度；鋪層高度指割曬作業(yè)形成的植株鋪層最高點到地面的距離。

4.3試驗結(jié)果

試驗時，根據(jù)田間油菜植株情況，設(shè)定留茬高度350 mm，機器平均作業(yè)速度0.82 m/s，試驗過程中機器運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，無漏割情況，分禾裝置能有效進行分禾，輸送無堵塞，評價指標測量結(jié)果如表2所示。田間攤鋪現(xiàn)場效果如圖 12所示。設(shè)計的割曬機攤鋪整齊有序，鋪條寬度、厚度均勻，割茬高度整齊，作業(yè)質(zhì)量達到割曬機質(zhì)量標準要求，能滿足后續(xù)晾曬撿拾作業(yè)要求。

表2　作業(yè)質(zhì)量評價指標的平均值Table 2 Average values of the working quality evaluation index

［1］ 宗錦耀．我國油菜生產(chǎn)機械化的發(fā)展現(xiàn)狀與對策［J］．農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2008（5）：8-9．

［2］ 盧晏，吳崇友，金誠謙，等．油菜機械化收獲方式的選擇［J］．農(nóng)機化研究，2008（11）：240-245．

［3］ 曹震，金鑫，黃海東，等．4SY-1.8型油菜割曬機的設(shè)計［J］．華中農(nóng)業(yè)大學學報，2011，30（4）：251-254．

［4］ 金鑫，舒彩霞．4SY-1.8型油菜割曬機輸送與鋪放裝置設(shè)計［J］．農(nóng)業(yè)工程，2010，1（3）：77-82．

［5］ 金鑫．4SY-1.8型油菜割曬機輸送系統(tǒng)的研制［D］．武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2012．

［6］ 李平，廖慶喜，李磊，等．4SY-1.8改進型油菜割曬機主要裝置設(shè)計與試驗［J］．農(nóng)業(yè)機械學報，2014，45（1）：53-58．

［7］ 金城謙，吳崇友，金梅，等，4SY-2型油菜割曬機設(shè)計與試驗［J］．農(nóng)業(yè)機械學報，2010，10（10）：76-79．

［8］ 金誠謙，尹文慶，吳崇友．4SY-2型油菜割曬機鋪放質(zhì)量數(shù)學模型與影響因素分析［J］．農(nóng)業(yè)工程學報，2012，28（2）：45-48．

［9］ 廖宜濤，陳傳節(jié)，舒彩霞，等．4SY-1.8型手扶式油菜割曬機設(shè)計與試驗［J］．農(nóng)業(yè)機械學報，2014，45（S1）：94-100．

［10］ 金誠謙，尹文慶，吳崇友．油菜割曬機撥指輸送鏈式輸送裝置研制與試驗［J］．農(nóng)業(yè)工程學報，2013，29（21）：11-18．

［11］ JB/T 7733—2007 割曬機技術(shù)條件［S］．

［12］ 石磊，吳崇友，梁蘇寧，等．油菜分段收獲齒帶式撿拾器的設(shè)計與試驗［J］．中國農(nóng)機化，2011（4）：78-82．

［13］ 吳崇友，丁為民，石磊，等．油菜分段收獲撿拾脫粒機撿拾損失響應(yīng)面分析［J］．農(nóng)業(yè)機械學報，2011，42（8）：89-93．

［14］ 孫振杰，劉俊峰，李彩鳳，等．微型農(nóng)用履帶行走裝置的設(shè)計方法［J］．農(nóng)機化研究，2011（6）：55-58．

［15］ 陳澤宇，郭秀紅，張承寧．接地長寬比的設(shè)計對履帶車輛行駛性能的影響［J］．農(nóng)機化研究，2010，32（5）：112-114．

［16］ 歐陽東，吳耘，張文鳳．半喂入聯(lián)合收獲機橡膠履帶行走裝置的探討［J］．農(nóng)業(yè)機械學報，1983（3）：78-85．

［17］ 同濟大學．工程機械底盤設(shè)計［M］．北京：機械工業(yè)出版社，1994．

［18］ 諸文農(nóng)．底盤設(shè)計［M］．北京：機械工業(yè)出版社，1981．

［19］ 馬驥，毛國倫．寬幅立式割臺采用被動式星輪扶禾器部件的試驗研究［J］．農(nóng)業(yè)機械學報，1980（2）：76-86．

［20］ 福建省機械研究所．帶扶禾器立式割臺設(shè)計與試驗［J］．糧油加工，1976（8）：5-17．

［21］ 韓國軍，王曉梅，廖冬梅．星輪扶禾器扶禾能力的探討［J］．農(nóng)機化研究，1997（2）：67-70．

［22］ 賈書慧．理論力學輔導［M］．北京：清華大學出版社，2003．

責任編輯：羅慧敏

英文編輯：吳志立

Design and experiment of 4SY–2.0 self-propelled rape windrower

Wang Xiushan1，3， Liu Dawei1，3， Li Xu1，3， Xie Fangping1，2，3*， Wu Mingliang1，2，3， Luo Haifeng1，2，3
（1.College of Engineering， Hunan Agriculture University， Changsha 410128， China； 2.Hunan Provincial Engineering Technology Research Center for Modern Agricultural Equipment， Changsha 410128， China； 3.Collaborative Innovation Center of Southern Chinese Grain and Oilseed， Changsha 410128， China）

Aiming at the problems of high requirements in supporting machine and poor adaptabilityto field condition and characteristics of rape for windrower ， the 4SY-2.0 self-propelled rape windrower was been module designed based on the analysis of the conditions under that the rape been cut smoothly， transported continuously and laying orderly. The windrower mainly composed of power unit， walking device， working device and controlling unit. A small caterpillar undercarriage was used as power device to achieve good performance of passing and operating. A vertical header was adopt to adjust the cutting height according to different terrains and rapes’ conditions. After being cut， the rapes are transferred erectly then placed and spread to the sides of the cutting platform by the carrier chains . Field experiment has been done， and the result showed that the windrower could complete the work of cutting， conveying and laying. Rapes could be conveyed smoothly and windrowed orderly with uniform spreading in width and thickness. The average value of laying angle was tested to be 98.2° with the average laying angle difference of 10.5°， the average layer height of 416.6 mm， and the average laying width of 1 207.6 mm. It is shown that all working quality index reached the windrower standards.

rape windrower； vertical header； smart crawler chassis； star wheel； divider

王修善（1990—），男，湖南隆回人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)機械性能創(chuàng)新設(shè)計研究，hunanwangxs@163.com；*通信作者，謝方平，博士，教授，主要從事農(nóng)業(yè)機械性能創(chuàng)新設(shè)計，hunanxie2002@163.com

S225.2+1

A

1007-1032（2016）04-0445-09

2016-01-21 修回日期：2016-04-13

湖南省政府重大專項（湘府閱［2014］35號）