4LZ—4.0D型雙滾筒全喂入聯(lián)合收割機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

青躍光

摘要：詳細(xì)介紹4LZ-4.0D型全喂入聯(lián)合收割機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)過程，探討結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算及選擇。與其他機(jī)具田間對(duì)比試驗(yàn)表明：該機(jī)總損失率比其他兩種機(jī)型降低0.1個(gè)百分點(diǎn)；含雜率分別降低0.1和0.5個(gè)百分點(diǎn)，該機(jī)已通過國家農(nóng)業(yè)部推廣鑒定檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：雙滾筒；聯(lián)合收割機(jī)；設(shè)計(jì)；對(duì)比試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：S225.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2017）01-0040-04

水稻收割機(jī)是水稻生產(chǎn)機(jī)械化中最重要的作業(yè)裝備之一，我國的大多數(shù)水稻種植區(qū)適宜使用中小機(jī)型。目前市場上的自走式全喂入橫向軸流滾筒收獲機(jī)及縱向軸流滾筒收獲機(jī)仍然存在脫凈率低、破損率高、含雜量大及適用性不廣等問題。本研究設(shè)計(jì)生產(chǎn)的4LZ-4.0D型切橫流雙滾筒聯(lián)合收割機(jī)能夠很好地解決此問題，為水稻收獲機(jī)械化提供了新選擇。

1 雙滾筒全喂入聯(lián)合收獲機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)

1.1 整機(jī)參數(shù)及結(jié)構(gòu)

4LZ-4.0D型切橫流雙滾筒聯(lián)合收割機(jī)的整機(jī)結(jié)果見圖1，主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

整機(jī)主要由收割臺(tái)、中間輸送裝置、清選裝置、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣操作系統(tǒng)等部分組成。通過對(duì)脫粒清選部件研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)脫粒裝置和清選篩結(jié)構(gòu)。前滾筒采用凹板脫粒間隙可調(diào)且轉(zhuǎn)速不同的切流滾筒裝置，后滾筒為整體分為3段的分離和排草橫向軸流滾筒裝置，形成切流+橫向軸流雙滾筒全喂入聯(lián)合收割機(jī)。采用可快速裝卸型振動(dòng)篩，有效增強(qiáng)脫粒分離能力，谷物在運(yùn)動(dòng)中被釘齒和固定凹板篩格條反復(fù)打擊和揉搓，同時(shí)在釘齒和滾筒蓋導(dǎo)向板配合作用下沿滾筒作螺旋線形式的圓周和軸向移動(dòng)，脫下的谷粒從固定凹板篩分離出來，莖稈由排出口排出，完成脫粒和分離過程。

1.2 主要參數(shù)計(jì)算

1.2.1 割幅 割幅B按下列公式計(jì)算：

式中：q為收割機(jī)單位喂入量，kg/s，給定q=4 kg/s；β為作物谷草比（谷粒質(zhì)量/割下物總質(zhì)量），取0.7；A為作物的平均產(chǎn)量，kg/667 m2，水稻品種為中早39號(hào)，單產(chǎn)546.7 kg/667 m2；νm為聯(lián)合收割機(jī)的平均作業(yè)速度，取1.67 m/s。

由公式及以上數(shù)據(jù)計(jì)算，確定圓整后的割幅為：

B=2 100 mm

1.2.2 作業(yè)速度 聯(lián)合收割機(jī)的平均作業(yè)速度νm需根據(jù)作物生長狀況、田面情況及喂入量等確定，考慮割臺(tái)損失不易過大，需選擇合適的撥禾輪速比。全喂入自走式聯(lián)合收割機(jī)的作業(yè)速度一般為4～8 km/h，取中值及以下值為妥。

1.2.3 生產(chǎn)率 生產(chǎn)率Q按下列公式計(jì)算：

Q=5.4ηBνm （2）

其中：η為收獲時(shí)間利用系數(shù)，稻田為0.4～0.8，考慮到其作業(yè)環(huán)境較差，行走消耗功率較大，取0.4；B為實(shí)際作業(yè)收割幅（為割幅的90%，即1.890 m）；秈稻全喂入收割機(jī)的作業(yè)速度為2.7～3.6 km/h，粳稻全喂入收割機(jī)的作業(yè)速度為3.5～4.5 km/h，小麥全喂入收割機(jī)的作業(yè)速度為4.0～8.0 km/h。

根據(jù)式（2）計(jì)算得：收獲秈稻作業(yè)生產(chǎn)率（νm取3.3 km/h）Q=5.4×0.4×1.89×0.917×15=56.15（hm2/h）；收獲小麥作業(yè)生產(chǎn)率（νm取6.0 km/h）Q=5.4×0.4×1.89×1.667×15=102.08（hm2/h）。

1.2.4 動(dòng)力參數(shù)配置 聯(lián)合收割機(jī)的功率消耗隨不同的作業(yè)條件而變化，通常由收割機(jī)喂入量來推算發(fā)動(dòng)機(jī)的平均功率，計(jì)算公式如下：

N=（1+Kb）pq （3）

式中：N為發(fā)動(dòng)機(jī)總功率，kW；Kb為發(fā)動(dòng)機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)；p為收割機(jī)單位喂入量所需平均功率，kW/kg·s-1；q為收割機(jī)單位喂入量，kg/s。

一般全喂入型聯(lián)合收割機(jī)每kg/s的喂入量配備功率15～20 kW，發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)選在0.15～0.33之間。以收水稻為主的聯(lián)合收割機(jī)割幅不大，喂入量變化也不大，結(jié)構(gòu)較為簡單，整機(jī)質(zhì)量輕（絕大多數(shù)機(jī)型不配置體積龐大的傳統(tǒng)分離逐稿器，而是設(shè)計(jì)脫粒和分離一體的軸流滾筒與凹板裝置），平均功率與發(fā)動(dòng)機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)可以取下限值，因此N=1.15×15×1×4 =69（kW）。故選用額定功率與轉(zhuǎn)速為70 kW與2 400 r/min的4G33TC型柴油機(jī)為動(dòng)力。

2 雙滾筒脫粒分離裝置的設(shè)計(jì)

2.1 前、后滾筒參數(shù)配置

雙滾筒脫粒裝置（見圖2）。第一滾筒大多采用釘齒滾筒。因后滾筒采用桿齒元件，相比紋桿式脫粒原件脫粒能力較強(qiáng)但分離能力較低，因此，將后滾筒排草口處長度增加30 mm，以提高其分離能力。為防止纏繞作物，提高分離能力，滾筒直徑在400～650 mm范圍內(nèi)，前、后滾筒直徑均設(shè)計(jì)為550 mm。前滾筒中心至前凹板出口處的距離a=175 mm，后滾筒中心至后凹板進(jìn)口處距離b=175 mm，前、后凹板間距c=340 mm，前后滾筒軸距d=690 mm。

2.2 滾筒轉(zhuǎn)速

在切流+橫向軸流雙滾筒布局中，一般將橫向軸流滾筒設(shè)置為后滾筒。若雙滾筒等徑，則軸流滾筒的轉(zhuǎn)速應(yīng)與處在其前位的切流滾筒相等或略高，以確保谷物喂入通暢、谷層均勻、脫粒及時(shí)、分離徹底、功耗少。滾筒線速度為：麥類20～26 m/s，水稻18～28 m/s，本機(jī)采用雙滾筒并同時(shí)配裝32齒鏈輪，轉(zhuǎn)速均選定在脫稻、麥所需線速度的中值，即23 m/s，前、后滾筒轉(zhuǎn)速n=v/（πD）=802 r/m，圓整后n取800 r/m。脫粒滾筒的計(jì)算轉(zhuǎn)速值如表2所示。

2.3 滾筒結(jié)構(gòu)與參數(shù)

雙滾筒均采用齒桿元件，設(shè)計(jì)齒排數(shù)為6，螺線頭數(shù)為2。前切流滾筒有喂入兼顧脫粒功能，并防止纏草，選擇后傾彎弧桿齒型式，后傾角12 °，齒跡距37 mm，桿齒工作高度63 mm，桿齒直徑12 mm。

后橫軸流滾脫粒兼顧分離和排草功能，其結(jié)構(gòu)分布示意圖如圖3所示。

將其設(shè)計(jì)成三段：首段為脫粒段，長度等于前切流滾筒長度，優(yōu)化直桿齒與刀齒組合，強(qiáng)化脫粒效能；中段為分離段，采用直桿齒，突出離心運(yùn)動(dòng)，加速谷草分離；末段為排草段，安裝長直桿齒，并排列小齒跡距，利于及時(shí)排草。設(shè)計(jì)脫粒與分離段的齒距38 mm，桿齒工作高度60 mm，桿齒直徑12 mm；排草段的齒距30 mm，桿齒工作高度108 mm，桿齒直徑14 mm。

2.4 凹板結(jié)構(gòu)及包角

為提高谷物喂入、脫粒和分離能力，選取具有一定包角和特定結(jié)構(gòu)的柵格式凹板，其結(jié)構(gòu)符合切流+橫向軸流雙滾筒的設(shè)計(jì)要求，分布示意圖如圖4所示。前滾筒包角為74 °，可調(diào)整出入口間隙的三段弧漸進(jìn)縮小間隙的凹板；后滾筒包角為124 °，采用固定間隙的凹板。

3 田間對(duì)比試驗(yàn)

3.1 初始條件

水稻品種為中早39號(hào)，完熟期，植株自然高度96.4 cm，籽粒含水率24%，莖稈含水率58%，單產(chǎn)

8 200 kg/hm2 ，對(duì)比試驗(yàn)機(jī)型為同級(jí)功率4LZ-4.0A單滾筒橫向軸流收割機(jī)和4LZ-4.0B單滾筒縱向軸流收割機(jī)。

3.2 試驗(yàn)機(jī)型及檢驗(yàn)結(jié)果

參試機(jī)型及其主要技術(shù)規(guī)格如表3所示。主要檢驗(yàn)（項(xiàng)目結(jié)果）報(bào)告如表4所示。

3.3 結(jié)果分析

對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，4LZ-4.0D雙滾筒全喂入聯(lián)合收割機(jī)的總損失率≤1.1%、含雜率≤1.1%、破損率≤0.6%，遠(yuǎn)小于國家規(guī)定（≤3.0，≤2.0和≤1.5）的要求。其中，總損失率比4LZ-4.0A單滾筒橫向軸流機(jī)型和4LZ-4.0B單滾筒縱向軸流機(jī)型降低0.1個(gè)百分點(diǎn)；含雜率分別降低0.1和0.5個(gè)百分點(diǎn)；破損率基本持平。由此可見，采用雙滾筒結(jié)構(gòu)可以降低收獲時(shí)的未脫凈損失。

4 結(jié)論

柳林4LZ-4.0D型雙滾筒全喂入聯(lián)合收割機(jī)批量投產(chǎn)銷售后，用戶反饋機(jī)器結(jié)構(gòu)成熟、性能穩(wěn)定、滾筒轉(zhuǎn)速較低、振動(dòng)較小，特別是脫粒能力強(qiáng)與分離效果好，糧食損失少。此機(jī)具適于收割高產(chǎn)、難脫的水稻品種，可以有效解決以往機(jī)型損失率、含雜率和破損率偏高的問題。同時(shí)，能夠收獲大豆、小麥和油菜等多種作物，推廣應(yīng)用前景廣闊。

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