玉米收獲機(jī)割臺拉莖輥性能對上雜率的影響

李小坡，唐文韜

（1.江蘇常發(fā)農(nóng)業(yè)裝備股份有限公司，江蘇 常州 213164；2．九方泰禾國際重工（青島）股份有限公司，山東 青島 266426）

玉米收獲機(jī)割臺拉莖輥性能對上雜率的影響

李小坡1，唐文韜2

（1.江蘇常發(fā)農(nóng)業(yè)裝備股份有限公司，江蘇 常州 213164；2．九方泰禾國際重工（青島）股份有限公司，山東 青島 266426）

當(dāng)前市場上玉米收獲機(jī)保有量較高，很多收獲機(jī)在作業(yè)過程中都遇到過因割臺上雜率過高使收獲效果不能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，還出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，因堵塞還會產(chǎn)生更大的故障，其主要原因是割臺拉莖輥設(shè)計不適合收割地區(qū)農(nóng)藝或是轉(zhuǎn)速與車速的不匹配等。為了從根本上解決這個問題，也為了給行業(yè)技術(shù)人員正向思維設(shè)計拉莖輥時提供一些經(jīng)驗(yàn)理論數(shù)據(jù)參考，現(xiàn)將拉莖輥?zhàn)錾钊敕治雠c計算，將上雜率量化，尤其依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)給出了拉莖輥速度v與作業(yè)速度V以及農(nóng)藝條件的臨界過渡區(qū)值，形成數(shù)學(xué)模型，這樣在以后的設(shè)計研發(fā)過程中，可以參照這些理論數(shù)據(jù)和模型對不同農(nóng)藝條件設(shè)計出合適的拉莖輥，同時也填補(bǔ)了國內(nèi)拉莖輥設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)上的一些空白。

拉莖輥設(shè)計；性能對上雜影響量化；數(shù)學(xué)模型建立；設(shè)計規(guī)范和理論數(shù)據(jù)

農(nóng)業(yè)機(jī)械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容和標(biāo)志。當(dāng)前，我國是世界上第二大玉米產(chǎn)量國，產(chǎn)量約占全國糧食總產(chǎn)量的四分之一，主要分布在北方地區(qū)，常年播種面積約900~1000萬hm2，隨著2004農(nóng)機(jī)化促進(jìn)法出臺以及國家農(nóng)機(jī)項目增加，農(nóng)機(jī)化進(jìn)入一個快速發(fā)展階段。

由于玉米收獲機(jī)對于其他收獲機(jī)械起步較晚，技術(shù)水平與國際相比落后20~30年，玉米收獲機(jī)的設(shè)計研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料國內(nèi)近乎空白，目前國內(nèi)市場上的玉米收獲機(jī)設(shè)計主要是互相效仿，學(xué)習(xí)，逆向研發(fā)，缺乏自主創(chuàng)新，這主要是許多設(shè)計人員無相關(guān)的設(shè)計手冊資料可查，更未真正地做到正向思維設(shè)計，實(shí)際作業(yè)過程中，一個割臺拉莖輥設(shè)計不合理，轉(zhuǎn)速與實(shí)際作業(yè)速度、農(nóng)藝條件的不匹配，直接導(dǎo)致的是作業(yè)效率低下，上雜率升高，糧倉含雜率高，頻繁出現(xiàn)堵塞?，F(xiàn)筆者經(jīng)過大量的割臺試驗(yàn)以及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出割臺拉莖輥開發(fā)設(shè)計思路，主要是在拉莖輥結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速等性能設(shè)計上進(jìn)行量化，形成數(shù)學(xué)模型，給出參考臨界值，這為國內(nèi)玉米收獲機(jī)設(shè)計尤其割臺設(shè)計和優(yōu)化提供了重要的理論依據(jù)，同時避免出現(xiàn)收獲機(jī)因上雜率高，不合格，不達(dá)標(biāo)，反復(fù)整改，造成經(jīng)濟(jì)與時間上的大量浪費(fèi)。

1 割臺拉莖輥工作原理

（1）拉莖輥分類。當(dāng)前國內(nèi)玉米收獲機(jī)割臺拉莖輥按照結(jié)構(gòu)形式主要分為：六棱板式，對刀式（四片、五片式）和輥式（高低輥），其中六棱板式市場占有率最高，對刀式呈增長趨勢，輥式主要適用于中原地區(qū)。三種拉莖輥拉莖能力以輥式最強(qiáng)，其次是對刀式，最弱是六棱板式，但能力最強(qiáng)的輥式拉莖輥在作業(yè)時候?qū)τ衩鬃蚜５膿p傷也是最大，六棱板式對玉米棒的損傷最小，但其上雜率也相對較高。

（2）拉莖輥工作原理。六棱板式拉莖輥拉莖能力主要靠兩個交錯30°的板齒相互咬合，將玉米莖程S型環(huán)繞向下拉，當(dāng)玉米棒觸碰到摘穗板時，莖稈繼續(xù)向下運(yùn)動，而玉米棒較粗，被摘穗板擋住，玉米棒與莖稈分離，從而實(shí)現(xiàn)摘穗，一個合格的拉莖輥與哪些評判參數(shù)有關(guān)，也就是說拉莖輥能力是否達(dá)到要求，從哪些方面反應(yīng)，一對拉莖輥在完成一株玉米的拉莖，上雜較少，最主要的是無斷桿情況，且在連續(xù)作業(yè)情況下，無堵塞現(xiàn)象，對籽粒損傷小即為合格的拉莖輥，具體如圖1所示：

圖1 拉莖輥工作示意圖

2 拉莖輥性能對割臺上雜率的影響分析和計算

2.1 割臺上雜高，堵塞的主要因素

在國家收獲機(jī)鑒定標(biāo)準(zhǔn)中，有一條明確規(guī)定，果穗含雜率1.5%，而割臺是一臺收獲機(jī)首次接觸玉米，完成拉莖、摘穗、輸送和收集的核心部件，也是上雜多少的關(guān)鍵部件，但不是全部因素，其他因素還有：農(nóng)藝條件和收獲機(jī)作業(yè)速度（以下簡稱車速）。

（1）農(nóng)藝條件關(guān)注分析的參數(shù)。在我國，由于地區(qū)土壤氣候不同，玉米品種非常多，玉米種植及其不規(guī)范，這就給收獲機(jī)設(shè)計帶來難度，那么農(nóng)藝條件中哪些參數(shù)值對收獲機(jī)性能影響，文章主要介紹下2個重要參數(shù)的含義，以及其對收獲機(jī)性能的影響和關(guān)系，如圖2所示。

圖2 玉米株株高與結(jié)穗高度示意圖

H為株高，對拉莖輥向下運(yùn)動的線速度有關(guān)，株高越高，需要拉莖輥線速度越大；h為結(jié)穗高度，不但對拉莖輥向下運(yùn)動的線速度有關(guān)，還與割臺升降高度有關(guān)，具體可以說是與摘穗板上平面距離玉米結(jié)穗部位有關(guān)。一般在實(shí)際作業(yè)過程中，摘穗板與玉米結(jié)穗部位距離200mm左右較為合適。

（2）拉莖輥性能參數(shù)。拉莖輥在工作過程中有哪些性能參數(shù)決定著其拉莖能力。①線速度，也是玉米莖稈向下運(yùn)動速度：v（m/s）（如圖1所示）。這里面：

n為拉莖輥轉(zhuǎn)速，r/min；Φ為拉莖輥直徑，mm；（如圖3所示）。

圖3 拉莖輥外徑示意圖

拉莖輥拉莖能力直接反應(yīng)就是，其將玉米莖稈向下拉過程中的速度快慢，也就是拉莖輥的直徑和轉(zhuǎn)速起到?jīng)Q定作用，而有效長度與車的行進(jìn)速度和玉米桿株高有關(guān)，也是反應(yīng)斷莖上雜關(guān)鍵參數(shù)。

圖4 拉莖輥在割臺上有效長度示意圖

（3）收獲機(jī)作業(yè)速度。每臺玉米收獲機(jī)設(shè)計過程中都有其設(shè)計作業(yè)理論速度，目前一般中小型玉米收獲機(jī)作業(yè)速度在3~5km/h，大型玉米收獲機(jī)作業(yè)速度一般設(shè)計為6~9km/h；超過這些設(shè)定的速度，很容易出現(xiàn)拉桿、堵塞現(xiàn)象，那么車速與拉莖輥性能如何匹配？二者到底有什么聯(lián)系與關(guān)系？

2.2 農(nóng)藝條件、車速、拉莖輥性能與割臺上雜率（果穗含雜

率）之間的數(shù)學(xué)關(guān)系

一株玉米從其進(jìn)入到拉莖輥有效長度起點(diǎn)時候，在拉莖輥向下作用下，其與拉莖輥等同的速度v向下運(yùn)動，此時車在以勻速度V向前行走，這可以看成是玉米株以V相對靜止地面向后運(yùn)動。設(shè)玉米株向后運(yùn)動時間為T1，單位s，那么，

L為拉莖輥有效長度，mm；

設(shè)玉米株向下運(yùn)動時間為T2，單位s，那么，

Δh為需要拉莖高度，單位mm。

對于待拉莖高度Δh，有以下兩種情況，兩種算法：

當(dāng)株高不是很高，割臺升降高度滿足使用要求，即h-200 ≦A

當(dāng)玉米株高較高，割臺升至最高，摘穗板上平面距離結(jié)穗部位大于200，即h-200>A

A為割臺升至最高點(diǎn)，摘穗板上平面距離地面高度，單位mm。

通過α值，也就是T1和T2對比，筆者從中可知，①當(dāng)T1T2，α>1即說明拉莖輥將玉米株拉莖完成，而玉米株未到達(dá)拉莖輥有效長度末端，不會出現(xiàn)斷桿情況；在待拉莖高度Δh情況一下，得出：

α=T1/T2=Lv/ΔhV=LΦ∏n/60000（H-h+200）V

在待拉莖高度Δh情況二下，得出：

α=T1/T2=Lv/ΔhV=LΦ∏n/60000（H-A）V

至此，根據(jù)公式，非常清晰的看出，割臺斷莖與拉莖輥直徑、轉(zhuǎn)速、玉米農(nóng)藝條件和車速的關(guān)系，這也就是在市場上為什么有些收獲機(jī)跑快了就堵塞，收高桿玉米車速得慢，否則也是收獲不成的原因。由于市場上收獲機(jī)作業(yè)情況非常復(fù)雜，雖然雖然臨界值α大于1，出現(xiàn)輕微斷桿，但因?yàn)橛衩讞U含水率很低，玉米種植較為稀疏，長勢不好等等因素，收獲機(jī)依然能夠作業(yè)，所以α與1的比較不能作為絕對，根據(jù)當(dāng)前實(shí)際作業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累，可將α設(shè)定為經(jīng)驗(yàn)值：0.9~1.15，在這個范圍內(nèi)可以稱為過度區(qū)域，或是緩沖值。

3 結(jié)論

（1）通過拉莖輥與割臺上雜率的分析，將拉莖輥性能量化，深度解析其工作過程，系統(tǒng)化認(rèn)知拉莖輥各參數(shù)理論設(shè)計與實(shí)際收獲之間的聯(lián)系。

（2）數(shù)學(xué)模型的建立，可以較容易解決實(shí)際收獲作業(yè)過程中遇到的相關(guān)問題，也會很直觀的通過計算找出問題根源所在，處理起問題來比較有針對性，避免不必要的浪費(fèi)和投入。

（3）很好的為以后正向設(shè)計提供基礎(chǔ)理論依據(jù)，隨著國家農(nóng)業(yè)機(jī)械化越來越快發(fā)展，建立很好的設(shè)計規(guī)范提供相關(guān)的參考，也能填補(bǔ)相應(yīng)的一些空白。

Effect of the Performance of Cutting Stem and Roll of Corn Harvester on Cutting

LI Xiao-po1，TANG Wen-tao2
（1.Jiangsu Changfa Agricultural Equipment Co.，Ltd.，Changzhou，Jiangsu 213176，China；2.Jiufang Taihe International Heavy Industry（Qingdao）Co.，Ltd.，Qingdao，Shandong 266426，China）

In the current market，the corn harvester has a high degree of possession，and many of the harvesters have encountered in the course of the operation because of the high rate of harvesting on the cutting table so that the harvesting effect can not meet the national standard，and the clogging phenomenon occurs.The main reason is that the cutting of the cutting roller is not suitable for harvesting area agronomic or speed and speed does not match.In order to fundamentally solve this problem，and to provide some theoretical data reference to the industry technical staff in design of the draft roll，it does in-depth analysis and calculation of the stem，the upper reaches of quantification，especially based on practical experience.The critical velocity of veneer v and v，and the critical transitional area of agronomic conditions are given to form a mathematical model.In the future design and development process，it can refer to these theoretical data and model to design suitable stem roll，which fills the domestic pull stem roller design specifications and the standard on some gaps.

pull stem roll design；performance impact on miscellaneous effects；mathematical model establishment；design specification and theoretical data

S225.51

A

2095-980X（2017）04-0068-02

2017-03-07

李小坡（1981-），男，河北唐山人，大學(xué)本科，主要研究方向：玉米收獲機(jī)設(shè)計與研發(fā)。