自走跨越式玉米去雄機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

劉 洋，李亞雄，毛罕平，李 斌，王 濤

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 機(jī)械裝備研究所，新疆 石河子 832000；2.江蘇大學(xué) 農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

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自走跨越式玉米去雄機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

劉 洋1,2，李亞雄1，毛罕平2，李 斌1，王 濤1

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 機(jī)械裝備研究所，新疆 石河子 832000；2.江蘇大學(xué) 農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

新疆的氣候條件非常適合制種玉米的種植，針對(duì)新疆制種玉米種植的農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)了自走跨越式玉米去雄機(jī)。該機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，能夠跨越行走在玉米地中，可以根據(jù)制種玉米的行距和生長(zhǎng)高度，調(diào)整去雄裝置的位置，并根據(jù)母本玉米雄蕊生長(zhǎng)的情況和去雄要求，選擇盤(pán)刀切雄裝置或滾輪抽雄裝置去除雄蕊。試驗(yàn)結(jié)果表明：抽雄合格率可以達(dá)到90%，漏抽雄4%，傷莖率6%，機(jī)具行走平穩(wěn)，通過(guò)性能較好。

去雄機(jī)；制種玉米；自走；跨越式

0 引言

新疆由于氣候條件優(yōu)越，發(fā)展制種玉米產(chǎn)業(yè)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，在新疆伊犁、瑪納斯河流域、奎屯等地區(qū)都有大面積種植[1-2]。制種玉米種植的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是母本玉米去雄，母本玉米去雄根據(jù)各組合的生物特性，必須在5天內(nèi)完成，季節(jié)性很強(qiáng)，時(shí)間緊迫，工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，單位面積人工去雄成本高[3-4]。隨著制種玉米種植面積的迅速擴(kuò)大，季節(jié)性勞動(dòng)力更加緊缺，為了提高作業(yè)效率，降低勞動(dòng)成本，新疆引進(jìn)了國(guó)外制種玉米去雄機(jī)。新疆兵團(tuán)第四師66團(tuán)在我國(guó)最先引進(jìn)了法國(guó)Bourgoin公司生產(chǎn)的TURBO 2204型制種玉米去雄機(jī)，在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了示范性的使用；但是因價(jià)格過(guò)高，農(nóng)民負(fù)擔(dān)不起，加之對(duì)機(jī)器維護(hù)困難，未能得到大面積使用[5]。后來(lái)，隨著人力成本的提高，新疆多個(gè)地區(qū)又引進(jìn)了美國(guó)Big John 公司生產(chǎn)的PDF 752D型去雄機(jī)，該機(jī)型在新疆地區(qū)得到了應(yīng)用，作業(yè)效率很高；但是依然受價(jià)格過(guò)高、維護(hù)困難的因素影響，沒(méi)能在新疆得到推廣使用[6-8]。因此，研制出符合新疆制種玉米農(nóng)藝特點(diǎn)的去雄機(jī)械，對(duì)解決制種玉米機(jī)械化生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

本文針對(duì)新疆地區(qū)制種玉米種植的農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)了3QXZ—8型自走跨越式玉米去雄機(jī)。該機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，能夠跨越行走在玉米地中，可以根據(jù)制種玉米的行距和生長(zhǎng)高度，調(diào)整去雄裝置的位置，并根據(jù)母本玉米雄蕊生長(zhǎng)的情況和去雄要求，選擇盤(pán)刀切雄裝置或滾輪抽雄裝置去除雄蕊。

1 新疆制種玉米種植方式

新疆地區(qū)特殊的氣候條件，決定制種玉米種植需要鋪設(shè)地膜[9]，制種玉米普遍采用1∶5(1行父本5行母本)至1∶8(1行父本8行母本)的種植方式，地膜有0.7m和0.9m兩種膜寬。圖1是兩種典型的制種玉米鋪膜種植的布置示意圖：(a)是0.9m寬地膜，3膜6行(1∶5)，0.6m等行距的種植方法；(b)是0.7m寬地膜，4膜8行(1∶8)， 0.6m×0.4m寬窄行距的種植方法。去雄機(jī)作業(yè)時(shí)，機(jī)具行走在地膜間裸露在外的地面上，對(duì)母本玉米的雄蕊進(jìn)行去雄。

1.父本玉米 2.母本玉米 3.地膜

2 整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

根據(jù)新疆地區(qū)制種玉米種植的農(nóng)藝要求及玉米去雄的工藝流程，設(shè)計(jì)出的玉米去雄機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓站、機(jī)架、駕駛臺(tái)、前后輪支撐臂、去雄裝置、升降支架及升降液壓油缸等組成，如圖2所示。該機(jī)依靠自身的動(dòng)力跨越行走在地膜間裸露在外的地面上，適用于不同生長(zhǎng)高度的制種玉米去雄作業(yè)，并可根據(jù)制種玉米品種的不同，選擇盤(pán)刀切雄裝置或滾輪抽雄裝置去雄。機(jī)具的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。作業(yè)時(shí)，機(jī)具由液壓站向固定在輪軸處的液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)整機(jī)行走，通過(guò)液壓轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向液壓油缸控制前輪的方向來(lái)改變整機(jī)的行走方向；根據(jù)母本玉米的生長(zhǎng)高度，控制升降液壓油缸來(lái)調(diào)整升降支架，使去雄裝置達(dá)到去雄作業(yè)的工作高度，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)去雄裝置旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行去雄作業(yè)。當(dāng)去雄作業(yè)結(jié)束需要轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)，可以將中間的兩組去雄裝置升到最高位置，兩端的去雄裝置降到最低位置，然后折疊升降支架，使整機(jī)的幅寬變小，以便于轉(zhuǎn)場(chǎng)行駛。

表1 主要技術(shù)性能參數(shù)

3 主要部件設(shè)計(jì)

由于制種玉米在去雄時(shí)高度已生長(zhǎng)到1.5～2.5m之間，機(jī)械去雄時(shí)的主要問(wèn)題是要實(shí)現(xiàn)機(jī)具高架行走、去雄裝置高度可調(diào)整，轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)要便于運(yùn)輸。因此，其關(guān)鍵部件是前后輪高架支撐臂、升降支架和去雄裝置。

3.1 前后輪支撐臂結(jié)構(gòu)和行走輪規(guī)格的選擇

前后輪支撐臂設(shè)計(jì)的要求是：機(jī)具在去雄作業(yè)時(shí)，機(jī)架要跨越行走在制種玉米之上，避免碰倒碾壓玉米莖稈，因此機(jī)具應(yīng)采用高地隙機(jī)架結(jié)構(gòu)；為了滿(mǎn)足不同行距農(nóng)藝要求的玉米種植，前后輪的間距應(yīng)可調(diào)整，且前輪支撐臂能夠改變前輪方向，以便控制機(jī)具行走方向。前輪支撐臂由外支撐管、轉(zhuǎn)向軸、伸縮軸、推力軸承、油封和支撐板等組成，在支撐板上固定有刮板和撥板，刮板的作用是刮去車(chē)輪上的泥土，撥板是為了撥開(kāi)玉米地中的雜草，以減少雜草的纏繞，如圖2所示。伸縮軸可以在機(jī)架上的伸縮管中插進(jìn)或拔出，這樣就可以調(diào)整輪間距。行走輪在滿(mǎn)足可以支撐整機(jī)質(zhì)量的同時(shí)，必須可以和支撐臂一起行走在行間而不與玉米莖稈接觸，因而選擇9.5-32型農(nóng)用輪胎，行走輪與支撐臂總寬度46cm。

1.去雄裝置 2.升降支架 3.升降液壓缸 4.前輪支撐臂 5.后輪支撐臂 6.機(jī)架 7.發(fā)動(dòng)機(jī) 8.液壓站

3.2 升降支架

升降支架主要由主梁、四桿機(jī)構(gòu)、螺旋扣及升降液壓油缸等組成，如圖2所示。通過(guò)控制升降液壓油缸，使四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)調(diào)整去雄裝置的高度，然后通過(guò)擰動(dòng)螺旋扣來(lái)調(diào)整去雄裝置轉(zhuǎn)動(dòng)軸的角度，使去雄裝置達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。為了便于轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸，主梁兩端可以折疊(見(jiàn)圖3)，由主梁、主梁端部、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和定位銷(xiāo)組成。定位銷(xiāo)有兩個(gè)定位孔，工作時(shí)，定位銷(xiāo)在圖3所示位置，使主梁端部展開(kāi)；當(dāng)轉(zhuǎn)場(chǎng)行走時(shí)，將主梁端部折疊，定位銷(xiāo)插入另外一個(gè)孔，減小去雄機(jī)寬幅，便于行走運(yùn)輸。

1.主梁 2.轉(zhuǎn)動(dòng)軸 3.主梁端部 4.定位銷(xiāo)

3.3 去雄裝置

在升降支架的支撐梁上安裝著由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的去雄裝置，由于制種玉米品種和田間管理方式的不同，在去雄季節(jié)，母本的雄蕊長(zhǎng)出的長(zhǎng)度是不同的(見(jiàn)圖4)，為了滿(mǎn)足不同情況的雄蕊去雄要求，設(shè)計(jì)了兩種去雄裝置，即盤(pán)刀切雄裝置和滾輪抽雄裝置，分別通過(guò)切割和抽取的方式完成玉米雄蕊的去除[10-11]。兩種去雄裝置可以根據(jù)去雄的需要，選擇性地通過(guò)螺栓固定在支撐梁上。

圖4 制種玉米母本雄蕊

3.3.1 盤(pán)刀切雄裝置

盤(pán)刀切雄裝置由連接桿、刀盤(pán)、護(hù)罩、液壓馬達(dá)及撥桿等組成，如圖5所示。每組盤(pán)刀切雄裝置有兩個(gè)切割刀盤(pán)，每個(gè)刀盤(pán)的固定管套在支撐梁上，可以通過(guò)改變固定管在連接桿上的位置，來(lái)改變兩個(gè)切割刀盤(pán)的距離，即實(shí)現(xiàn)調(diào)整切割行距；刀片為銳角形的雙面刀片，在切割刀盤(pán)上均布刀片的數(shù)量為3個(gè)，每個(gè)刀盤(pán)分別用一個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在每個(gè)切割刀盤(pán)的下方通過(guò)支撐座安裝著對(duì)稱(chēng)的撥桿，對(duì)稱(chēng)撥桿的開(kāi)口呈八字形，工作時(shí)把玉米雄蕊扶攏對(duì)齊便于切割。作業(yè)時(shí)，當(dāng)?shù)侗P(pán)接觸到玉米雄蕊時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的刀片切掉雄蕊，完成作業(yè)。

由于玉米雄蕊具有一定的韌性，用盤(pán)刀切雄時(shí)要保證刀片可以切斷雄蕊，而不出現(xiàn)將雄蕊折彎的現(xiàn)象，因此刀片設(shè)計(jì)成銳角形，即采用滑切的方式切割。

1.撥桿 2.刀盤(pán) 3.刀片 4.護(hù)罩 5.液壓馬達(dá) 6.連接桿

3.3.2 滾輪抽雄裝置

滾輪抽雄裝置由連接桿、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、支撐座、液壓馬達(dá)及撥桿等組成，如圖6所示。每組滾輪抽雄裝置有兩對(duì)滾輪，支撐座通過(guò)軸承安裝主動(dòng)輪軸和從動(dòng)輪軸，主動(dòng)輪軸和從動(dòng)輪軸相互平行；由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪軸端部固定安裝的主動(dòng)滾輪；在從動(dòng)輪軸的端部安裝著從動(dòng)輪，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的輪面相互摩擦接觸。液壓馬達(dá)帶動(dòng)主動(dòng)輪軸按圖6中標(biāo)出的方向旋轉(zhuǎn)，由于一對(duì)滾輪接觸面緊緊接觸，在摩擦力的作用下帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。作業(yè)時(shí)，當(dāng)玉米雄蕊接觸到每對(duì)滾輪接觸面時(shí)，兩對(duì)輪子擠壓摩擦把玉米雄蕊拔出，完成抽雄作業(yè)。滾輪抽雄裝置下方的對(duì)稱(chēng)撥桿的作用與盤(pán)刀抽雄裝置的對(duì)稱(chēng)撥桿相同。

4 田間試驗(yàn)

田間試驗(yàn)在新疆兵團(tuán)第八師151團(tuán)進(jìn)行，試驗(yàn)用地為4膜8行(1∶8)，0.6m×0.4m寬窄行距的種植方式；母本玉米高度2m，雄蕊長(zhǎng)出不突出，選用滾筒抽雄裝置進(jìn)行去雄試驗(yàn)，地面生長(zhǎng)有少量雜草。試驗(yàn)中機(jī)具的工作參數(shù)為：行走速度5km/h，去雄裝置作業(yè)高度1.8m，抽雄轉(zhuǎn)速為600r/min，如圖7所示。試驗(yàn)后連續(xù)檢查100株母本玉米，重復(fù)5次，檢查母本玉米雄蕊是否去除干凈，是否有傷莖現(xiàn)象，效果如圖8所示。

1.主動(dòng)輪 2.從動(dòng)輪 3.支撐座 4.連接桿 5.液壓馬達(dá) 6.撥桿

圖7 3QXZ-8型自走跨越式玉米去雄機(jī)

圖8 抽雄效果

試驗(yàn)表明：抽雄合格率可以達(dá)到90%，漏抽雄4%，傷莖率6%。分析原因：母本玉米長(zhǎng)勢(shì)高度不均，對(duì)較矮的玉米抽雄滾輪不能夾緊雄蕊，導(dǎo)致雄蕊抽不出；而對(duì)于較高的母本玉米，抽雄滾輪不僅夾取了雄蕊，還夾緊了部分玉米莖和葉，抽雄后，對(duì)玉米莖葉損傷較大。試驗(yàn)中，機(jī)具行走平穩(wěn)，車(chē)輪處擋板起到了撥開(kāi)雜草的作用，未發(fā)生雜草纏繞車(chē)輪主軸的現(xiàn)象。

由于母本玉米雄蕊在去雄時(shí)雄蕊長(zhǎng)出不明顯，為了減少對(duì)莖葉的損傷，選用了滾輪抽雄裝置。如果選用盤(pán)刀切雄裝置，會(huì)將盤(pán)刀接觸到的莖葉切除掉，傷莖現(xiàn)象明顯，并且盤(pán)刀切雄裝置切雄后，一些較矮的母本玉米雄蕊未切凈，會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)出，必須進(jìn)行二次切雄，會(huì)增大對(duì)玉米的傷害，影響產(chǎn)量，提高生產(chǎn)成本。

5 結(jié)論

1)3QXZ-8型自走跨越式玉米去雄機(jī)，可以滿(mǎn)足不同父本和母本種植模式、不同行距和高度的制種玉米去雄作業(yè)。田間試驗(yàn)表明：該機(jī)具有良好的高地隙通過(guò)能力，抽雄合格率可以達(dá)到90%，漏抽雄4%，傷莖率6%。

2)該機(jī)可以根據(jù)制種玉米的生長(zhǎng)情況，選擇盤(pán)刀切雄和滾輪抽雄兩種方式進(jìn)行玉米去雄。滾輪抽雄裝置通過(guò)拔取的方式將母本玉米雄蕊抽出，雄蕊取出較干凈；盤(pán)刀切雄裝置不能將雄蕊切凈，需要二次切雄，對(duì)玉米損傷較大。玉米生長(zhǎng)高度的一致性對(duì)去雄質(zhì)量和合格率有很大的影響。

3)新疆制種玉米的大面積種植非常適合機(jī)械化去雄作業(yè)，可對(duì)制種玉米規(guī)模化種植、降低生產(chǎn)成本起到了積極的作用。但是，由于制種玉米育種種植方式與機(jī)械去雄存在不匹配，不同品種制種玉米母本雄蕊抽雄長(zhǎng)度區(qū)別很大，這些因素影響了去雄機(jī)的去雄效果，沒(méi)有完全發(fā)揮機(jī)械抽雄技術(shù)的優(yōu)越性[11]。因此，在進(jìn)一步完善機(jī)械抽雄技術(shù)的同時(shí)，培育適合機(jī)械抽雄的制種玉米品種，以加快制種玉米去雄機(jī)的推廣和使用。

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Design and Experiment for Self-propelled Crossing Type of Corn Detasseling Machine

Liu Yang1,2, Li Yaxiong1, Mao Hanping2, Li Bin1, Wang Tao1

(1.Machinery and Equipment Research Institute, Xinjiang Academy of Agriculture and Reclamation Sciences,Shihezi 832000, China; 2.School of Agricultural Equipment Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013,China)

The climate in Xinjiang Province is quite suitable for the seed corn planting, aimed at the requirement of the corn planting, the self-propelled and leap-type corn emasculation machine is designed. The machine which is driven by Hydraulic motor can stride across the corn field, it can also adjust the position of Emasculation device based on the row spacing and the growth height of the corn seeds; according to the growth situation of the female parent corn stamen and the requirernent of removing the stamen, we choose Circular knives detasseling equipment or Roller detasseling equipment. The test suggests 90% qualified, 4% leaked, 6% destroyed; the machine can walk through the field smoothly and cross it well.

corn seeds; detasseling machine; self-propelled；propelled acrossing type

2015-05-23

新疆兵團(tuán)工業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2011BA025)； 中組部“西部之光”訪問(wèn)學(xué)者資助項(xiàng)目( 2015-2016)；新疆兵團(tuán)“兵團(tuán)英才”人才培養(yǎng)工程項(xiàng)目(2014-2018)

劉 洋(1978-),男，新疆石河子人，副研究員，(E-mail) lyshz@163.com。

S224.9

A

1003-188X(2017)07-0112-05