全膜雙壟溝播玉米穗莖兼收對行聯(lián)合收獲機的研制

辛尚龍，趙武云，戴 飛，石林榕，馬明義，趙新平

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全膜雙壟溝播玉米穗莖兼收對行聯(lián)合收獲機的研制

辛尚龍1，趙武云1※，戴 飛1，石林榕1，馬明義2，趙新平2

（1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學機電工程學院，蘭州 730070；2. 甘肅洮河拖拉機制造有限公司，定西 730500）

為適應中國西北旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播種植模式，解決傳統(tǒng)玉米收獲機械收割過程不對行、玉米籽粒損失率高的問題，設計了一種自走式穗莖兼收型旱區(qū)玉米全膜雙壟溝聯(lián)合收獲機。該機采用對行式收割割臺、立式摘穗輥裝置、割臺下方中間位置輸送玉米果穗、立式摘輥后方設置莖稈切碎裝置、機身側面輸送經(jīng)切碎后的玉米莖稈，實現(xiàn)了旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播種植的對行收割以及穗莖兼收，降低了籽粒損失。田間試驗表明，在機具作業(yè)速度為3～4.5 km/h、立式摘穗輥轉(zhuǎn)速為1 100 r/min、莖稈切碎裝置轉(zhuǎn)速為1 584 r/min時，籽粒損失率為1.8%，果穗損失率2.4%，籽粒破碎率0.77%，莖稈切碎合格率92.6%，苞葉剝凈率95.1%，能夠滿足玉米聯(lián)合收獲技術要求。

農(nóng)業(yè)機械；設計；農(nóng)作物；旱區(qū)；玉米；全膜雙壟溝；穗莖兼收；立式摘穗輥

0 引 言

玉米是中國主要的糧食作物之一，也是農(nóng)民收入的重要來源，中國每年玉米播種面積可達3.3×107hm2 [1]，玉米秸稈年產(chǎn)量每年可達約2.4億t[2-4]，玉米秸稈含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)回收青貯加工后可作為畜禽飼料，可以提高其飼料營養(yǎng)價值和飼用價值，減少資源浪費。近年來，為了實現(xiàn)旱區(qū)農(nóng)業(yè)玉米增收的目標，甘肅中東部玉米種植區(qū)采用玉米全膜雙壟溝播抗旱技術，為旱區(qū)玉米穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)提供了一條有效的技術途徑[5]。據(jù)統(tǒng)計，2013年底，中國玉米機收率為49%，到2016年，中國玉米機收率為63%，整體上中國的玉米機收率有很大的提升，但是甘肅省的玉米收獲主要以人工收獲為主，機械化收獲遠遠落后于國家平均水平[6-7]。除了一些較小地塊無法使用大型機具外，地膜也成了限制聯(lián)合作業(yè)機具推廣應用的主要原因之一。

國外發(fā)達國家對玉米聯(lián)合收獲機具的研究起步早，發(fā)展比較成熟，對玉米聯(lián)合收獲有較深入的研究，近年來，其主要朝著大型、大功率、寬割幅、大喂入量和智能化方向發(fā)展，然而國外玉米種植作業(yè)與中國北方旱區(qū)小地塊種植的方式不同，并且沒有進行覆膜種植，所以可做參考的研究有限[8-9]。中國大部分玉米聯(lián)合收獲機型同國外一樣都采用臥式摘穗輥裝置，對摘除玉米果穗的莖稈進行還田作業(yè)，這類機型不適用于小地塊且以鋪膜作業(yè)為主的收獲；2005年，由山東理工大學的張道林團隊提出了采用立式摘穗輥裝置的穗莖兼收型玉米聯(lián)合收獲機，通過生產(chǎn)試驗證明了該種收獲方式的可行性[10-11]。目前，國內(nèi)對穗莖兼收型玉米聯(lián)合收獲機具的研究比較多，出現(xiàn)了各種類型的機型，但是針對旱地玉米全膜雙壟溝種植模式下的聯(lián)合收獲機械的研究尚屬空白。

有鑒于此，研發(fā)一種以甘肅為代表的針對旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播的收獲機械顯得格外重要。為此，本文設計了一種旱區(qū)玉米全膜雙壟溝聯(lián)合收獲機，該機具能夠一次性完成玉米果穗的摘穗、輸送、剝皮、收集和莖稈的切斷、揉搓切碎、拋送、集車等功能。

1 整機結構與工作原理

1.1 結構組成

全膜雙壟溝播玉米穗莖兼收對行聯(lián)合收獲機主要由立式割臺、果穗第一升運器、果穗第二升運器、剝皮裝置、籽?；厥昭b置、莖稈切碎裝置、拋射筒、果穗收集箱及莖稈收集箱等組成，其結構如圖1所示。

1.2 傳動方案與工作原理

圖2為作業(yè)機傳動系統(tǒng)示意圖，其中有3組帶傳動，其余為鏈傳動。整機工作時，柴油機一側的皮帶輪帶動變速箱體輸入軸上的皮帶輪，將柴油機動力輸入給變速箱，變速箱再將動力輸出到左右前輪；柴油機另一側的大皮帶輪經(jīng)帶傳動將動力輸出到中間傳動軸，中間傳動軸由鏈傳動將動力分配到駕駛室下方的左右半軸，左右半軸由鏈傳動將動力輸出至割臺通軸，割臺通軸將動力分為5路，分別由鏈傳動將動力傳遞至往復式切割器、立式摘穗輥、莖稈切碎裝置、橫向螺旋輸送裝置、一級果穗升運器，其中，夾持輸送裝置的主動鏈輪安裝在立式摘穗輥上下段之間。機身側面的拋送裝置外側設有小皮帶輪，它與發(fā)動機一側的大帶輪構成第三組帶傳動，以實現(xiàn)莖稈的拋送過程。

1.分禾器 2.割臺機架 3.割臺液壓缸 4.莖稈拋送裝置 5.前輪 6.柴油機 7.籽粒收集箱 8.后輪 9.液壓缸 10.莖稈收集箱 11.果穗收集箱 12.剝皮裝置 13.二級果穗升運器 14.拋射筒 15.駕駛室 16.車身機架

1.往復式切割器 2.夾持輸送裝置 3.一級果穗升運器 4.立式摘穗輥 5.聯(lián)軸器 6.莖稈切碎裝置 7.橫向螺旋輸送器 8.拋送裝置 9.左右半軸 10.割臺通軸 11.中間傳動軸 12.變速箱體 13.柴油機 14.車身機架 15.皮帶輪Ⅰ 16.皮帶輪Ⅱ 17.前輪 18.后輪

剝皮裝置位于車身中間上方位置與二級果穗升運器相銜接，其動力傳遞路線為：動力經(jīng)中間傳動軸輸出，中間傳動軸的一邊經(jīng)兩級鏈傳動將動力傳遞給二級果穗升運器，另一邊由鏈傳動將動力輸出至剝皮裝置。

機具工作過程中，玉米植株經(jīng)割臺正前方的分禾器喂入，在夾持輸送鏈的配合下由割臺下方的往復式切割器切斷，再經(jīng)夾持輸送裝置將其輸送到立式摘穗輥摘穗。摘穗輥摘下的玉米果穗在導流板的導向作用與自身重力的作用下流入割臺下方的一級果穗升運器，再由一級果穗升運器將玉米果穗送至二級果穗升運器，由二級果穗升運器將其送至剝皮裝置剝?nèi)グ~，去除苞葉后的玉米果穗在自身重力的作用下流入到果穗收集箱中，完成玉米果穗的收集；摘穗后的玉米莖稈則經(jīng)立式摘穗輥送入莖稈切碎裝置，莖稈切碎裝置由錘片及錘片架組成，工作時，由割臺通軸上的大鏈輪將動力傳入莖稈切碎裝置一側的小鏈輪，帶動莖稈切碎裝置高速旋轉(zhuǎn)，進而由錘片將莖稈進行揉搓打碎，以達到粉碎玉米莖稈的目的，在切碎裝置的下方設置有橫向螺旋輸送器，由橫向螺旋輸送器將切碎后的莖稈收集并送入拋送器，再由拋送裝置（拋射筒）將切碎后的莖稈送入集草箱中，完成玉米莖稈的切碎與集箱。

各裝置由車架將其組合在一起，一次作業(yè)完成玉米果穗的摘收、升運、集箱，莖稈的切割、輸送、切碎、拋送收集。其技術特點在于：針對旱地玉米全膜雙壟溝種植模式的對行收獲，作業(yè)過程中夾持喂入整齊、不漏割、割臺不擁堵；摘穗裝置采用立式摘穗輥，莖稈切碎裝置采用錘片作為切碎刀，玉米果穗在下垂狀態(tài)下完成摘穗，籽粒損失小[12-14]。

1.3 主要技術指標

旱地玉米全膜雙壟溝種植的農(nóng)藝栽培模式如圖3a所示[15-18]。其中，大壟與小壟的總寬度為110 cm，大壟寬為70 cm，高為10～15 cm，小壟寬為40 cm，高為15～20 cm，要求地膜全覆蓋，在壟溝內(nèi)播種，播種深度為30～50 mm，株距根據(jù)當?shù)啬杲邓縼矶?，一般?3～40 cm。壟體覆膜選用寬度為1 200 mm、厚度為0.01 mm的白色地膜。試驗證明玉米全膜雙壟溝種植在收獲前期，由于膜下土壤水分的變化，其膜下的土壤粘性變大，土壤已經(jīng)進入結實期，這一特性非常有利于收獲機械在旱地玉米全膜雙壟溝的膜上進行作業(yè)，對地膜的損失較小。

結合甘肅省玉米全膜雙壟溝播種植特點及動力計算結果，聯(lián)合作業(yè)機主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 主要性能參數(shù)

2 割臺關鍵部件設計

割臺是整個玉米收獲過程中最關鍵的部件之一，決定了整個收獲過程中的后續(xù)部分能否順利進行，針對旱地玉米全膜雙壟溝的農(nóng)藝要求，借鑒國內(nèi)較成熟的玉米聯(lián)合收獲機械，對機具割臺進行優(yōu)化改進設計，整個割臺由割臺機架、往復式切割器、夾持輸送裝置、立式摘穗輥、莖稈切碎裝置、橫向果穗螺旋輸送裝置等組成。如圖3a所示，為保證在收獲時玉米植株能夠?qū)π惺崭钋臆囕啅拇髩艍琶嬷虚g覆土帶通過，取兩夾持鏈中心距400 mm（小壟寬），與夾持鏈對應的兩對立式摘輥中心距也為400 mm，割臺機架寬為1 200 mm[19-20]。割臺整體布置如圖3b所示，采用對行式收割割臺、立式摘穗輥裝置、割臺下方中間位置輸送玉米果穗、立式摘輥后方設置莖稈切碎裝置、機身側面輸送切碎后的玉米莖稈的組合方式，實現(xiàn)旱地全膜雙壟溝播的玉米穗莖兼收作業(yè)。

1.大壟壟體 2.小壟壟體 3.地膜 4.覆膜土帶 5.壟溝 6.往復式切割器 7.立式摘穗輥 8.玉米植株

1.Big ridge and ridge body 2.Small ridge and ridge body 3.Plastic film 4.Strip of soil 5.Furrow 6.Reciprocator cutter 7.Vertical snapping rolls 8.Maiz plant

a.旱地玉米全膜雙壟溝植株-立式摘穗輥分布圖

a. Maize plant and vertical snapping rolls distribution of whole plastic film mulching on double ridges in arid regions

b. 割臺整體結構

2.1 往復式切割器與夾持輸送裝置

2.1.1 往復式切割器

在往復式切割中，根據(jù)動刀片間距、護刃齒間距0與割刀行程三者之間的關系，將往復式切割器分為3種類型，分別是普通Ⅰ型、普通Ⅱ型和低割型[21-22]。其中，普通Ⅰ型的割刀行程與其動刀片間距和護刃齒間距0相等，均為76.2 mm；普通Ⅱ型的動刀片間距和護刃齒間距0與普通Ⅰ型相同，但割刀行程是普通Ⅰ型的2倍為152.4 mm，由于這種切割器的割刀行程長，在工作中產(chǎn)生的慣性力小，所以適應于小型收割機；而低割型切割器的割刀行程與動刀片間距都比較大（有76.2和101.6 mm 2種），護刃齒間距比較小，是割刀行程的一半，不適于莖稈較粗的收獲機械，并且低割型切割器的切割速度較低，導致在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)堵刀現(xiàn)象，目前該種切割器應用的較少。

往復式切割器主要由動刀片、定刀片、刀桿、護刃器、壓刃器、摩擦片等組成，根據(jù)農(nóng)業(yè)標準選取普通Ⅰ型切割器（==0=76.2 mm），其中動刀片鉚在刀桿的下方，工作時動刀片后部貼抵在下摩擦片上，刀桿在上摩擦片和壓刃器間滑動，摩擦片磨損后可更換，其構造圖如圖4所示[23]。

1.護刃器架 2.螺栓 3.摩擦片 4.壓刃板 5.刀桿 6.護板 7.定刀片 8.動刀片 9.護刃器

2.1.2 夾持輸送裝置

夾持輸送裝置是立輥式玉米收獲機上的重要部件，其性能直接影響著后續(xù)喂入摘穗效果，決定著整臺收獲機作業(yè)的可靠性。本研究采用單邊夾持鏈條輸送的方式，一邊為夾持鏈條，一邊為偏心彈齒式撥禾輪，這種組合在后續(xù)的試驗中驗證了能夠?qū)崿F(xiàn)跟兩側均為夾持鏈條裝置相同的效果，減少了功率消耗，同時也減輕了割臺的整體質(zhì)量，在收割行數(shù)較少的立式摘穗輥玉米割臺中值得推廣應用[24]。

為保證在旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播聯(lián)合收獲機工作時玉米植株能夠?qū)π惺崭钋臆囕啅拇髩艍琶嬷虚g覆土帶通過，取兩夾持鏈中心距為400 mm（小壟寬），與夾持鏈對應的兩對立式摘輥中心距也為400 mm，割臺機架寬為1 200 mm。夾持輸送裝置主要由導向滑道、張緊裝置、主從動鏈輪等組成，其割臺外側一邊布置夾持鏈條，割臺內(nèi)側只設置滑道，在內(nèi)測滑道的前端安裝彈齒式撥禾輪，其中張緊裝置由張緊彈簧、撐桿、張緊輪等組成，夾持輸送裝置結構如圖5所示。

1.彈齒式撥禾輪 2.彈齒 3.撥禾輪固定架 4.導向滑道 5.導流板 6.摘穗輥 7.從動鏈輪 8.張緊裝置 9.夾持輸送鏈 10.主動鏈輪

2.2 立式摘穗輥

針對玉米的膜上種植，尤其是典型的旱地全膜雙壟溝播種植方式，若選取中國現(xiàn)階段普遍采用的臥式摘穗輥，則無法將摘穗后的玉米莖稈進行收集處理，由于地膜的存在，摘穗后的玉米莖稈也不能和玉米根茬進行打碎還田作業(yè)，而立式摘穗輥能很好地解決這種缺陷，立式摘穗輥在收獲時，秸稈從立式摘穗輥后方輸出，適宜對莖稈進行回收及提高綜合利用率。與臥式摘穗輥相比，立式摘穗輥減輕了割臺的重量，縮短了整機的長度，轉(zhuǎn)彎半徑相應的減小，轉(zhuǎn)彎更加靈活，對于整機而言可以在壟上更好地行走。

立式摘穗輥選用兩對傾斜（與豎直線成15°～20°夾角）配置的摘輥和擋禾板所組成（圖6），每個摘穗輥分上下兩段，兩段之間裝有喂入鏈的鏈輪。上段為摘穗輥的主要部分，為了增加摘穗輥對莖稈的抓取和對果穗的摘落能力，該段的斷面為花瓣形（3～4花瓣）。下段為輔助部分，主要起拉引莖稈的作用，該段的斷面或與上段相同或采用4～6個梭形。為了更好地實現(xiàn)摘穗過程，對摘穗輥的直徑與長度進行了分析[25-26]。

1.擋禾板 2.上段 3.下段 4.一級果穗升運器

1.Baffle 2.Upper 3.Lower 4.First level of corn conveyer

注：0為立式摘輥與豎直方向的夾角，即割臺向下前傾角度，(°)；0為工作時玉米莖稈與摘輥軸線的夾角，(°)；min為上段摘穗輥最小工作長度，mm；g為莖稈在上端始端與最低結穗部位的距離，mm；-為上段摘穗輥斷面圖，-為下段摘穗輥斷面圖。

Note:0is the angle between vertical roller and vertical direction, namely the angle of header down forward, (°);0is the angle between corn stalk and axis of vertical roller, (°);minis the minimum working length of the upper spike roller, mm;gis the distance between(the upper beginning of the vertical snapping rolls) and the end part of the corn ear, mm;-is the section map of the upper snapping rolls,-is the section map of the lower snapping rolls.

圖6 立式摘穗輥結構示意圖

Fig.6 Schematic diagram of vertical snapping rolls

2.2.1 立式摘穗輥直徑的選取

在摘穗過程中，為了提高立式摘穗輥對莖稈的抓取能力，而又避免結穗高度較低的果穗造成漏摘，對摘穗輥的抓取條件進行分析（圖7）。

注：α為摘穗輥的初始抓取角，(°)；d為玉米莖稈直徑，mm；D為立式摘穗輥直徑，mm。

式中為摘穗間隙，mm；為玉米莖稈直徑，mm；為立式摘穗輥直徑，mm。

式（1）經(jīng)三角變換，有

式中d為莖稈直徑；d為果穗大端直徑；μ為果穗抓取系數(shù)；μ為莖稈抓取系數(shù)。對鑄鐵摘穗輥而言μ≈μ=0.7～1.1，則式（3）可寫為

一般情況下，立式摘穗輥直徑范圍在70～90 mm之間。對穗莖兼收型玉米收獲機而言，玉米植株的含水量較高，摘穗難度較大，考慮到生產(chǎn)實際，取摘穗輥直徑=70 mm。

2.2.2 立式摘穗輥長度的選取

立式摘穗輥的上端為摘穗段，下端為拉莖段，其最小工作高度min（上段）應能保證在玉米莖稈在擋禾板的作用下，當最低結穗部位的玉米果穗到達摘穗輥的瞬間，玉米植株和摘穗輥的軸線的夾角應該從由0增加至90°，最小工作高度min可由式（5）計算得出，立式摘輥的工作長度如圖6所示。

式中0=40°～50°，取40°；g為莖稈在上端始端與最低結穗部位的距離，取600 mm。

式（5）代入數(shù)據(jù)，得：min=270 mm。符合立式摘輥的設計要求。根據(jù)割臺的整體高度及割臺上各部件的布置形式，取立式摘穗輥下段長為200 mm。

此外，在機具收獲過程中，立式摘穗輥線速度與摘穗輥間隙的合理與否會直接表現(xiàn)為割臺是否出現(xiàn)擁堵及籽粒損傷現(xiàn)象，當摘穗輥的線速度過高時，玉米果穗大端會被摘輥啃傷，果穗的損失率會增大；相反當摘穗輥的線速度太低時，易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。摘穗輥的間隙太小對莖稈的抓取能力降低，出現(xiàn)輾壓和短莖桿的情況非常突出；值過大掉粒損失會增加。本文取其線速度為4 m/s（當摘穗輥線速度為4 m/s時，其轉(zhuǎn)速為1 100 r/min），摘穗輥間隙為8 mm。

2.3 莖稈切碎裝置

如圖8所示，聯(lián)合作業(yè)機的莖稈切碎裝置包括左右兩組切碎箱體和與其對應的錘片式切碎刀組等部件。切碎裝置選用錘片作為系統(tǒng)的切碎刀具，由刀軸、刀架、銷軸、錘片等組成。錘片按直線對稱排列，錘片通過銷軸連接在刀架上。由傳動裝置輸出動力，帶動刀軸旋轉(zhuǎn)，再通過銷軸帶動錘片轉(zhuǎn)動[27-29]。

注：a為錘片長度，mm；b為錘片銷孔至頂端的最大距離，mm；c為錘片寬度，mm；d1為銷孔直徑，mm。

其中，根據(jù)聯(lián)合作業(yè)機玉米莖稈的切碎特點，玉米莖稈一邊被夾持送入切碎箱體一邊經(jīng)切碎裝置切碎流出箱體，所以左右兩側切碎箱體的容積設置應大于單位時間玉米莖稈進入切碎箱體的總量，根據(jù)聯(lián)合作業(yè)機作業(yè)時割臺向下前傾角度（15°～20°）及割臺布置形式，選擇切碎裝置箱體的進料口處作業(yè)幅寬1為200 mm，高1為550 mm；切碎裝置箱體出料口處的寬度2為200 mm，長2為240 mm。由行業(yè)標準選擇錘片的規(guī)格：錘片銷孔至頂端距離=80 mm；銷孔直徑1=12 mm；錘片寬度= 34 mm；錘片厚度=3 mm[30]，錘片式切碎刀組在銷軸上的間距由錘片間的銷軸套確定為20 mm。

如圖9所示，選擇莖稈切碎裝置的其中一側進行分析，莖稈切碎裝置布置在立式摘穗輥的正后方，為了保證莖稈切碎裝置進料不受外界影響，因而對應的將莖稈切碎裝置的入料口設置為最大（作業(yè)幅寬1為200 mm，高1為550 mm），取玉米植株自然高度為=260 cm，平均株距為=36 cm，莖稈割茬處平均直徑2=40 mm，當作業(yè)機前進速度4.5 km/h，立式摘穗輥轉(zhuǎn)速1 100 r/min，莖稈切碎裝置轉(zhuǎn)速為1 584 r/min時，選取全膜雙壟溝播的其中一段（40 m，111株玉米）進行作業(yè)，則作業(yè)機完成收獲時間為=32 s，作業(yè)機實際行走路程為

一般0=15°~20°，取20°；一般0=40°~50°，取40°根據(jù)理論計算與田間試驗可知，時間內(nèi)進入入料口的植株體積約為

則每秒中莖稈進入一側箱體中的體積為2=0.112 5 m3，由三維建模軟件Solidworks可知莖稈切碎裝置總容積為=0.55 m3，由于2遠遠小于，所以在工作過程中莖稈切碎裝置入料口不會發(fā)生擁堵現(xiàn)象，已知出料口流出的量和切碎裝置中進行打碎揉搓的量的總和與入料口喂入的量相等，故出料口也不會出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。

注：L為玉米植株的自然高度；C為株距，取36 cm。

3 田間試驗與分析

3.1 試驗條件

為了驗證聯(lián)合作業(yè)機設計的可行性，以及工作過程中玉米摘穗—剝皮—收集過程和莖稈切碎—拋送—收集過程中聯(lián)合作業(yè)機各工作部件的作業(yè)性能，對整機進行田間驗證性試驗。

2016年10月，在甘肅省洮河拖拉機制造有限公司試驗田進行了田間收獲性能試驗，如圖10所示。試驗地面積為0.24 hm2，地勢平坦，土壤為黃綿土，土壤含水率為14.9%～16.1%。收獲性能試驗測試按照GB/T 21961-2008《玉米收獲機械試驗方法》進行[31]。田間試驗選取籽粒損失率、果穗損失率、籽粒破碎率、莖稈切碎合格率和苞葉剝凈率作為體現(xiàn)玉米全膜雙壟溝播聯(lián)合作業(yè)機的測試指標。試驗田種植的玉米品種為鄭單958，全膜雙壟溝種植，試驗條件見表2，試驗控制聯(lián)合作業(yè)機前進速度為3～4.5 km/h，立式摘穗輥轉(zhuǎn)速為1 100 r/min、莖稈切碎裝置轉(zhuǎn)速為1 584 r/min。

圖10 田間作業(yè)性能試驗

3.2 試驗結果與分析

旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播聯(lián)合收獲機性能試驗結果如表3所示，其籽粒損失率為1.8%，果穗損失率為2.4%，籽粒破碎率為0.77%，莖稈切碎合格率為92.6%，苞葉剝凈率為95.1%。作業(yè)機試驗過程中運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安全可靠，能夠有效完成玉米全膜雙壟溝播種植的對行收獲，完全達到了設計要求。

表2 作業(yè)機試驗條件

表3 整機性能試驗結果

由表3試驗結果可以看出，旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播聯(lián)合收獲機收獲作業(yè)質(zhì)量各項試驗指標均符合玉米聯(lián)合收獲機作業(yè)質(zhì)量的規(guī)范要求，實現(xiàn)了旱地玉米全膜雙壟溝種植模式下玉米果穗的摘穗、剝皮、收集和玉米莖稈的切碎、集箱等作業(yè)工序，完成了玉米的穗莖兼收。

本研究結合玉米全膜雙壟溝栽培模式，設計了對行式玉米收獲割臺，整機質(zhì)量輕，機具作業(yè)時車輪從大壟壟面通過，適合膜上作業(yè)。割臺采用了立式摘穗輥裝置，立式摘穗輥最大的優(yōu)點在于解決了北方旱區(qū)鋪膜種植作業(yè)下，玉米莖稈不能打碎還田的狀況，同時為農(nóng)戶牲畜所需的飼料提供了有利保障。旱區(qū)玉米全膜雙壟溝聯(lián)合作業(yè)機的研制成功，減輕了以往分段作業(yè)工程中人們的勞動強度，縮短了作業(yè)時間。此外收獲期后，根據(jù)農(nóng)時進行耕整地，損傷的地膜可由地膜撿拾機進行撿拾作業(yè)。割臺夾持輸送裝置采用了單邊夾持輸送鏈條的夾持輸送方式。田間作業(yè)證明，該種組合方式能夠?qū)崿F(xiàn)玉米植株的連續(xù)喂入且喂入過程未發(fā)生擁堵現(xiàn)象，同時大幅度減輕了割臺整體質(zhì)量，減少了整機功率損失，避免了地膜大面積損傷造成的環(huán)境污染，為地膜撿拾作業(yè)提供了一定條件。

4 結 論

1）本文通過中國旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播栽培技術的農(nóng)藝要求，確定了樣機傳動系統(tǒng)，并對往復式切割器、夾持輸送裝置、立式摘穗輥、莖稈切碎裝置等主要關鍵部件進行了討論與分析，設計了一種旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播聯(lián)合收獲機，該聯(lián)合作業(yè)機能夠一次完成玉米收獲過程中果穗的摘取、剝皮、集箱和莖稈的切斷、切碎、收集等功能，作業(yè)時，行走輪在大壟壟面中間覆土帶上通過，實現(xiàn)了壟溝內(nèi)玉米植株的對行收獲，割臺功率損失小。

2）聯(lián)合作業(yè)機采用ZH4102P型柴油發(fā)動機作為動力源，根據(jù)農(nóng)業(yè)標準選取割刀行程為76.2 mm的普通Ⅰ型輕型切割器，夾持輸送裝置采取一邊為夾持鏈條一邊為偏心彈齒式撥禾輪的組合形式，以達到減輕割臺重量和減少功率損失的目的，且兩夾持鏈中心距與小壟寬度相等（400 mm），經(jīng)過理論計算確定立式摘穗輥上段長為270 mm、下段長200 mm、直徑70 mm、摘穗輥轉(zhuǎn)速1 100 r/min、摘穗輥間隙為8 mm，選用錘片作為莖稈切碎裝置的切碎刀，實現(xiàn)玉米莖稈的打碎與揉搓過程，通過對喂入過程的分析可知，當其刀軸轉(zhuǎn)速為1 584 r/min時，莖稈切碎裝置的入料口與出料口都不會發(fā)生擁堵現(xiàn)象。

3）田間試驗表明，當聯(lián)合作業(yè)機行走速度為3～4.5 km/h時，其籽粒損失率為1.8%，果穗損失率為2.4%，籽粒破碎率為0.77%，莖稈切碎合格率為92.6%，苞葉剝凈率為95.1%。田間收獲性能試驗相關指標均達到了玉米聯(lián)合收獲機作業(yè)質(zhì)量評價技術規(guī)范要求，滿足旱區(qū)玉米全膜覆蓋雙壟溝播的農(nóng)藝技術要求。

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Development of corn combine harvester reaping both corn ear and stalk for whole plastic film mulching on double ridges

Xin Shanglong1, Zhao Wuyun1※, Dai Fei1, Shi Linrong1, Ma Mingyi2, Zhao Xinping2

(1.730070,; 2..,730500,)

Corn is one of the main grain crops in China, and it is also an important part of farmers' income source. In recent years, in order to achieve the goal of increasing agricultural maize income, corn planting areas in the middle east of Gansu have used a technology called the double-furrow sowing with whole plastic film against the drought, and it provides an effective technical approach for a steady increase in the yield of maize in arid regions. According to statistics, by the end of 2013, the rate of corn mechanical harvest was 49%, and till 2016, the rate of corn mechanical harvest reached 63% in China. On the whole, the corn mechanization level in China has been greatly improved, but the harvest of maize in Gansu Province is mainly based on artificial harvesting, and mechanized harvest has lagged behind the national average level. Except some small plots that can not use combine harvester, plastic film has become one of the main reasons limiting the application of corn combined operation machinery. If we continue to use the machine with horizontal roller commonly used in China at present for harvesting, then after stripping the collection process of corn stalk can not be completed. Therefore, the ordinary type of corn combine harvester with horizontal roller is not suitable for agricultural production in arid regions. To adapt to the cropping patterns of the whole plastic film and double-furrow sowing in arid regions, and solve the problem that the corn plant can not be fed continuously into the header of the harvester during the harvesting process, as well as the high loss rate issue of traditional corn harvester, a kind of self-propelled corn combine harvester for harvesting ear and stalk was designed in this paper. This machine cut 2 rows at one time, and used the vertical snapping rolls to grab the corn ear from the corn stalk, and the corn ear was delivered at the middle of the cutting platform; behind the vertical snapping rolls there was a shredding device, and the corn stalk chopped by the shredding device was conveyed by the conveyer on the side of the combine harvester. This arrangement on the cutting header realized whole plastic film mulching on double ridges for two-row cutting and reaping both corn ear and stalk for corn combine harvester, and grain loss was reduced. Because of the existence of plastic film, the corn stalk after picking could not be smashed and returned to the field with corn stubble. However, the vertical snapping rolls could solve this kind of defect. When the vertical snapping rolls worked, the stalk was output from the vertical snapping rolls, so it was suitable to recycle the stalk.Compared with the horizontal snapping rolls, the vertical snapping rolls can reduce the weight of the cutting platform and shorten the length of the machine. At the same time, the turning radius is reduced correspondingly, the turning is more flexible, and the machine can walk better on the double ridges. In addition, the gripping delivery mechanism adopts a holding and convey chain on one side, and the other side is an eccentric elastic tooth type shifting wheel, so the weight of the cutting platform is further reduced. And the machine can complete the function of corn ear’s picking, conveying, peeling and collecting at one time, as well as the stalks cutting, kneading, chopping, throwing and collecting. The field experimental results showed that the grain loss rate was 1.8%, the ear loss rate was 2.4%, the grain damage rate was 0.77%, the qualified rate of cutting corn stalk was 92.6%, and the husking rate of corn was 95.1%, when the machine speed was 4.5 km/h, the speed of vertical snapping rolls was 1 100 r/min, and the speed of shredding device was 1 584 r/min. And the experimental results meet the design requirements of combined operation machine.

agricultural machinery;design; crops; arid regions; corn; whole plastic film mulching on double ridge; reaping both corn ear and stalk; vertical snapping rolls

2017-09-20

2018-01-10

國家自然科學基金項目（51565001）；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費項目（201503124）

辛尚龍，博士生，主要從事北方旱區(qū)作物生產(chǎn)裝備工程研究。Email：xinshl@126.com

趙武云，教授，博導，主要從事北方旱區(qū)作物生產(chǎn)裝備工程研究。Email：zhaowy@gsau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.003

S225.5+1

A

1002-6819(2018)-04-0021-08

辛尚龍，趙武云，戴 飛，石林榕，馬明義，趙新平. 全膜雙壟溝播玉米穗莖兼收對行聯(lián)合收獲機的研制[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34(4)：21－28.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.003 http://www.tcsae.org

Xin Shanglong, Zhao Wuyun, Dai Fei, Shi Linrong, Ma Mingyi, Zhao Xinping. Development of corn combine harvester reaping both corn ear and stalk for whole plastic film mulching on double ridges[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(4): 21－28. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.003 http://www.tcsae.org