玉米收獲機(jī)割臺(tái)問題及割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)淺析

姜彩宇 肖戟 胡浩

摘 要：隨著社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，時(shí)代的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長(zhǎng)，農(nóng)民的傳統(tǒng)觀念與生活水平也在逐步提高，農(nóng)業(yè)機(jī)械化應(yīng)用也普遍擴(kuò)大，尤其是在玉米收獲環(huán)節(jié)，機(jī)械的應(yīng)用更為普遍，割臺(tái)是玉米收獲機(jī)的關(guān)鍵工作部件，玉米收獲機(jī)穩(wěn)定、可靠工作的前提取決于玉米收獲割臺(tái)的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)問題，玉米收獲機(jī)械設(shè)備割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)的建立及應(yīng)用可以為玉米收獲機(jī)械設(shè)計(jì)與研制提供準(zhǔn)確完備的理論參考，并且根據(jù)室內(nèi)割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果的分析計(jì)算，對(duì)玉米收獲機(jī)的割臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)與割臺(tái)質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)，不僅割臺(tái)的工作故障率能夠有效地降低，而且玉米收獲機(jī)的收獲效率及收獲質(zhì)量會(huì)顯著提高。

關(guān)鍵詞：玉米收獲機(jī)；割臺(tái)；農(nóng)業(yè)機(jī)械；割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)

中圖分類號(hào)：S225.5+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180631019

引言

玉米在我國占有舉足輕重的地位，更是我國的三大糧食作物之一，隨著玉米產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大，種植面積的節(jié)節(jié)提升，使其在確保我國糧食安全，提高我國糧食綜合生產(chǎn)能力，滿足日益增長(zhǎng)的飼料需求等方面都發(fā)揮著十分重要的作用。玉米種植過程中最繁重的體力勞動(dòng)就是玉米收獲環(huán)節(jié)，大約占整個(gè)玉米種植投入勞動(dòng)量的55%，無論是為了滿足農(nóng)民日益增長(zhǎng)的對(duì)玉米收獲機(jī)收獲穩(wěn)定性、可靠性、收獲效率及收獲質(zhì)量的要求，還是為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化、數(shù)字化發(fā)展的要求，我國的玉米收獲機(jī)械自動(dòng)化水平均需要大幅度提升。

1 國內(nèi)外玉米收獲機(jī)對(duì)比分析

1.1 國內(nèi)玉米收獲機(jī)的研制狀況

根據(jù)相關(guān)資料顯示我國玉米收獲機(jī)械研發(fā)比國外發(fā)達(dá)國家起步晚，水平低，國內(nèi)玉米收獲機(jī)械發(fā)展經(jīng)歷了2個(gè)階段：通過引進(jìn)國外技術(shù)成熟的樣機(jī)進(jìn)行田間試用、設(shè)備仿制、調(diào)整改進(jìn)；根據(jù)我國玉米收獲農(nóng)藝要求進(jìn)行自主消化吸收、自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，經(jīng)過這兩個(gè)階段不斷的發(fā)展，我國在玉米收獲機(jī)械化方面取得了很好的成果。我國研制的玉米聯(lián)合收獲機(jī)按收獲工藝大致可基本分為2種：摘玉米穗、剝果皮、玉米穗收集、秸稈粉碎收集（或還田）；摘玉米穗、玉米穗收集、秸稈粉碎收集（或還田）。按照玉米收獲工藝的不同研制的機(jī)型大致可分為4種：自走式、懸掛式（背負(fù)式）、牽引式及玉米割臺(tái)。雖然我國在玉米收獲機(jī)械方面歷經(jīng)了不斷磨練，取得了較大發(fā)展，但是仍然存在著重多問題需要進(jìn)一步解決，表現(xiàn)在對(duì)玉米收獲機(jī)的關(guān)鍵、基礎(chǔ)工作部件研發(fā)不足，大部分企業(yè)專注在整機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，這樣就造成了許多玉米收獲機(jī)型無論是在玉米收獲工藝方面還是在整機(jī)機(jī)構(gòu)參數(shù)上都是換湯不換藥，存在著創(chuàng)新不足、大體相同、反復(fù)制造的現(xiàn)象；在智能化方面，由于我國玉米收獲機(jī)械主要考慮農(nóng)民可接受價(jià)位，大幅降低制造成本，以廉價(jià)、實(shí)用為主，對(duì)智能化要求不高，因此就造成了在自動(dòng)化與智能化方面明顯落后于國外玉米收獲機(jī)械。最后是國內(nèi)玉米收獲機(jī)的機(jī)器故障率較高，尤其是一些關(guān)鍵工作部件故障頻發(fā)，頻繁的故障耽誤農(nóng)時(shí)，玉米秸稈收凈率低，并且收獲的玉米籽粒破碎率、果穗損失率較高，玉米收獲的可靠性、穩(wěn)定性差。

1.2 國外玉米收獲機(jī)的研制狀況

國外歐美一些國家玉米機(jī)械化收獲已經(jīng)有幾十年的歷史，隨著時(shí)間的沉淀，技術(shù)的不斷更新發(fā)展，國外玉米收獲機(jī)無論是在研發(fā)還是在生產(chǎn)制造等方面都已經(jīng)成熟，目前在俄羅斯、德國、美國等國家的玉米收獲已基本實(shí)現(xiàn)了全部機(jī)械化作業(yè)。并且伴隨著不斷進(jìn)步的高新科技，不斷試驗(yàn)實(shí)踐與創(chuàng)新以及不斷更新顯現(xiàn)的新理念，國外玉米聯(lián)合收獲機(jī)正在逐步邁進(jìn)數(shù)字化、智能化、人性化、高適應(yīng)性和通用性的隊(duì)伍。隨著社會(huì)的進(jìn)步以及時(shí)代的發(fā)展，近年來不斷涌現(xiàn)出高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)主要包括遙感測(cè)控系統(tǒng)、地理信息分析技術(shù)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等，相信經(jīng)過與新技術(shù)的不斷融合發(fā)展，國外的玉米聯(lián)合收獲機(jī)的自動(dòng)化程度會(huì)越來越高。

鑒于國內(nèi)外玉米收獲機(jī)械的對(duì)比分析，為了縮小差距，做到從跟跑到齊跑最后領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變，必須加快對(duì)我國玉米聯(lián)合收獲機(jī)械化的關(guān)鍵技術(shù)與裝備的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)我國在玉米收獲智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化等方面的質(zhì)的飛越。本文主要是對(duì)玉米收獲機(jī)的關(guān)鍵部件收獲割臺(tái)進(jìn)行了淺析并且闡述了國內(nèi)的幾個(gè)院校玉米收獲機(jī)割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)，玉米收獲機(jī)械化的前提條件就是擁有高效、穩(wěn)定的玉米收獲機(jī)割臺(tái)，玉米收獲機(jī)割臺(tái)部件結(jié)構(gòu)及割臺(tái)質(zhì)量對(duì)玉米收獲機(jī)工作性能有顯著影響。

割臺(tái)是玉米收獲機(jī)械的關(guān)鍵工作部件，其主要作用是將玉米穗摘下，并通過攪龍輸送器將玉米穗推進(jìn)升運(yùn)器。割臺(tái)主要組成部分包括：摘玉米穗機(jī)構(gòu)、攪龍輸運(yùn)器、動(dòng)力傳動(dòng)箱、固定機(jī)架。我國玉米收獲機(jī)械化發(fā)展水平之所以有待進(jìn)一步提升，其重要原因是我國玉米收獲機(jī)械技術(shù)不過關(guān)，尤其是玉米收獲機(jī)械的關(guān)鍵工作部件割臺(tái)部分的穩(wěn)定性、可靠性差，主要體現(xiàn)在如下2個(gè)方面：正常情況下，玉米收獲機(jī)割臺(tái)主要由以下幾部分組成分：摘玉米穗板、撥禾器、分禾器、玉米穗螺旋輸運(yùn)器及拉玉米莖輥，而且2個(gè)摘玉米穗輥之間的縫隙應(yīng)當(dāng)是可以調(diào)整的。然而一些企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，節(jié)省制造時(shí)間，生產(chǎn)出的玉米收獲割臺(tái)，不但沒有摘玉米穗板，而且2個(gè)摘玉米穗輥之間的縫隙也不可調(diào)，在懸掛式玉米收獲機(jī)上這一問題較為常見。這種情況的發(fā)生導(dǎo)致了以下2個(gè)方面：玉米收獲機(jī)械很難適應(yīng)不同的玉米品種及不同的玉米生長(zhǎng)情況，在玉米收獲作業(yè)過程中玉米收獲機(jī)割臺(tái)堵塞的情況時(shí)有發(fā)生；割臺(tái)本身的質(zhì)量問題，割臺(tái)在玉米收獲作業(yè)過程中最常見的故障就是割臺(tái)堵塞，堵塞的割臺(tái)導(dǎo)致收獲機(jī)械無法正常進(jìn)行收獲作業(yè)。多種原因會(huì)造成收獲作業(yè)時(shí)割臺(tái)堵塞，但毋庸置疑的最主要的原因就是我國玉米收獲機(jī)的割臺(tái)本身質(zhì)量問題突出，正是因?yàn)橛衩资斋@割臺(tái)的故障頻發(fā)導(dǎo)致了機(jī)器無法正常連續(xù)作業(yè)，耽誤了農(nóng)時(shí)，機(jī)器的穩(wěn)定性、可靠性差。

根據(jù)上述割臺(tái)問題的分析，為實(shí)現(xiàn)玉米收獲機(jī)數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程，解決割臺(tái)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)等問題，應(yīng)研制符合我國玉米收獲農(nóng)藝的室內(nèi)玉米收獲機(jī)械割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)。通過割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)的建立，生成一套新式多性能的玉米收獲機(jī)械研制理論體系，并且通過室內(nèi)試驗(yàn)室模擬真實(shí)的玉米收獲機(jī)械田間收獲作業(yè)狀況，研制人員借此試驗(yàn)臺(tái)對(duì)玉米收獲機(jī)械關(guān)鍵工作部件或整機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)研究，減少割臺(tái)及其他關(guān)鍵工作部件的故障率，提高玉米收獲機(jī)的作業(yè)效率與作業(yè)質(zhì)量。通過室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行影響參數(shù)與影響因素的分析，更好的改進(jìn)、優(yōu)化收獲割臺(tái)，利用相關(guān)的試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)測(cè)試手段能夠較完整地反映被測(cè)目標(biāo)在諸多因素各條件下的工作性能參數(shù)，然后再通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析總結(jié)，尋找割臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)的最優(yōu)組合，為完善及改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高工作可靠性、穩(wěn)定性提供試驗(yàn)依據(jù)。

雖然我國玉米收獲機(jī)械歷經(jīng)了不斷發(fā)展，但是作為其配套的室內(nèi)試驗(yàn)室還有待不斷壯大發(fā)展，目前，主要有很少的幾所院校建立了玉米收獲機(jī)室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)，簡(jiǎn)介如下。

吉林大學(xué)的玉米收獲機(jī)割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)擁有考核臥式與立式摘穗輥對(duì)玉米穗啃傷情況2種形式。立式割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)能夠完成植株自動(dòng)喂入及收獲割臺(tái)自主行進(jìn)的2種運(yùn)轉(zhuǎn)模式，臥式割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)單組臥式摘穗輥不同結(jié)構(gòu)形式的安裝，但是，該校的玉米收獲機(jī)割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)只可實(shí)現(xiàn)單行植株試驗(yàn)，由此可見適應(yīng)性比較差。

河南科技大學(xué)研制的玉米收獲機(jī)割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)，主要包括摘玉米穗輥固定機(jī)架、喂入機(jī)構(gòu)、玉米收獲機(jī)摘穗輥一組、動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電氣控制機(jī)構(gòu)等。并且該玉米收獲割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)還專門安裝了高速攝像儀，通過高速攝像儀實(shí)時(shí)記錄了收獲機(jī)試驗(yàn)流程及試驗(yàn)時(shí)儀器儀表上的瞬時(shí)數(shù)據(jù)，并且清晰錄制了試驗(yàn)過程中的相關(guān)視頻錄像，但此割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)不能進(jìn)行玉米摘穗輥傾角與高度的調(diào)整。

山東理工大學(xué)研制的玉米收獲機(jī)割臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)，主要包括玉米收獲機(jī)整體割臺(tái)、玉米植株喂入機(jī)構(gòu)、收獲割臺(tái)升降控制機(jī)構(gòu)、割臺(tái)傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電氣控制機(jī)構(gòu)等，此外也配備了高速攝像儀。山東理工大學(xué)建立的玉米收獲機(jī)室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)玉米整體割臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，并且實(shí)現(xiàn)了整個(gè)試驗(yàn)進(jìn)程的記錄，更加有益試驗(yàn)員進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)理論分析，該試驗(yàn)臺(tái)雖然能進(jìn)行不同生長(zhǎng)情況的玉米植株的試驗(yàn)，但是卻無法實(shí)現(xiàn)持續(xù)喂入，不能模擬真正的田間收獲作業(yè)情況。

2 總結(jié)

玉米收獲室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)的建立，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)解決玉米收獲周期短，研制時(shí)間長(zhǎng)等主要問題，還能夠有效解決耗費(fèi)研制資金高、野外玉米收獲作業(yè)測(cè)試與檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問題。擁有玉米收獲室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)不但能對(duì)玉米收獲機(jī)械自動(dòng)化收獲技術(shù)與裝備的研制提供技術(shù)支持，而且能夠根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化、改進(jìn)關(guān)鍵及基礎(chǔ)工作部件，有效地減少收獲作業(yè)時(shí)的故障率及果穗損失率等，提高玉米收獲機(jī)械的穩(wěn)定性及可靠性。筆者認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)我國玉米收獲機(jī)的秸稈收集或粉碎裝置、收獲割臺(tái)、果穗剝皮裝置等關(guān)鍵工作部件的技術(shù)指標(biāo)、機(jī)構(gòu)參數(shù)充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研發(fā)一種符合我國玉米收獲機(jī)械化農(nóng)藝的且具有高科技含量新式多性能的玉米收獲關(guān)鍵工作部件的室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)，通過此新式多性能室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)的建立，滿足亟待解決的對(duì)玉米收獲割臺(tái)、秸稈收集或粉碎裝置及果穗剝皮裝置等關(guān)鍵工作部件進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)的技術(shù)問題。

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作者簡(jiǎn)介：姜彩宇，吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，助理研究員，研究方向：玉米收獲機(jī)械設(shè)備的研究。