玉米收獲機立式割臺后傾斜的必要性分析

王偉全 付亞萍

摘?要：秸稈回收是玉米收獲后的重要工作，近年來受到了國家和各地政府的高度重視，為有效利用農業(yè)資源，減少浪費和環(huán)境污染，在玉米收獲的過程中對秸稈整體進行保留和有效放鋪，有利于收獲后對秸稈的收集與打包，通過對立式割臺進行一定的后傾斜設計，有利于提高秸稈運輸和放鋪效果，提高秸稈回收利用效率。

關鍵詞：玉米收獲機;立式割臺;后傾斜;必要性

中圖分類號：S225.51文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.02.004

隨著我國玉米收獲產業(yè)的蓬勃發(fā)展，玉米收獲機的相關技術也不斷進步，但是我國玉米收獲機的總體水平依然相對落后。同時，我國對環(huán)境保護的要求越來越高，對玉米收獲后的秸稈處理要求日益嚴格。我國北方地區(qū)由于收獲期相對較晚，加之寒冷氣候的秸稈和果穗凍結，對玉米收獲和秸稈回收造成較大的困難。針對目前市場上的玉米收獲機難以完成對玉米秸稈的保留作業(yè)、規(guī)則放鋪和整機打包等問題，本文介紹一種適應寒冷地區(qū)使用且具有秸稈回收功能的玉米收獲機具的設計方法及其必要性。

1?發(fā)展情況及主要問題

現(xiàn)階段我國玉米收獲使用的割臺多為臥式摘穗輥割臺，可收獲3～6行玉米，這種割臺在工作過程中存在兩個問題，首先是秸稈的處理問題，由于其結構形式的原因，不能將秸稈完整保留，只能在將秸稈下拉曲折后將其破碎，秸稈還田。這種對秸稈的收割和處理方法，對于氣候溫和、收獲較早的地區(qū)非常適宜，破碎的秸稈在深翻后充分發(fā)酵，充當下次種植的肥料。而在氣候較寒冷區(qū)域，收獲后破碎的秸稈較難處理，焚燒會對空氣造成污染，人工收集起來的工作量又極大。其次是冬季收獲能力問題，臥式摘穗輥對凍結秸稈的收獲能力有限，在嚴重凍結時秸稈較硬，容易造成喂入困難或工作失效。近幾年，我國北方地區(qū)在秋季收獲時也使用了一些立式割臺的收獲機，這種收獲機可以將秸稈保留，但不能將秸稈以較好的形式進行放鋪，對秸稈的回收造成了一定的不利影響，同時其摘穗機構結構相對單一，在局部磨損后容易造成更換困難和喂入失效，導致堵塞或工作效率低下。

2?后傾斜割臺結構與工作流程

采用傾斜割臺能夠在作業(yè)中一次性完成秸稈割斷、秸稈喂入、水平輸送、稈穗分離以及秸稈放鋪等工作，割臺動力通過下側和左側的萬向節(jié)軸分別傳遞給割刀、輸送鏈以及摘穗輥，再由輸送鏈將動力傳遞給扶禾器。秸稈進入機器的流程為先被割刀在下部割斷，然后經過扶禾器喂入到水平輸送鏈，再由水平輸送鏈向右側輸送，最后由摘穗輥分離果穗后放鋪，果穗由收集和升運機構進行后續(xù)處理。

3?后傾斜割臺的摘穗部件

3.1?基本結構

摘穗輥的形式與效率對立式收獲機的作業(yè)情況有著重要的影響，摘穗輥的結構會直接影響摘穗效率及摘穗輥的使用壽命，其間距對秸稈的喂入與排出也關系密切。間距過大或過小都可能造成堵塞，同時過大的間距也不能對秸稈造成很好的擠壓，不利于其排出后干燥。

考慮到玉米的高度，我國玉米果穗生長離地高度95%以上在900～1200 mm之間，所以將摘穗輥的主要工作結構設計為耐磨金屬材料（碳鋼），位置在離地850～1250 mm之間，其余部分選擇了膠皮材質，既保證了主要工作部位的耐磨損性能，又降低了整體的重量，使能耗也大幅降低。

3.2?作業(yè)過程分析

玉米收獲機在收獲玉米果穗的過程中，由于受到玉米果穗根部與秸稈連接處分離時阻力作用，導致上半部排出時受到果穗的阻力作用，秸稈在摘穗輥排出時總是靠下部先排出而上部后出，這就使得排出的秸稈有一定反向傾倒向車身的可能性，這種反向傾倒角度在一定程度上影響了玉米秸稈沿排出方向的倒地速度，甚至會有部分秸稈反向傾倒。

玉米秸稈排出的初始運行方向可分解為兩部分，一是玉米收獲機的運行方向，二是玉米收獲機的摘穗輥將秸稈的擠出方向，它與運行方向垂直。由于排出時秸稈的后傾斜角導致了排出方向倒地時間的延長，玉米秸稈沿車運行方向的運動時間也就更長，這就導致了玉米秸稈倒地更大程度的接近于收獲機的運行方向，這種倒向不利于玉米秸稈撿拾機對秸稈的回收，在一定程度上加大了回收難度。為使秸稈保存的相對完整，通常采用與玉米秸稈相平行的摘穗輥，而由于玉米秸稈生長的植株特性及其個體的多樣性，其稈莖粗細程度以及均勻性都有所差異，玉米秸稈也大多是下部直徑較大而上部較細，在這種情況下進行收獲，如果還采用單一直徑單一材質的摘穗輥就不容易保證秸稈排出的合適角度和排出量的均勻性。而通過對摘穗輥進行結構的優(yōu)化設計有利于秸稈排出方式的優(yōu)化。

4?立式割臺后傾斜的必要性

由于正常的立式摘穗輥將秸稈在收獲機右側與運行方向垂直排出，此時的秸稈還受到收獲機前進的速度影響，使其倒地時向壟溝方向傾斜，有的甚至會順到壟溝里面，導致立式摘穗輥排除的秸稈雖然得以保留但卻不利于撿拾，為秸稈回收造成了一定的困難。基于以上原因設計時將割臺向后傾斜適當?shù)慕嵌?，應可以將秸稈調整到合適的倒地角度，后傾斜的輸送面有利于秸稈在被割刀切斷后，由于自身重量貼附于輸送平面上，這也增大了輸送過程的可靠性。

使用ADAMS軟件將秸稈模型導入，模擬秸稈在排出摘穗輥后的運行軌跡并最終確定倒地角度，仿真過程中風力等其他不可預計因素忽略不計，只考慮排出速度，收獲機的運行速度，以及重力等因素，經過軟件多次仿真分析，得出秸稈排出時若能向后傾倒27°最為合理，這既能保證秸稈良好的倒地角度，同時又提升了機器性能。