小型麥谷類雜糧割捆機(jī)部件的設(shè)計(jì)

閆小銘

（山西省農(nóng)機(jī)發(fā)展中心，山西 太原 030002）

雜糧營養(yǎng)價(jià)值高，保健功能強(qiáng)，市場需求逐年攀升。由于這些小雜糧種在田角地邊和丘陵山區(qū)的貧瘠土地里，收獲機(jī)械化程度很低[1]，收獲機(jī)械少之又少[2]。丘陵山區(qū)地塊小，不適宜大型聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)，現(xiàn)有的麥谷類雜糧聯(lián)合收割機(jī)因技術(shù)不成熟造成收獲損失率較大[3-5]。分段收獲的特點(diǎn)是用多種機(jī)械分別完成割、捆、運(yùn)、堆垛、脫離和清選等作業(yè)方法，這種方法使用的機(jī)械構(gòu)造簡單，設(shè)備投資較少[6]。為減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，針對麥谷類雜糧的分段收獲研發(fā)的小型雜糧割捆機(jī)，可一次性完成收割、打捆、成捆鋪放等作業(yè)。本文主要對雜糧割捆機(jī)的扶禾裝置、橫向輸送裝置及打捆機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析研究。

1 扶禾裝置的設(shè)計(jì)

扶禾裝置包括分禾器和扶禾器，扶禾器安裝在割臺(tái)前面，由左右2個(gè)帶撥指的鏈條、扶禾鏈輪和鏈盒組成，安裝時(shí)與機(jī)器的前進(jìn)方向呈一定傾斜角度。

1.1 扶禾器作用及結(jié)構(gòu)

扶禾器是扶禾裝置的主要部件，對作物在秋季遇風(fēng)雨不能直立收獲有較強(qiáng)扶禾效果，扶禾器有傾斜面型和垂直面型扶禾器兩種，本設(shè)計(jì)選用傾斜面型，傾斜面型扶禾器由分禾器、撥指、扶禾鏈輪、扶禾鏈條、鏈盒及導(dǎo)軌等組成[7]。

圖1 扶禾器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The schematic diagram of the grain lifter

1.2 扶禾工作過程

扶禾鏈條位于割刀前方，在鏈盒中轉(zhuǎn)動(dòng)，撥指鉸接在扶禾鏈條上，在鏈盒內(nèi)可以伸出或縮回。扶禾器利用鏈條上的撥指插入雜糧作物根部，把倒伏作物扶起，在工作過程中從上到下有較強(qiáng)的梳理秸稈功能。在扶禾裝置配合下，扶住莖稈進(jìn)行切割，扶持過程基本保持莖稈直立，禾層均勻不亂，然后交接給輸送裝置[8]。

1.3 撥指速度及運(yùn)動(dòng)軌跡

每個(gè)撥指的工作過程有伸齒摟禾、扶持、縮回3個(gè)行程。撥指尖的運(yùn)動(dòng)軌跡是繞鏈輪回轉(zhuǎn)和同整機(jī)向前行駛2個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成。圖2所示虛線為傾斜面型分禾器指尖的運(yùn)動(dòng)軌跡。

以下鏈輪中心在地面的投影O為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸方向是割捆機(jī)前進(jìn)方向，Y軸方向垂直向上，指尖在a處起始，ab段是摟禾段，bc段是扶禾段。圖2中a1b1c1；a2b2c2分別是2圖中abc的投影。a1b1曲線段和b1c1直線段分別是撥指尖摟禾、扶禾時(shí)在XOY平面上的軌跡。a2b2圓弧段和b2c2直線段分別是撥指尖摟禾、扶持時(shí)在鏈盒平面上的軌跡。

圖2 傾斜面型扶禾器撥指軌跡示意圖Fig.2 Theschematic diagram of finger track of inclined planegrain lifter

1.3.1 撥指速度分析

撥指在工作過程中，遇到倒伏時(shí)在撞擊雜糧的穗頭或梳理秸稈時(shí)會(huì)有掉落顆粒的損失，撥指的速度和損失大小有直接關(guān)系[9]。

1）bc直線部分速度

下鏈輪帶動(dòng)撥指的線速度

撥指在XOY平面水平合成速度為

撥指在XOY平面垂直方向分速度

2）回轉(zhuǎn)部分指尖速度

下鏈輪帶動(dòng)撥指回轉(zhuǎn)線速度

撥指尖在XOY平面水平合成速度為

撥指尖在XOY平面垂直方向分速度

撥指尖對作物側(cè)向分速度

式中：n——下鏈輪轉(zhuǎn)速，rpm；ω——下鏈輪角速度，rad/s；α——扶禾傾角，°；t——下鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間，s；r——下鏈輪半徑，m；m——撥指長度，m；vq——割捆機(jī)前進(jìn)速度，m/s。

1.3.2 撥指尖軌跡

如圖2所示。

當(dāng)ωt≤π/2時(shí)，摟禾軌跡方程

當(dāng)ωt>π/2時(shí)，扶持軌跡方程

式中：h——指尖離地高度，m。

從式（8）（9）得，當(dāng)鏈輪半徑r，撥指長度l確定時(shí)，撥指尖的軌跡與扶禾傾角α，鏈輪角速度ω，割捆機(jī)前進(jìn)速度vq有關(guān)系。由圖2知，在XOY平面b1c1段與鉛錘方向夾角越小扶持莖稈效果越好。

1.4 扶禾作用與參數(shù)確定

撥指的扶禾軌跡bc是一條直線，方向是撥指線速度v直與機(jī)具前進(jìn)速度vq的比值k及扶禾傾角α的合成。如圖3所示，設(shè)v與鉛錘方向夾角γ向前方向?yàn)樨?fù)，向后為正，可得

圖3 扶禾撥指運(yùn)動(dòng)的速度三角形Fig.3 Thevelocity triangleof finger movement

式中：v——扶禾時(shí)撥指的絕對速度，m/s；γ——v與鉛錘方向的夾角，°。

因?yàn)槭斋@時(shí)有順倒和逆倒兩種情況，扶禾過程就是使莖稈向撥指運(yùn)動(dòng)的方向角γ靠攏。當(dāng)莖稈根部在扶禾軌跡前面而穗部在扶禾軌跡后面，莖稈會(huì)受向前側(cè)的撥指推動(dòng)，相反，穗部在扶禾軌跡后面而根部在后面扶禾時(shí)則會(huì)受到向后撥指的拉動(dòng)。順向收割時(shí)，根部在撥指前面莖稈被拉動(dòng)，割捆機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，下一個(gè)撥指可能不會(huì)梳理同一根雜糧桿，即只是一個(gè)撥指一次把雜糧桿扶起，逆向收割時(shí)，雜糧莖稈受推扶之力，根部同樣在撥指前面，但穗部位于后面先接觸撥指，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)雜糧莖稈受到幾個(gè)撥指的扶持，對莖稈而言就是由上部分到下部分被推扶，最后撥指把雜糧莖稈扶起。

撥指在最低處和地面有摩擦和沖擊，選材為工程塑料，提高撥指耐磨性。確定撥指長度l為105 mm，下鏈輪半徑r為50mm，扶禾傾角α為70°，下鏈輪轉(zhuǎn)速n為200 rpm，機(jī)具前進(jìn)速度vq為0.78 m/s。試驗(yàn)結(jié)果撥指運(yùn)動(dòng)達(dá)到作業(yè)性能要求。

2 橫向輸送裝置

輸送裝置由輸送鏈輪、輸送鏈條、輸送鏈齒等組成。輸送裝置的功能是把已割作物側(cè)向輸送到打捆機(jī)構(gòu)。作物被切割后在分禾器和扶禾器的作用下到達(dá)輸送裝置，輸送鏈齒在鏈輪的驅(qū)動(dòng)下，把站立的瞬間的作物直立輸送到一側(cè)，設(shè)計(jì)要求秸稈輸送均勻連續(xù)，秸稈處于直立狀態(tài)。本設(shè)計(jì)采用小三層鏈條裝置以期有較好的輸送效果。

3 打捆機(jī)構(gòu)

打捆機(jī)構(gòu)是小型麥谷類雜糧割捆機(jī)的最重要裝置，直接決定整機(jī)的收獲質(zhì)量和使用性能，其作用是把橫向輸送裝置送過來的作物秸稈呈束打捆然后推送到田間。打捆機(jī)構(gòu)包括捆繩、打捆針、壓緊桿、離合器控制桿、打結(jié)嘴、打結(jié)器、壓緊繩板及推出桿等。

雜糧莖稈被送到打捆機(jī)構(gòu)，集中在壓緊桿和離合器控制桿之間，隨著莖稈的增多，密度增大，莖稈對離合器控制桿的壓緊力逐漸增大，當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定設(shè)置值，離合器桿開始移動(dòng)，離合器爪脫開，打捆針開始工作。打捆針尖帶著捆繩繞莖稈束做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)打結(jié)嘴移動(dòng)到打結(jié)器處，和壓緊繩板處的繩頭相連進(jìn)行打結(jié)，打結(jié)器轉(zhuǎn)一周，捆繩被割斷，打結(jié)完成，推出桿把秸稈捆推出，打捆回合結(jié)束。

4 結(jié)論

第一，該機(jī)體積小，質(zhì)量輕，機(jī)動(dòng)靈活，操作簡單方便，割茬低。適用于谷子、蕎麥、燕麥、莜麥、黍子、大麥等雜糧的分段收獲。

第二，經(jīng)試驗(yàn)撥指長度l為105 mm，扶禾傾角α為70°，下鏈輪轉(zhuǎn)速n為200 rpm，下鏈輪半徑r為50mm，機(jī)具前進(jìn)速度vq為0.76～1 m/s時(shí)，摟禾、扶持秸稈效果好，保持雜糧秸稈基本直立，禾層不亂，工作性能穩(wěn)定。

第三，有輸送裝置和打捆裝置結(jié)合配套，使整個(gè)機(jī)體的工作過程合理、有序、便捷、高效，較好的完成割捆工序。