玉米割臺扶倒器的改裝設(shè)計

李洪濤，曹 瑞，李渤海，胡 軍

(1.黑龍江省長水河農(nóng)場，黑龍江 北安 164007；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

0 引言

2020年夏末，東北地區(qū)遭受多年未見的臺風(fēng)災(zāi)害，半個月內(nèi)連續(xù)遭遇“巴威”“美莎克”“海神”三次侵襲，大面積的降雨和狂風(fēng)使東北地區(qū)高稈作物，特別是玉米生長受到嚴(yán)重影響，東北地區(qū)1 700萬hm2玉米，至少三成出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象，減產(chǎn)1 500萬t以上。為了應(yīng)對極端天氣對生產(chǎn)的影響，減少玉米收獲損失，許多農(nóng)機(jī)廠家和機(jī)務(wù)工作者對現(xiàn)有玉米割臺或玉米收獲機(jī)進(jìn)行改裝設(shè)計，提出多種玉米扶倒器的改進(jìn)方案，這些改進(jìn)，一定程度上提高了玉米收獲機(jī)的收獲質(zhì)量。建設(shè)農(nóng)場位于黑龍江省北安市東南部，年有效積溫在2 100～2 350 ℃，年降水量600～700 mm，無霜期110～120天。適宜優(yōu)質(zhì)大豆、玉米、小麥等作物生長。建設(shè)農(nóng)場擁有耕地1.65萬hm2，常年玉米種植量在0.7萬hm2左右，保有約翰迪爾9670型聯(lián)合收獲機(jī)、約翰迪爾S660型聯(lián)合收獲機(jī)、約翰迪爾S680型聯(lián)合收獲機(jī)等大型收獲機(jī)共計32臺，玉米收獲割臺有國產(chǎn)天人玉米割臺4臺、進(jìn)口約翰迪爾608C玉米割臺4臺、進(jìn)口約翰迪爾612C玉米割臺5臺。

2020年建設(shè)農(nóng)場種植0.7萬hm2玉米，罕見的極端天氣給玉米生產(chǎn)造成了極大影響，造成當(dāng)?shù)赜衩状竺娣e不同程度的倒伏，倒伏面積超過0.47萬hm2。其中10%的玉米倒伏程度接近0°，30%的玉米傾斜達(dá)到30°，30%玉米傾斜40°～50°。傳統(tǒng)的玉米割臺如不能有效的將倒伏的玉米莖稈扶直，就會造成摘棒損失減產(chǎn)。因此建設(shè)農(nóng)場的農(nóng)機(jī)工作者對農(nóng)場常用的三種玉米割臺提出四種改進(jìn)方案，為減少倒伏農(nóng)作物的收獲損失和未來玉米收獲機(jī)的改進(jìn)設(shè)計提供參考。

1 玉米割臺的結(jié)構(gòu)原理

現(xiàn)有玉米收獲機(jī)型主要包括自走式、懸掛式、牽引式、對行、不對行、單行、多行等形式。在東北地區(qū)由于耕地多、地塊面積大、收獲期短等原因，收獲時多采用多行不對行聯(lián)合收獲這種效率高的作業(yè)方式。玉米聯(lián)合收獲是指使用玉米聯(lián)合收獲機(jī)單次完成切割、摘穗、剝皮、脫粒、清選和秸稈還田的工作[1-5]，其優(yōu)點(diǎn)是效率高、損失少適用東北地區(qū)作業(yè)。玉米割臺是玉米聯(lián)合收獲機(jī)的關(guān)鍵部件之一，割臺性能直接影響整機(jī)的工作性能[6-8]。玉米收獲作業(yè)時玉米割臺必須具備籽粒收獲損率失小、籽粒破損率小、玉米莖稈不折斷等特點(diǎn)。目前，國內(nèi)玉米割臺常用有龍爪型摘穗輥式(圖1a)、六棱輥+摘穗版式(圖1b)、四棱刀+摘穗板式(圖1c)、雙輥組合式(圖1d)四種方式。

圖1 玉米聯(lián)合收割機(jī)割臺實(shí)物圖

玉米聯(lián)合收獲機(jī)在進(jìn)行收獲作業(yè)時，植株首先在分禾器的作用下，精確進(jìn)入扶禾鏈固定并使玉米莖稈運(yùn)動至拉莖輥之間，聯(lián)合收割機(jī)前進(jìn)同時拉莖輥使玉米植株向割臺下方和后方運(yùn)動，當(dāng)玉米穗棒運(yùn)動至拉莖輥時，由于拉莖輥間隙遠(yuǎn)小于玉米穗直徑，玉米穗棒在拉力的作用下脫落，并在扶禾鏈的輸送下運(yùn)至螺旋輸送器，經(jīng)過螺旋傳動進(jìn)入喂入口，在玉米聯(lián)合收獲機(jī)脫粒滾筒的作用下進(jìn)行脫粒、清選等后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)，而玉米莖稈被割臺下方旋轉(zhuǎn)的割刀粉碎[9-10]。建設(shè)農(nóng)場現(xiàn)有石家莊天人、約翰迪爾608C、612C玉米割臺，都屬于六棱輥+摘穗板式玉米割臺，如圖2所示。這類割臺與約翰迪爾S660等進(jìn)口收獲機(jī)組合使用，具有可不對行收獲、摘穗平穩(wěn)有序、斷稈少、不掉棒、可收一般程度倒伏玉米、可靠性高等特點(diǎn)，正常收獲條件下工作時速可達(dá)12 km·h-1，一班次可作業(yè)40～50 hm2。

1.拉莖輥；2.分禾器護(hù)罩；3.扶禾鏈；4.螺旋輸送器；5.喂入口

2 改進(jìn)方案

2.1 原因分析

聯(lián)合收獲機(jī)收獲玉米在正常作業(yè)條件下，植株與地面呈垂直狀態(tài)，土壤在根部對玉米植株形成約束，玉米莖稈可進(jìn)入割臺使收獲機(jī)正常作業(yè)。當(dāng)玉米植株倒伏出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象時玉米莖稈與地面約束較小，并且玉米莖稈和地面夾角變小。當(dāng)玉米莖稈與地面夾角小于45°時玉米收獲將受到影響，當(dāng)?shù)狗鼕A角小于30°且無任何扶禾裝置時，扶禾鏈無法撿拾起玉米植株，拉莖輥無法鎖定玉米莖稈，致使玉米無法收獲。

2.2 改裝方案

建設(shè)農(nóng)場為了應(yīng)對極端天氣影響減少玉米收獲損失，針對東北地區(qū)常用玉米收獲機(jī)割臺提出了四種改裝方案。

2.2.1 方案一

約翰迪爾608C、612C型玉米割臺為原裝進(jìn)口割臺安裝有電傳感器，可實(shí)現(xiàn)高低自動調(diào)節(jié)，同時該機(jī)器收獲時割臺前傾角設(shè)定合理可最大限度降低收獲高度不易拖堆。針對該割臺采用在玉米割臺導(dǎo)流護(hù)罩加裝扶禾器的方法(圖3)。扶禾器可使倒伏的玉米莖稈在收獲機(jī)前進(jìn)過程中被動受力并被扶起，并沿著導(dǎo)流護(hù)罩方向前進(jìn)，增大與地面的角度，達(dá)到扶禾鏈?zhǔn)捌饤l件被拉莖輥鎖定進(jìn)行正常作業(yè)。同時在玉米導(dǎo)流護(hù)罩底部安裝滑板增大接地面積，避免玉米導(dǎo)流護(hù)罩尖部因角度過大造成觸地使部件損害無法作業(yè)。安裝滑板后可最大限度地將玉米割臺下降到離地最低位置，最大限度地將倒伏玉米收起。這種方案對倒伏不太嚴(yán)重，與地面呈40°～50°的倒伏玉米效果最好，扶倒率能達(dá)到100%，該種方式改裝簡單易行，成本低，每行改裝費(fèi)用僅需120元。

2.2.2 方案二

在玉米割臺上安裝較長割臺導(dǎo)流護(hù)罩(圖4)，導(dǎo)流罩長度達(dá)到150 cm，開口角度跟隨分禾護(hù)罩寬度而定。這種更長更細(xì)的分禾護(hù)罩能最大限度伸入倒伏玉米下部，在收獲機(jī)前進(jìn)作業(yè)時玉米莖稈沿加長的護(hù)罩壁做相對運(yùn)動，逐漸提高離地角度，引導(dǎo)進(jìn)入扶禾鏈、拉莖輥，完成后續(xù)作業(yè)。這種方案對倒伏較嚴(yán)重，與地面呈20°～30°的倒伏玉米效果最好，扶倒率能達(dá)到95%以上。其改裝方式簡單，結(jié)構(gòu)尺寸較大，成本低，每行改裝費(fèi)用僅需100元。

圖4 玉米割臺加裝長導(dǎo)流護(hù)罩圖

2.2.3 方案三

石家莊生產(chǎn)的天人割臺由于其自重較重，割臺導(dǎo)流護(hù)罩材質(zhì)為玻璃鋼，易破碎的特點(diǎn)，提出了在玉米割臺導(dǎo)流護(hù)罩上部安裝前傾的螺旋推進(jìn)器方案(圖5)。該方案需要安裝變速箱、螺旋推進(jìn)器、萬向節(jié)等部件，通過聯(lián)合收獲機(jī)傳動系統(tǒng)帶動傾斜的螺旋輸送器轉(zhuǎn)動，脅迫玉米莖稈沿著螺旋推進(jìn)器的角度逐漸升高喂入割臺，玉米莖稈被扶禾鏈?zhǔn)捌鸷筮M(jìn)入正常作業(yè)環(huán)節(jié)。同時，要改進(jìn)原有滑板，將滑板角度增大前伸，最大限度降低割臺高度，使玉米莖稈能順利進(jìn)入螺旋推進(jìn)器中。這種方案對倒伏嚴(yán)重，與地面貼近的玉米效果最好，扶倒率能達(dá)到90%以上，但改裝方式較為復(fù)雜，需要單獨(dú)傳動，成本高，每行改裝費(fèi)用約5 000元。

圖5 玉米割臺加裝螺旋推進(jìn)器圖

圖6 玉米割臺加裝扶禾輪圖

2.2.4 方案四

在玉米割臺上部安裝專用的扶禾輪，通過扶禾輪輔助作用改變玉米莖稈和地面角度，使玉米莖稈扶正，達(dá)到收獲作業(yè)要求。該扶禾輪圓周方向?yàn)槿攀猃X，每齒間夾角120°，撥禾尺長度為60 cm，呈圓弧形狀設(shè)計。這種方案對倒伏狀態(tài)40°～50°玉米效果較好。扶倒率能達(dá)到90%以上，但改裝較為復(fù)雜，需要加裝扶禾輪，單獨(dú)傳動，成本較高，每行改裝費(fèi)用約2 800元。

2.3 方案評價

在2020年秋收過程中，建設(shè)農(nóng)場提出的四種割臺扶倒方案在玉米收獲過程中均獲得了較好的效果，盡可能減少玉米收獲的損失，每種改裝方案適應(yīng)玉米割臺機(jī)型不同且均有優(yōu)勢和不足之處。

表1 玉米割臺方案對比表

3 結(jié)論

(1)建設(shè)農(nóng)場根據(jù)玉米割臺結(jié)構(gòu)和玉米倒伏狀況，通過改變倒伏玉米離地間隙和角度的方法提出了不同的玉米割臺扶倒器的改進(jìn)方案。

(2)在秋收作業(yè)中通過生產(chǎn)實(shí)際作業(yè)，驗(yàn)證了在玉米割臺上增加扶禾器+滑板、增加螺旋推進(jìn)器、加長的分禾導(dǎo)流護(hù)罩+滑板、增加撥禾輪四種方案都具有良好的作業(yè)效果。以上四個改進(jìn)方案的實(shí)際應(yīng)用和作業(yè)效果來看，倒伏不嚴(yán)重的地號，方案一“扶禾器+滑板”即可解決倒伏的收獲難題，較嚴(yán)重的地號就要采取方案二+方案三“螺旋推進(jìn)器加加長的分禾導(dǎo)流護(hù)罩”的方式解決。如出現(xiàn)橫向倒伏嚴(yán)重的地號，喂入困難時還要加裝方案四進(jìn)行輔助推進(jìn)。

(3)通過上述改裝方案使用，建設(shè)農(nóng)場當(dāng)年減少玉米田間損失30%，作業(yè)效率提高20%。減少人工成本80 元·(667 m2)-1，綜合效益達(dá)到了260 元·(667 m2)-1。

建設(shè)農(nóng)場玉米割臺扶倒器的改進(jìn)方案保證了農(nóng)業(yè)的豐產(chǎn)豐收，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)對特殊天氣情況收獲作業(yè)提供新思路，也為其他地區(qū)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)務(wù)人員提供參考。