牧神4YZT-8 型玉米雙縱軸流籽粒收獲機的研制

張俊三，徐玉龍，李遠良，李謙緒，高森德，沈曉凱

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆烏魯木齊 830026）

0 引言

國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2020 年中國玉米播種面積為4 126.4 萬hm2，產(chǎn)量為2.6067 億t，為了填補國內(nèi)不斷擴大的糧食供應缺口，重點擴大了東北以及黃淮海地區(qū)的玉米播種面積。我國現(xiàn)階段大部分地區(qū)玉米收獲時玉米籽粒含水率在25%～35%，收獲時籽粒破損嚴重，目前高含水率籽粒收獲技術還不成熟、收獲質(zhì)量參數(shù)在線檢測傳感器缺乏、智能化程度相對較低。

針對以上現(xiàn)狀，我公司結(jié)合國家十三五重點研發(fā)專項“玉米收獲技術與智能裝備研發(fā)”，開發(fā)了牧神4YZT-8 型高含水率玉米雙縱軸流籽粒收獲機，掛接寬幅玉米折疊式收獲割臺，集成玉米收獲智能控制系統(tǒng)、低損喂入裝置、雙縱軸流高效低損脫粒系統(tǒng)、靜液壓驅(qū)動底盤等，實現(xiàn)高含水率玉米籽粒的高效、低損收獲，對推進我國自主知識產(chǎn)權、農(nóng)機裝備技術水平提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有積極的促進作用。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

牧神4YZT-8 型高含水率玉米雙縱軸流籽粒收獲機，可在玉米籽粒含水率25%～35%情況下實現(xiàn)玉米籽粒的高效、低損和智能化收獲。

該機主要由割臺、駕駛臺、過橋、前橋總成、軸流滾筒及凹板、承種盤、風扇、攪龍、橫梁、清選上下篩、轉(zhuǎn)向橋總成、左右機架、尾架、尾罩、液壓系統(tǒng)、排草輪、發(fā)動機、糧箱、糧食升運器、雜余升運器、駕駛室、電器系統(tǒng)等工作部件組成，結(jié)構(gòu)如圖1[1-2]。

圖1 4YZT-8 型高含水率玉米雙縱軸縱流籽粒收獲機結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

工作時，將玉米折疊收獲割臺展開，根據(jù)玉米生長狀態(tài)和籽粒水分將收獲機工作部件的相應參數(shù)調(diào)節(jié)到最佳收獲狀態(tài)。

收獲時通過玉米收獲割臺的對刀式拉莖輥將玉米果穗從植株上拉下來，在割臺撥禾鏈的作用下將玉米果穗輸送到過橋口，通過過橋輸送鏈耙喂入軸流滾筒進行脫粒和分離，玉米籽粒和碎草等通過滾筒凹板篩孔進行分離，進入清選系統(tǒng)，在風機和魚鱗篩的作用下，清選干凈的玉米籽粒通過糧食升運器進入糧箱，沒有清選干凈的物料通過雜余升運器進入軸流滾筒進行復脫，滾筒內(nèi)的玉米莖稈、苞葉以及玉米芯等混合物在排草輪的作用下排到機體外。

該機具設計時主要針對玉米籽粒的機械化收獲，一次作業(yè)可完成對玉米的收割、脫粒、清選分離和籽粒輸送等，通過更換不同收獲割臺、喂入輸送裝置和脫粒凹板，調(diào)節(jié)脫粒滾筒與凹板之間的間隙、脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速、魚鱗篩片的開度大小以及風量大小等，也可兼收小麥、水稻、高粱和大豆等農(nóng)作物，一機多用，性價比高。

2 主要技術參數(shù)

3 主要技術特點

（1）寬幅玉米折疊式收獲割臺。折疊式玉米收獲割臺通過液壓油缸和電磁閥控制將左右兩段向中段上方折疊，提高道路運輸和田間轉(zhuǎn)移的通過性。割臺采用閉式液壓系統(tǒng)控制，可以實現(xiàn)割臺正反轉(zhuǎn)控制和拉莖輥轉(zhuǎn)速無極調(diào)節(jié)；通過在割臺和過橋處加裝角度傳感器和仿形機構(gòu)，可實現(xiàn)割臺仿形控制和割茬高度控制。

（2）高含水率玉米低損喂入技術。研究過橋結(jié)構(gòu)及柔性輸送方式，開發(fā)出喂入一體式過橋結(jié)構(gòu)；采用上喂入方式，過橋被動輸送輥中心下沉，低于割臺攪龍，減少輸送過程中對玉米籽粒的損傷；過橋主動輥中心上移，高于脫粒滾筒喂入口，消除脫粒滾筒喂入死角造成的籽粒損傷；鏈耙采用柔性橡膠材料，降低輸送過程中對果穗的損傷；實現(xiàn)與割臺快速掛接，具有很好的通用性，操作簡便，掛接可靠。

（3）雙縱軸流高含水率玉米籽粒高效、低損脫粒技術。雙縱軸流高含水率玉米籽粒脫粒裝置主要包含脫粒滾筒、脫粒凹板以及頂蓋等。本機脫粒滾筒采用擠搓板齒式低損脫粒原理，區(qū)別于國內(nèi)外常用的紋桿釘齒組合及釘齒式強制脫粒方式，通過板齒式脫粒滾筒旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對玉米果穗的擠搓脫粒分離，脫粒板與玉米果穗相對柔性接觸，解決了常用紋桿釘齒滾筒靠釘齒強制脫粒造成的籽粒破碎率大，特別是高含水率情況下玉米籽粒破碎嚴重的技術難題，顯著降低高含水率作業(yè)條件下的玉米籽粒破碎率，提升機具的作業(yè)質(zhì)量和效率。優(yōu)化凹板的結(jié)構(gòu)型式與分離面積，研制圓鋼與鋼絲柵格混合式凹板，并通過電控調(diào)節(jié)裝置方便快捷地進行凹板間隙調(diào)節(jié)，降低籽粒破碎率。采用導向板角度可調(diào)式頂蓋，顯著提升高產(chǎn)田及高含水率玉米的收獲效果，研究不同含水率條件下玉米籽粒破損率與滾筒轉(zhuǎn)速的關系，實現(xiàn)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速無極調(diào)控，降低玉米籽粒破碎率及損失率。

（4）高效大風量清選分離技術。通過研究風機類型、風量大小以及魚鱗篩對清選系統(tǒng)的影響，確定風機類型以及清選篩結(jié)構(gòu)型式，以提高籽粒的清潔度和降低清選損失。通過對比試驗，本機采用蝸殼式離心風機和長孔魚鱗篩，風機風量大小和魚鱗篩的開度均采用電控調(diào)節(jié)，調(diào)控方便快捷。

（5）整機智能化控制技術。整機智能化方面，開發(fā)以降低玉米收獲損失為控制目標的自適應控制技術和系統(tǒng)；開發(fā)基于CAN 總線控制的一體式操控平臺。通過拉莖輥速度控制與割臺正反轉(zhuǎn)控制、割臺割茬控制以及割臺仿形控制摘穗損失；通過脫粒滾筒的扭矩、轉(zhuǎn)速管路壓力以及行走速度數(shù)據(jù)時時檢測，實現(xiàn)喂入量自適應控制；通過破碎率傳感器和糧食損失傳感器反饋的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，電控調(diào)節(jié)脫粒凹板間隙、清選風機風量和魚鱗篩的開度大小，降低籽粒破碎率和籽粒損失率，通過加裝GPS 輔助駕駛系統(tǒng)，減輕駕駛員的勞動強度。

4 試制與試驗

通過對以上關鍵技術及裝置和集成智能控制系統(tǒng)的研究，研制出牧神4YZT-8 型高含水率玉米雙縱軸流籽粒收獲機。

2017 年8 月，由新疆牧神機械有限責任公司承擔并試制完成了第一臺自走式玉米籽粒收獲機樣機。同年9月在伊犁霍城縣蘆草溝鎮(zhèn)對不同玉米種植品種進行了田間收獲試驗，實際作業(yè)天數(shù)20 天，累計試驗86.67 hm2，在玉米籽粒含水率低于25%的情況下總損失率為1.35%，籽粒破碎率為2.47%，籽粒含雜率為1.38%，主要性能指標都優(yōu)于國家標準，收獲效果較好，并順利通過了新疆自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)質(zhì)量鑒定站的委托檢驗。但該機在智能化控制方面還存在許多問題，玉米籽粒含水率在28%～35%的情況下籽粒破碎率大于4%，高于項目任務≤4%的指標要求。

后續(xù)進行了多輪樣機的優(yōu)化設計和技術改進，先后在新疆安寧渠鎮(zhèn)和五家渠軍戶農(nóng)場進行多次田間試驗，在昌吉榆泉農(nóng)場參加了國家重點研發(fā)計劃“西北耐密高產(chǎn)抗旱玉米新品種培育”項目玉米新品種及配套技術展示與示范，累計收獲233.33 hm2，作業(yè)速度3.85～6.5 km/h，玉米籽粒含水率22%～35%，玉米籽粒破碎2.3%～3.89%，總損失率0.49%～1.46%，籽粒含雜率0.84%～1.12%，平均單位面積燃油消耗量48 kg/hm2，生產(chǎn)率為0.69hm2/h，作業(yè)有效度98%，測試試驗條件和試驗數(shù)據(jù)如表1 和表2。

表1 試驗條件

表2 試驗數(shù)據(jù)

圖2 樣機田間試驗與推廣示范

從試驗效果來看，作業(yè)質(zhì)量指標、籽粒破損率、總損失率、籽粒含雜率等主要性能指標均優(yōu)于項目預期的技術指標和國家標準，加裝的智能控制的設備均達到預期的試驗效果，但傳感器的可靠性、控制數(shù)據(jù)算法、智能化控制調(diào)控策略等方面還需繼續(xù)優(yōu)化改進。

通過本項目產(chǎn)品的研制及推廣應用，縮短與國外同類產(chǎn)品的技術差距，改變我國大型玉米籽粒專用收獲機以來進口的現(xiàn)狀，對推進我國自主知識產(chǎn)權農(nóng)機裝備技術水平提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有積極的促進作用，實現(xiàn)我國在糧食機械化收獲提出的提質(zhì)增效、降低損失的目標。