丘陵區(qū)玉米收獲機(jī)同輪徑小轉(zhuǎn)徑敏捷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘要：為解決丘陵區(qū)玉米機(jī)械化收獲問題，對(duì)自走式玉米收獲機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及底盤架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出自走式玉米收獲機(jī)械同輪徑小轉(zhuǎn)徑敏捷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。結(jié)果表明，使用同輪徑小轉(zhuǎn)徑敏捷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制備的玉米收獲機(jī)在丘陵區(qū)作業(yè)的適用性和通過性良好，作業(yè)效率高，作業(yè)質(zhì)量較好，并通過科學(xué)示范及推廣，在丘陵區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。該機(jī)具不僅能夠節(jié)省人工成本，還能夠釋放勞動(dòng)力，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)，也保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：丘陵區(qū)； 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)； 玉米收獲機(jī)

中圖分類號(hào)：S221 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2024）03-0055-03

丘陵區(qū)地域廣闊，糧食生產(chǎn)潛力巨大，但地形復(fù)雜、地塊偏小、溝坎交錯(cuò)、坡度不一，加之各地種植模式差異大及土地經(jīng)營規(guī)模小，導(dǎo)致平原區(qū)性能良好的玉米收獲機(jī)難以適應(yīng)丘陵區(qū)作業(yè)，存在上山難、進(jìn)地難、作業(yè)難等問題[1]。以往研究多關(guān)注玉米收獲機(jī)在平原區(qū)的規(guī)?；鳂I(yè)，造成丘陵區(qū)收獲裝備“無好機(jī)用”的現(xiàn)象。近年來，國家高度重視丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展，在此背景下，丘陵區(qū)玉米收獲機(jī)的研發(fā)成為熱點(diǎn)。開展橫向坡度10°～25°坡地玉米收獲機(jī)械研究，可以更好地補(bǔ)齊機(jī)具短板，滿足市場(chǎng)需求。

1 丘陵區(qū)玉米收獲機(jī)研究現(xiàn)狀

徐海港等[2]研究了不分行低傾角低損玉米摘穗、輸送和剝皮等技術(shù)，設(shè)計(jì)了新型割臺(tái)、摘穗裝置、輸送器、剝皮機(jī)等裝置，闡述了聯(lián)合收獲機(jī)四輪驅(qū)動(dòng)裝置的基本組成及應(yīng)用。金鑫等[3]對(duì)丘陵山區(qū)玉米收獲機(jī)械的整機(jī)穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明，15°是G型玉米收獲機(jī)發(fā)生側(cè)翻的臨界值，其最大爬坡能力為5°。

2 同輪徑小轉(zhuǎn)徑敏捷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有玉米收獲機(jī)在丘陵區(qū)作業(yè)通過性差、適用性差、轉(zhuǎn)彎半徑大等技術(shù)難題，研發(fā)了同輪徑小轉(zhuǎn)徑敏捷轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵技術(shù)，不僅有效提高了丘陵區(qū)玉米機(jī)械收獲的作業(yè)效率和穩(wěn)定性，還降低了機(jī)收損失率。

2.1 新型傳動(dòng)系統(tǒng)

自走式玉米收獲機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，包括多個(gè)關(guān)鍵部件，這些部件的協(xié)同工作可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器的收割、運(yùn)輸和其他相關(guān)功能。同時(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、割臺(tái)傳動(dòng)箱、行走變速箱、無級(jí)變速輪、換向箱、輸送鏈耙、風(fēng)機(jī)軸、中間過渡軸、剝皮機(jī)輸入軸、還田機(jī)粉碎軸等部件進(jìn)行連接，可形成一個(gè)完整的傳動(dòng)系統(tǒng)。整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，機(jī)動(dòng)靈活，特別適應(yīng)中小地塊作業(yè)。這種設(shè)計(jì)優(yōu)化了傳動(dòng)路線，有效降低了傳動(dòng)裝置的故障率。在柴油機(jī)與變速箱中間增設(shè)液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，既簡化了無級(jí)變速和反轉(zhuǎn)功能的變速箱結(jié)構(gòu)，操作省力，又解決了傳統(tǒng)玉米收獲機(jī)變速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障多、不能無級(jí)變速和丘陵區(qū)復(fù)雜地況無法長時(shí)間連續(xù)作業(yè)等問題。

2.2 新型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

自走式玉米收獲機(jī)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向軸、驅(qū)動(dòng)輪、轉(zhuǎn)向輪、驅(qū)動(dòng)裝置、齒輪和鏈條等組件組成。這些組件共同協(xié)作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器的轉(zhuǎn)向功能。傳統(tǒng)機(jī)械為了減小轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，使轉(zhuǎn)向輪位于機(jī)器的后部，并將后輪徑做小，以適用于平原區(qū)，但這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致機(jī)械在丘陵區(qū)抓地力不足，容易產(chǎn)生側(cè)滑甚至翻車。設(shè)計(jì)采用前后同輪徑行走，通過轉(zhuǎn)向軸連接到機(jī)器的底盤上。轉(zhuǎn)向軸的長度與機(jī)器的寬度相同，以確保機(jī)器能夠穩(wěn)定行駛。

驅(qū)動(dòng)裝置使用齒輪和鏈條來傳送能量和扭矩，使驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，為機(jī)器提供動(dòng)力和扭矩，以此來確保機(jī)器能夠正常行駛，完成收割作業(yè)。自走式玉米收獲機(jī)的液壓系統(tǒng)也參與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)工作，為其提供更為精確和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向控制。液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)置于底盤框架后端，通過轉(zhuǎn)向輪來增大轉(zhuǎn)向角度，實(shí)現(xiàn)小地塊小轉(zhuǎn)彎，同時(shí)通過各部件優(yōu)化布局，使車身體積更小，解決了傳統(tǒng)玉米收獲機(jī)穩(wěn)定性差、不靈活、轉(zhuǎn)彎半徑大等問題。

2.3 新型底盤主體架構(gòu)

玉米收獲機(jī)的新型底盤架構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮機(jī)械性能、作業(yè)效率、操作便捷性、安全性和維護(hù)性等，以確保機(jī)器能夠滿足丘陵區(qū)玉米高效收獲的需求，并提高作業(yè)效率和質(zhì)量。設(shè)計(jì)采用多目標(biāo)優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)整車減重、降高增穩(wěn)、防側(cè)翻。

在車架設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，液壓系統(tǒng)可以為機(jī)器的各種功能提供穩(wěn)定支持。

3 4YZ-4 型玉米收獲機(jī)升級(jí)后的對(duì)比試驗(yàn)

性能對(duì)比試驗(yàn)在撫順市望花區(qū)青臺(tái)子村進(jìn)行，地形坡度12°，試驗(yàn)小區(qū)長80 m、寬20 m，壟高9.6 cm，壟距59.6 cm，環(huán)境溫度10.7 ℃，相對(duì)濕度31.6%。

作物狀態(tài)記錄見表1。

對(duì)傳統(tǒng)的4YZ-4 型玉米收獲機(jī)械與改進(jìn)后的4YZ-4A型玉米收獲機(jī)械進(jìn)行作業(yè)效果對(duì)比。選擇具有代表性的地塊，作業(yè)流程包括機(jī)械作業(yè)前準(zhǔn)備、機(jī)械作業(yè)、作業(yè)后清理與檢查等環(huán)節(jié)。

作業(yè)質(zhì)量對(duì)比結(jié)果見表2。轉(zhuǎn)彎半徑對(duì)比結(jié)果見表3。

由表2和表3可知，在作業(yè)效率方面，4YZ-4A型玉米收獲機(jī)的傳動(dòng)效果突出，通過性好，最小轉(zhuǎn)彎半徑更小，轉(zhuǎn)向更加靈活，作業(yè)速度可達(dá)2.68 km/h，作業(yè)效率更高。在作業(yè)質(zhì)量方面，良好的通過性使4YZ-4A型玉米收獲機(jī)工作更穩(wěn)定，機(jī)收損失率較傳統(tǒng)機(jī)械降低了1.06%。在適應(yīng)性方面，4YZ-4A型玉米收獲機(jī)不僅可以在12°坡度上作業(yè)良好，而且能夠適應(yīng)20°坡度，顯示出較好的地形適應(yīng)性，而4YZ-4型玉米收獲機(jī)型僅能適應(yīng)15°以下坡度，地形適應(yīng)性相對(duì)較差。在故障率方面，4YZ-4A型玉米收獲機(jī)在18 h的連續(xù)作業(yè)中未發(fā)生嚴(yán)重故障和致命故障，表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性，故障率低，而4YZ-4型玉米收獲機(jī)故障率相對(duì)較高，需要進(jìn)一步完善機(jī)械結(jié)構(gòu)。

4 4YZ-4A 型玉米收獲機(jī)的應(yīng)用

4.1 營銷模式

4.1.1 “企業(yè)＋營銷商＋電商”模式

立足東北，發(fā)展西北，向南拓展。目前，發(fā)展農(nóng)機(jī)銷售代理商13個(gè)，且覆蓋黑龍江、吉林等10個(gè)省區(qū)。各地銷售單位借助電商平臺(tái)加快了玉米收獲機(jī)新品的推出和宣傳，形成了快速傳播效應(yīng)。

4.1.2 “推廣體系＋合作社＋農(nóng)戶”模式

依靠新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的區(qū)域影響力，開展跨區(qū)作業(yè)服務(wù)。借助農(nóng)機(jī)行業(yè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮管理監(jiān)理體系力量，多渠道宣傳產(chǎn)品。利用省、市、縣、鄉(xiāng)農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣網(wǎng)絡(luò)，幫助企業(yè)推產(chǎn)品、創(chuàng)品牌。

4.2 效益評(píng)價(jià)

4.2.1 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

在丘陵區(qū)玉米機(jī)械化收獲中，同輪徑小轉(zhuǎn)徑敏捷轉(zhuǎn)向技術(shù)表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，不僅提高了作業(yè)效率、降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，還降低了玉米收獲損失率。通過多年的推廣應(yīng)用，機(jī)械化作業(yè)效率較人工提高53倍以上，解決了農(nóng)村用工難、用工貴的難題，每667 m2節(jié)省用工成本約110元，實(shí)現(xiàn)了節(jié)本增收，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，帶動(dòng)農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈條上數(shù)萬人就業(yè)，取得了較高的社會(huì)效益。

4.2.2 生態(tài)效益

同輪徑小轉(zhuǎn)徑敏捷轉(zhuǎn)向技術(shù)簡化了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了土壤壓實(shí)，有利于黑土地保護(hù)性耕作的實(shí)施。各功能部件均衡配置，既有利于節(jié)本節(jié)能降耗，減少碳排放量，降低環(huán)境污染，還可減少秸稈焚燒和水土流失，提高生態(tài)效益。

5 結(jié)論

該設(shè)計(jì)中，新型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了無級(jí)變速和反轉(zhuǎn)，液壓轉(zhuǎn)向靈活；輪徑相同、多輪驅(qū)動(dòng)的方式減小了轉(zhuǎn)彎半徑；新型底盤行走機(jī)構(gòu)增大了地面附著力和爬坡越障力，能夠適應(yīng)爬坡越障和復(fù)雜地塊作業(yè)。

參考文獻(xiàn)

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