郭春芳，郭金躍，趙秀全

（1．山西省太谷縣農(nóng)機局，山西 太谷030800；2．山西省太谷縣經(jīng)貿(mào)局，山西 太谷030800）

玉米在農(nóng)牧業(yè)發(fā)展及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化中用途最為廣泛，玉米種植面積在農(nóng)作物種植中位居之首，當前玉米已成為發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的主導產(chǎn)品。而玉米收獲作業(yè)的工作量在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占居了很大比重，因此加速實現(xiàn)玉米收獲機械化是推進農(nóng)業(yè)機械化、推進新農(nóng)村建設(shè)、推進小康社會建設(shè)的一項十分重要的工作。但是從我國近年來推出的眾多機型的玉米收獲機推廣應(yīng)用的實際效果來看有關(guān)性能指標還很不理想，斷莖、夾帶、損傷、堵塞比較嚴重。

割臺是玉米收獲機的核心部件［1］，割臺技術(shù)參數(shù)選擇確定又是提高玉米收獲機技術(shù)水平的關(guān)鍵之關(guān)鍵。目前為止，我國設(shè)計研發(fā)的玉米收獲機相關(guān)參數(shù)的選擇還僅僅是以田間試驗結(jié)果為依據(jù)，因而造成機型的地區(qū)局限性和對象局限性。為了更好地促進玉米收獲機的升級換代和普及應(yīng)用，本文作者在參與多項產(chǎn)品的開發(fā)試驗基礎(chǔ)上加以整理提煉，本著理論與實踐相結(jié)合的原則，試＋圖利用建立數(shù)學模型的手段求出玉米收獲機板式割臺撥禾線速度和拉莖線速度的最佳參數(shù)點，以供同仁參考應(yīng)用。具體分析、計算如下。

1 板式割臺的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

玉米收獲機板式割臺的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，由分動箱、撥禾鏈、摘穗板和摘穗輥組成。

圖1 玉米收割機割臺結(jié)構(gòu)Fig．1 Corn harvester cutting platform structure

其基本工作原理是機器的動力通過分動箱分解成兩個方向的傳動，在作業(yè)平面上由一對對轉(zhuǎn)的鏈輪驅(qū)動一對撥禾鏈完成撥送植株的任務(wù)，在機器行進的方向上由一對對轉(zhuǎn)的動力輸出軸驅(qū)動一對對轉(zhuǎn)的拉莖輥完成向割臺下方拉莖的任務(wù)［2］。

在撥禾鏈和拉莖輥中間的作業(yè)平面上，布置有一對對應(yīng)的摘穗板，用來完成摘下玉米果穗的任務(wù)。

機器在向前行進的過程中，分禾角自然插入玉米植株之間，將植株分撥到分禾角的兩側(cè)，并隨著分禾角的前進玉米植株分別靠在分禾角兩側(cè)向后滑移，隨及進入導禾區(qū)，進入導禾區(qū)的植株在撥禾鏈撥齒的撥動作用下，玉米植株被強制撥入一對摘穗板之間。

在摘穗?yún)^(qū)內(nèi)工作機構(gòu)由三個工作層面聯(lián)動完成三個作業(yè)動作。一方面撥禾鏈撥齒繼續(xù)向后撥送玉米植株，與此同時導入錐將植株引入一對拉莖輥之間，植株在一對拉莖輥的作用下強制向下拉動植株，在向下拉動的同時玉米果穗被一對摘穗板擋住，玉米果穗與莖桿之間產(chǎn)生了分離應(yīng)力，果穗從莖桿上摘下，并被向后運動的撥齒帶入攪龍輸送器，摘穗后的植株被拉莖輥拉回地面，這一過程為板式摘穗割臺的摘穗過程。如圖2、圖3。

圖2 摘穗機構(gòu)工作原理圖Fig．2 Harvesting body works

圖3 拉莖摘穗原理Fig．3 Harvesting stem pull princture

2 板式割臺的基本參數(shù)分析

2．1 撥禾鏈線速度的理論分析

當收獲機以Vj速度向前行駛時，玉米植株相對于機器向相反方向以Vb速度移動，此時植株是穩(wěn)定的沒有傾倒的作用力，也就是說撥禾齒在平行于機器行進方向的線速度等于機器行進速度時能夠最好地保持作物的穩(wěn)定性。

對此要保持作業(yè)時植株受到的沖擊力最小，就必需達到撥禾鏈在平行于機器行進方向的速度等于機器的行進速度［3］。由此得出撥禾鏈的最佳線速度

（α為機器行進方向與導入部分撥禾鏈運動方向的夾角）。該夾角一般為20°～25°。也就是說如果機器在Vj速度下作業(yè)，那么撥禾鏈的線速度應(yīng)為；

一般情況下玉米收獲時的常用作業(yè)速度為快二檔中油門，這時的作業(yè)行走速度在6．7km·h－1左右，我們這時選擇了1．1km·h－1，最終得出撥禾鏈的撥禾線速度為；

式中：Vb——撥禾鏈的最佳線速度

Vj——收獲機速度

2．2 拉莖輥線速度的理論分析

根據(jù)板式割臺［4，5］的工作原理玉米植株在撥禾鏈的撥送下沿摘穗板的間隙向相反于機器行進方向滑移，那么拉莖線速度與拉莖輥有效長度、撥禾鏈速度以及玉米植株通過拉莖輥的長度有關(guān)，它們之間的關(guān)系為：

式中：HVb－玉米植株通過拉莖輥的長度（通過抽樣測定一般玉米植株高度為2．0～2．5m、割臺作業(yè)時的離地高度一般為0．3～0．5m）

L－拉莖輥有效長度（根據(jù)綜合性能試驗一般取650～800mm）。

3 板式割臺田間試驗曲線

3．1 撥禾線速度試驗對比

試驗條件：

Vl＝6．3m·s－1

Vj＝6．m·s－1

H＝2．5m

割臺作業(yè)高度＝500mm

植株含水率＝18%

試驗結(jié)果分析：

如圖4，撥禾線速度與兩個指標有關(guān)，一個是玉米植株的倒伏率，一個是斷莖率［4］。從圖4中顯示的結(jié)果可以看出當撥禾速度小于1．2m·s－1時植株的倒伏率幾乎是100%，當撥禾速度大于2．8 m·s－1時斷莖率又幾乎是100%。因此得出當：Vl＝6．3m·s－1、Vj＝6．7km·h－1、H＝2．5m、割臺作業(yè)高度＝500mm、植株含水率＝18%時撥禾線速度取2．0～2．2m·s－1是最佳參數(shù)。這一結(jié)果與上面的理論推導結(jié)果2．05m·s－1是相一致的，因此我們得出板式割臺第一個重要參數(shù)板式割臺撥禾鏈作業(yè)線速度Vb＝2．0～2．2m·s－1

圖4 撥禾線速度試驗圖Fig．4 drawing speed wo

3．2 拉莖線速度試驗對比

試驗條件：

Vb＝2．05m·s－1

Vj＝6．7km·h－1

H＝2．5m

割臺作業(yè)高度＝500mm

植株含水率＝18%

如圖5，拉莖輥線速度與兩個指標有關(guān)，一個是玉米果穗損傷率，一個是斷莖率。從圖5中顯示的結(jié)果可以看出當拉莖速度小于3m·s－1時玉米植株斷莖率幾乎是100%，當拉莖速度大于10m·s－1時果穗損傷率又幾乎是100%［6］。因此得出當Vb＝2．05m·s－1、Vj＝6．7km·h－1、H＝2．5m、割臺作業(yè)高度＝500mm、植株含水率＝18%時拉莖線速度取6～7m·s－1是最佳參數(shù)。這一結(jié)果與上面的理論推導結(jié)果6．3m·s－1是相一致的，因此我們得出板式割臺第二個重要參數(shù)板式割臺拉莖輥線速度Vl＝6～7m·s－1

圖5 拉莖輥線速度試驗圖Fig．5 Pull the stem roller speed test chart

4 板式割臺主要參數(shù)分析結(jié)論與討論

機器行進方向與導入部分撥禾鏈運動方向的夾角為20°～25°時，玉米收獲作業(yè)行走速度在6．7 km·h－1左右，得出撥禾鏈線速度和拉莖輥線速度的理論值為：

撥禾鏈線速度：Vb＝2．05m·s－1

拉莖輥線速度：Vl＝6．3m·s－1

通過板式割臺田間試驗曲線，得出撥禾鏈線速度和拉莖輥線速度的實驗數(shù)據(jù)范圍為：

撥禾鏈線速度：Vb＝2～2．2m·s－1

拉莖輥線速度：Vl＝6～7m·s－1。

理論和實際相吻合［7］。

通過實驗和理論分析表明，玉米聯(lián)合收獲機板式割臺的拉莖輥線速度和拔禾鏈線速度在行走線速度，作物高度等一定的情況下，得出的最佳參數(shù)。

當然，在行走線速度，作物高度以及拉莖輥直徑等參數(shù)不同的條件下，兩次的參數(shù)必然會有所變化，但根據(jù)割臺總結(jié)構(gòu)的限制，拉莖輥直徑［8］不可能過大或過小，過大會使割臺尺寸及種植行距的適應(yīng)性受到限制，作業(yè)行走速度和作物生長高度都存在一定的客觀限制。目前，玉米植株的高度不可能超過2．8m，而收獲機的行進速度也不可能超過10 km·h－1。因此，本研究結(jié)構(gòu)在當前農(nóng)業(yè)種植特征和農(nóng)業(yè)機構(gòu)作業(yè)安全穩(wěn)定性方面得出的結(jié)論還是具有較高的權(quán)威性和實用性［9］。當然，隨著科學技術(shù)事業(yè)的進一步發(fā)展，玉米品種的變化，以及農(nóng)業(yè)機構(gòu)整體水平的提高，玉米收獲機割臺的結(jié)構(gòu)原理和技術(shù)參數(shù)也一定會有突破性的變化。

［1］李旭 ，李湘彬．玉米聯(lián)合收獲機摘穗裝置比較分析研究［J］．農(nóng)機化研究，2010（9）：9－10．

［2］董月亮．油菜聯(lián)合收獲機割臺拔禾裝置的運動仿真及試驗研究［D］．江蘇大學碩士論文，2008：6．

［3］賀俊林．“飛象”牌4YZB－2700自走式玉米聯(lián)合收獲機技術(shù)報告．2010，12．

［4］錢錄慶．“牧神”牌 YZ－2600自走式穗莖兼收玉米收獲機［J］．河北農(nóng)機，2007（6）：26．

［5］張喜瑞，董佑福．玉米收獲機輸送鏈裝置研究［J］．農(nóng)業(yè)裝備與車量工程，2007（10）：10．

［6］邱貴春，盧景忠，薛飛．4YZW－2型玉米收獲機的研究試驗［J］．玉米科學，2008（6）：152－153．

［7］謝瓊．我國玉米收獲機械化技術(shù)研究［J］．農(nóng)業(yè)科技與裝備，2010（6）：84－85．

［8］劉聲春，張道林，張繼磊，等．我國玉米收獲機研制現(xiàn)狀及發(fā)展展望［J］．農(nóng)機化研究，2009（11）：241－242．

［9］王優(yōu)，張強，于路路．玉米摘穗裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望［J］．農(nóng)機化研究，2011（1）：228－229．