青躍光

摘要：詳細介紹4LZ-4.0D型全喂入聯(lián)合收割機的結(jié)構(gòu)特點及關(guān)鍵部件設(shè)計過程，探討結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算及選擇。與其他機具田間對比試驗表明：該機總損失率比其他兩種機型降低0.1個百分點；含雜率分別降低0.1和0.5個百分點，該機已通過國家農(nóng)業(yè)部推廣鑒定檢驗。

關(guān)鍵詞：雙滾筒；聯(lián)合收割機；設(shè)計；對比試驗

中圖分類號：S225.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）01-0040-04

水稻收割機是水稻生產(chǎn)機械化中最重要的作業(yè)裝備之一，我國的大多數(shù)水稻種植區(qū)適宜使用中小機型。目前市場上的自走式全喂入橫向軸流滾筒收獲機及縱向軸流滾筒收獲機仍然存在脫凈率低、破損率高、含雜量大及適用性不廣等問題。本研究設(shè)計生產(chǎn)的4LZ-4.0D型切橫流雙滾筒聯(lián)合收割機能夠很好地解決此問題，為水稻收獲機械化提供了新選擇。

1 雙滾筒全喂入聯(lián)合收獲機的整機設(shè)計

1.1 整機參數(shù)及結(jié)構(gòu)

4LZ-4.0D型切橫流雙滾筒聯(lián)合收割機的整機結(jié)果見圖1，主要技術(shù)指標見表1。

整機主要由收割臺、中間輸送裝置、清選裝置、底盤、發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、電氣操作系統(tǒng)等部分組成。通過對脫粒清選部件研究與優(yōu)化設(shè)計，改進脫粒裝置和清選篩結(jié)構(gòu)。前滾筒采用凹板脫粒間隙可調(diào)且轉(zhuǎn)速不同的切流滾筒裝置，后滾筒為整體分為3段的分離和排草橫向軸流滾筒裝置，形成切流+橫向軸流雙滾筒全喂入聯(lián)合收割機。采用可快速裝卸型振動篩，有效增強脫粒分離能力，谷物在運動中被釘齒和固定凹板篩格條反復(fù)打擊和揉搓，同時在釘齒和滾筒蓋導(dǎo)向板配合作用下沿滾筒作螺旋線形式的圓周和軸向移動，脫下的谷粒從固定凹板篩分離出來，莖稈由排出口排出，完成脫粒和分離過程。

1.2 主要參數(shù)計算

1.2.1 割幅 割幅B按下列公式計算：

式中：q為收割機單位喂入量，kg/s，給定q=4 kg/s；β為作物谷草比（谷粒質(zhì)量/割下物總質(zhì)量），取0.7；A為作物的平均產(chǎn)量，kg/667 m2，水稻品種為中早39號，單產(chǎn)546.7 kg/667 m2；νm為聯(lián)合收割機的平均作業(yè)速度，取1.67 m/s。

由公式及以上數(shù)據(jù)計算，確定圓整后的割幅為：

B=2 100 mm

1.2.2 作業(yè)速度 聯(lián)合收割機的平均作業(yè)速度νm需根據(jù)作物生長狀況、田面情況及喂入量等確定，考慮割臺損失不易過大，需選擇合適的撥禾輪速比。全喂入自走式聯(lián)合收割機的作業(yè)速度一般為4～8 km/h，取中值及以下值為妥。

1.2.3 生產(chǎn)率 生產(chǎn)率Q按下列公式計算：

Q=5.4ηBνm （2）

其中：η為收獲時間利用系數(shù)，稻田為0.4～0.8，考慮到其作業(yè)環(huán)境較差，行走消耗功率較大，取0.4；B為實際作業(yè)收割幅（為割幅的90%，即1.890 m）；秈稻全喂入收割機的作業(yè)速度為2.7～3.6 km/h，粳稻全喂入收割機的作業(yè)速度為3.5～4.5 km/h，小麥全喂入收割機的作業(yè)速度為4.0～8.0 km/h。

根據(jù)式（2）計算得：收獲秈稻作業(yè)生產(chǎn)率（νm取3.3 km/h）Q=5.4×0.4×1.89×0.917×15=56.15（hm2/h）；收獲小麥作業(yè)生產(chǎn)率（νm取6.0 km/h）Q=5.4×0.4×1.89×1.667×15=102.08（hm2/h）。

1.2.4 動力參數(shù)配置 聯(lián)合收割機的功率消耗隨不同的作業(yè)條件而變化，通常由收割機喂入量來推算發(fā)動機的平均功率，計算公式如下：

N=（1+Kb）pq （3）

式中：N為發(fā)動機總功率，kW；Kb為發(fā)動機功率儲備系數(shù)；p為收割機單位喂入量所需平均功率，kW/kg·s-1；q為收割機單位喂入量，kg/s。

一般全喂入型聯(lián)合收割機每kg/s的喂入量配備功率15～20 kW，發(fā)動機儲備系數(shù)選在0.15～0.33之間。以收水稻為主的聯(lián)合收割機割幅不大，喂入量變化也不大，結(jié)構(gòu)較為簡單，整機質(zhì)量輕（絕大多數(shù)機型不配置體積龐大的傳統(tǒng)分離逐稿器，而是設(shè)計脫粒和分離一體的軸流滾筒與凹板裝置），平均功率與發(fā)動機功率儲備系數(shù)可以取下限值，因此N=1.15×15×1×4 =69（kW）。故選用額定功率與轉(zhuǎn)速為70 kW與2 400 r/min的4G33TC型柴油機為動力。

2 雙滾筒脫粒分離裝置的設(shè)計

2.1 前、后滾筒參數(shù)配置

雙滾筒脫粒裝置（見圖2）。第一滾筒大多采用釘齒滾筒。因后滾筒采用桿齒元件，相比紋桿式脫粒原件脫粒能力較強但分離能力較低，因此，將后滾筒排草口處長度增加30 mm，以提高其分離能力。為防止纏繞作物，提高分離能力，滾筒直徑在400～650 mm范圍內(nèi)，前、后滾筒直徑均設(shè)計為550 mm。前滾筒中心至前凹板出口處的距離a=175 mm，后滾筒中心至后凹板進口處距離b=175 mm，前、后凹板間距c=340 mm，前后滾筒軸距d=690 mm。

2.2 滾筒轉(zhuǎn)速

在切流+橫向軸流雙滾筒布局中，一般將橫向軸流滾筒設(shè)置為后滾筒。若雙滾筒等徑，則軸流滾筒的轉(zhuǎn)速應(yīng)與處在其前位的切流滾筒相等或略高，以確保谷物喂入通暢、谷層均勻、脫粒及時、分離徹底、功耗少。滾筒線速度為：麥類20～26 m/s，水稻18～28 m/s，本機采用雙滾筒并同時配裝32齒鏈輪，轉(zhuǎn)速均選定在脫稻、麥所需線速度的中值，即23 m/s，前、后滾筒轉(zhuǎn)速n=v/（πD）=802 r/m，圓整后n取800 r/m。脫粒滾筒的計算轉(zhuǎn)速值如表2所示。

2.3 滾筒結(jié)構(gòu)與參數(shù)

雙滾筒均采用齒桿元件，設(shè)計齒排數(shù)為6，螺線頭數(shù)為2。前切流滾筒有喂入兼顧脫粒功能，并防止纏草，選擇后傾彎弧桿齒型式，后傾角12 °，齒跡距37 mm，桿齒工作高度63 mm，桿齒直徑12 mm。

后橫軸流滾脫粒兼顧分離和排草功能，其結(jié)構(gòu)分布示意圖如圖3所示。

將其設(shè)計成三段：首段為脫粒段，長度等于前切流滾筒長度，優(yōu)化直桿齒與刀齒組合，強化脫粒效能；中段為分離段，采用直桿齒，突出離心運動，加速谷草分離；末段為排草段，安裝長直桿齒，并排列小齒跡距，利于及時排草。設(shè)計脫粒與分離段的齒距38 mm，桿齒工作高度60 mm，桿齒直徑12 mm；排草段的齒距30 mm，桿齒工作高度108 mm，桿齒直徑14 mm。

2.4 凹板結(jié)構(gòu)及包角

為提高谷物喂入、脫粒和分離能力，選取具有一定包角和特定結(jié)構(gòu)的柵格式凹板，其結(jié)構(gòu)符合切流+橫向軸流雙滾筒的設(shè)計要求，分布示意圖如圖4所示。前滾筒包角為74 °，可調(diào)整出入口間隙的三段弧漸進縮小間隙的凹板；后滾筒包角為124 °，采用固定間隙的凹板。

3 田間對比試驗

3.1 初始條件

水稻品種為中早39號，完熟期，植株自然高度96.4 cm，籽粒含水率24%，莖稈含水率58%，單產(chǎn)

8 200 kg/hm2 ，對比試驗機型為同級功率4LZ-4.0A單滾筒橫向軸流收割機和4LZ-4.0B單滾筒縱向軸流收割機。

3.2 試驗機型及檢驗結(jié)果

參試機型及其主要技術(shù)規(guī)格如表3所示。主要檢驗（項目結(jié)果）報告如表4所示。

3.3 結(jié)果分析

對比試驗結(jié)果表明，4LZ-4.0D雙滾筒全喂入聯(lián)合收割機的總損失率≤1.1%、含雜率≤1.1%、破損率≤0.6%，遠小于國家規(guī)定（≤3.0，≤2.0和≤1.5）的要求。其中，總損失率比4LZ-4.0A單滾筒橫向軸流機型和4LZ-4.0B單滾筒縱向軸流機型降低0.1個百分點；含雜率分別降低0.1和0.5個百分點；破損率基本持平。由此可見，采用雙滾筒結(jié)構(gòu)可以降低收獲時的未脫凈損失。

4 結(jié)論

柳林4LZ-4.0D型雙滾筒全喂入聯(lián)合收割機批量投產(chǎn)銷售后，用戶反饋機器結(jié)構(gòu)成熟、性能穩(wěn)定、滾筒轉(zhuǎn)速較低、振動較小，特別是脫粒能力強與分離效果好，糧食損失少。此機具適于收割高產(chǎn)、難脫的水稻品種，可以有效解決以往機型損失率、含雜率和破損率偏高的問題。同時，能夠收獲大豆、小麥和油菜等多種作物，推廣應(yīng)用前景廣闊。

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