陳美舟，程修沛，賈曉東，張麗萍，李其昀※

0 引 言

據(jù)中國國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2016年中國玉米播種面積3 676萬hm2[1]（約占全國種植面積的32.5%），產(chǎn)量達到21 955萬t，均超過水稻和小麥，居糧食作物之首[2-3]，且玉米籽粒聯(lián)合收獲機械化技術已成為國內(nèi)外發(fā)展的必然趨勢[4]。同時，鮮食型玉米及其產(chǎn)業(yè)化也得到快速發(fā)展，2016年種植面積達到100萬hm2，到2020年有望達到200萬 hm2[5-6]，其作為一種糧、菜兼用型玉米，要求果穗能夠低損收獲，品相完整。近年來，中國的玉米機收率顯著提高[7-8]，但果穗損傷率較大，現(xiàn)有的玉米收獲技術已經(jīng)無法滿足籽粒收獲和鮮食玉米對果穗低損收獲的要求，嚴重影響玉米收獲質量并制約著玉米收獲機的推廣和應用。因此，解決玉米果穗收獲損失嚴重問題意義重大[9-10]。

目前，玉米收獲機的摘穗裝置主要包括拉莖輥與摘穗板組合式和摘穗輥式 2種型式。前者對果穗損傷小，籽粒損失率低，但果穗含雜率較高；后者摘穗能耗小，具有一定的剝皮效果，果穗含雜率低，但常會出現(xiàn)“啃穗”現(xiàn)象，果穗損傷較大[11-12]。

歐美等發(fā)達國家對玉米收獲裝置的研究與推廣應用時間較長，機收水平較高，但是對仿生（模仿人工）掰穗方面的研究較少，針對聯(lián)合收獲機割臺損失，360 YIELD CENTER研發(fā)了玉米割臺毛刷裝置，能夠有效降低割臺損失，降損比例約為80%，目前已在John Deere 公司的收獲機上使用[13]。

國內(nèi)也尚未出現(xiàn)針對仿生掰穗方面的研究，國內(nèi)學者多從摘穗原理的角度進行研究，對輥式摘穗裝置進行了優(yōu)化設計以降低果穗收獲的損傷[14-16]。耿端陽等[17]研究了立式激振折斷的摘穗機理，并設計了多棱立輥式摘穗裝置；陳美舟等[18]分析了臥輥式摘穗裝置兩輥高度差對玉米損傷的影響并進行了優(yōu)化。國內(nèi)少數(shù)科研院所摒棄了傳統(tǒng)的摘穗原理的制約，進行了新型摘穗裝置的研究，程修沛等[19]采用自上而下的掰穗原理，設計了上拉莖掰穗式玉米收獲裝置；劉憲軍[20]提出了一種彎曲折斷式玉米摘穗方法，都在理論和試驗研究上做了創(chuàng)新研究，奠定了后續(xù)的科研基礎，但市面上尚未出現(xiàn)相應的機具，因此目前只是理論性的試驗研究。

本文研究的仿生掰穗手式玉米收獲試驗臺，模仿人工掰穗動作，夾持喂入裝置將玉米植株輸送到掰穗?yún)^(qū)，掰穗手對玉米果穗自上而下施加作用力從而使果穗掉落，然后同時玉米莖稈受到拉莖輥和夾持喂入裝置的作用力產(chǎn)生向下向后的拉莖運動，掰穗作業(yè)完成。本文驗證了這種仿生摘穗方式低損收獲的可能性，能夠避免摘穗輥對玉米果穗的啃傷，果穗損傷小，籽粒損失更低，提高了玉米果穗收獲質量，以期為低損傷玉米收獲的創(chuàng)新研究提供參考。

1 仿生掰穗手式玉米收獲裝置

1.1 仿生掰穗手式玉米收獲裝置的結構

仿生掰穗手式玉米收獲裝置由導向板、機架、掰穗手、鏈條、鏈輪、和拉莖裝置等組成。其中掰穗手均勻對稱分布在雙排鏈條的翼板上，隨鏈條的轉動可以將不同高度的玉米果掰下，從而適應不同的結穗高度。仿生掰穗手式玉米收獲裝置結構示意如圖1所示。

圖1 仿生掰穗手式玉米收獲裝置結構示意圖Fig.1 Structural diagram of corn ear picking device by bionic breaking ear hand

1.2 工作原理

工作時，玉米植株由夾持喂入裝置夾持喂入，經(jīng)撥禾裝置和導向板的作用進入掰穗?yún)^(qū)后，玉米莖稈在拉莖輥前段螺紋錐體作用下進入相向運動的拉莖輥，玉米莖稈受到兩拉莖輥的作用力和夾持喂入裝置的作用力產(chǎn)生向下向后的拉莖運動，同時，掰穗手在鏈條的帶動下，自上而下運動，并對果穗或穗柄處施加向下作用力F，果穗受力彎曲，在穗柄與秸稈連接處或果穗與穗柄的連接處產(chǎn)生折斷脫離植株完成掰穗過程，如圖 2所示，掰穗完成的玉米秸稈被拉莖抽出，后續(xù)可進行回收或還田處理。

如圖 2所示，掰穗手由于鏈速較低，鏈的離心拉力可以忽略，不考慮掰穗手的長度，則掰穗手對果穗的作用力F

式中 F1為鏈條工作拉力，N；G1為鏈條重力，N；G2為掰穗手重力，N；Ff為鏈條垂度拉力，N，當兩鏈輪中心連線與水平面所成的角為90°，即垂直傳動時，取kf=1[21]；P為傳動功率，kW；v為鏈速，m/s；q為每米鏈長的質量，kg，試驗采用12A滾子鏈，節(jié)距19.05 mm，q取值1.5；g為重力加速度，m/s2；a為兩鏈條中心距，m，試驗設計中心距為0.28 m。

掰穗裝置電機選用Y112-4A型調速電機驅動，額定功率0.55 kW，將試驗選取的最大掰穗手速度v掰=2.85 m/s代入式中，可得鏈條工作拉力F1=193 N，遠大于功耗試驗中動態(tài)仿生彎曲折斷掰穗方式摘穗掰穗所需最大的力為24.5 N，因此確定方案可行。

圖2 果穗受力分析Fig.2 Force analysis on corn ear

2 關鍵部件結構及尺寸設計

2.1 掰穗手

人工掰穗時，通過手部虎口處對果穗施加作用力，使得果穗自果柄處折斷。因此，模仿人工掰穗原理對掰穗手（圖 3）結構進行設計 ，同時考慮到果穗生長的不同方向，掰穗手前部彎曲部分模仿彎曲的手指，可將果穗撥入掰穗手弧頂處；后部切成光滑的斜面，果穗可順勢滑倒掰穗手虎口處；中部設計為弧狀，是掰穗的關鍵部位，無論果穗朝向如何，皆可在此處被掰下。

圖3 掰穗手結構Fig.3 Structure diagram of breaking ear hand

掰穗手通過鉚釘固定在掰穗鏈條上，工作時隨著掰穗鏈條在掰穗?yún)^(qū)間自上而下運動，莖稈被喂入到掰穗?yún)^(qū)域后，由于果穗的朝向不同，掰穗手的弧頂作用在玉米果穗的位置也會不同，掰穗手施加的作用力 F可能會落在果穗的表面，也可能會落在果穗與莖稈之間，課題組在前期試驗中發(fā)現(xiàn)，果穗朝向對掰穗手的掰穗性能影響不顯著，因此，如圖3所示，當掰穗手的作用力F和果穗重力G的合力能夠克服果穗和莖稈連接力與力矩，即可完成掰穗。

2.2 拉莖裝置

拉莖裝置（圖4）主要完成對莖稈的拽拉和配合掰穗手完成收獲果穗。其拉莖輥的工作長度、直徑、兩輥間隙以及水平傾角都會對莖稈的引導和輔助喂入的效果有影響。崔濤等[22]研究的刀片式拉莖輥，實現(xiàn)了垂直下拉，避免了莖稈的折彎，因此本設計拉莖段采用 4條筋板式拉莖輥，筋板對稱錯開，實現(xiàn)莖稈的有效夾持；前段為帶螺紋的錐體，引導和輔助莖稈喂入。

圖4 拉莖裝置結構簡圖Fig.4 Structure diagram of pull stem device

拉莖裝置由輸入鏈輪、齒輪、軸承座、固定板、連接軸和拉莖輥組成，拉莖輥材料選用直徑為55 mm，厚度為5 mm的無縫鋼管，筋板由6 mm厚，高度為25 mm的鋼板制成，2個拉莖輥中心線之間的距離為92 mm，拉莖輥最大回轉為105 mm，拉莖輥拉莖段長度為300 mm。拉莖輥水平放置，其中心線距地面的高度為450 mm。工作時，玉米植株被螺紋錐體引導并喂入到拉莖段，在拉莖輥的相向轉動的作用下，被拉莖輥上的筋板夾住并向下運動，完成拉莖作業(yè)。

為了確定掰穗裝置和拉莖裝置在豎直方向的位置以及掰穗與拉莖間隙，根據(jù)試驗選用的玉米品種登海 605的物理參數(shù)進行實地測量并利用SPSS軟件進行處理[23]，可確定掰穗裝置上鏈輪中心距地面的高度為1 150 mm，拉莖輥中心線距地面的高度為450 mm，掰穗裝置間隙為35 mm，拉莖輥中心線之間的距離為92 mm

2.3 夾持喂入裝置

由于試驗在實驗室內(nèi)進行，仿生掰穗手式玉米收獲臺架固定不動，因此通過玉米植株的移動喂入來模仿實際田間作業(yè)中收獲機與玉米的相對運動。夾持輸送裝置由夾持導軌、固定座、鋼絲繩、絞線盤和驅動電機組成，電機輸出軸帶動絞線盤轉動，鋼絲繩的一端固定在絞線盤上，鋼絲繩的另一端固定在夾持移動軌上，鋼絲繩隨著絞線盤的轉動拖拉夾持導軌使玉米植株朝著試驗臺做定速定向移動，如圖 5所示，夾持移動軌按照實際測量中玉米植株平均株距，每隔240 mm設置一個夾持位，最多能夠一次性夾持10株玉米植株。通過改變更換不同大小的絞線盤來改變夾持導軌的移動速度，即改變了玉米植株的前進速度。

圖5 夾持喂入裝置結構簡圖Fig.5 Structure diagram of clamping feeding device

3 掰穗效果試驗

因田間試驗研究周期較長，利用臺架試驗模擬田間工作環(huán)境，有利于深入觀察各因素對籽粒損失率的影響程度。本文通過臺架試驗研究掰穗手數(shù)目、夾持導軌行進速度、掰穗手速度等因素變化對籽粒損失率的影響，尋找到最優(yōu)結構與工作參數(shù)。

試驗在仿生掰穗手式玉米收獲臺架上進行，結構如圖 6所示。試驗臺由高速攝像系統(tǒng)、計算機、功率測試裝置、仿生掰穗裝置、撥禾裝置、拉莖裝置、夾持輸送裝置等組成；其中仿生掰穗裝置由Y112-4A型調速電機驅動，帶動掰穗手在掰穗間隙自上而下運動。拉莖裝置拉莖裝置由Y112-4B型調速電機驅動，兩個拉莖輥相對轉動，在掰穗的同時將玉米植株拉下，確保玉米植株連續(xù)喂入。試驗過程中，夾持導軌夾持并牽引玉米植株向掰穗裝置喂入。根據(jù)相對運動原理，將夾持喂入裝置的運動狀態(tài)視為相對靜止，則仿生掰穗手式玉米收獲臺架相對于玉米植株向前運動；隨著夾持喂入裝置的運動，仿生掰穗裝置相對夾持喂入裝置運動靠近玉米植株完成掰穗作業(yè)。

圖6 仿生掰穗手式玉米收獲試驗臺結構示意圖Fig.6 Structural diagram of test device of corn ear picking by bionic breaking ear hand

3.1 主要參數(shù)設計

3.1.1 掰穗手速度與數(shù)目

分析可知，仿生掰穗手式玉米收獲臺能順利掰下果穗，不漏掰，與掰穗手數(shù)目、掰穗手速度以及夾持導軌的行進速度存在一定關系。為了使玉米果穗不出現(xiàn)漏摘得現(xiàn)象，需要保證每株玉米進入掰穗?yún)^(qū)時，掰穗手正好轉到果穗位置。玉米種植的平均株距為L2，機具以v前向前行駛，初始時，假設掰穗手正好掰下上株玉米，那么經(jīng)L2/v前后，下一把掰穗手正好轉到掰穗處，下把掰穗手轉過的距離為 L1/N，忽略掰穗所需時間，則掰穗手的轉速v掰為

式中L1為鏈長，m，所選鏈條長度約為0.41 m；N為掰穗手數(shù)目；L2為株距，m，測量試驗用玉米相關參數(shù)，取平均株距為0.24 m；v前為夾持導軌行進速度，m/s，中國自走式玉米聯(lián)合收獲機的作業(yè)速度范圍為3～6 km/h，約為 0.83～1.67 m/s。經(jīng)預試驗可知，最低掰穗速度為0.3 m/s[24]。則掰穗手速度需滿足

則由式（2）和式（3）可知，掰穗手數(shù)目需滿足

根據(jù)式（4）可知，當v前取0.83 m/s時，N＜4.7，掰穗手數(shù)目可取整數(shù)1～4個，而此時若選用4把掰穗手進行掰穗時，掰穗手速度僅為0.35 m/s，接近預試驗數(shù)據(jù)，而試驗選用的玉米植株已非大田環(huán)境，且為單行喂入，果穗更易掰下，考慮到復雜的大田環(huán)境，不宜選用 4把掰穗手，因此，掰穗手數(shù)目選取1～3把。為了保證收獲機的作業(yè)效率，確保在行駛速度較高時也能將果穗掰下，選取v前為1.67 m/s，分別將N=1～3代入式（4），對應掰穗手速度v掰的取值范圍為0.95～2.85 m/s。

3.1.2 夾持導軌行進速度與絞線盤直徑的確定

夾持導軌行進速度與不同大小絞線盤的轉換為臺架試驗提供了可能，通過更換不同直徑的絞線盤來實現(xiàn)線速度的變化，絞線盤的鋼絲繩再牽引夾持導軌，最終完成玉米植株行進速度的控制。由于夾持移動導軌最終是通過更換絞線盤進行調速的，因此需將絞線盤直徑與夾持導軌行進速度之間的關系進行轉換，并確定絞線盤的直徑。絞線盤的線速度即為夾持導軌行進速度，則夾持導軌行進速度v前為

式中D為絞線盤直徑，mm；n為電機輸出轉速，r/min，絞線盤由電機直接帶動，因此，絞線盤轉速即為電機輸出轉速。試驗選用SZ系列直流伺服電機，額定轉速1 500 r/min。根據(jù)目前國內(nèi)自走式玉米聯(lián)合收獲機行走速度范圍0.83～1.67 m/s，確定夾持導軌行進速度的范圍為0.83～1.67 m/s，并根據(jù)式（5）所示，將夾持導軌行進速度換算為對應絞線盤的直徑，對應該轉換便于夾持導軌行進速度的實際操控。

3.2 試驗條件與方法

仿生掰穗手式摘穗試驗的地點在山東理工大學農(nóng)機性能實驗室，儀器設備包括已加工完成的仿生掰穗手式玉米收獲臺架、電腦、數(shù)字轉速表（DM6235P、上海業(yè)態(tài)電氣有限公司、±（0.05%+1））、電磁調速電動機控制器（JD1A-11、上海雙旭電子有限公司、≧1%）、高速攝像系統(tǒng)（CamRecord 1000、德國 Optronis公司、1280*1024）、三相電參數(shù)測量儀（GDW3001、廣州市卓粵電子儀器有限公司、0.5級）、卷尺、直流伺服電機（SZ系列、淄博博山隆鑫祥電機電器有限公司）、調速電機(YCT112-4A型、上海雙旭電子有限公司)、夾持喂入裝置等。仿生掰穗手式玉米收獲試驗臺如圖 7所示。試驗選用整株成熟期登海 605玉米植株，在自然通風試驗室放置10 d，試驗時含水率為20%。

圖7 仿生掰穗手式玉米收獲試驗裝置Fig.7 Test device of corn ear picking by bionic breaking ear hand

3.3 臺架試驗方法

3.3.1 影響因素的確定

根據(jù)仿生掰穗手式玉米收獲臺架的結構及工作參數(shù)，本試驗選取影響落粒損失率的 3個關鍵因素：掰穗手數(shù)目、掰穗手速度、夾持導軌行進速度。

掰穗手數(shù)目：掰穗手安裝的數(shù)量影響掰穗效果的好壞，掰穗手安裝數(shù)量不足，則需要提高掰穗手速度才能滿足掰穗要求，這會使得掰穗功耗增加，同時也會加劇掰穗手的磨損，壽命降低。因此需要選擇合適的掰穗手數(shù)目，根據(jù)對主要參數(shù)的設計分析，選取1～3把。

掰穗手速度：掰穗手速度不僅直接決定掰穗手是否能將果穗掰下，還會影響掰穗裝置的穩(wěn)定性，掰穗手速度較低時，掰穗手向下運動后會使莖稈折彎，果穗隨莖稈下移，錯過掰穗時機，若機具行走較快時，掰穗手還未轉到掰穗?yún)^(qū)，也會造成嚴重的損失，因此，需要確定掰穗手速度的合適范圍，根據(jù)上述分析，確定掰穗手速度為0.95～2.85 m/s。

夾持導軌行進速度：夾持導軌行進速度過快，植株進入掰穗?yún)^(qū)后，果穗來不及被掰下，且極易擁堵，造成嚴重的落粒損失；夾持導軌行進速度過慢，導致作業(yè)效率低下，所以試驗時夾持導軌行進速度應選擇應在合理范圍，即為0.83～1.67 m/s。

3.3.2 籽粒損失率測定方法

將試驗后的玉米籽粒由2個塑料袋進行分裝，將第i組第 j次試驗后掉落與摘穗過程中損傷的籽粒裝入標記為Aij的袋中，同時將果穗上的玉米籽粒剝落并裝入標記為Bij的袋中；每組試驗后將試驗臺打掃干凈，減少試驗誤差；將每次試驗后Aij袋中的玉米籽粒烘干后所稱質量計為Wij，將Bij袋中的玉米籽粒烘干后所稱質量計為Mij，則每次試驗前玉米籽粒樣本質量為損失籽粒質量Wij和未損失籽粒樣本質量Mij之和[25]。

3.3.3 試驗指標

仿生掰穗手式玉米收獲試驗臺旨在降低和減少果穗的籽粒損失，因此選擇玉米籽粒損失率作為試驗評價指標，如式（6）所示。

式中ηij為第i組第j次試驗的籽粒損失率，%；Wij為損失籽粒的質量，即掉落與摘穗過程中損傷的籽粒質量之和，g；M為未損失的玉米籽粒的質量，g；i為試驗組數(shù)，取值范圍1～17；j為每組試驗中試驗次數(shù)，取值范圍1～3[26]。

3.3.4 試驗設計

在收獲過程中存在很多影響籽粒損失率的非線性因素，通常需要選用 2次或者更高次的模型來逼近相應，因此模型采用響應面法來建立[27-29]。掰穗手數(shù)目N、掰穗手轉速v掰、夾持導軌行進速度v前和籽粒損失率分別用x1、x2、x3、Y 表示。

試驗采用三因素三水平 Box-Behnken響應曲面分析法[30]，因素與水平編碼如表1所示，共進行17組，每組試驗3次，每次三株玉米，取3次試驗結果的平均值。通過Design-Expert8.0.6軟件對試驗方案進行設計并進行結果分析，表2為試驗結果。

表1 試驗因素水平Table 1 Factor level of experiment

表2 二次正交旋轉回歸組合試驗方案及結果Table 2 Program and results of test of quadratic rotation-orthogonal combination

3.4 臺架試驗結果與分析

3.4.1 試驗回歸分析

利用Design-Expert 8.0.6對試驗結果進行方差分析，得到以籽粒損失率為 Y為響應函數(shù)，以各因素為自變量的二次多項式響應面回歸模型，如式（7）所示。

式中 X1、X2、X3分別為掰穗手數(shù)目、掰穗手轉速和夾持導軌行進速度的編碼值。對試驗結果進行方差分析，如表3所示，結果表明：籽粒損失率回歸方程模型P＜0.001，表明該模型極其顯著；失擬項P＞0.05(0.068 4)表明回歸方程擬合度高；其決定系數(shù)R2值為0.9858，表明該模型可以解釋 98%以上的評價指標。因此仿生掰穗手式玉米收獲裝置的工作參數(shù)可以用該模型來優(yōu)化。

表3 模型顯著性檢驗Table 3 Significance test of model

各參數(shù)對回歸方程的影響作用可以通過 P值大小反應，P＜0.01表明參數(shù)對模型影響極顯著，P＜0.05表明參數(shù)對模型影響顯著。籽粒損失率Y模型中有4個回歸項影響極顯著（P＜0.01），分別為 X1、X2、X12、X22；5 個回歸項對試驗影響不顯著（P＞0.05），分別為X3、X1X2、X1X3、X2X3、X32。剔除模型不顯著回歸項，對模型 Y進行優(yōu)化，如式（8）所示，分析優(yōu)化后的模型，根據(jù)模型Y的P值（P＜0.001）與模型Y的失擬項P值（0.0522）可知優(yōu)化模型可靠。

3.4.2 各因素對籽粒損失率的影響分析

通過分析可知，掰穗手數(shù)目、掰穗手轉速、夾持導軌行進速度對籽粒損失率均有顯著性影響，且影響強弱次序為：掰穗手轉速＞掰穗手數(shù)目＞夾持導軌行進速度。如圖8所示為籽粒損失率的響應曲面3D效果。

圖8 不同因素對籽粒損失率的影響Fig.8 Influence of different factors on grain loss rate

由圖8a可知，在掰穗手數(shù)目各個水平下，籽粒損失率隨掰穗手的速度增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，變化趨勢明顯，結合高速攝像機采集的圖像（圖 9a）可以發(fā)現(xiàn)，掰穗手速度較大時籽粒損失較高主要是由掰穗手的剛性沖擊所造成的；在掰穗手速度各個水平下，籽粒損失率隨掰穗手數(shù)目的增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，變化趨勢相對緩慢，分析在掰穗手數(shù)目較多的情況下，掰穗手的連續(xù)沖撞是造成籽粒損失的主要原因。

由圖8b可知，在掰穗手數(shù)目各個水平下，籽粒損失率隨夾持導軌行進速度的增加呈現(xiàn)微弱的上升趨勢，分析在夾持導軌行進速度較高的情況下，掰穗?yún)^(qū)域出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象是造成籽粒損失的主要原因，在夾持導軌行進速度各水平下，籽粒損失率隨掰穗手數(shù)目的增加呈現(xiàn)微弱的先下降后上升趨勢。

由圖8c可知，在夾持導軌行進速度各水平下，籽粒損失率隨掰穗手轉速增加呈明顯的上升趨勢。掰穗手速度最低時，造成籽粒損失的原因是掰穗手速度過低，不能迅速的將果穗掰下，之后多個掰穗手共同作用才將果穗掰下，掰穗手的多次沖擊對果穗造成了損傷，如圖 9b所示。

圖9 高速攝像機采集的掰穗過程Fig.9 Breaking process captured by high-speed camera

3.4.3 參數(shù)優(yōu)化

為了獲得較好的掰穗效果，以低籽粒損失率的掰穗要求為優(yōu)化目標，對仿生掰穗手式玉米收獲裝置的工作參數(shù)和結構參數(shù)進行優(yōu)化分析[31-32]，應用 Design-Expert 8.0.6數(shù)據(jù)分析軟件對籽粒損失率的回歸模型優(yōu)化分析，約束條件為：1）目標函數(shù) Y[min]；2)影響因素約束：X1掰穗手數(shù)目1～3個；X2掰穗手速度0.95～2.85 m/s；X3夾持導軌行進速度0.83～1.67 m/s。參數(shù)優(yōu)化組合為掰穗手數(shù)目2個，掰穗手速度2.15 m/s，夾持導軌行進速度1.14 m/s，在該參數(shù)組合下的籽粒損失率僅為0.031%。

3.5 臺架試驗驗證

為了驗證優(yōu)化結果的可行性，對優(yōu)化后的參數(shù)組合進行試驗驗證，設定掰穗手數(shù)目 2個，掰穗手速度2.15 m/s，夾持導軌行進速度1.14 m/s。試驗進行5次取平均值，最后得籽粒損失率為0.04%，與預測值的相對誤差為0.009%，遠低于國家標準的2%。試驗結果與預測值很接近，驗證了該模型的可靠性。

4 結 論

1）通過對仿生掰穗手式玉米收獲試驗臺的收獲試驗發(fā)現(xiàn)，其籽粒損失率遠遠低于國家行業(yè)標準的2%，并且小于輥式摘穗方式的籽粒損失，因此模仿人工掰穗的摘穗方式能夠有效避免摘穗輥對果穗的啃傷，實現(xiàn)低損收獲。

2）采用 Box-Benhnken中心組合試驗方法對掰穗手數(shù)目、掰穗手速度和夾持導軌行進速度對籽粒損失率的影響趨勢進行了分析并建立了優(yōu)化模型，通過試驗驗證了模型和優(yōu)化結果進行準確性。試驗因素對玉米籽粒損失率均有顯著影響，且強弱次序為：掰穗手速度＞掰穗手數(shù)目＞夾持導軌行進速度。仿生掰穗手式玉米收獲臺最優(yōu)工作參數(shù)組合為參數(shù)優(yōu)化組合為掰穗手數(shù)目 2個，掰穗手速度2.15 m/s，夾持導軌行進速度1.14 m/s，在該參數(shù)組合下的籽粒損失率僅為0.031%。根據(jù)該試驗參數(shù)組合，進行臺架試驗驗證，可以得到籽粒損失率為0.04%，評價指標與理論優(yōu)化值的相對誤差僅為0.009%，遠低于國家標準（2%），優(yōu)化預測模型可靠。

[1] 林靜，陳鵬，劉明國．玉米收獲機械化發(fā)展的影響因素分析及前景預測[J]．中國農(nóng)機化學報，2014，35(5): 37－44.Lin Jing, Chen Peng, Liu Mingguo. Influencing factors analysis and prospect forecast of corn harvester mechanization development[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization,2014, 35(5): 37－44. (in Chinese with English abstract)

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