崔中凱，張 華，周 進(jìn)，邸志峰

(山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院，濟(jì)南 250100)

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)設(shè)計(jì)

崔中凱，張 華，周 進(jìn)，邸志峰

(山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院，濟(jì)南 250100)

我國作物秸稈主要采用直接還田的方式進(jìn)行處理，可增加土壤養(yǎng)分，提高有機(jī)質(zhì)含量，但還田量過大會造成微生物與作物爭肥，影響種子發(fā)芽生長。目前，秸稈機(jī)械化收集多采用分段作業(yè)方式，機(jī)械多次進(jìn)地易造成土壤板結(jié)。針對上述問題，研發(fā)了一款自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)，主要由機(jī)架、割臺、果穗升運(yùn)器、秸稈揉搓切碎機(jī)、剝皮機(jī)、果穗箱、秸稈打捆機(jī)及發(fā)動機(jī)、驅(qū)動橋及轉(zhuǎn)向橋等部件組成，能夠一次性實(shí)現(xiàn)玉米果穗收獲及秸稈打捆等多道工序。田間性能試驗(yàn)結(jié)果表明：該機(jī)工作正常，可靠性高，主要性能指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。

玉米；穗莖兼收；秸稈打捆；一體機(jī)

0 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源分布廣、種類多、產(chǎn)量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國僅主要糧食作物小麥和玉米的秸稈量就達(dá)到6.7億t，小麥秸稈約2.3億t、玉米秸稈4.4億t，秸稈資源豐富[1]。

我國作物秸稈目前主要采用直接還田的方式進(jìn)行處理，可增加土壤養(yǎng)分，提高有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤理化性狀和鉀素、磷素營養(yǎng)條件，增強(qiáng)土壤微生物和酶活性[2]。但秸稈還田量過大，也會出現(xiàn)各種問題：微生物與作物爭肥，造成黃苗、死苗、減產(chǎn)等；秸稈還田后，存在土壤變松、孔隙大小比例不均等現(xiàn)象，土壤與種子不能緊密接觸，影響種子發(fā)芽生長，扎根不牢[3]。研究表明，每公頃秸稈還田量在4 500～7 500kg時(shí)，即能滿足后面耕種作物生長需要[4]。小麥秸稈每公頃產(chǎn)量約6 000kg，目前采用免耕播種技術(shù)，將小麥秸稈全部還田，能夠滿足后續(xù)耕種玉米的地力需要，不需要再次收集利用。玉米秸稈產(chǎn)量約18 000kg/hm2，采取秸稈適量還田技術(shù)，將多余秸稈打捆取走，不僅能培育土壤地力，還可減少土壤耕作，增加農(nóng)民收入，為秸稈綜合利用提供首要條件。

目前，秸稈機(jī)械化收集多采用分段作業(yè)方式，機(jī)械化收獲果穗后，需機(jī)器二次進(jìn)地?fù)焓敖斩挻蚶?，耗時(shí)費(fèi)工，機(jī)械多次進(jìn)地也易造成土壤板結(jié)[5]。國內(nèi)只有少數(shù)幾家單位研究穗莖兼收玉米聯(lián)合收獲機(jī)械，大多機(jī)型由于功能不完善、作業(yè)效果不理想，尚未大面積推廣。玉米秸稈機(jī)械化收獲與機(jī)械化就地成型技術(shù)及規(guī)模化秸稈青貯技術(shù)相互脫節(jié)，不能形成一體化連續(xù)作業(yè)，制約了玉米秸稈規(guī)模化進(jìn)程[6]。

針對上述問題，本文研發(fā)了一款自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)，能夠一次性實(shí)現(xiàn)玉米果穗收獲及秸稈打捆等多道工序，為秸稈回收綜合利用提供技術(shù)與裝備支撐。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)主要由機(jī)架、割臺、果穗升運(yùn)器、秸稈揉搓切碎機(jī)、剝皮機(jī)、果穗箱、秸稈打捆機(jī)及發(fā)動機(jī)、驅(qū)動橋及轉(zhuǎn)向橋等部件組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，整機(jī)參數(shù)如表1所示。一體機(jī)采用上下層割臺設(shè)計(jì)，上層為果穗割臺，下層為秸稈割臺。田間作業(yè)時(shí)，玉米植株通過扶禾器首先進(jìn)入上層割臺，在摘穗輥的作用下完成摘穗；摘下的果穗通過果穗攪龍集中于割臺右側(cè)進(jìn)入果穗升運(yùn)器，經(jīng)果穗升運(yùn)器輸送到剝皮機(jī)進(jìn)行剝皮，剝皮后拋送至果穗箱[7]。摘穗的同時(shí)，玉米莖桿在摘穗輥的作用下向下運(yùn)動，經(jīng)下層割臺往復(fù)式切割器切斷后由秸稈攪龍進(jìn)行集中，進(jìn)入秸稈輸送箱[8]。秸稈輸送箱后端有秸稈揉搓切碎機(jī)構(gòu)，完成秸稈的揉搓切碎及將秸稈拋送至橫向攪龍，橫向攪龍將絲狀秸稈輸送至秸稈打捆機(jī)，完成秸稈打捆。該一體機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

1)高效一體化復(fù)式割臺在收獲果穗的同時(shí)完成玉米秸稈收割、揉搓調(diào)質(zhì)及切碎處理，實(shí)現(xiàn)穗莖兼收；

2)適用于穗莖兼收的玉米秸稈打捆裝置完成秸稈喂入、壓實(shí)、打捆等多項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)一體化連續(xù)成捆作業(yè)；

3)應(yīng)用光、電監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)割臺高度監(jiān)控、倉滿報(bào)警、安全監(jiān)控、作業(yè)信息監(jiān)測等功能，提高了機(jī)具操控的方便性。

1.果穗割臺 2.秸稈割臺 3.秸稈揉搓切碎機(jī) 4.驅(qū)動橋 5.發(fā)動機(jī) 6.機(jī)架 7.秸稈打捆機(jī) 8.轉(zhuǎn)向橋 9.果穗箱 10.剝皮機(jī) 11.橫向攪龍 12.秸稈收集箱 13.果穗升運(yùn)器 14.秸稈拋送器 15.駕駛室圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structural diagram of corn harvester表1 整機(jī)參數(shù)Table 1 Machine parameters

項(xiàng)目單位參數(shù)額定功率kW132外形尺寸mm7500×2750×3760結(jié)構(gòu)質(zhì)量kg9930工作行數(shù)/4適用行距mm550～650工作幅寬mm2600最大卸糧高度mm1600最大通過高度mm3760最小離地間隙mm370最小通過半徑左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)mm73007200輪距導(dǎo)向輪驅(qū)動輪mm79001890作業(yè)速度km/h1.84～4.42

續(xù)表1

2 主要部件的研制

2.1 割臺

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)采用雙層割臺結(jié)構(gòu)，兩層割臺獨(dú)立并單獨(dú)可調(diào)。上層為果穗割臺，主要由機(jī)架、扶禾器、夾持鏈、摘穗輥、果穗收集攪龍及傳動箱等部件組成,完成果穗的摘取、收集、輸送功能，如圖2所示。下層割臺為秸稈割臺，主要由機(jī)架、往復(fù)式切割器、擺環(huán)箱及秸稈集禾攪龍等部件組成，完成秸稈的切割、收集、輸送功能，如圖3所示。

1.果穗集禾攪龍 2.傳動箱 3.機(jī)架 4.摘穗輥 5.夾持鏈 6.扶禾器圖2 果穗割臺結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The structural diagram of ear head

1.秸稈收集攪龍 2.往復(fù)式切割器 3.機(jī)架 4.擺環(huán)圖3 秸稈割臺結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The structural diagram of stalk head

2.2 秸稈揉搓切碎機(jī)

秸稈揉搓切碎機(jī)可以破壞玉米秸稈表面的莖節(jié)，并且將秸稈加工成具有一定長度的絲狀段，使揉搓后的秸稈物料柔軟、蓬松，長度和粗細(xì)度都比較適宜，牲畜等采食后易于消化和吸收，提高牲畜適口性和秸稈采食率，對于改善秸稈加工質(zhì)量、提高牲畜喂飼效果的作用明顯。同時(shí)，揉搓后的秸稈物料便于打捆、貯存和運(yùn)輸，秸稈整體利用率大幅提升，為秸稈飼料商業(yè)化運(yùn)作奠定良好基礎(chǔ)[9-11]。

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)工作時(shí)，秸稈割臺將摘完玉米果穗的植株快速切斷，在集禾攪龍的作用下將秸稈集中并向后推送；秸稈依次通過第1喂入輥、第2喂入輥、第3喂入輥和第4喂入輥，喂入輥受秸稈量大小自動浮動并壓緊秸稈將其向后傳送；喂入輥葉板上開有鋸齒狀凹槽，可以對秸稈進(jìn)行梳理拉直，并在底板的協(xié)同作用下對秸稈實(shí)現(xiàn)擠壓、揉搓、破節(jié)。秸稈通過第4喂入輥后在動刀總成與定刀的協(xié)同作用被切碎，切碎后的秸稈在高速旋轉(zhuǎn)的動刀總成的拋送作用下經(jīng)出料口拋出，落入秸稈收集箱中，實(shí)現(xiàn)秸稈的回收利用[12]。秸稈揉搓切碎機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4所示,喂入輥結(jié)構(gòu)如圖5所示。

1.側(cè)板 2.底板 3.傳動機(jī)構(gòu) 4.動刀總成 5.定刀 6.第4喂入輥 7.連接板 8.第3喂入輥 9.第2喂入輥 10.彈簧 11.第1喂入輥圖4 秸稈揉搓切碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of stalk rubbing and chopping device

圖5 喂入輥結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure diagram of feeding roller

2.3 秸稈打捆機(jī)

秸稈打捆機(jī)可以將多余的秸稈打結(jié)成捆，便于運(yùn)輸和儲存，對于杜絕秸稈焚燒、減小環(huán)境污染乃至促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有非常重要意義，同時(shí)也為秸稈的綜合利用提供了首要條件[13]。

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)采用方捆打捆機(jī)，主要由減速箱、驅(qū)動盤、進(jìn)料箱、打捆箱、穿針器、打結(jié)器及壓緊器組成，如圖6所示。整機(jī)工作時(shí)，秸稈拋出后落入秸稈收集箱中，在橫向攪龍的作用下集中于秸稈打捆機(jī)的進(jìn)料箱處；進(jìn)料箱內(nèi)設(shè)有撥料器，將秸稈向前撥動，進(jìn)料箱后側(cè)設(shè)有進(jìn)料裝置，用于將秸稈推入打捆箱內(nèi)；驅(qū)動盤通過連桿推動活塞桿往復(fù)運(yùn)動，用于將秸稈壓實(shí)；活塞桿上方裝有擋料板，用于擋住活塞往后運(yùn)動時(shí)落下的秸稈，活塞上部后方還裝有動刀，動刀與打捆上上蓋處的定刀相配合，用于切斷進(jìn)料箱上方的秸稈；在活塞作用下，秸稈捆不斷向前運(yùn)動，帶動打捆箱上部的鋸齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過齒輪嚙合帶動曲桿向上運(yùn)動。當(dāng)曲桿運(yùn)動到下方的卡口時(shí)，曲桿前部的限制輪抬起，打結(jié)器軸開始旋轉(zhuǎn)，通過連桿帶動穿針器向上運(yùn)動，與打結(jié)器配合完成對秸稈捆的打結(jié)；打好結(jié)的秸稈捆在活塞桿的作用下繼續(xù)向后運(yùn)動，直至排出打捆箱[14-15]；打捆箱后側(cè)還設(shè)有壓緊器，通過旋轉(zhuǎn)螺桿可以調(diào)節(jié)秸稈捆密度。秸稈打捆機(jī)參數(shù)如表2所示。

1.進(jìn)料箱 2.撥料器 3.進(jìn)料裝置 4.打結(jié)器 5.鋸齒輪 6.壓緊器 7.穿針器 8.打捆箱 9.驅(qū)動盤 10.變速箱圖6 秸稈打捆機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structure diagram of stalk bundling machine表2 秸稈打捆機(jī)參數(shù)Table 2 Machine parameters

項(xiàng)目單位參數(shù)布置形式/側(cè)置喂入系統(tǒng)/撥指喂入機(jī)構(gòu)打結(jié)機(jī)構(gòu)/進(jìn)口打結(jié)器捆繩類型/尼龍繩或麻繩輸入功率kW6～8輸入轉(zhuǎn)速r/min750～830打捆活塞速度沖程/min100

續(xù)表2

3 田間試驗(yàn)與結(jié)果

3.1 試驗(yàn)基本條件

4YZQK-4自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)樣機(jī)2015年8月試制完成，如圖7所示。2015年9月末，在山東省兗州市小孟鎮(zhèn)、顏店鎮(zhèn)及曲阜市吳村鎮(zhèn)對4YZQK-4型自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，總作業(yè)面積20hm2。

圖7 樣機(jī)圖Fig.7 Photo of prototype

試驗(yàn)玉米品種為迪卡517，玉米處于成熟期，最低結(jié)穗高度76.6cm，倒伏率2.7%，果穗下垂率7.3%，籽粒含水率26.3%。

試驗(yàn)依照《GB/T 21961-2008 玉米收獲機(jī)械 試驗(yàn)方法》和《GB/T 25423-2010 方草捆打捆機(jī)》規(guī)定的方法，選取籽粒損失率、籽粒破碎率、籽粒含雜率和方草捆密度為試驗(yàn)指標(biāo)，考察該收獲機(jī)摘穗、剝皮、打捆及整機(jī)性能等。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

性能試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 田間性能試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：4YZQK-4型自走式玉米穗莖兼收秸稈打捆一體機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，工作可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均高于標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

1)整機(jī)能夠同時(shí)收獲玉米果穗與秸稈，運(yùn)轉(zhuǎn)良好、工作可靠。籽粒損失率≤2%，秸稈切碎長度100～150mm，秸稈收獲率≥95%，作業(yè)質(zhì)量完全滿足玉米收獲機(jī)及草捆打捆機(jī)作業(yè)要求。

2)首次提出了穗莖兼收秸稈打捆，可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，聯(lián)合作業(yè)減少了投入成本。

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ID:1003-188X(2018)02-0132-EA

Design and Research on 4YZQK-4 Self-propelled Corn Ear Harvesting and Stalk Bundling Integrated Machine

Cui Zhongkai, Zhang Hua, Zhou Jin, Di Zhifeng

(ShanDong Academy of Agricultural Machinery Sciences, Jinan 250100, China)

Abstract： In China, stalk is mainly returned directly to the field. It can increase soil fertility and organic matter content. But large returning amount will cause competition for water and fertilizer between microbe and crop, which will effect seed germinating and growing. At present, stalk is mechanically collected using segment method, which easily cause soil compaction. To solve this problem, this article designs one self-propelled corn ear harvesting and stalk bundling integrated machine. It is mainly composed by frame, head, ear lifting device, stalk rubbing and chopping device, peeling device, ear collecting box, engine, drive axle, steering axle and other parts. It can realize ear harvesting and stalk bundling at one time. The results of field test show that the machine works well, and its reliability is high. The main performance indexes are up to or better than the national standard.

corn; ear and stalk harvesting; stalk bundling; intergrade machine

2016-12-01

山東省農(nóng)機(jī)化裝備研發(fā)創(chuàng)新項(xiàng)目(NJGG201507)；山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2014GZX201001)

崔中凱(1987-),男，山東鄒平人，工程師，(E-mail) kevin6119@qq.com。

張 華(1976-)，男，山東臨沂人，高級工程師， (E-mail)zhanghua126@sina.com。

S225.5+1

A

1003-188X(2018)02-0132-04