李洪濤，曹 瑞，李渤海，胡 軍

(1.黑龍江省長(zhǎng)水河農(nóng)場(chǎng)，黑龍江 北安 164007；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

0 引言

2020年夏末，東北地區(qū)遭受多年未見的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害，半個(gè)月內(nèi)連續(xù)遭遇“巴威”“美莎克”“海神”三次侵襲，大面積的降雨和狂風(fēng)使東北地區(qū)高稈作物，特別是玉米生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響，東北地區(qū)1 700萬hm2玉米，至少三成出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象，減產(chǎn)1 500萬t以上。為了應(yīng)對(duì)極端天氣對(duì)生產(chǎn)的影響，減少玉米收獲損失，許多農(nóng)機(jī)廠家和機(jī)務(wù)工作者對(duì)現(xiàn)有玉米割臺(tái)或玉米收獲機(jī)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，提出多種玉米扶倒器的改進(jìn)方案，這些改進(jìn)，一定程度上提高了玉米收獲機(jī)的收獲質(zhì)量。建設(shè)農(nóng)場(chǎng)位于黑龍江省北安市東南部，年有效積溫在2 100～2 350 ℃，年降水量600～700 mm，無霜期110～120天。適宜優(yōu)質(zhì)大豆、玉米、小麥等作物生長(zhǎng)。建設(shè)農(nóng)場(chǎng)擁有耕地1.65萬hm2，常年玉米種植量在0.7萬hm2左右，保有約翰迪爾9670型聯(lián)合收獲機(jī)、約翰迪爾S660型聯(lián)合收獲機(jī)、約翰迪爾S680型聯(lián)合收獲機(jī)等大型收獲機(jī)共計(jì)32臺(tái)，玉米收獲割臺(tái)有國(guó)產(chǎn)天人玉米割臺(tái)4臺(tái)、進(jìn)口約翰迪爾608C玉米割臺(tái)4臺(tái)、進(jìn)口約翰迪爾612C玉米割臺(tái)5臺(tái)。

2020年建設(shè)農(nóng)場(chǎng)種植0.7萬hm2玉米，罕見的極端天氣給玉米生產(chǎn)造成了極大影響，造成當(dāng)?shù)赜衩状竺娣e不同程度的倒伏，倒伏面積超過0.47萬hm2。其中10%的玉米倒伏程度接近0°，30%的玉米傾斜達(dá)到30°，30%玉米傾斜40°～50°。傳統(tǒng)的玉米割臺(tái)如不能有效的將倒伏的玉米莖稈扶直，就會(huì)造成摘棒損失減產(chǎn)。因此建設(shè)農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)機(jī)工作者對(duì)農(nóng)場(chǎng)常用的三種玉米割臺(tái)提出四種改進(jìn)方案，為減少倒伏農(nóng)作物的收獲損失和未來玉米收獲機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供參考。

1 玉米割臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理

現(xiàn)有玉米收獲機(jī)型主要包括自走式、懸掛式、牽引式、對(duì)行、不對(duì)行、單行、多行等形式。在東北地區(qū)由于耕地多、地塊面積大、收獲期短等原因，收獲時(shí)多采用多行不對(duì)行聯(lián)合收獲這種效率高的作業(yè)方式。玉米聯(lián)合收獲是指使用玉米聯(lián)合收獲機(jī)單次完成切割、摘穗、剝皮、脫粒、清選和秸稈還田的工作[1-5]，其優(yōu)點(diǎn)是效率高、損失少適用東北地區(qū)作業(yè)。玉米割臺(tái)是玉米聯(lián)合收獲機(jī)的關(guān)鍵部件之一，割臺(tái)性能直接影響整機(jī)的工作性能[6-8]。玉米收獲作業(yè)時(shí)玉米割臺(tái)必須具備籽粒收獲損率失小、籽粒破損率小、玉米莖稈不折斷等特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)玉米割臺(tái)常用有龍爪型摘穗輥式(圖1a)、六棱輥+摘穗版式(圖1b)、四棱刀+摘穗板式(圖1c)、雙輥組合式(圖1d)四種方式。

圖1 玉米聯(lián)合收割機(jī)割臺(tái)實(shí)物圖

玉米聯(lián)合收獲機(jī)在進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí)，植株首先在分禾器的作用下，精確進(jìn)入扶禾鏈固定并使玉米莖稈運(yùn)動(dòng)至拉莖輥之間，聯(lián)合收割機(jī)前進(jìn)同時(shí)拉莖輥使玉米植株向割臺(tái)下方和后方運(yùn)動(dòng)，當(dāng)玉米穗棒運(yùn)動(dòng)至拉莖輥時(shí)，由于拉莖輥間隙遠(yuǎn)小于玉米穗直徑，玉米穗棒在拉力的作用下脫落，并在扶禾鏈的輸送下運(yùn)至螺旋輸送器，經(jīng)過螺旋傳動(dòng)進(jìn)入喂入口，在玉米聯(lián)合收獲機(jī)脫粒滾筒的作用下進(jìn)行脫粒、清選等后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)，而玉米莖稈被割臺(tái)下方旋轉(zhuǎn)的割刀粉碎[9-10]。建設(shè)農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)有石家莊天人、約翰迪爾608C、612C玉米割臺(tái)，都屬于六棱輥+摘穗板式玉米割臺(tái)，如圖2所示。這類割臺(tái)與約翰迪爾S660等進(jìn)口收獲機(jī)組合使用，具有可不對(duì)行收獲、摘穗平穩(wěn)有序、斷稈少、不掉棒、可收一般程度倒伏玉米、可靠性高等特點(diǎn)，正常收獲條件下工作時(shí)速可達(dá)12 km·h-1，一班次可作業(yè)40～50 hm2。

1.拉莖輥；2.分禾器護(hù)罩；3.扶禾鏈；4.螺旋輸送器；5.喂入口

2 改進(jìn)方案

2.1 原因分析

聯(lián)合收獲機(jī)收獲玉米在正常作業(yè)條件下，植株與地面呈垂直狀態(tài)，土壤在根部對(duì)玉米植株形成約束，玉米莖稈可進(jìn)入割臺(tái)使收獲機(jī)正常作業(yè)。當(dāng)玉米植株倒伏出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象時(shí)玉米莖稈與地面約束較小，并且玉米莖稈和地面夾角變小。當(dāng)玉米莖稈與地面夾角小于45°時(shí)玉米收獲將受到影響，當(dāng)?shù)狗鼕A角小于30°且無任何扶禾裝置時(shí)，扶禾鏈無法撿拾起玉米植株，拉莖輥無法鎖定玉米莖稈，致使玉米無法收獲。

2.2 改裝方案

建設(shè)農(nóng)場(chǎng)為了應(yīng)對(duì)極端天氣影響減少玉米收獲損失，針對(duì)東北地區(qū)常用玉米收獲機(jī)割臺(tái)提出了四種改裝方案。

2.2.1 方案一

約翰迪爾608C、612C型玉米割臺(tái)為原裝進(jìn)口割臺(tái)安裝有電傳感器，可實(shí)現(xiàn)高低自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)該機(jī)器收獲時(shí)割臺(tái)前傾角設(shè)定合理可最大限度降低收獲高度不易拖堆。針對(duì)該割臺(tái)采用在玉米割臺(tái)導(dǎo)流護(hù)罩加裝扶禾器的方法(圖3)。扶禾器可使倒伏的玉米莖稈在收獲機(jī)前進(jìn)過程中被動(dòng)受力并被扶起，并沿著導(dǎo)流護(hù)罩方向前進(jìn)，增大與地面的角度，達(dá)到扶禾鏈?zhǔn)捌饤l件被拉莖輥鎖定進(jìn)行正常作業(yè)。同時(shí)在玉米導(dǎo)流護(hù)罩底部安裝滑板增大接地面積，避免玉米導(dǎo)流護(hù)罩尖部因角度過大造成觸地使部件損害無法作業(yè)。安裝滑板后可最大限度地將玉米割臺(tái)下降到離地最低位置，最大限度地將倒伏玉米收起。這種方案對(duì)倒伏不太嚴(yán)重，與地面呈40°～50°的倒伏玉米效果最好，扶倒率能達(dá)到100%，該種方式改裝簡(jiǎn)單易行，成本低，每行改裝費(fèi)用僅需120元。

2.2.2 方案二

在玉米割臺(tái)上安裝較長(zhǎng)割臺(tái)導(dǎo)流護(hù)罩(圖4)，導(dǎo)流罩長(zhǎng)度達(dá)到150 cm，開口角度跟隨分禾護(hù)罩寬度而定。這種更長(zhǎng)更細(xì)的分禾護(hù)罩能最大限度伸入倒伏玉米下部，在收獲機(jī)前進(jìn)作業(yè)時(shí)玉米莖稈沿加長(zhǎng)的護(hù)罩壁做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，逐漸提高離地角度，引導(dǎo)進(jìn)入扶禾鏈、拉莖輥，完成后續(xù)作業(yè)。這種方案對(duì)倒伏較嚴(yán)重，與地面呈20°～30°的倒伏玉米效果最好，扶倒率能達(dá)到95%以上。其改裝方式簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)尺寸較大，成本低，每行改裝費(fèi)用僅需100元。

圖4 玉米割臺(tái)加裝長(zhǎng)導(dǎo)流護(hù)罩圖

2.2.3 方案三

石家莊生產(chǎn)的天人割臺(tái)由于其自重較重，割臺(tái)導(dǎo)流護(hù)罩材質(zhì)為玻璃鋼，易破碎的特點(diǎn)，提出了在玉米割臺(tái)導(dǎo)流護(hù)罩上部安裝前傾的螺旋推進(jìn)器方案(圖5)。該方案需要安裝變速箱、螺旋推進(jìn)器、萬向節(jié)等部件，通過聯(lián)合收獲機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)傾斜的螺旋輸送器轉(zhuǎn)動(dòng)，脅迫玉米莖稈沿著螺旋推進(jìn)器的角度逐漸升高喂入割臺(tái)，玉米莖稈被扶禾鏈?zhǔn)捌鸷筮M(jìn)入正常作業(yè)環(huán)節(jié)。同時(shí)，要改進(jìn)原有滑板，將滑板角度增大前伸，最大限度降低割臺(tái)高度，使玉米莖稈能順利進(jìn)入螺旋推進(jìn)器中。這種方案對(duì)倒伏嚴(yán)重，與地面貼近的玉米效果最好，扶倒率能達(dá)到90%以上，但改裝方式較為復(fù)雜，需要單獨(dú)傳動(dòng)，成本高，每行改裝費(fèi)用約5 000元。

圖5 玉米割臺(tái)加裝螺旋推進(jìn)器圖

圖6 玉米割臺(tái)加裝扶禾輪圖

2.2.4 方案四

在玉米割臺(tái)上部安裝專用的扶禾輪，通過扶禾輪輔助作用改變玉米莖稈和地面角度，使玉米莖稈扶正，達(dá)到收獲作業(yè)要求。該扶禾輪圓周方向?yàn)槿攀猃X，每齒間夾角120°，撥禾尺長(zhǎng)度為60 cm，呈圓弧形狀設(shè)計(jì)。這種方案對(duì)倒伏狀態(tài)40°～50°玉米效果較好。扶倒率能達(dá)到90%以上，但改裝較為復(fù)雜，需要加裝扶禾輪，單獨(dú)傳動(dòng)，成本較高，每行改裝費(fèi)用約2 800元。

2.3 方案評(píng)價(jià)

在2020年秋收過程中，建設(shè)農(nóng)場(chǎng)提出的四種割臺(tái)扶倒方案在玉米收獲過程中均獲得了較好的效果，盡可能減少玉米收獲的損失，每種改裝方案適應(yīng)玉米割臺(tái)機(jī)型不同且均有優(yōu)勢(shì)和不足之處。

表1 玉米割臺(tái)方案對(duì)比表

3 結(jié)論

(1)建設(shè)農(nóng)場(chǎng)根據(jù)玉米割臺(tái)結(jié)構(gòu)和玉米倒伏狀況，通過改變倒伏玉米離地間隙和角度的方法提出了不同的玉米割臺(tái)扶倒器的改進(jìn)方案。

(2)在秋收作業(yè)中通過生產(chǎn)實(shí)際作業(yè)，驗(yàn)證了在玉米割臺(tái)上增加扶禾器+滑板、增加螺旋推進(jìn)器、加長(zhǎng)的分禾導(dǎo)流護(hù)罩+滑板、增加撥禾輪四種方案都具有良好的作業(yè)效果。以上四個(gè)改進(jìn)方案的實(shí)際應(yīng)用和作業(yè)效果來看，倒伏不嚴(yán)重的地號(hào)，方案一“扶禾器+滑板”即可解決倒伏的收獲難題，較嚴(yán)重的地號(hào)就要采取方案二+方案三“螺旋推進(jìn)器加加長(zhǎng)的分禾導(dǎo)流護(hù)罩”的方式解決。如出現(xiàn)橫向倒伏嚴(yán)重的地號(hào)，喂入困難時(shí)還要加裝方案四進(jìn)行輔助推進(jìn)。

(3)通過上述改裝方案使用，建設(shè)農(nóng)場(chǎng)當(dāng)年減少玉米田間損失30%，作業(yè)效率提高20%。減少人工成本80 元·(667 m2)-1，綜合效益達(dá)到了260 元·(667 m2)-1。

建設(shè)農(nóng)場(chǎng)玉米割臺(tái)扶倒器的改進(jìn)方案保證了農(nóng)業(yè)的豐產(chǎn)豐收，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)對(duì)特殊天氣情況收獲作業(yè)提供新思路，也為其他地區(qū)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)務(wù)人員提供參考。