韓守振，柳洪芳，柳洪德

（1.哈工大機(jī)器人創(chuàng)新中心，哈爾濱 150080；2.黑龍江農(nóng)墾科學(xué)院測試化驗(yàn)中心，黑龍江 佳木斯 154007；3.約翰迪爾（中國）投資有限公司，北京 100600）

0引言

大麻的品種主要分為亞麻類大麻（Sativa）、秈稻（Indica）和魯?shù)吕锼梗≧uderalis），最為廣泛種植的為亞麻類大麻（Sativa）、秈稻（Indica）。亞麻類大麻（Sativa）是傳統(tǒng)的六谷之一，具有種植簡便、生長迅速、對環(huán)境的適應(yīng)能力極強(qiáng)、耐貧瘠、抗逆性強(qiáng)、適生性廣、喜光照、光合作用效率高以及不需施肥的特點(diǎn)，是一種對環(huán)境友善的經(jīng)濟(jì)作物。獲準(zhǔn)合法種植的亞，均是低含毒量的品種，THC值均低于0.3%。這些亞（THC<0.3%）被認(rèn)為不具備毒品利用價(jià)值，可作為工業(yè)用原料[1-2]。其主要用途有：1）其莖皮纖維長而堅(jiān)韌，可用以織麻布或紡線、制繩索、編織漁網(wǎng)、造紙等。2）其種子含油量為30%，可用于榨油，可做油漆、涂料，油渣可作飼料。3）可對其利用生物提取無癮非毒成分大麻二酚（cannabidiol，簡稱CBD），大麻二酚是治病良藥具有很高的藥用價(jià)值。4）亞紡織品具有環(huán)保特性，它的廣泛使用能夠?qū)Νh(huán)境保護(hù)起到一定的積極作用，被歐美專家稱為“人類至今以來發(fā)現(xiàn)的最完美纖維”。亞麻紡織品因其舒適性和保健性使得它倍受人們喜愛，在國內(nèi)外市場均顯示了良好的發(fā)展前景[3]。5）其種子蛋白質(zhì)含量25%，其中65%為麻仁球蛋白，另外35%為一種優(yōu)質(zhì)白蛋白。麻仁球蛋白對促進(jìn)消化有很好的作用，相對無磷，是細(xì)胞DNA骨架[4]。因此種子是一種十分優(yōu)異的蛋白質(zhì)來源[5]。

目前制約亞麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素有：1）缺少優(yōu)質(zhì)特異種質(zhì)資源，尤其是高大麻二酚資源及高韌性、長纖維資源，聚合優(yōu)異基因，加快優(yōu)質(zhì)高抗亞麻新品種的選育；2）缺少相關(guān)亞麻相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；3）收獲機(jī)械化水平低，應(yīng)加強(qiáng)亞麻相關(guān)機(jī)械研發(fā)力度，特別收獲環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化，全面提高效率，降低成本。

在主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)種植、收割、雨露脫膠、打捆、剝麻等環(huán)節(jié)中，現(xiàn)階段還需要人工作業(yè)，機(jī)械化水平與國外存在很大的差距[6]?，F(xiàn)有進(jìn)口的亞麻打捆機(jī)，幅寬約為800 mm，后續(xù)加工設(shè)備，如麻絲分離加工環(huán)節(jié)，也對亞麻長度做了明確要求。自然生長的亞麻高度約為2～3 m,而現(xiàn)有的亞麻割曬機(jī)對作物放鋪和打捆后，需增加作物切斷工序工作，且人工操作設(shè)備具有有安全風(fēng)險(xiǎn)。

因此，為解決亞麻收獲機(jī)械化水平低的問題，為滿足用戶要求和市場迫切需求，從目前亞麻收獲流程出發(fā)，提出設(shè)計(jì)一款全液壓切段式亞麻割曬機(jī)，提高亞麻機(jī)械化水平。

1 亞麻類割曬機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

德國Kranemann公司生產(chǎn)的割曬機(jī)，如圖1所示,可將收割掉的亞麻麻莖有序平鋪在地面上，雨露晾干后，滿足后續(xù)打捆和紡織等使用要求。荷蘭農(nóng)業(yè)機(jī)械公司開發(fā)的亞麻籽和纖維聯(lián)合收割機(jī)，如圖2所示,在傳統(tǒng)收割機(jī)上改進(jìn)，原收割機(jī)割臺(tái)位于上端用于收獲麻籽，下端增加專用的亞麻割曬機(jī)，可將麻籽和纖維一起收割。

圖1 Kranemann割曬機(jī)

圖2 荷蘭割曬機(jī)

2002年，黑龍江省佳木斯東華收獲研制的勃農(nóng)4MBL-1.5型亞麻聯(lián)合收獲機(jī)[7]，幅寬為1.52 m，工作速度為5～6 km/h，是同大型拖拉機(jī)配套使用的，側(cè)牽引式麻類作物收獲機(jī)械；適用于亞麻,胡麻等作物的收獲作業(yè)；可一次完成黃熟期麻類作物的起拔,梳理脫果,果實(shí)輸送裝車及麻稈鋪放晾曬等工序,具有結(jié)構(gòu)緊湊,性能穩(wěn)定,適應(yīng)性強(qiáng)以及作業(yè)效率高等特點(diǎn)，后期推出了漢麻割曬機(jī)4GM-1.85型，如圖3所示，幅寬為1.85 m,掛接到拖拉機(jī)前方配套使用，為機(jī)械傳動(dòng)方式；2016年，黑龍江省科學(xué)院開展?jié)h麻智能收貨設(shè)備的研制，完成研制漢麻割曬機(jī)，并進(jìn)行推廣，結(jié)構(gòu)與佳木斯東華收獲漢麻割曬機(jī)4GM-1.85型類似。為實(shí)現(xiàn)我省漢麻產(chǎn)業(yè)化、機(jī)械化種植提供技術(shù)支持。重點(diǎn)突破漢麻割曬機(jī)、漢麻專用種植、收割及深加工設(shè)備的研發(fā)，開展?jié)h麻播種機(jī)、漢麻種子與莖稈收割一體機(jī)、漢麻捆麻機(jī)、漢麻碼垛機(jī)、漢麻打麻機(jī)的研制。2015年，黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)用研究所研制的4FZ-140 型自走式亞麻拔麻機(jī)[8]，如圖4所示，發(fā)動(dòng)機(jī)功率為37 kW,轉(zhuǎn)速為2300 r/min,幅寬為1.4 m，轉(zhuǎn)彎半徑為3.6 m。

圖3 4GM-1.85割曬機(jī)

圖4 4FZ-140示意圖

4FZ-140型自走式亞麻拔麻機(jī)用于亞麻的拔麻收獲作業(yè)[9]，能收獲株高400～1600 mm、植株密度2300 株/m2以內(nèi)，處于黃熟初期和黃熟期的亞麻。該機(jī)能完成亞麻原莖的無損傷拔取、有序翻轉(zhuǎn)及放鋪工作,作業(yè)效率和拔凈率高，麻莖損傷率低，麻鋪條放鋪放整齊有序，且對倒伏亞麻具有良好的收獲效果, 整機(jī)配置合理，使用方便可靠，滿足我國亞麻收獲的農(nóng)藝要求，已在亞麻生產(chǎn)中小批量應(yīng)用。

肖湘[10]對黑龍江省的漢麻生產(chǎn)機(jī)械現(xiàn)狀進(jìn)行分析中：其中山東生產(chǎn)的寧聯(lián)牌漢麻割曬機(jī)，懸掛于拖拉機(jī)前側(cè)，由拖拉機(jī)提供動(dòng)力要求拖拉機(jī)動(dòng)律大于30 kW，割幅1800 mm，工作效率0.5 hm2/h，由于割幅寬度限制，可以收獲植株高度低于1.8 m的漢麻作物。2019年，黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院[11]研制4GL-285型亞麻收獲機(jī)，幅寬為2850 mm、拖拉機(jī)配套動(dòng)力為100～160 kW、割茬高度為100 mm、作業(yè)速度為8～10 km/h，該機(jī)收獲幅寬滿足漢麻收獲要求。

2 NR-280亞麻割曬機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

NR-280亞麻割曬機(jī)是針對亞麻麻高、密度大等特點(diǎn)，專門研發(fā)的收獲機(jī)械[12]。根據(jù)亞麻收獲和作業(yè)流程要求，設(shè)計(jì)此款全液壓切段式亞麻割曬機(jī),型號(hào)：NR-280。以下簡稱為割曬機(jī)。包括雙排往復(fù)式割刀系統(tǒng)Ⅰ、輸送系統(tǒng)Ⅱ、圓盤刀系統(tǒng)Ⅲ、分禾器系統(tǒng)Ⅳ、掛接架焊合、機(jī)架以及液壓系統(tǒng)；掛接架焊合的一端與拖拉機(jī)的前端鉸接，另一端與機(jī)架掛接，并通過油缸與拖拉機(jī)連接；雙排往復(fù)式割刀系統(tǒng)Ⅰ、輸送系統(tǒng)Ⅱ、圓盤刀系統(tǒng)Ⅲ以及分禾器系統(tǒng)Ⅳ安裝在機(jī)架上；所述部件動(dòng)力均通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。整個(gè)NR-280亞麻割曬機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

1）采用液壓馬達(dá)，傳動(dòng)可靠性高，具有很強(qiáng)的實(shí)用性；2）設(shè)置了裝配結(jié)構(gòu)的往復(fù)式割刀和圓盤刀，且可以根據(jù)要求調(diào)整切段作物的高度，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性；3）可以實(shí)現(xiàn)對亞麻切斷后并放鋪，有效解決二次切段工序工作的問題，而且適應(yīng)性強(qiáng)，傳動(dòng)可靠性高，易于推廣；4）采用雙排往復(fù)式割刀和圓盤刀切斷作物技術(shù)方案，并根據(jù)用戶要求或作物生長自然高度，對作物切斷長度可以調(diào)整，解決作物后續(xù)切斷工序問題，具有效率高，降低后期人工成本。

2.2 工作原理

該款全液壓切段式亞麻割曬機(jī)，首先，雙排往復(fù)式割刀系統(tǒng)Ⅰ先將作物切成兩段切割后的兩段作物分別在對應(yīng)的割刀連接板焊合上通過對應(yīng)的輸送帶輸送到一側(cè)，且上段作物側(cè)面末端通過圓盤刀系統(tǒng)對上段作物進(jìn)行二次切斷，能一次性完成亞麻的切段、側(cè)面輸送和放鋪工作。

2.3 割曬機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)這款全液壓切段式亞麻割曬機(jī)，如圖5所示,配備5個(gè)液壓馬達(dá)，提供整體系統(tǒng)動(dòng)力?？傮w設(shè)計(jì)參數(shù)定義：幅寬為2800 mm、拖拉機(jī)配套動(dòng)力為90 km 以上、割茬高度為120～150 mm、切割形式為往復(fù)式割刀+圓盤刀、輸送形式為立式輸送。雙排往復(fù)式割刀系統(tǒng)Ⅰ主要由擺環(huán)箱、刀片護(hù)、刃器等組成，如圖6所示，圓盤刀系統(tǒng)是由液壓馬達(dá)、圓盤刀、定刀等組成，通過備件方式，快速更換不同高度的圓盤刀馬達(dá)架，實(shí)現(xiàn)作物切段長度調(diào)整。

圖5 割曬機(jī)結(jié)構(gòu)

圖6 圓盤刀

3 割曬機(jī)液壓系統(tǒng)

割曬機(jī)各部件消耗功率不高，計(jì)算各部件功率消耗和工作轉(zhuǎn)速，根據(jù)馬達(dá)選型要求，確定各部件馬達(dá)功率消耗及速度見參數(shù)表1,液壓油缸：提升重量800 kg,提升速度不低于0.2 m/s;下降速度不低于0.1 m/s；單向雙油缸。

表1 參數(shù)表

割曬機(jī)液壓系統(tǒng)，如圖7所示,共分三路，供油采用三聯(lián)齒輪泵，排量分別為：63/50/32 mL,全由拖拉機(jī)CTU(轉(zhuǎn)速：1000 r/min)給三聯(lián)齒輪泵提供動(dòng)力，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。三路油路都由拖拉機(jī)CTU帶動(dòng)三聯(lián)齒輪泵吸油給馬達(dá)，介質(zhì)油經(jīng)過疊加溢流閥、電磁換向閥以及同步閥進(jìn)入馬達(dá)提供動(dòng)力，通過疊加溢流閥調(diào)節(jié)進(jìn)油壓力，通過電磁換向閥實(shí)現(xiàn)通/斷功能，決定馬達(dá)是否工作，通過不同同步閥來保證馬達(dá)的工作速度保持一致，通過壓力表監(jiān)測壓力。

圖7 液壓系統(tǒng)

NR-280亞麻割曬機(jī)，采用拖拉機(jī)后端CTU提供動(dòng)力。根據(jù)獨(dú)有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及轉(zhuǎn)速匹配，作業(yè)速度為8～9 km/h，幅寬：2800 mm，按照作業(yè)效率按照80%估算，工作效率達(dá)到2.2 hm2/h。該幅寬與亞麻高度相匹配，防止亞麻放鋪時(shí)，由于自身過高而導(dǎo)致的放鋪交叉錯(cuò)亂現(xiàn)象；每小時(shí)可割曬放鋪33畝，作業(yè)效率高；配置雙排往復(fù)式割刀和圓盤刀，對亞麻切斷后整齊放鋪，為后續(xù)撿拾打捆造良好條件；該機(jī)沒有采用傳統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用全液壓系統(tǒng)，操作方便、根據(jù)作物狀況轉(zhuǎn)速方便可調(diào)整、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，有效的解決了亞麻機(jī)械收獲中二次切斷工序的問題，具有很好的發(fā)展意義。

4 結(jié)語

通過對亞麻收獲機(jī)械現(xiàn)狀分析，了解了亞麻機(jī)械化水平發(fā)展?fàn)顩r和趨勢。概括性地介紹了一款全液壓切段式亞麻割曬機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研發(fā)，闡述了該割曬機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)、工作原理、結(jié)構(gòu)特征參數(shù)以及液壓系統(tǒng)，基于該割曬機(jī)，完成了零部件試制和裝配調(diào)試工作，理論上，該割曬機(jī)可以實(shí)現(xiàn)能一次性完成亞麻的切段﹑側(cè)面輸送和放鋪工作。下一步，將進(jìn)行該款割曬機(jī)田間試驗(yàn)工作，還將在結(jié)構(gòu)成本降低、液壓系統(tǒng)優(yōu)化等方面進(jìn)一步完善。