玉米收获机立式割台后倾斜的必要性分析
王伟全 付亚萍
摘?要：秸秆回收是玉米收获后的重要工作，近年来受到了国家和各地政府的高度重视，为有效利用农业资源，减少浪费和环境污染，在玉米收获的过程中对秸秆整体进行保留和有效放铺，有利于收获后对秸秆的收集与打包，通过对立式割台进行一定的后倾斜设计，有利于提高秸秆运输和放铺效果，提高秸秆回收利用效率。
关键词：玉米收获机;立式割台;后倾斜;必要性
中图分类号：S225.51文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.02.004
随着我国玉米收获产业的蓬勃发展，玉米收获机的相关技术也不断进步，但是我国玉米收获机的总体水平依然相对落后。同时，我国对环境保护的要求越来越高，对玉米收获后的秸秆处理要求日益严格。我国北方地区由于收获期相对较晚，加之寒冷气候的秸秆和果穗冻结，对玉米收获和秸秆回收造成较大的困难。针对目前市场上的玉米收获机难以完成对玉米秸秆的保留作业、规则放铺和整机打包等问题，本文介绍一种适应寒冷地区使用且具有秸秆回收功能的玉米收获机具的设计方法及其必要性。
1?发展情况及主要问题
现阶段我国玉米收获使用的割台多为卧式摘穗辊割台，可收获3～6行玉米，这种割台在工作过程中存在两个问题，首先是秸秆的处理問题，由于其结构形式的原因，不能将秸秆完整保留，只能在将秸秆下拉曲折后将其破碎，秸秆还田。这种对秸秆的收割和处理方法，对于气候温和、收获较早的地区非常适宜，破碎的秸秆在深翻后充分发酵，充当下次种植的肥料。而在气候较寒冷区域，收获后破碎的秸秆较难处理，焚烧会对空气造成污染，人工收集起来的工作量又极大。其次是冬季收获能力问题，卧式摘穗辊对冻结秸秆的收获能力有限，在严重冻结时秸秆较硬，容易造成喂入困难或工作失效。近几年，我国北方地区在秋季收获时也使用了一些立式割台的收获机，这种收获机可以将秸秆保留，但不能将秸秆以较好的形式进行放铺，对秸秆的回收造成了一定的不利影响，同时其摘穗机构结构相对单一，在局部磨损后容易造成更换困难和喂入失效，导致堵塞或工作效率低下。
2?后倾斜割台结构与工作流程
采用倾斜割台能够在作业中一次性完成秸秆割断、秸秆喂入、水平输送、秆穗分离以及秸秆放铺等工作，割台动力通过下侧和左侧的万向节轴分别传递给割刀、输送链以及摘穗辊，再由输送链将动力传递给扶禾器。秸秆进入机器的流程为先被割刀在下部割断，然后经过扶禾器喂入到水平输送链，再由水平输送链向右侧输送，最后由摘穗辊分离果穗后放铺，果穗由收集和升运机构进行后续处理。
3?后倾斜割台的摘穗部件
3.1?基本结构
摘穗辊的形式与效率对立式收获机的作业情况有着重要的影响，摘穗辊的结构会直接影响摘穗效率及摘穗辊的使用寿命，其间距对秸秆的喂入与排出也关系密切。间距过大或过小都可能造成堵塞，同时过大的间距也不能对秸秆造成很好的挤压，不利于其排出后干燥。
考虑到玉米的高度，我国玉米果穗生长离地高度95%以上在900～1200 mm之间，所以将摘穗辊的主要工作结构设计为耐磨金属材料（碳钢），位置在离地850～1250 mm之间，其余部分选择了胶皮材质，既保证了主要工作部位的耐磨损性能，又降低了整体的重量，使能耗也大幅降低。
3.2?作业过程分析
玉米收获机在收获玉米果穗的过程中，由于受到玉米果穗根部与秸秆连接处分离时阻力作用，导致上半部排出时受到果穗的阻力作用，秸秆在摘穗辊排出时总是靠下部先排出而上部后出，这就使得排出的秸秆有一定反向倾倒向车身的可能性，这种反向倾倒角度在一定程度上影响了玉米秸秆沿排出方向的倒地速度，甚至会有部分秸秆反向倾倒。
玉米秸秆排出的初始运行方向可分解为两部分，一是玉米收获机的运行方向，二是玉米收获机的摘穗辊将秸秆的挤出方向，它与运行方向垂直。由于排出时秸秆的后倾斜角导致了排出方向倒地时间的延长，玉米秸秆沿车运行方向的运动时间也就更长，这就导致了玉米秸秆倒地更大程度的接近于收获机的运行方向，这种倒向不利于玉米秸秆捡拾机对秸秆的回收，在一定程度上加大了回收难度。为使秸秆保存的相对完整，通常采用与玉米秸秆相平行的摘穗辊，而由于玉米秸秆生长的植株特性及其个体的多样性，其秆茎粗细程度以及均匀性都有所差异，玉米秸秆也大多是下部直径较大而上部较细，在这种情况下进行收获，如果还采用单一直径单一材质的摘穗辊就不容易保证秸秆排出的合适角度和排出量的均匀性。而通过对摘穗辊进行结构的优化设计有利于秸秆排出方式的优化。
4?立式割台后倾斜的必要性
由于正常的立式摘穗辊将秸秆在收获机右侧与运行方向垂直排出，此时的秸秆还受到收获机前进的速度影响，使其倒地时向垄沟方向倾斜，有的甚至会顺到垄沟里面，导致立式摘穗辊排除的秸秆虽然得以保留但却不利于捡拾，为秸秆回收造成了一定的困难。基于以上原因设计时将割台向后倾斜适当的角度，应可以将秸秆调整到合适的倒地角度，后倾斜的输送面有利于秸秆在被割刀切断后，由于自身重量贴附于输送平面上，这也增大了输送过程的可靠性。
使用ADAMS软件将秸秆模型导入，模拟秸秆在排出摘穗辊后的运行轨迹并最终确定倒地角度，仿真过程中风力等其他不可预计因素忽略不计，只考虑排出速度，收获机的运行速度，以及重力等因素，经过软件多次仿真分析，得出秸秆排出时若能向后倾倒27°最为合理，这既能保证秸秆良好的倒地角度，同时又提升了机器性能。
摘?要：秸秆回收是玉米收获后的重要工作，近年来受到了国家和各地政府的高度重视，为有效利用农业资源，减少浪费和环境污染，在玉米收获的过程中对秸秆整体进行保留和有效放铺，有利于收获后对秸秆的收集与打包，通过对立式割台进行一定的后倾斜设计，有利于提高秸秆运输和放铺效果，提高秸秆回收利用效率。
关键词：玉米收获机;立式割台;后倾斜;必要性
中图分类号：S225.51文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.02.004
随着我国玉米收获产业的蓬勃发展，玉米收获机的相关技术也不断进步，但是我国玉米收获机的总体水平依然相对落后。同时，我国对环境保护的要求越来越高，对玉米收获后的秸秆处理要求日益严格。我国北方地区由于收获期相对较晚，加之寒冷气候的秸秆和果穗冻结，对玉米收获和秸秆回收造成较大的困难。针对目前市场上的玉米收获机难以完成对玉米秸秆的保留作业、规则放铺和整机打包等问题，本文介绍一种适应寒冷地区使用且具有秸秆回收功能的玉米收获机具的设计方法及其必要性。
1?发展情况及主要问题
现阶段我国玉米收获使用的割台多为卧式摘穗辊割台，可收获3～6行玉米，这种割台在工作过程中存在两个问题，首先是秸秆的处理問题，由于其结构形式的原因，不能将秸秆完整保留，只能在将秸秆下拉曲折后将其破碎，秸秆还田。这种对秸秆的收割和处理方法，对于气候温和、收获较早的地区非常适宜，破碎的秸秆在深翻后充分发酵，充当下次种植的肥料。而在气候较寒冷区域，收获后破碎的秸秆较难处理，焚烧会对空气造成污染，人工收集起来的工作量又极大。其次是冬季收获能力问题，卧式摘穗辊对冻结秸秆的收获能力有限，在严重冻结时秸秆较硬，容易造成喂入困难或工作失效。近几年，我国北方地区在秋季收获时也使用了一些立式割台的收获机，这种收获机可以将秸秆保留，但不能将秸秆以较好的形式进行放铺，对秸秆的回收造成了一定的不利影响，同时其摘穗机构结构相对单一，在局部磨损后容易造成更换困难和喂入失效，导致堵塞或工作效率低下。
2?后倾斜割台结构与工作流程
采用倾斜割台能够在作业中一次性完成秸秆割断、秸秆喂入、水平输送、秆穗分离以及秸秆放铺等工作，割台动力通过下侧和左侧的万向节轴分别传递给割刀、输送链以及摘穗辊，再由输送链将动力传递给扶禾器。秸秆进入机器的流程为先被割刀在下部割断，然后经过扶禾器喂入到水平输送链，再由水平输送链向右侧输送，最后由摘穗辊分离果穗后放铺，果穗由收集和升运机构进行后续处理。
3?后倾斜割台的摘穗部件
3.1?基本结构
摘穗辊的形式与效率对立式收获机的作业情况有着重要的影响，摘穗辊的结构会直接影响摘穗效率及摘穗辊的使用寿命，其间距对秸秆的喂入与排出也关系密切。间距过大或过小都可能造成堵塞，同时过大的间距也不能对秸秆造成很好的挤压，不利于其排出后干燥。
考虑到玉米的高度，我国玉米果穗生长离地高度95%以上在900～1200 mm之间，所以将摘穗辊的主要工作结构设计为耐磨金属材料（碳钢），位置在离地850～1250 mm之间，其余部分选择了胶皮材质，既保证了主要工作部位的耐磨损性能，又降低了整体的重量，使能耗也大幅降低。
3.2?作业过程分析
玉米收获机在收获玉米果穗的过程中，由于受到玉米果穗根部与秸秆连接处分离时阻力作用，导致上半部排出时受到果穗的阻力作用，秸秆在摘穗辊排出时总是靠下部先排出而上部后出，这就使得排出的秸秆有一定反向倾倒向车身的可能性，这种反向倾倒角度在一定程度上影响了玉米秸秆沿排出方向的倒地速度，甚至会有部分秸秆反向倾倒。
玉米秸秆排出的初始运行方向可分解为两部分，一是玉米收获机的运行方向，二是玉米收获机的摘穗辊将秸秆的挤出方向，它与运行方向垂直。由于排出时秸秆的后倾斜角导致了排出方向倒地时间的延长，玉米秸秆沿车运行方向的运动时间也就更长，这就导致了玉米秸秆倒地更大程度的接近于收获机的运行方向，这种倒向不利于玉米秸秆捡拾机对秸秆的回收，在一定程度上加大了回收难度。为使秸秆保存的相对完整，通常采用与玉米秸秆相平行的摘穗辊，而由于玉米秸秆生长的植株特性及其个体的多样性，其秆茎粗细程度以及均匀性都有所差异，玉米秸秆也大多是下部直径较大而上部较细，在这种情况下进行收获，如果还采用单一直径单一材质的摘穗辊就不容易保证秸秆排出的合适角度和排出量的均匀性。而通过对摘穗辊进行结构的优化设计有利于秸秆排出方式的优化。
4?立式割台后倾斜的必要性
由于正常的立式摘穗辊将秸秆在收获机右侧与运行方向垂直排出，此时的秸秆还受到收获机前进的速度影响，使其倒地时向垄沟方向倾斜，有的甚至会顺到垄沟里面，导致立式摘穗辊排除的秸秆虽然得以保留但却不利于捡拾，为秸秆回收造成了一定的困难。基于以上原因设计时将割台向后倾斜适当的角度，应可以将秸秆调整到合适的倒地角度，后倾斜的输送面有利于秸秆在被割刀切断后，由于自身重量贴附于输送平面上，这也增大了输送过程的可靠性。
使用ADAMS软件将秸秆模型导入，模拟秸秆在排出摘穗辊后的运行轨迹并最终确定倒地角度，仿真过程中风力等其他不可预计因素忽略不计，只考虑排出速度，收获机的运行速度，以及重力等因素，经过软件多次仿真分析，得出秸秆排出时若能向后倾倒27°最为合理，这既能保证秸秆良好的倒地角度，同时又提升了机器性能。
