大中型自走式谷子联合收获机设计

    顾旭彪 刘军民 衣淑娟 杨柳

    

    

    

    摘 要：为了提高谷物收获过程中的自动化程度，提升谷物质量，针对谷子的生长特性，对大中型自走式谷子联合收获机的割台、脱粒滚筒、清选筛及凹板等关键部件进行优化设计，并生产样机。以谷子损失率、破碎率和含杂率为试验指标对整机进行田间试验及性能检测，结果表明：该样机基本解决了割台丢穗掉穗的问题，降低了割台损失率;在保证脱粒作业效果同时，避免了滚筒内堵塞和谷子夹带问题;降低了谷子的破碎率和清选损失，提升了谷子清选率，检测结果符合国家标准。

    关键词：谷子;收获机;设计;检测

    中图分类号：S225.3??????? 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.001

    Design of Large and Medium Self-propelled Millet Combine Harvester

    Gu Xubiao1， Liu Junmin1， Yi Shujuan2， Yang Liu2

    （1.China Agricultural Group Agricultural Equipment Co.， Ltd.， Beijing 100052， China;

    2.Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing 163000， China ）

    Abstract： In order to improve the overall animation during the grain harvest and improve the quality of the grain， this paper optimizes the key components such as the cutting head， threshing drum， cleaning screen and concave plate of the large and medium-sized self-propelled combine harvester according to the growth characteristics of the millet Design and produce prototypes. The field test and performance test of the whole machine were carried out based on the test indicators of millet loss rate， crushing rate and impurity rate. The results showed that the prototype basically solved the problem of header drop and ear drop and reduced the header loss rate; At the same time， the effect of threshing operation avoids the problems of blockage and entrainment of millet in the drum; it reduces the crushing rate and cleaning loss of millet， improves the cleaning rate of millet， and the test results meet the requirements of national standards.

    Keywords： millet; harvester; design; inspection

    0 引言

    谷子聯合收获机是对谷子作物进行收获的现代化机械，能够在作业过程中一次性完成对谷子的收割、分离茎秆、脱粒、清杂等工作，具有生产效率高的特点，能够有效减少谷物收获过程中的人力消耗，适用于大面积耕地使用，在减少作业成本的同时，能够有效提升谷物质量[1-2]。针对谷子的生长特性，这台谷子收获机分别设计了专用的割台、脱粒滚筒及清选筛等关键部件。

    1 结构组成和工作原理

    1.1 结构组成

    整机主要由以下几部分组成：收割台、脱粒机体、底盘、发动机、驾驶台、驾驶室、粮箱、清选系统、电气系统、液压系统等，如图1所示。

    1.2 工作原理

    该机采用单纵式轴流滚筒脱粒。脱粒滚筒凹板可调节，风筛清选杂余复脱，风机转速为手动无级调速，行走为三挡无级变速，液压及电气系统设计完善，并配有发动机油压过低报警及水温过高报警，同时装有双计时功能的计时器，用于监测发动机工作时间和主机纯工作时间[3]。

    2 关键部件的设计

    2.1 割台

    针对谷子谷秆缠绕、谷叶青绿、含水率高、高度差别大生长特性，造成谷子机械收获谷穗掉穗较多，清选难度极大，损失大，割台缠绕严重，不能正常作业问题，设计谷子专用割台如图2、图3所示。

    为提升割台收割能力，防止在割台收割过程中

    丢穗掉穗，降低割台损失，针对以上谷子生长特性，设计割台主要构件的技术参数如表1所示。

    相比谷物通用割台作业，谷子专用割台在收获过程中，提高了对倒伏谷子收割能力，同时加强了对谷秆的拨禾能力，降低了丢穗、掉穗造成的割台损失;同时这种结构的分禾侧壁能有效将相互交叉缠绕的谷子，从根部进行分禾，便于分禾谷穗交叉分离，从分禾侧壁圆弧末端利用弹齿进入割台。

    2.2 开式脱粒滚筒

    按照滚筒结构的不同可分为纹杆式滚筒、钉齿式滚筒、双滚筒式、轴流式滚筒四种[4]。纹杆式滚筒是利用滚筒的纹理与凹板之间的反复摩擦来实现脱粒的一种模式[5]，其在脱粒过程中既能保证良好的脱粒效率又能有效减少谷物损伤和秸秆折断，可适应多种谷物的收获，应用范围较广[6]。轴流式滚筒是沿切向进行旋转脱粒的滚筒形式，当谷物的植株被喂入后会随着滚筒做圆周运动，同时，在导向板的作用下进行轴向移动，通常情况下轴流式滚筒的脱粒能力较强，但脱粒时间较长，脱粒结构所占空间较大[7-8]。

    由于谷子秸秆含水率较高，谷穗上谷码较多且谷粒特别小，这对于脱粒滚筒作业要求较高[9-10]。既要保证能够将谷穗从谷秆上分离开，还要保证在分离的时候尽量不损失谷粒，同时还要考虑秸秆不能搅的太碎，不然含水较高的秸秆中会夹杂谷子，会降低脱粒分离的工作效率并加大了谷子的损失率。

    为了适应秸秆青绿的品种，降低脱粒滚筒的夹带损失。设计了一款开式脱粒滚筒，其结构如图4所示，开式脱粒滚筒工作件由短纹杆改为长纹杆与钉齿组合，长纹杆用于脱粒，钉齿用于分离段，而且钉齿长度高于纹杆15 mm。同时在与凹版配合时，将上凹板导流条由原来3根增加到4根，增加一圈脱粒，滚筒与凹板间隙减小为10 mm，如图5所示。

    经试验，开式脱粒滚筒降低了对谷秆的搓擦能力，保证了脱粒秸秆的一定长度，从而防止夹带，降低了夹带损失，上凹版增加了一圈脱粒的导流条，保证了脱粒能力，有效减少谷物损伤和秸秆折断，提高脱粒分离的工作效率还降低了谷子的损失率。

    2.3 ?凹板

    凹板结构包括两根连接板，两根连接板之间安装有若干弧形加强板，其沿着接板的延伸方向排列;两根连接板的端部分别设计有一根加强板，每根加强板的两端分别固定连接在两根连接板上;所有加强板内凹的一侧有若干栅条，栅条的延伸方向与连接板相同;相邻的两根栅条之间有间隙，每根栅条均与所有的加强板连接，其中栅条的一部分嵌入加强板内，剩余的另一部分位于加强板外，栅条位于加强板外的部分截面为弧形，如图6所示。脱粒凹板与脱粒滚筒相互作用时，可以减少籽粒破碎度，增加强度。

    设计凹板采用栅格结构，参数如表2所示。

    2.4 清选筛

    清选筛采用双层结构，上筛采用鱼鳞筛，如图7所示;下筛采用编织筛结构，如图8所示。清选筛孔径尺寸6 mm×6 mm，频率300～330 n·min-1，水平振幅30～40 mm;垂直振幅前端10～15 mm，后端20～30 mm。

    清选筛的筛片开度调节是通过转动调节轴来实现的，可采用调节尾筛开度与倾角的办法减小清选损失。当清选损失比较大时，增加筛片开度;当粮食中杂余量过多时，减小筛片开度。

    3 田间试验和性能检测

    3.1 田间试验

    2019年9月自走式谷子收获机通过半个月的田间试验作业（如图9），基本解决了割台丢穗掉穗的问题，扶禾器对倒伏状态谷子具有明显效果，降低了割台损失率。开式脱粒滚筒对成熟期谷秆青绿状态的脱粒分离效果较好，在保证脱粒作业效果的同时，避免了滚筒内堵塞和谷子夹带问题。谷子专用凹板很好地解决了小籽粒的脱粒问题，降低了谷子的破碎率。小孔径的双层清选筛配合风机相应的调试参数，降低了因风机风速对谷子清选的损失，加强了对脱粒分离后的谷子清选能力，提高了谷子清选率（如图10）。

    3.2 整机性能检测

    时间：2019年9月28日;

    地点：河北省石家庄市藁城区丽阳村;

    品种：冀谷;

    检测项目：整机喂入量、损失率、破碎率、含杂率。

    其中，自走式谷子收获机整机参数如表3所示。

    其检测结果如表4所示：

    4 结论

    （1） 对大中型自走式谷子联合收获机整机结构进行设计，其主要对割台、开式脱粒滚筒、凹板和清选筛等关键部件进行优化设计，并生产试验样机。

    （2） 对整机进行为期半个月的田间试验，试验结果表明该样机基本解决了割台丢穗掉穗的问题，降低了割台损失率，降低了谷子的破碎率，提高了谷子清选率，降低清选损失。

    （3） 最后对大中型自走式谷子联合收获机进行整机性能检测，检测结果表明该样机在喂入量为5.1 kg·s-1时，总损失率为4%，破碎率为2%，含杂率为2%，均小于国家标准要求，检测结果合格。

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    基金项目：2016YFD0701803

    作者简介：顾旭彪（1991-），男，河北保定人，硕士研究生，工程师，研究方向：农业机械化。

    通讯作者：衣淑娟（1965-），女，山东栖霞人，博士研究生，教授，研究方向：农业机械化。