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200 年 月 第 期
青貯玉米收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
代山林
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘 要：玉米秸稈具有很高的利用價(jià)值。近年來(lái)，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，動(dòng)物飼料短缺的問(wèn)題日益嚴(yán)重，在冬季尤為嚴(yán)重。在我國(guó)農(nóng)村，玉米秸稈作為動(dòng)物飼料有著悠久的歷史，但是玉米秸稈在進(jìn)行收獲時(shí)大多采用人工收獲，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；機(jī)器收獲則多是將秸稈粉碎還田。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種玉米收獲機(jī)，能夠?qū)⒔斩挿鬯榈耐瑫r(shí)送入集草車，這種方法固然便于收集，但運(yùn)貯作業(yè)費(fèi)工費(fèi)時(shí)。本實(shí)用新型提供一種玉米收獲機(jī)的摘穗莖稈切碎復(fù)合裝置，包括摘穗棍，工作時(shí)，穗莖兼收割臺(tái)將果穗摘下并將莖稈收集、切碎，然后，果穗經(jīng)果穗升運(yùn)器進(jìn)入果穗箱，碎玉米莖稈在碎莖稈拋送器的作用下被拋送至集草箱。
關(guān)鍵詞：穗莖兼收；摘穗裝置；切碎裝置
中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
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0 引言
玉米是我國(guó)三大糧食作物之一，是僅次于小麥的主要糧食作物，是優(yōu)質(zhì)飼料和重要的工業(yè)原料，同時(shí)秸稈還是畜牧業(yè)的重要飼料。搞好玉米的生產(chǎn)加工和秸稈的綜合利用對(duì)農(nóng)業(yè)、農(nóng)民、農(nóng)村乃至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要意義。我國(guó)21各省、市、自治區(qū)都有玉米種植。種植面積、總產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)，居世界第二位，玉米年產(chǎn)量達(dá)12029萬(wàn)噸，約占世界玉米總產(chǎn)量的18%。玉米生產(chǎn)對(duì)工農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。目前，我國(guó)的小麥?zhǔn)斋@已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，而玉米機(jī)收水平只有5%，成為玉米生產(chǎn)過(guò)程的瓶頸和難點(diǎn)。玉米生產(chǎn)機(jī)械化水平低嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化的整體水平，阻礙了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程。
造成玉米生產(chǎn)機(jī)械化水平低的主要原因，一是農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝不配套。采用一年兩作地區(qū)多采用套作種植，行距不相等，不便于機(jī)械作業(yè)；二是現(xiàn)有玉米生產(chǎn)機(jī)型少，供農(nóng)民選擇的余地小，功能單一不能很好滿足不同用戶的需求。有的用戶需要滅茬、有的需要秸稈兼收、有的需要青儲(chǔ)等等；三是玉米生產(chǎn)機(jī)械特別是收獲機(jī)械造價(jià)高，利用率低，農(nóng)民一次性投資大，投資回收期長(zhǎng)。此外，農(nóng)民焚燒秸稈問(wèn)題一個(gè)重要的原因是沒有合適的穗莖兼收型玉米收獲機(jī)，將玉米秸稈回收利用，用于畜牧飼料，減少對(duì)秸稈的焚燒造成的空氣污染。
玉米收獲機(jī)械化可以帶動(dòng)玉米的產(chǎn)業(yè)化種植，減輕農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度。而秸稈可以直接粉碎還田增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，或者秸稈回收用于飼料，為大力發(fā)展畜牧業(yè)提供豐富的飼料保障，有效地改善農(nóng)牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使得畜牧業(yè)比重進(jìn)一步提高，農(nóng)牧業(yè)發(fā)展處于良性循環(huán)，從而增加了農(nóng)民收入。避免秸稈焚燒帶來(lái)的資源浪費(fèi)和大氣污染，嚴(yán)重影響道路交通和民航的正常運(yùn)營(yíng)。因此，結(jié)合我國(guó)國(guó)情和各種使用條件，研制一種新型穗莖兼收玉米聯(lián)合收獲機(jī)（即一次完成玉米果穗、莖稈的收獲）既適應(yīng)農(nóng)民傳統(tǒng)收獲玉米的習(xí)慣，又增加了莖稈青貯收獲，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益:把農(nóng)民和畜牧養(yǎng)殖戶從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，一臺(tái)機(jī)械收獲效率每天可代替60個(gè)手工勞動(dòng)者的作業(yè)效率，大大縮短了秋收秋種時(shí)間和養(yǎng)殖戶頭痛的飼料收集問(wèn)題，還可帶動(dòng)畜牧業(yè)的發(fā)展和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
從根本上增加了農(nóng)民、機(jī)手和養(yǎng)殖專業(yè)戶的收入，解放了生產(chǎn)力，大大減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了廣大農(nóng)民的生存質(zhì)量，使農(nóng)民有更多的時(shí)間從事其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
環(huán)保效益，解決秸稈焚燒造成污染，確保高速公路、機(jī)場(chǎng)等公用設(shè)施的安全，利于保護(hù)環(huán)境。
1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)
1.1 設(shè)計(jì)原理
造成玉米生產(chǎn)機(jī)械化水平低的主要原因，一是農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝不配套。采用一年兩作地區(qū)多采用套作種植，行距不相等，不便于機(jī)械作業(yè)；二是現(xiàn)有玉米生產(chǎn)機(jī)型少，供農(nóng)民選擇的余地小，功能單一不能很好滿足不同用戶的需求。有的用戶需要滅茬、有的需要秸稈兼收、有的需要青儲(chǔ)等等；三是玉米生產(chǎn)機(jī)械特別是收獲機(jī)械造價(jià)高，利用率低，農(nóng)民一次性投資大，投資回收期長(zhǎng)。此外，農(nóng)民焚燒秸稈問(wèn)題一個(gè)重要的原因是沒有合適的穗莖兼收型玉米收獲機(jī)，將玉米秸稈回收利用，用于畜牧飼料，減少對(duì)秸稈的焚燒造成的空氣污染。
玉米收獲機(jī)械化可以帶動(dòng)玉米的產(chǎn)業(yè)化種植，減輕農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度。而秸稈可以直接粉碎還田增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，或者秸稈回收用于飼料，為大機(jī)配套使用。首次采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，提高了各部分的通用性能，減少了機(jī)具的進(jìn)地次數(shù)，降低了作業(yè)成本，對(duì)冬小麥搶時(shí)搶種增收效果十分明顯。
1.2 總體設(shè)計(jì)
分體式小麥免耕播種機(jī)結(jié)構(gòu)示意，如圖1所示
圖1 青貯飼料收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
工作時(shí)，由切斷刀將莖稈從植株根部割斷，摘穗輥夾持摘穗，在摘穗輥夾持摘穗并向下導(dǎo)送莖稈的過(guò)程中，切碎刀切碎莖稈并將其甩入并經(jīng)由橫向攪龍進(jìn)入拋送器切斷，拋送器將碎莖稈輸送到集草箱。
2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)
2.1摘穗輥
摘穗輥分為前后兩部分，前部為導(dǎo)流錐，后部是摘穗段和強(qiáng)拉段，在軸上裝有軸承，軸承安裝在軸承座上，軸承座安裝在機(jī)架上，并且可通過(guò)調(diào)節(jié)軸承座與機(jī)架的間距來(lái)改變兩個(gè)摘穗輥之間的間隙。后段為強(qiáng)拉段，主要作用是將秸稈的末梢和摘穗中拉斷的秸稈強(qiáng)行拉出以防堵塞。強(qiáng)拉段上是與軸線平行的凸棱，為了加強(qiáng)拉引和喂入效果，強(qiáng)拉段采用五棱式。其作用是對(duì)莖稈進(jìn)行徑向引流和拉斷。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2
為減小果穗損傷和損失，摘穗輥直徑應(yīng)較小，摘穗輥直徑一般為40mm~l00mm，因此采用50mm。同樣為了減少果穗的損傷和籽粒的損失，應(yīng)減少果穗在摘穗輥上停留的時(shí)間，因此兩個(gè)摘穗輥有一個(gè)高度差，外側(cè)摘穗輥要高于內(nèi)側(cè)摘穗輥，這個(gè)高度差一般為35mm。外側(cè)摘穗輥軸線高于內(nèi)側(cè)摘穗輥，一般摘穗輥?zhàn)畹忘c(diǎn)應(yīng)在一個(gè)水平面上，但實(shí)際作業(yè)中倒流錐的功能與長(zhǎng)度的關(guān)聯(lián)程度不大，因此兩摘穗輥總長(zhǎng)均取1100mm。摘穗輥線速度v是保證摘穗輥正常工作的重要因素。當(dāng)v小于2.5m／s時(shí)，由于摘穗輥與秸稈之問(wèn)產(chǎn)生打滑，容易造成堵塞。當(dāng)線速度過(guò)高時(shí)，將是果穗和摘穗輥?zhàn)矒袅υ龃?，果穗落粒加劇。臥式摘穗輥水平配置傾角為35～40時(shí)，其頂圓線速度為3.3m／s～3.8m／s，考慮到果穗損失采用3.5m／s。摘穗輥的轉(zhuǎn)速一般為600～820r／mi n，當(dāng)摘穗輥?lái)攬A線速度為3.5m／s時(shí)，摘穗輥的轉(zhuǎn)速為
可見轉(zhuǎn)速在許可范圍內(nèi)。摘穗輥之間的間隙也是影響摘穗性能的因素，兩摘穗輥之間的問(wèn)隙較秸稈直徑小，約為秸稈直徑的30％~50％。玉米秸稈平均直徑為25mm，間隙約為7.5mm~12.5mm，調(diào)節(jié)摘穗輥前端的軸承可以調(diào)節(jié)間隙。
圖2 摘穗輥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.2傳動(dòng)軸
動(dòng)刀軸由聯(lián)軸器傳入動(dòng)力,功率P=2.5kw,轉(zhuǎn)速為n=1000r/min,軸上安裝有軸承、動(dòng)刀盤、外殼和割斷刀。
①估算軸徑取C=112(假設(shè)材料為45鋼)
②各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸前端安裝割斷刀,刀架左向定位用軸肩,軸肩高度取2.5mm,刀架內(nèi)徑為25mm,則左側(cè)軸徑為30mm。選用軸承的內(nèi)徑為30mm,定位為軸肩,軸肩高度取2.5mm,則兩軸承定位處軸徑為35mm。內(nèi)外側(cè)動(dòng)刀盤定位為軸肩,軸肩高度為2.5mm,則定位處軸徑為40mm。中間動(dòng)刀盤定位為緊定螺釘,螺釘型號(hào)為M8。動(dòng)刀軸與變速箱通過(guò)套筒聯(lián)軸器連接,連接段為方形,長(zhǎng)度為50mm。
③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖3所示
圖3 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.3螺旋輸送器
本設(shè)計(jì)的輸送機(jī)構(gòu)采用螺旋桿機(jī)構(gòu)，螺旋桿輸送的優(yōu)點(diǎn)在于不會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。
取輸送器的轉(zhuǎn)速，輸送器需用功率
（4-16）
式中：—輸送器長(zhǎng)度，m
—秸稈阻力系數(shù)，
—傾斜安裝高度，
— 輸送效率，0.3
則：
初選螺旋直徑=150mm
螺旋線高度=210mm
螺距=380mm
根據(jù)設(shè)計(jì)需求螺旋桿的桿直徑為=50mm
L=
軸的最大剪應(yīng)力為
max<, 所以軸滿足強(qiáng)度要求。
其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3
圖3 輸送螺旋器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
3 總結(jié)
（1）該機(jī)以玉米為對(duì)象而設(shè)計(jì)的，所以其應(yīng)用范圍有局限性，需改進(jìn)。
（2）本設(shè)計(jì)采用拖拉機(jī)為源動(dòng)力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理論上達(dá)到了達(dá)到了摘穗并對(duì)穗桿進(jìn)行分節(jié)收獲，由于沒有實(shí)際檢驗(yàn)，實(shí)際的可行性程度還不能確定，有待改進(jìn)。
4 參考文獻(xiàn)
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