玉米收獲機(jī)剝皮裝置工作原理及存在的問題與建議,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文

玉米收獲機(jī)剝皮裝置工作原理及存在的問題與建議,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文玉米是我們國(guó)家三大糧食作物之一，根據(jù)聯(lián)合國(guó)FAO數(shù)據(jù)庫(kù)最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，玉米在我們國(guó)家的種植面積為0．312億hm2，總產(chǎn)量為1．64億t，是僅次于美國(guó)的第2生產(chǎn)大國(guó)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，2018年我們國(guó)家玉米機(jī)械化收獲水平為33%，與小麥、水稻機(jī)械化收獲水平相比差距顯著，已成為制約我們國(guó)家農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的瓶頸。因而，必須加快推進(jìn)玉米生產(chǎn)機(jī)械化十分是玉米收獲機(jī)械化。當(dāng)下，在我們國(guó)家自走式玉米收獲機(jī)已經(jīng)替代背負(fù)式玉米收獲機(jī)成為市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷量比擬好的自走式玉米收獲機(jī)來看，部分2行、3行玉米機(jī)和全部4行玉米機(jī)均配置了剝皮裝置，帶有剝皮裝置的玉米收獲機(jī)占大多數(shù)。玉米剝皮裝置是玉米聯(lián)合收獲機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其工作性能的好壞直接影響整機(jī)的作業(yè)效率、苞葉剝凈率、籽粒損失率等收獲性能指標(biāo)。國(guó)外對(duì)玉米剝皮機(jī)構(gòu)的研究起步比擬早，我們國(guó)家國(guó)內(nèi)學(xué)者在國(guó)外研究的基礎(chǔ)之上進(jìn)行進(jìn)一步的研究，尤其是近期幾年，國(guó)內(nèi)呈現(xiàn)出百花齊放的姿態(tài)。但是，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的玉米聯(lián)合收獲機(jī)剝皮裝置的構(gòu)造形式、剝皮輥型、運(yùn)動(dòng)參數(shù)等設(shè)定不一，而且工作性能不夠完善，適應(yīng)性、可靠性不強(qiáng)，因而改良玉米聯(lián)合收割機(jī)的剝皮裝置，提高其工作性能還是我們國(guó)家農(nóng)機(jī)科研工作者迫切需要解決的問題。1基本構(gòu)造及工作原理1．1基本構(gòu)造玉米聯(lián)合收獲機(jī)的剝皮裝置一般是由機(jī)架、剝皮輥組、壓送裝置、分布輪以及傳動(dòng)裝置等部分組成，如此圖1所示。華而不實(shí)，剝皮輥組和壓送裝置是剝皮裝置的主要工作部件。剝皮輥組安裝在壓送裝置的下方，兩者之間留有一定的間隙。當(dāng)前市場(chǎng)上的剝皮裝置多采用輥式剝皮原理，依靠剝皮輥對(duì)果穗苞葉的摩擦力，將苞葉剝除。1．1．1剝皮輥組剝皮輥組是玉米聯(lián)合收獲機(jī)剝皮裝置最主要的工作部件，對(duì)提高玉米果穗剝皮質(zhì)量和剝皮裝置的生產(chǎn)效率具有決定性的作用。剝皮輥組在推送果穗至果穗箱的經(jīng)過中，將玉米果穗的苞葉剝下，并將苞葉、莖葉混合物等雜物排出剝皮裝置。因而，剝皮輥的配置形式、外表形狀、材料、直徑、長(zhǎng)度、安裝傾角以及轉(zhuǎn)速等因素將直接影響剝皮裝置的剝皮效果。剝皮輥組的配置形式主要有下面3種:1)平輥式配置如此圖2所示。平輥式配置的剝皮輥組構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低、工作效率較高。田間作業(yè)時(shí)，籽粒損失率及破碎率較低，不易啃傷果穗及籽粒，但對(duì)含水率較高的玉米果穗剝凈率不高。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院承當(dāng)?shù)牟环中杏衩资斋@技術(shù)和裝備課題研制的4YZ244型自走式不分行玉米聯(lián)合收獲機(jī)采用的是平輥式排雜剝皮裝置。法國(guó)布光公司(BOUＲGOIN)生產(chǎn)的JLD610型自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)和福田雷沃生產(chǎn)的谷神系列也采用了平輥式剝皮裝置。2)V型配置如此圖3所示。V型配置剝皮輥的剝皮裝置，構(gòu)造較簡(jiǎn)單。但是，由于V形排列的只要一條溝槽，所以兩個(gè)上輥之間的距離并不大，這就要求果穗嚴(yán)格按一定的方向送入;假如果穗橫在剝皮輥上，由于上輥同向旋轉(zhuǎn)，在摩擦力和重力的作用下，果穗將向剝皮輥組的左下(或右下)方拋離而剝不掉苞葉。在無次序地把果穗送向該機(jī)構(gòu)時(shí)，果穗將向剝皮輥組的一側(cè)方向偏移流動(dòng)，使一邊剝皮輥超載，另一邊剝皮輥負(fù)載不滿，這就使得剝皮裝置的效率降低很多，而且剝皮效果差，剝凈率不高。所以，如今市場(chǎng)上V型配置剝皮輥的玉米聯(lián)合收獲機(jī)已經(jīng)比擬少見了。3)槽型配置如此圖4所示。槽型配置的剝皮輥組有兩條溝槽，上剝皮輥之間的距離比V形排列的剝皮機(jī)構(gòu)要大1倍，而且兩個(gè)上輥是相向旋轉(zhuǎn)的。這樣，玉米果穗在其外表的橫向分布較均勻，消除了V形剝皮輥組出現(xiàn)的一邊超載、一邊負(fù)載不滿的現(xiàn)象。同時(shí)，假如兩個(gè)上輥工作外表由不同材料制成、形狀也不同，則兩個(gè)上輥會(huì)對(duì)橫在上面的果穗產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的力矩，使果穗在輥上相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)并置于剝皮裝置的溝槽里，保證果穗沿溝槽按一定的方向移動(dòng)，有利于提高剝皮效果和剝皮效率。田間試驗(yàn)表示清楚，槽型配置剝皮輥的剝皮裝置，在作業(yè)經(jīng)過中能夠獲得較高的剝凈率;但經(jīng)常出現(xiàn)啃傷籽粒的現(xiàn)象，導(dǎo)致籽粒損失率和籽粒破碎率較高。當(dāng)前，大多數(shù)玉米聯(lián)合收獲機(jī)的剝皮裝置都采用槽型配置的剝皮輥組，如烏克蘭的赫爾松收獲機(jī)廠生產(chǎn)的КСКУ－6系列玉米聯(lián)合收獲機(jī)、亨運(yùn)通生產(chǎn)的4YZ－3系列玉米聯(lián)合收獲機(jī)和洛陽中收的開拓者系列的玉米聯(lián)合收獲機(jī)等。1．1．2壓送裝置壓送裝置對(duì)改善玉米果穗剝皮質(zhì)量、提高剝皮裝置生產(chǎn)效率具有非常重要的作用，詳細(xì)有下面5項(xiàng)重要功能:1)把果穗壓向剝皮輥外表，進(jìn)而增大剝皮輥與果穗苞葉之間的摩擦力;2)剖開果穗苞皮，促使苞皮蓬松，使剝皮輥更好地抓取苞葉;3)防止在剝皮的經(jīng)過中果穗端部翹起來，以影響剝皮效果，而且這樣有利于避免果穗端部掉粒;4)周期性地放松、壓緊剝皮輥上的果穗，使其能繞本身的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使果穗四周的苞皮都能與剝皮輥接觸，提高苞葉的剝凈率;5)通過控制放松、壓緊剝皮輥上果穗的壓力及周期，能夠在保證擁有較好的剝皮效果的同時(shí)，使果穗以適宜的速度沿剝皮輥組的溝槽移動(dòng)，以保證剝皮機(jī)構(gòu)較高的工作效率。根據(jù)構(gòu)造的不同，壓送裝置分為輪輻式和葉輪式，分別如此圖5、圖6所示。一般將輪輻式壓送器與平輥式配置的剝皮輥組、葉輪式壓送器與槽型配置的剝皮輥組相配套使用。當(dāng)前，市場(chǎng)上葉輪式壓送器應(yīng)用最廣泛，它由兩個(gè)或多個(gè)帶有多片壓穗葉片的葉輪組成。輪軸橫向剝皮輥，置于帶有彈簧懸架的擺動(dòng)杠桿上，當(dāng)果穗在葉輪下面通過時(shí)能抬起一定高度。該壓送器的輪葉通常由優(yōu)質(zhì)橡膠制成，其周期性地將果穗壓向剝皮輥，能夠保證玉米果穗能順利地移動(dòng)和翻轉(zhuǎn)。剝皮裝置一般配備前后4排葉輪，作用各不一樣:第1排(按果穗行進(jìn)方向)是逐穗輪，起定量器的作用，能使果穗以一層通往剝皮輥;第2排是剖皮輪，它的轉(zhuǎn)速比第1和第3排決定果穗在剝皮輥上通過速度的逐穗輪的轉(zhuǎn)速都高，剖皮輪能把果穗的苞葉剖成嚴(yán)密的縱條;第3排是另一個(gè)逐穗輪，限制果穗的運(yùn)動(dòng)速度，以此來提高剖皮效率，并能防止果穗翹起;最后一排是壓穗輪，它能夠壓住果穗，以便讓剝皮輥扯去果穗剩余的苞葉，并將果穗拋離剝皮輥組。1．2工作原理玉米聯(lián)合收獲機(jī)剝皮裝置的工作原理:玉米果穗喂入到與水平呈一定傾角并相向旋轉(zhuǎn)的剝皮輥組與壓送裝置之間時(shí)，果穗在壓送器作用下，緊貼在剝皮輥上，并且在重力以及剝皮輥和壓送裝置不斷推進(jìn)的作用下，沿剝皮輥外表向前滑動(dòng);由于兩剝皮輥間存在高度差且材質(zhì)不同，所以對(duì)果穗苞葉的摩擦力也不同，進(jìn)而使果穗沿本身軸線轉(zhuǎn)動(dòng);在旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)的經(jīng)過中果穗苞葉被破碎，并且當(dāng)剝皮輥與苞葉間的摩擦力大于苞葉和穗柄的聯(lián)合力時(shí)，將苞葉剝下，再由對(duì)輥將苞葉排出剝皮裝置，剝凈的果穗沿剝皮輥向下滑行并被輸送到果穗集裝箱。由剝皮裝置的工作原理可知，改良剝皮輥組和壓送裝置的構(gòu)造、材料以及優(yōu)化剝皮裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)可加強(qiáng)剝皮裝置對(duì)苞葉的剔除能力，提高剝皮裝置的工作性能和工作效率，減少籽粒損失。2存在的問題及建議當(dāng)前，玉米果穗剝皮是國(guó)內(nèi)外尚未徹底解決的技術(shù)難題，市場(chǎng)上主要的幾種剝皮裝置都存在難以解決的技術(shù)缺陷。由于玉米剝皮裝置的作業(yè)性能指標(biāo)不僅遭到本身構(gòu)造參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響，同時(shí)還遭到玉米果穗的物理特性等其他因素影響，因而開發(fā)設(shè)計(jì)出工作性能可靠、工作效率高的玉米聯(lián)合收獲機(jī)剝皮裝置還存在著很多難題。2．1剝皮技術(shù)難題玉米聯(lián)合收獲機(jī)上配置的剝皮裝置采用的均為輥式剝皮原理，依靠剝皮輥對(duì)玉米果穗苞葉的摩擦力，將苞葉剝除。當(dāng)摩擦力增大時(shí)，果穗剝凈率增高，但相應(yīng)的啃穗現(xiàn)象嚴(yán)重，脫落的籽粒也增加;反之，啃穗、掉?，F(xiàn)象減少，但果穗剝凈率降低。當(dāng)前，玉米果穗剝皮裝置還沒有將剝凈率和損失率、破碎率統(tǒng)一到適宜的地步。在田間作業(yè)時(shí)，玉米收獲機(jī)由于在摘穗經(jīng)過中會(huì)產(chǎn)生大量斷莖、碎葉等雜物，經(jīng)常出現(xiàn)剝皮裝置被堵塞的現(xiàn)象，影響了整機(jī)的工作性能，降低了工作效率。綜上所述，應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)剝皮輥配置形式、外形尺寸等關(guān)鍵因素的研發(fā)力度，提高剝皮輥的工作性能及剝皮裝置剝凈率，降低果穗籽粒損失率和損傷率，同時(shí)提高剝皮輥處理斷莖的能力。2．2可靠性差，制造工藝水平低當(dāng)前，市場(chǎng)上的玉米聯(lián)合收獲機(jī)剝皮裝置的可靠性差，作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性不夠高，尤其是其主要工作部件剝皮輥的工作可靠性和使用壽命較低，嚴(yán)重影響了玉米收獲機(jī)工作性能及作業(yè)的穩(wěn)定性。剝皮輥的可靠性和使用壽命與所選用材料、加工精度、裝配精度等因素嚴(yán)密相關(guān)。剝皮輥的制造工藝水平差，設(shè)備比擬落后，加工精度、裝配精度較低，致使工作部件磨損加快，工裝水平低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。因而，應(yīng)進(jìn)一步完善玉米聯(lián)合收獲機(jī)的剝皮性能，提高其作業(yè)的穩(wěn)定性及剝皮裝置的可靠性。尤其是要加強(qiáng)玉米剝皮輥材質(zhì)的研究，完善加工工藝，提高裝配精度，加強(qiáng)質(zhì)量管理體系，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高剝皮裝置的可靠性及工作的穩(wěn)定性。2．3互換性差，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一當(dāng)前，我們國(guó)家玉米聯(lián)合收獲機(jī)剝皮裝置的研制呈現(xiàn)出百花齊放的姿態(tài)，但是由于缺乏充足的理論設(shè)計(jì)根據(jù)，而且國(guó)家尚未制訂相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，以致于剝皮裝置構(gòu)造形式、剝皮輥型并沒有構(gòu)成統(tǒng)一形式，運(yùn)動(dòng)參數(shù)也設(shè)定不一，零部件互換性差，難于實(shí)現(xiàn)玉米聯(lián)合收獲機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。所以，應(yīng)盡快制訂有關(guān)玉米剝皮裝置的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范玉米剝皮裝置的研究與發(fā)展，提高并保證剝皮裝置相關(guān)部件的通用性和互換性。2．4種植農(nóng)藝不統(tǒng)一我們國(guó)家玉米種植帶多樣，縱跨寒溫帶、溫帶、亞熱帶和熱帶生態(tài)區(qū)，分布在高原、丘陵、平原等不同地理環(huán)境;種植農(nóng)藝多樣，有一熟、兩熟等種植農(nóng)藝，種植行距也不統(tǒng)一;玉米生物特性差異較大，玉米品種多而雜，其果穗大小及苞葉嚴(yán)密度等生物特性差異較大。多樣的玉米種植形式極大地增加了玉米收獲機(jī)械化的難度，已成為制約我們國(guó)家玉米收獲機(jī)械化發(fā)展的主要因素之一。針對(duì)我們國(guó)家玉米種植形式多樣、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合度不高的特點(diǎn)，應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)方向考慮，逐步統(tǒng)一玉米種植形式，逐步走上農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)相匹配的道路，才能真正地實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的融合，促進(jìn)玉米收獲機(jī)械化的快速發(fā)展。但當(dāng)前作為一個(gè)過渡期，能夠因地制宜地開發(fā)