【正文】 模式千差萬別，如有春玉米一年一作、春玉米一年兩作和兩年三作、夏玉米一年兩作以及小麥、玉米套種、一家一戶小規(guī)模種植等多種模式玉米植株的產(chǎn)量、高度等生長特點(diǎn)也差異較大。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平的提高和農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，在玉米生產(chǎn)中廣泛采用機(jī)械化生產(chǎn)方式明顯地受到玉米農(nóng)藝栽培技術(shù)的相互制約，還沒有一套系統(tǒng)的玉米機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)體 系指導(dǎo)和應(yīng)用到玉米生產(chǎn)中。由此農(nóng)民在生產(chǎn)中存在著機(jī)具有了怎么應(yīng)用的問題（即適應(yīng)玉米種植模式），以及如何種植玉米來適應(yīng)機(jī)械化收獲的問題，而不造成減產(chǎn)、減少收入等方面的問題。玉米收獲是玉米種植中最繁重的體力勞動(dòng)，約占整個(gè)玉米種植投入勞動(dòng)量的55%，在玉米生產(chǎn)全過程中機(jī)械化占據(jù)舉足輕重的地位。因此，機(jī)械收獲是減輕農(nóng)民 “三秋 ”勞動(dòng)強(qiáng)度、為農(nóng)民增效、增收的有效途徑之一。山東、河南、河北、遼寧、吉林等主要玉米產(chǎn)區(qū)都把玉米機(jī)收列為重點(diǎn)發(fā)展方向。隨著人民生活水平的不斷提高城鄉(xiāng)人民的飲食結(jié)構(gòu)也在不斷變化，人均的食用口糧逐年下降，飼料糧的需求逐年增多，而飼料糧中首選的作物是玉米。在玉米產(chǎn)量不斷提高的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的莖桿。這樣一來，大量的莖桿被付之一炬，不僅是巨大的浪費(fèi)，而且也造成了嚴(yán)重的空氣污染，還導(dǎo)致了諸如飛機(jī)不能起降、高速公路事故頻發(fā)等社會(huì)公害事件的發(fā)生。 在實(shí)現(xiàn)小康向更加富裕邁進(jìn)的新時(shí)期 ?隨著人民生活水平的提高食物營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的改善，農(nóng)牧業(yè)結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，畜牧業(yè)比重將進(jìn)一步增大，農(nóng)牧業(yè)良性循環(huán)的發(fā)展將增大對飼料作物的需求。因此大力開發(fā)莖桿資源，發(fā)展以莖桿為主要飼料的農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)，是我國畜牧業(yè)發(fā)展的重要途徑。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)玉米收獲機(jī)的研制狀況 我國玉米收獲機(jī)械研制起步晚，水平低，玉米機(jī)械化收經(jīng)歷了從引進(jìn)國外樣機(jī)試用、仿制、改進(jìn)到消化吸收、自行設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，并取得了很好的成果。從整體情況看，目前生產(chǎn)玉米聯(lián)合收獲機(jī)除懸掛式 (背負(fù)式 )外，大都處于樣機(jī)研制或試驗(yàn)階段。我國生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機(jī)按收獲工藝可分為兩種 ： 摘穗 —?jiǎng)兤?—果穗收集 —莖稈粉碎還田 (或收集 )； 摘穗 —果穗收集—莖稈粉碎還田 (或收集 )。國內(nèi)可實(shí)現(xiàn)果穗收獲、莖稈切碎一體化的技術(shù)已申報(bào)專利有很多，代表性的有：立式摘穗莖桿切碎裝置；在普通臥式摘穗輥式收獲 機(jī)割臺(tái)下方安裝與摘穗輥平行的刀軸，在刀軸上安裝不同形式的切刀，通過動(dòng)定刀配合、動(dòng)動(dòng)刀配合等方式實(shí)現(xiàn)玉米收獲、秸稈粉碎一體化技術(shù)兩種技術(shù)類型。我國玉米收獲機(jī)械化仍然存在著許多問題。其次是產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性差，機(jī)器故障頻繁，從而造成玉米籽粒破碎率、果穗損失率 、 高等問題。但各廠家的產(chǎn)量都不大，其主要原因就是如上所提到的機(jī)具的適應(yīng)性題、農(nóng)民的購買力和玉米收獲機(jī)的關(guān)鍵部件的可靠性等問題。在自動(dòng)化程度方面，由于國產(chǎn)玉米收獲機(jī)以實(shí)用為主，主要考慮降低制造成本，對自動(dòng)化要求不高，因此明顯落后于國外產(chǎn)品。 國內(nèi)近期玉米收獲機(jī)械仍以價(jià)格較低的懸掛式機(jī)型為主，適應(yīng)多種行距的玉米收獲機(jī)具將會(huì)隨著技術(shù)的不斷完善迅速占領(lǐng)市場。 國外玉米收獲機(jī)的研制 趨勢 目前國外玉米收獲機(jī)的研究與生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，目前在美國、德國、烏克蘭、俄羅斯等西方國家的玉米收獲 (包括籽粒和秸稈青貯 )已基本實(shí)現(xiàn)了全部機(jī)械化作業(yè)。如美國的 Johndeere 公司、 Case 公司、德國的 Mengle 公司、道依茨公司生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機(jī)，絕大部分是在小麥聯(lián)合收獲機(jī)上換裝玉米割臺(tái)，并通過調(diào)節(jié)脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速和脫粒間隙進(jìn)行玉米的收獲。喂入量已由一般的 5~6 千克／秒發(fā)展到 10~12 千克／秒所配發(fā)動(dòng)機(jī)的功率最大到 243 千瓦，正在研發(fā)的有 276 千瓦；割臺(tái)最大割幅已超過 9米 ， 配谷物聯(lián)合收割機(jī)的玉米割臺(tái)由收割 4~6 行發(fā)展到收割 8 行， 發(fā)動(dòng)機(jī)功率為 19 千瓦， 最高作業(yè)速度超過 千米／小時(shí)。除發(fā)展多種專用割臺(tái)（大豆、玉米、向日葵、水稻或捋穗型割臺(tái)）外，同一臺(tái)機(jī)器還可配不同割幅的割臺(tái)以適應(yīng)不同作物和不同單產(chǎn)的需要；改進(jìn)機(jī)體結(jié)構(gòu)（如收割臺(tái)的仿型機(jī) 構(gòu)、清糧室的自動(dòng)調(diào)平裝置等），使其更好地適應(yīng)不同作物和傾斜地面， 行走裝置配置多種寬度的輪胎、履帶，以提高工作的適應(yīng)能力。在傳統(tǒng)的紋桿切流滾筒及鍵式逐鎬器的脫粒分離裝置之后，雙滾筒橫置的軸流式結(jié)構(gòu)廣為應(yīng)用，繼而又研制了單滾筒或雙滾筒縱置的軸流式脫粒分離結(jié)構(gòu)，大大提高了脫粒率。 5．廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)，向舒適性、使用安全性、操作方便性方向發(fā)展為改善駕駛員工作條件，普遍裝有現(xiàn)代化的密閉駕駛室以隔熱、隔噪音；轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)速、收割機(jī)切割高度、谷物損失量、糧箱填充量、排草堵塞等配有信息顯示；自控裝置包括自動(dòng)對行、割茬高度自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)控制車速，自動(dòng)停車等；安全生產(chǎn)的警報(bào)輸出和互鎖補(bǔ)償系統(tǒng)有故障警報(bào)、信號報(bào)警或語音報(bào)警、啟動(dòng)耳鎖、單柄操作互鎖、運(yùn)輸與收獲互鎖等功能。通過以上的比較不難發(fā)現(xiàn)，我國 的玉米聯(lián)合收獲機(jī)械的現(xiàn)狀跟國外一些先進(jìn)技術(shù)相比還有相當(dāng)大的差距， 我國的科研人員在機(jī)器的制造質(zhì)量和可靠性、發(fā)展模式及如何使農(nóng)藝和農(nóng)機(jī)相結(jié)合等科研課題上，應(yīng)該有很大的發(fā)展空間。 擬解決的關(guān)鍵問題 在本課題中 主要解決的 關(guān)鍵問題有以下幾個(gè) 方面： 1． 各個(gè)機(jī)構(gòu)的空間布局， 其主要影響割臺(tái)的重量和生產(chǎn)成本，良好的布局可以使機(jī)構(gòu)簡化，傳動(dòng) 應(yīng) 平穩(wěn)，大大的提高了收割效率等。 2． 傳動(dòng)方案的選擇 問題，對于傳動(dòng)方案可以說是本課題最為關(guān)鍵部分之一，傳動(dòng)方案的好與壞直接影響到整臺(tái)玉米收割機(jī)的工作效率，對于玉米收割機(jī)收割時(shí)應(yīng)保持割臺(tái)的各個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定，以及固定的傳 動(dòng) 比，因此選用了鏈傳動(dòng)的方式，其具有良好的傳動(dòng)平穩(wěn)性， 保證了割臺(tái)各機(jī)構(gòu)的速度穩(wěn)定性。 6 第 2 章 總體 方案的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)功能要求 玉米割臺(tái)結(jié)構(gòu)體分為分禾器、玉米輸送鏈、拉莖輥、絞龍等部分組成。 1． 玉米秸桿對行收攏： 由于玉米種植行距差異較大，有機(jī)播、人工播和半機(jī)械化播種等多種情況，行距株距，甚至不成行等均不同，給玉米生產(chǎn)機(jī)械化作業(yè)帶來困難，為保證能將玉米秸桿切割同時(shí)夾持輸送，而不致將玉米植株碰倒漏收，設(shè)計(jì)了收獲分禾器。 3． 摘穗： 玉米植株由夾持輸送機(jī)構(gòu)夾持的同時(shí)，在摘輥反向旋轉(zhuǎn)作用下將玉米穗摘下。 機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 其工作原理是 玉米 進(jìn)入分禾器后 由夾持鏈夾持輸送，同時(shí) 在拉莖輥和摘穗板的作用下 將果穗摘掉；果穗被摘掉 后，經(jīng)輸送鏈條的傳遞，最后進(jìn)入絞龍。 常用的玉米機(jī)割臺(tái)機(jī)構(gòu)大體可以分為四種： 方案一：立式割臺(tái)、臥式滾刀方案，設(shè)計(jì)思 路是，往復(fù)刀切斷植株 → 夾持鏈夾持輸送 → 立式摘輥摘穗 → 喂入輥組輸送 → 臥式滾刀切碎并拋送莖稈。 缺點(diǎn)是從拉莖輥到滾刀，由三行變一束喂入滾刀，需加多對喂入導(dǎo)向輥， 7 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 方案二：輥刀切斷植株 → 臥式摘輥摘穗 → 螺旋輸送器匯集秸稈 → 喂入組輥喂入 → 臥式滾刀將莖稈切碎拋送的設(shè)計(jì)方案，本方案是借鑒烏克蘭生產(chǎn)的KCKY7AC 玉米收獲機(jī)技術(shù)。 方案三：往復(fù)刀切斷植株 → 夾持鏈夾持輸送 → 立式摘輥摘穗 → 立式滾刀切碎莖稈并拋送 → 拋送器將切碎莖稈拋送的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)思路，立式割臺(tái)的立式摘輥配置立式滾刀的機(jī)構(gòu)屬創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，經(jīng)查新和查詢有關(guān)資料未見國內(nèi)外報(bào)導(dǎo)，其特點(diǎn)立式摘穗輥拉莖棍兼作滾刀的喂入輥結(jié)構(gòu)簡單緊湊，問題是秸稈喂入與滾刀軸線的垂直性如何，需進(jìn) 行 試驗(yàn)驗(yàn)證；優(yōu)點(diǎn)是秸稈在切碎后輸送相對容易。 1 臥式摘穗輥式：主要由一對相對回轉(zhuǎn)的摘輥組成，摘輥配置前低后高， 8 縱向傾斜，軸線與水平線成 35度～ 40度夾角，兩輥的軸線基本平行，兩輥具有約 35mm的高度差。結(jié)構(gòu)原理如圖所示 22。 2 臥式摘穗板式：由一對縱向斜置式拉莖輥和兩個(gè)摘穗板組成。摘穗板位于拉莖輥上方，工作寬度與拉莖輥工作長度相同，為減少對果穗的擠傷，邊緣制成圓弧形。此種摘穗裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了穗莖兼收，但是莖稈夾持輸送結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且果穗上帶有的的苞葉較多，容易拉斷莖稈，功率消耗較大。由一對傾斜 (與垂直線 成 25。每個(gè)摘輥分上、下兩段，上段為主要部分，起摘穗作用，為了增加摘輥對莖稈的抓取能力和對果穗的擠落能力，該段的斷面為花瓣形；下段為輔助部 9 分，起拉莖作用，該段的斷面或與上段相同或采用 4～ 6個(gè)棱形。另外莖稈通過摘輥后，莖稈已有較大的傾斜，并且莖稈與地面較高，易于布置莖稈切碎裝置和回收裝置。 10 第 3 章 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 分禾器分析與設(shè)計(jì) 分禾器雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是對整機(jī)性能影響較大。但往往由于氣候條件、病蟲害、風(fēng)災(zāi)以及植株過高過密等原因，導(dǎo)致部分莖稈倒伏或折斷。另一方面，分禾器可以將 2b范圍內(nèi)的玉米植株跟 2b范圍外的分開，并將范圍內(nèi)的玉米植株全部攏到夾持輸送裝置，從而莖稈被割斷和輸送。由于分禾器的作用，植株接觸夾持輸送鏈時(shí)植株的傾斜度不同，夾持植株的部位不同，夾持的植株不均勻，容易導(dǎo)致夾持輸送鏈堵塞，影響機(jī)器的正常工作。在外力的作用下，玉米植株發(fā)生彎曲變形，在即將折斷的瞬間，植株與地面法線的夾角稱為玉米植株折斷臨界角，其大小影響分禾器的寬度和與地面的垂直距離。通過對植株高度、果穗高度、植株重心位置與莖稈含水量對臨界角影響 Y=+ （植株直徑） 11 Y=+ （自然高度） Y=+ （接穗高度） Y=+ （植株重心） Y=+ （莖稈含水量） 因此植株直徑對臨界角影響程度最大 其次是莖稈含水率、結(jié)穗高度、植株自然高度，影響程度最小的是植株重心位置。玉米植株折斷臨界角與分禾器張開寬度 l及高度 h之間的關(guān)系 a/tg h l? （ 31） h—分禾器尖端距地面的垂直距離； l—分禾器張開寬度； a—玉米植株折斷臨界角。 [2] 當(dāng)結(jié)穗高度小于 60cm時(shí)，從理論上推出分禾器張開寬度小于 22cm就會(huì)避免由于植株被折斷而漏摘。由理論分析知分禾器前傾角存在一臨界角 (45度～50度 )，當(dāng)前傾角小于臨界角時(shí)，相對于分禾器莖桿均勻速向后滑，前傾角大于臨界角時(shí)，莖桿均滑向分禾器尖端。 摘穗裝置的計(jì)算 撥禾鏈線速度與拉莖棍線速度分析 當(dāng)收獲機(jī)以 jV 速度向前行駛時(shí)，玉米植株相對于機(jī)器向相反方向以 bV 速度移動(dòng)，此時(shí)植株是穩(wěn)定的沒有傾倒的作用力，也就是說撥禾齒在平行于機(jī)器行進(jìn)方向的線速度等于機(jī)器行進(jìn)速度時(shí)能夠最好地保持作物的穩(wěn)定性。由此得出撥禾鏈的最佳線速度 12 / cosbjVV ?? （ 32） ? 為機(jī)器行進(jìn)方向與導(dǎo)入部分撥禾鏈運(yùn)動(dòng)方向的夾角，該夾角一般為 20度到 25度，也就是說 如果機(jī)器在 vj速度下作業(yè)，那么撥禾鏈的線速度應(yīng)為。 拉莖輥直徑 :根據(jù)抓取莖稈而不抓取果穗兩條件來確定。 摘穗時(shí)拉莖輥不抓取果穗 的條件： gg ftg ?? （ 36） 式中， α—摘輥對莖稈 的抓取角， gf —摘輥對莖稈 的抓取系數(shù)， T xTT yN N yBAhdD / 2NPP xT圖 1 圖 2αα gN x 圖 32 拉莖輥對莖稈抓取 示意圖 摘輥主要參數(shù) 14 ?????????????????22tg111hdDtg11c o sDhd1DdhDOAOCc o s （ 37） 2111fhdD???? 要抓取莖稈 則 ?2tgf ? 帶入上式得 摘輥不抓取果穗 的條件為 2m axm in111ggfhdD