小型山地水稻脱谷收割机系统的研究与开发

2019-06-27李欢

科技创新与应用 2019年9期

李欢

摘要：文章介绍了小型山地脱谷收割机的研究与应用，以山区农民特殊需求为出发点，指出大型脱谷收割机缺点，从问卷分析出发，介绍了小型收割机的工作流程、产品性能、产品优势以及产品的实际应用。

关键词：小型;山地;脱谷收割机

中图分类号：S225 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）09-0049-03

Abstract： This paper introduces the research and application of small-sized mountain threshing harvester. Starting from the special needs of mountain farmers， it points out the shortcomings of large-scale threshing harvester. Starting from the questionnaire analysis， it introduces the working flow， product performance， product advantages and practical application of small-sized mountain threshing harvester.

Keywords： small-scale; mountainous; threshing harvesters

1 概况

小型农机是指因为农作物、地形环境等一系列原因所造成的受众不广的特异性农机产品。现阶段，我国农业正朝着现代化发展而努力。根据国外发达国家的成熟经验，适度规模化经营是现代农业发展的必经之路。从我国出台的一系列土地政策，如土地流转、土地托管等政策可以看出，我国城镇化和农业耕地分界线边缘将趋于明显，大型农场的个数也将逐步扩大。但是在我国，还有一些地方的农业资源禀赋不适宜种植常规大田作物，在一些山区大型农机更是“施展不开”。因此，这些“特殊”地区、“小众”品种的机械化问题，成为制约我国农业生产整体机械化水平提升的瓶颈之一。

尽管市面上的收割机五花八门，但由于地区的地形复杂、崎岖，因此并不是收割机能够在任何环境下都能作业，对于山地山区，最为重要的是收割机的轻巧，因此迫切需要一种小型收割机。在满足功能的情况下，符合山区环境作业的收割机，并且小型收割机价格也较直观，不仅仅是作业空间小的农户需求，同样个体种植户也需求，可减少劳动力的成本，并且在短时间内能够回收资金。

在对水稻收割机械设备进行实际操作过程中，由于水稻种植户对机械设备的了解程度较低，长时间的作业对收割机的负荷很大，全国收割忙季收割机因发动机过热自燃事故历历在目;驾驶技术的培训因复杂繁琐，技术含量高，一次性投入大，使用操作技术水平要求高的特点，并不是所有人都能够使用;由于机手自身对收割机认识不够深刻，培训学习也不能得到实际的效益。田间实际操作中，由于不能正确掌握收割技巧，会出现严重稻谷收割不净、收割机的损坏、人员的伤亡等等情况。

2 小型山地水稻脱谷收割机系统开发

2.1 系统工作流程如图1所示

上述流程减少了水稻扶正、运输过程，因此本作品精简了相关的机械结构，缩减了机体体积，同时因稻穗直接进入脱谷器而稻杆无需进入，可去除吐出稻杆的过程。

2.2 问卷分析报告

为更好地把握用户需求，项目组走访了宁波周边地区，，共发放了调查问卷500份，回收473份，有效问卷470份，具体数据分析如下：

2.2.1 水稻种植次数的统计

从数据和图表（图2）可以看出种植中稻和双季晚水稻的居多，可见水稻收割机还是使用频率较多的。

2.2.2 水稻收割方法的统计

从数据和图表（图3）可以看出目前个体户基本上是租用水稻收割机居多数，而自家拥有水稻收割机的个体户就少之又少。可见由于水稻收割机的售价高，大部分个体户采用人工收割水稻或者租用水稻收割机。

2.2.3 小型水稻收割机的迫切需要性

从数据和图表（图4）可以看出，对小型水稻收割机的迫切需要性，很能直观的看出农户对小型收割机的迫切性。

2.2.4 水稻收割机的价格期望值

从数据和图表（图5）看可以看出，顾客对于收割机的价格还是比较看重的，尤其是这种成本比较高的，所以在设计收割机时需要尽可能控制成本，当然是要在保证安全性、性能的前提下。

2.2.5 产品特性侧重方面比较

从数据和图表（图6）可以看出：除了收割机的主要功能以外，侧重方面首先就是都比较看重安全性和价格经济，所以在设计时特别考虑设备的安全和成本的控制。

3 产品功能

（1）本产品稻谷损失率低，适用倒伏角为60°以上的稻谷稻谷高度1000mm左右，脱谷器悬挂高度离地面900mm左右。

（2）收割效率每四小时可收獲1亩左右，控制脱谷器的转速，选用相应的电机保证相应的转速。

（3）稻谷破碎率，损失率≤3.5%。

（4）小巧、轻便，重量轻，体积小。传统收割方式无法再进一步地缩小体积和重量，需改变收割方式与结构。本设计采用先脱谷再收割的办法，使脱谷器半径减小，随之设备整体体积和重量急剧下降。但在减少体积与重量的同时使设备具有脱谷、收割的功能。配备锂电池。设计全新的电机，则完全超出了能力范围，选择一款符合要求的电机，则市场上很难找寻。电池的体积不宜太大，形状以长条形为最佳。使用轻重量、高强度的材料打造收割机。

（5）能源安全环保，不需要柴油发动，采用电力驱动。现有收割机采用柴油发动，因传统收割机重量重，体积大无法实现采用电力驱动，而本设计需要在设计时就考虑重量体积问题。

4 产品特点

4.1 减少体积与重量、作业时避免泥石与谷物混淆

（1）传统收割机采用先收割再脱粒的方式，从而使收割后的水稻稻杆长度约100mm，稻杆进入脱谷器内，导致其直径必须超过300mm。如若脱谷器半径过小，则会出现脱谷器卡死或者脱粒不净的情况。

谷捷收割机采用先脱谷再收割的方式，能够使脱谷器直径减少，达到大幅度减轻重量的目的，使设备整体进一步缩小。

（2）传统收割机采用先收割再脱谷的方式，需将收割后的水稻通过过桥送入脱谷器内，再由脱谷完成后将稻杆吐出，这样的程序易导致脱谷器中混入泥土，所以必须安装筛选功能，将异物与谷物进行分离。

（3）谷捷收割机将脱谷器悬空立式摆放，可减少将水稻送入的系统结构和吐出稻杆的系统结构与部分零件，同时能够避免泥石与谷物混淆。通过利用重力，使打落稻谷后，直接纵向掉落，实现谷物集中收集的目的，达到传统收割机将稻谷集中的程序。

（4）考虑制作成本与山区存放柴油不便，并且电动机与柴油机相比，重量至少能够减少50kg，避免扭矩不足的情况，放置两个电动机，使系统进行独立控制，并且电力驱动可减少用户成本。

4.2 降低成本且适用于山地等苛刻环境

传统收割机因工艺问题导致其结构繁琐、体积庞大、价格昂贵，一般售价为几万至十几万不等，仅能够实现切割功能的小型割晒机价格最少也需六千元左右，因此对经济条件稍差的农户来说购买一台水稻收割机是一笔较大的开支，往往一个镇也就只有一两台水稻收割机，而且对于山地农户而言中大型收割机并不适用。

谷捷收割机不仅成本低，而且功能完善——既能收割又能脱谷，同时能够适应作业空间小的环境，如山地、丘陵、梯田等。

4.3 提高谷物收获率

（1）传统收割机用单个脱谷器作业，需要扶禾器扶稻、过桥喂入水稻与筛选沙石等程序辅助。谷捷收割机在减小脱谷器直径的情况下，为保证脱谷效率，采用四个脱谷器（左右两侧各两个脱谷器），实现水稻复脱，通过悬空摆放脱谷器的方式相配合，可减去扶禾器、过桥与筛选功能。

（2）传统收割机脱谷时使作业空间处于封闭状态，其中需要通过过桥喂入水稻方能完成。谷捷收割机的四个脱谷器处于半封闭状态，考虑到利用旋转力脱谷时会使谷物飞出，因此需要在两侧摆放各两个脱谷器，通过使左右两侧的旋转方向相反，达到以下三个目的：a.作业时形成封闭空间;b.喂入水稻时处于半封闭状态;c.脱谷时使稻谷撞击保护罩掉落至漏板完成稻谷收集的。

4.4 提高工作效率

为避免收割机作业时脱谷器与稻穗出现脱谷不净的情况，谷捷收割机设计时打破传统收割机水平安装脱谷器勾的方式，修改脱谷器上的勾，使它成倾斜15°安装，脱谷时能增加脱谷器对水稻的脱谷面积，使其全面性地脱谷。

4.5 轻便、适应性强、可调节高度

谷捷收割机将脱谷器设计为悬空并能够对高度进行可调节，满足因地域不同、成熟程度不同导致水稻高度不一致的特性;结构紧凑满足作业空间小的特性。

谷捷收割机结构紧凑，较为轻巧，体积0.5m×0.8m×1.3m、重量为30kg，可实现个人搬运。

4.6 将切割装置设置为可调整、适用于各种耕种方式

考虑到各地区耕种传统与方式的不同，从而导致对水稻根部处理的方式不同，将水稻露出稻杆高度可进行调整，根部过长的地区对其焚烧，增加土壤中的养分，而过短的根部可进行翻耕，使根部埋入土壤提供养分。

5 产品应用

根据设计方案的建模结果和选型要求，制作了一台样机。

为验证产品是否达到既定功能要求，于2017～2018年间，在宁波周边寻找了几家农户进行收割体验。参照GB8097-1987谷物收获机械试验方法进行試验，采用一人推动谷捷收割机的形式来完成。在试验过程中机器使用方便、人员体力消耗较小。试验数据如表1所示，各项指标均达到要求。

参考文献：

[1]雷雨春，顾智原，郭永杰，等.4LZ-8型自走式纵轴流谷物（玉米）联合收获机[J].农业工程，2012，02（5）.