燕 丽

(山西省农业机械发展中心，山西 太原030002)

0 引言

玉米作为我国3大类农作物之一，在粮食生产中占有极其重要的地位。近几年，随着山西省农作物种植结构的调整，玉米种植面积逐年上升，据统计2019年已达到171.5万hm2，是山西省第1大粮食作物，是农民的主要经济收入来源。目前，玉米收获机械化程度不高，约为65%，而且受玉米种植地域跨度大、气候环境变化大、农艺生产作业习惯及玉米种植品种不同的影响，玉米茎秆、籽粒含水率有很大差异，特别是成熟度较高的玉米收获时，易造成玉米机收作业过程中存在断茎、夹带、堵塞等问题，导致玉米机械化收获时出现果穗含杂率、籽粒破碎率、苞叶剥净率和苞叶夹带籽粒等关键指标不能很好满足要求。为了适应山西省内地域农业现代化发展的要求，进一步提高玉米收获机械化水平，结合山西省现代农机装备引进试验项目(JNJK2020-03)科技专项的实施，研发了具有自主知识产权的新型4YZ-3B型自走式玉米收获机。

1 整机结构及工作原理

1.1整机结构

4YZ-3B型自走式玉米收获机一次可以完成摘穗、剥皮、果穗集装和秸秆粉碎还田等作业，其结构如图1所示[1]。

1.2工作原理

4YZ-3B型自走式玉米收获机行走作业时，收获机沿玉米行间行走，带穗的玉米茎秆在拨禾链的扶持下引入纵向倾斜配置的摘穗辊间隙中，相向旋转的摘穗辊不断将茎秆向下方拉送。由于果穗直径较大，不能通过摘穗辊的间隙而被摘穗钩摘下，使得玉米穗与茎秆分离，玉米穗落入升运器内。升运器将玉米穗输送到剥皮机内，由于剥皮辊相向转动，将果穗外面的苞叶搓开、夹持、拉下，被剥下来的苞叶和随着苞叶一起脱落的籽粒掉在清选筛上，在清选筛往复抖动和清选风机作用下，苞叶被推出剥皮机，籽粒掉入下面的粮箱。剥过皮的玉米穗被压穗轮、甩穗轮抛入果穗箱。摘掉玉米穗的茎秆被割台下方的秸秆粉碎装置粉碎洒在地面，实现秸秆还田。机组在行走和作业时分别操作液压手柄，实现割台的升降。果穗集装箱装满后，通过操作液压手柄实现果穗集装箱的降落与升起，完成玉米穗的装卸[2]。

1.3主要技术参数

玉米收获机主要设计参数如表1所示。

2 关键技术及创新点

2.1关键技术

按照玉米不同种植农艺要求，该机关键技术如下。

(1)配套动力83 kW、摘穗机构为3行、割幅1 665～2 015 mm可调的自走式玉米收获机，可一次完成摘穗、输送果穗、果穗集箱和秸秆粉碎还田作业，适合不同地块的平稳收获。

(2)采用自走底盘，达到整机配置合理、结构简单、重心低和机动灵活。

(3)该机传动系统简单、可靠。发动机设计在前、后桥中间，横向低位放置。

(4)驱动桥变速箱8+2挡，适应不同作业速度的玉米收获作业要求，适应不同种植标准的玉米收获作业要求[3]。

(5)采用左侧卸粮装置，驾驶员视线好，安全性能提高，同时作业效率也有所提高。

2.2技术创新点

(1)割台采用摘穗辊，收获损失小、籽粒破碎率低，特别是在输送接口上下空间尺寸调整后，基本无掉粒和籽粒破碎现象。

(2)采用在果穗输送通道中增加了径向风机，对摘穗作业过程中产生的茎秆、苞叶进行强制清杂，实现提高果穗清杂能力的功能。

(3)剥皮机采用高低辊的组合方式，提高了剥皮效率，外加压送器等装置的共同作用，使果穗剥皮过程更加顺畅，在剥皮机下面配有二次回收装置，降低了籽粒的损失率，同时配备振动式出皮机构，使出皮更加顺畅，有效减少籽粒破碎率及籽粒损失率。

(4)粉碎机和割台可以一体升降又可单独操作，适应性好。

3 总体设计及主要部件设计

3.1总体设计

根据设计要求，本机设计为3组摘穗工作部件，割幅为1 665～2 015 mm。考虑到机动性能和通过性能，机组总长小于6 400 mm，底盘外形宽度1 750 mm，机组高度3 000 mm，轴距2 220 mm。总体设计布局采用前置玉米收获割台和甩刀式切碎器，输送槽位于中间位置，操纵部分及驾驶员乘坐设计在前驱动轮正上方，发动机设计在两轴中间位置，剥皮机设计在发动机上方，集穗箱设计在机组后部，为了方便卸穗，集穗箱设计为向左侧翻。

3.2底盘设计

该机自走底盘的驱动桥前置，转向桥后置，为适合山区道路采用四轮驱动。驱动桥与转向桥在设计中考虑到农田道路的坡陡、颠簸、冲击等实际情况，设计承载能力、驱动轮最大扭矩有较大的储备性能[4-5]。

为提高机组的整体刚性和强度，主要底盘机架采用16#槽钢整体焊接。

发动机左侧动力输出皮带轮带动行走变速箱离合器皮带轮驱动行走，发动机右侧动力输出分为3组，一组向前输入给割台，一组向上带动风机皮带轮并将动力传给剥皮机，还有一组传给割台下方的秸秆粉碎装置，完成动力输出[6-7]。

3.3割台机构设计

收割台主要由摘穗辊、拨禾链、割台齿轮箱和收割台架等组成，割台由液压系统控制升降，如图2所示。

摘穗装置是收获机的关键部分，它的主要功能是将玉米茎秆在拨禾链扶持下导入摘穗辊的间隙中，将带穗玉米茎秆拉下并将果穗从茎秆上摘下落入输送槽中。

机组在向前行进的过程中，分禾角自然插入玉米秆之间，将玉米秆分拨到分禾角的两侧，并随着分禾角的前进，玉米秆分别靠在分禾角两侧向后滑移，随即进入导禾区，进入导禾区的玉米秆在拨禾链拨齿的拨动作用下，被强制拨入一对摘穗辊之间。在摘穗区内，拨禾链拨齿向后拨送，同时导入锥将玉米秆引入一对摘穗辊之间，玉米秆在一对摘穗辊的作用下强制向下拉动，在向下拉动的同时玉米果穗被摘穗辊摘下，果穗从茎秆上摘下落入小输送槽，摘穗后的玉米秆被拉茎辊拉回地面，完成割台摘穗过程。卧式摘穗辊如图3所示。

1.强拉段 2.摘穗段 3.导锥 4.摘穗辊间隙调节轴承 5.螺纹凸棱图3 卧式摘穗辊Fig.3 Horizontal picking roller

3.4秸秆粉碎机构设计

本机在割台下方设计了一个直径440 mm的玉米秸秆粉碎机，如图4所示。根据设计要求，考虑充分利用割台下方空间和方便传递动力，设计了甩刀式粉碎机，粉碎机和割台可以一体升降又可单独操作，割台可以降到最低收获200 mm以下的低结穗玉米，大大减少了割台玉米果穗的丢失[8]。

图4 秸秆粉碎机外形Fig.4 Shape of straw crusher

秸秆粉碎机的作用是当收获的玉米结穗高度比较大、秸秆比较高时，秸秆量比较大，通过粉碎机对秸秆进行粉碎以便于收获作业。

3.5剥皮机设计

为了适应快速玉米收获作业，剥皮机设计了3组剥皮辊，剥皮辊工作长度大于950 mm，倾斜度为4°，每秒钟可以剥皮将近20个玉米穗，满足机组6～7 km/h的高速收获作业。剥皮机结构如图5所示。

图5 剥皮机结构Fig.5 Structure of peeling machine

剥皮装置是将升运器输送来的果穗苞叶分离，并将剥下的苞叶，以及摘穗过程中产生的断茎秆、茎叶、杂物排出的工作部件。

剥皮装置主要由果穗压送机构、剥皮机构、清选机构、回收粮仓和机架等组成。为了提高苞叶剥净率，降低对籽粒的啃伤，增强果穗在剥皮机内流动性，剥皮辊采用3组平面布置，前端剥皮辊采用铁辊+橡胶辊组合，后端全部为橡胶辊[9]。剥皮辊上方布置有4道果穗压送器，剥皮辊下方有清选筛，清选筛下面有籽粒回收仓。

该剥皮机剥皮辊采用高低辊的组合方式，剥皮效果好，如图6所示。采用可调式张紧弹簧，可根据不同地区玉米种植行距、品种，调节剥皮辊之间的间隙，增加剥皮机的适应性。采用振动筛式排杂装置，增加回收箱，使脱落籽粒与苞叶充分分离，通过筛网落入到回收箱内，大大减小籽粒损失率。

图6 剥皮辊示意Fig.6 Schematic diagram of peeling roller

4 试验结果及分析

样机在不同地区、不同农艺种植模式下进行了大量的性能试验，对存在的问题有针对性地进行优化改进设计，共性问题从根本上得到解决，实现了机具的各项结构及性能参数符合设计要求。

4YZ-3B型自走式玉米收获机在标定持续作业量、籽粒含水率为25%～35%、果穗下垂率<15%、结穗高度>35 cm的条件下，各项指标及性能达到或优于设计要求，如表2所示[10-11]。

表2 主要性能指标

5 结论

4YZ-3B型自走式玉米收获机解决了影响山西省及相似气候地理条件、种植方式地区的玉米收获环节中配套机具不足的问题，与国内同类型产品比较具有以下特点。①结构新颖独特，采用自走底盘配置前置甩刀式收获割台，克服了驱动轮碾压秸秆还田效果差的问题。②该机总长6 330 mm，轴距2 220 mm，转弯半径小，机动灵活。③性能稳定可靠，适用性广，能满足不同作业速度、不同种植标准的玉米收获作业要求。④剥皮效率高，籽粒回收率高，总损失小。对推进山西省玉米生产机械化水平的发展，提升农业现代化装备水平，提高农业生产效益具有重要意义，具有良好的应用价值和推广前景。