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200 年 月 第 期 青貯玉米收獲機的設(shè)計 代山林 （塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300） 摘 要：玉米秸稈具有很高的利用價值。近年來，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，動物飼料短缺的問題日益嚴(yán)重，在冬季尤為嚴(yán)重。在我國農(nóng)村，玉米秸稈作為動物飼料有著悠久的歷史，但是玉米秸稈在進行收獲時大多采用人工收獲，費時費力；機器收獲則多是將秸稈粉碎還田。目前市場上出現(xiàn)了一種玉米收獲機，能夠?qū)⒔斩挿鬯榈耐瑫r送入集草車，這種方法固然便于收集，但運貯作業(yè)費工費時。本實用新型提供一種玉米收獲機的摘穗莖稈切碎復(fù)合裝置，包括摘穗棍，工作時，穗莖兼收割臺將果穗摘下并將莖稈收集、切碎，然后，果穗經(jīng)果穗升運器進入果穗箱，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： 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號： - 4 - 0 引言 玉米是我國三大糧食作物之一，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農(nóng)業(yè)、農(nóng)民、農(nóng)村乃至整個國民經(jīng)濟發(fā)展都具有重要意義。我國21各省、市、自治區(qū)都有玉米種植。種植面積、總產(chǎn)量僅次于美國，居世界第二位，玉米年產(chǎn)量達12029萬噸，約占世界玉米總產(chǎn)量的18%。玉米生產(chǎn)對工農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。目前，我國的小麥?zhǔn)斋@已基本實現(xiàn)了機械化，而玉米機收水平只有5%，成為玉米生產(chǎn)過程的瓶頸和難點。玉米生產(chǎn)機械化水平低嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化的整體水平，阻礙了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程。 造成玉米生產(chǎn)機械化水平低的主要原因，一是農(nóng)機與農(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，不便于機械作業(yè)；二是現(xiàn)有玉米生產(chǎn)機型少，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、有的需要青儲等等；三是玉米生產(chǎn)機械特別是收獲機械造價高，利用率低，農(nóng)民一次性投資大，投資回收期長。此外，農(nóng)民焚燒秸稈問題一個重要的原因是沒有合適的穗莖兼收型玉米收獲機，將玉米秸稈回收利用，用于畜牧飼料，減少對秸稈的焚燒造成的空氣污染。 玉米收獲機械化可以帶動玉米的產(chǎn)業(yè)化種植，減輕農(nóng)民勞動強度。而秸稈可以直接粉碎還田增加土壤的有機質(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。避免秸稈焚燒帶來的資源浪費和大氣污染，嚴(yán)重影響道路交通和民航的正常運營。因此，結(jié)合我國國情和各種使用條件，研制一種新型穗莖兼收玉米聯(lián)合收獲機（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)實意義。 社會經(jīng)濟效益:把農(nóng)民和畜牧養(yǎng)殖戶從繁重的體力勞動中解放出來，一臺機械收獲效率每天可代替60個手工勞動者的作業(yè)效率，大大縮短了秋收秋種時間和養(yǎng)殖戶頭痛的飼料收集問題，還可帶動畜牧業(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)民的勞動強度，提高了廣大農(nóng)民的生存質(zhì)量，使農(nóng)民有更多的時間從事其它產(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、機場等公用設(shè)施的安全，利于保護環(huán)境。 1 設(shè)計原理及機構(gòu) 1.1 設(shè)計原理 造成玉米生產(chǎn)機械化水平低的主要原因，一是農(nóng)機與農(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，不便于機械作業(yè)；二是現(xiàn)有玉米生產(chǎn)機型少，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、有的需要青儲等等；三是玉米生產(chǎn)機械特別是收獲機械造價高，利用率低，農(nóng)民一次性投資大，投資回收期長。此外，農(nóng)民焚燒秸稈問題一個重要的原因是沒有合適的穗莖兼收型玉米收獲機，將玉米秸稈回收利用，用于畜牧飼料，減少對秸稈的焚燒造成的空氣污染。 玉米收獲機械化可以帶動玉米的產(chǎn)業(yè)化種植，減輕農(nóng)民勞動強度。而秸稈可以直接粉碎還田增加土壤的有機質(zhì)含量，或者秸稈回收用于飼料，為大機配套使用。首次采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了一機多用，提高了各部分的通用性能，減少了機具的進地次數(shù)，降低了作業(yè)成本，對冬小麥搶時搶種增收效果十分明顯。 1.2 總體設(shè)計 分體式小麥免耕播種機結(jié)構(gòu)示意，如圖1所示 圖1 青貯飼料收獲機結(jié)構(gòu)示意圖 工作時，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)送莖稈的過程中，切碎刀切碎莖稈并將其甩入并經(jīng)由橫向攪龍進入拋送器切斷，拋送器將碎莖稈輸送到集草箱。 2 關(guān)鍵部件設(shè)計 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，軸承座安裝在機架上，并且可通過調(diào)節(jié)軸承座與機架的間距來改變兩個摘穗輥之間的間隙。后段為強拉段，主要作用是將秸稈的末梢和摘穗中拉斷的秸稈強行拉出以防堵塞。強拉段上是與軸線平行的凸棱，為了加強拉引和喂入效果，強拉段采用五棱式。其作用是對莖稈進行徑向引流和拉斷。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖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間，因此兩個摘穗輥有一個高度差，外側(cè)摘穗輥要高于內(nèi)側(cè)摘穗輥，這個高度差一般為35mm。外側(cè)摘穗輥軸線高于內(nèi)側(cè)摘穗輥，一般摘穗輥最低點應(yīng)在一個水平面上，但實際作業(yè)中倒流錐的功能與長度的關(guān)聯(lián)程度不大，因此兩摘穗輥總長均取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，由于摘穗輥與秸稈之問產(chǎn)生打滑，容易造成堵塞。當(dāng)線速度過高時，將是果穗和摘穗輥撞擊力增大，果穗落粒加劇。臥式摘穗輥水平配置傾角為35～40時，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)摘穗輥頂圓線速度為3.5m／s時，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)簡圖 2.2傳動軸 動刀軸由聯(lián)軸器傳入動力,功率P=2.5kw,轉(zhuǎn)速為n=1000r/min,軸上安裝有軸承、動刀盤、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 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。中間動刀盤定位為緊定螺釘,螺釘型號為M8。動刀軸與變速箱通過套筒聯(lián)軸器連接,連接段為方形,長度為50mm。 ③結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3所示 圖3 傳動軸結(jié)構(gòu)簡圖 2.3螺旋輸送器 本設(shè)計的輸送機構(gòu)采用螺旋桿機構(gòu)，螺旋桿輸送的優(yōu)點在于不會出現(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<, 所以軸滿足強度要求。 其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3 圖3 輸送螺旋器結(jié)構(gòu)簡圖 3 總結(jié) （1）該機以玉米為對象而設(shè)計的，所以其應(yīng)用范圍有局限性，需改進。 （2）本設(shè)計采用拖拉機為源動力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理論上達到了達到了摘穗并對穗桿進行分節(jié)收獲，由于沒有實際檢驗，實際的可行性程度還不能確定，有待改進。 4 參考文獻 [1]陳長林,張彬,沐森林.CX4Q-1A型青貯機的設(shè)計及試驗研究[J].農(nóng)機化研究,2009,01:185-188. 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