馮 偉，龐有倫，李 平，崔晉波，張先鋒，湛小梅

(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329)

4LZ-1.0小型收割機(jī)設(shè)計(jì)及脫粒分離裝置優(yōu)化

馮 偉，龐有倫，李 平，崔晉波，張先鋒，湛小梅

(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329)

為了適應(yīng)西南丘陵山區(qū)的作業(yè)環(huán)境，改善脫粒分離損失較大、含雜較高且容易堵塞的問題，提高水稻機(jī)械化收獲水平，設(shè)計(jì)了可滿足1.0喂入量的小型聯(lián)合收割機(jī)。通過對(duì)比試驗(yàn)分析雙切流脫粒分離裝置脫粒清選性能，對(duì)脫粒滾筒不同釘齒布置形式、滾筒線速度進(jìn)行了優(yōu)選。試驗(yàn)結(jié)果表明：雙切流小型聯(lián)合收割機(jī)收獲水稻的最佳組合方式為：第1滾筒采用弓齒結(jié)構(gòu)、滾筒線速度為19m/s，第2滾筒采用釘齒結(jié)構(gòu)、滾筒線速度為20m/s時(shí)，脫粒分離效果較好。優(yōu)化后的4LZ-1.0小型收割機(jī)在水稻收割試驗(yàn)時(shí)，含雜率為1.28%，損失率為1.6%，破碎率為0.17%，生產(chǎn)率為0.12hm2/h，滿足設(shè)計(jì)要求。

小型收割機(jī)；雙切流；脫粒分離；性能試驗(yàn)

0 引言

我國大部分地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了水稻機(jī)械化收獲，但西南丘陵山區(qū)因地形地貌限制田塊較小，主要以傳統(tǒng)手工收獲為主。由于其勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低及農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展水平相對(duì)落后的特點(diǎn)，急需改善落后的水稻生產(chǎn)條件，因此迫切需要研發(fā)一款適用于小田塊作業(yè)的小型聯(lián)合收割機(jī)。

國外收獲機(jī)械質(zhì)量和效率受到市場(chǎng)普遍認(rèn)可，但這些機(jī)型體積龐大且大部分為輪式，很難適應(yīng)我國丘陵地區(qū)深泥腳、小田塊的作業(yè)環(huán)境，且售價(jià)高，難以大量引進(jìn)[1-4]。國內(nèi)小型聯(lián)合收割機(jī)還處于起步階段，主要以手扶式小型收割機(jī)為主，同時(shí)國產(chǎn)機(jī)型還存在脫粒分離技術(shù)不成熟，以及在水稻收獲時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大、籽粒損失率較大、收獲效率低等問題[5-6]。隨著我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，對(duì)脫粒分離的工作性能、作業(yè)效率和可靠性等方面提出了更高的要求[7-9]。

為了解決上述問題，筆者研制了4LZ-1.0小型聯(lián)合收割機(jī)，以履帶作為行走機(jī)構(gòu)，降低接地比壓，提高水田通過性能，并將雙切流脫粒滾筒應(yīng)用于該機(jī)型上。李耀明[10-14]等對(duì)橫軸流、單切雙橫流、切縱流、縱軸流滾筒進(jìn)行了脫粒分離理論與試驗(yàn)研究，但鮮有對(duì)雙切流脫粒滾筒脫粒性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。本文分析了雙切流脫粒分離裝置不同脫粒結(jié)構(gòu)及脫粒滾筒不同轉(zhuǎn)速對(duì)收割機(jī)脫粒性能的影響，并將最終優(yōu)化后的方案按照農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣鑒定大綱要求進(jìn)行了數(shù)據(jù)檢測(cè)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

該小型聯(lián)合收割機(jī)主要由履帶自走式底盤、動(dòng)力總成、脫粒清選總成、中間輸送總成、割臺(tái)總成、撥禾輪總成、操縱總成及糧倉總成等組成,如圖1所示。

收割機(jī)作業(yè)過程如下：撥禾輪將水稻撥向割臺(tái)，再由割臺(tái)上的割刀切斷，切下來的水稻經(jīng)割臺(tái)滾筒螺旋和伸縮扒齒將谷物拋送到中間輸送總成，再將谷物輸送到脫粒滾筒入口；經(jīng)過第1脫粒滾筒揉搓和第2滾筒梳刷脫粒后，谷草從排草口排出，脫?？偝杉?xì)小雜草隨水稻一起落下，經(jīng)過振動(dòng)篩和風(fēng)扇清選后由螺旋輸送送入糧倉，其工作流程圖如圖2所示。

1.2 脫粒分離裝置

脫粒分離裝置主要由第1脫粒滾筒、第2脫粒滾筒、第1凹板篩、第2凹板篩、罩殼及排草輪組成，如圖3所示。第1脫粒滾筒以揉搓脫粒為主，主要用于分離70%易脫谷物，入口間隙取30mm，出口間隙取20mm，為了保證滾筒的防纏草作用，滾筒直徑取460mm；第2脫粒滾筒梳刷脫粒以主，主要用于分離30%難脫谷物及谷草分離，入口間隙取25mm，出口間隙取15mm，為了保證滾筒的脫粒分離性能，滾筒直徑取550mm。

為了保證谷物有充足的脫粒分離面積，凹板篩在滿足谷物通過順暢的前提下，包角應(yīng)盡量大。第1凹板篩的包角設(shè)計(jì)值為92°，第2凹板篩的包角設(shè)計(jì)值為120°，凹板篩柵條直徑設(shè)計(jì)為4mm，網(wǎng)孔大小45mm×14mm。

1.撥禾輪 2.割臺(tái)總成 3.中間輸送總成 4.履帶自走式底盤 5.脫粒清選總成 6.操縱總成圖1 試驗(yàn)用聯(lián)合收割機(jī)Fig.1 The combine harvesters for test

圖2 工作流程圖Fig.2 Workflow diagram

1.第1脫粒滾筒 2.第2脫粒滾筒 3.排草輪 4.第2凹板篩 5.第1凹板篩圖3 脫粒分離裝置Fig.3 the separation part

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸/mm：3 500×1 400×1 650

割幅/mm：1 200

喂入量/kg·s-1：1.0

配套動(dòng)力/kW：16

生產(chǎn)效率/hm2·h-1：≥0.1

總質(zhì)量/kg：≤900

接地壓力/kg·cm-2≤0.17

脫粒方式：雙切流

2 試驗(yàn)方法

2.1 脫粒分離性能試驗(yàn)2.1.1 試驗(yàn)水稻特性

試驗(yàn)采用重慶地區(qū)水稻，品種為“渝香203”，其部分特性如表1所示。

表1 水稻基本特性參數(shù)

2.1.2 試驗(yàn)方法

以第1脫粒滾筒、第2脫粒滾筒脫粒方式、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速，按單因素法對(duì)聯(lián)合收割機(jī)脫粒性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)試分析收割機(jī)的損失率、破碎率、含雜率，最終獲得最佳的切流脫粒滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

試驗(yàn)時(shí)，逐次更換脫粒滾筒，調(diào)整滾筒轉(zhuǎn)速，按照農(nóng)業(yè)部推廣鑒定大綱要求，進(jìn)行田間收獲試驗(yàn)。選取株高均勻、田塊平整的田塊，將田塊修理得盡量方正；試驗(yàn)用水稻長度為25m并做好標(biāo)記，將接料裝置連接到收割機(jī)拍草口，啟動(dòng)小型聯(lián)合收割機(jī)使其達(dá)到空載最大轉(zhuǎn)速，等待2～3s，再啟動(dòng)工作離合，等收割機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)后開始收割試驗(yàn)。

2.2 整機(jī)性能試驗(yàn)

根據(jù)脫粒分離性能試驗(yàn)優(yōu)選后的參數(shù)，調(diào)整脫粒滾筒結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速，并按照脫粒分離性能試驗(yàn)的方法開展田間收獲試驗(yàn)，進(jìn)行3次檢測(cè)，并記錄試驗(yàn)結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 脫粒分離性能試驗(yàn)

聯(lián)合收割機(jī)脫粒裝置要求谷物脫粒干凈，且脫出物雜余少，以減少對(duì)清選裝置的負(fù)擔(dān)。因此，通過脫粒滾筒脫粒元件結(jié)構(gòu)、滾筒線速度等進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，

研究其對(duì)脫粒損失率、破損率及含雜率的影響。

3.1.1 脫粒元件對(duì)谷物損失率和含雜率的影響

常見的脫粒元件有釘齒、弓齒及紋桿等，本文結(jié)合收割機(jī)的脫粒效果，選用釘齒和弓齒開展脫粒分離性能試驗(yàn)，結(jié)果如圖4和表2所示。

圖4 不同脫粒元件時(shí)脫粒分離裝置的損失率和含雜率折線圖Fig.4 The line chart of loss ratio of threshing and separating

device with different threshing elements

表2 不同脫粒元件時(shí)脫粒分離裝置的損失率和含雜率

從圖4可以看出：試驗(yàn)1、2、3測(cè)試結(jié)果相差不大，試驗(yàn)2第1滾筒采用弓齒、第2滾筒采用釘齒結(jié)構(gòu)時(shí)，損失率較低、含雜率較小。試驗(yàn)4含雜率最低，但損失率增幅較大，是因?yàn)榫捎霉X結(jié)構(gòu)，第2滾筒谷物不能全部分離出去，最后經(jīng)過排草輪直接排除機(jī)外。因此，采用第1滾筒弓齒、第2滾筒釘齒的脫粒滾筒結(jié)構(gòu)，可以使谷物運(yùn)動(dòng)更加順暢，損失率、含雜率控制較好。

由表2 可以看出：第1、2滾筒均采用弓齒時(shí)，谷物損失率較高。這是因?yàn)殡p滾筒脫粒各滾筒作用不同，第1滾筒主要作用是揉搓脫粒，第2滾筒主要作用是脫粒分離，采用相同的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致脫粒分離不夠徹底；采用釘齒和弓齒混合使用時(shí)，損失率較低。

3.1.2 滾筒線速度對(duì)谷物損失率、破損率和含雜率的影響

滾筒線速度對(duì)谷物損失率、破損率和含雜率的影響如表3和圖5所示。由表3可以看出：第1滾筒線速度越大，破碎率越高。這是因?yàn)獒旪X高速梳刷，谷物來不及分離出去被擠壓破碎。

由表3、圖5可以看出：滾筒線速度越低時(shí)，谷物破碎率越小，損失率、含雜率呈現(xiàn)先小后大的趨勢(shì)。這是因?yàn)檩^小的脫粒線速度會(huì)使水稻脫粒不干凈，同時(shí)脫下的稻谷也難以從谷草中分離出來，導(dǎo)致?lián)p失率增加。觀察試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：試驗(yàn)2損失率2.3%，含雜率1.78%最小，破碎率0.61%滿足設(shè)計(jì)要求，說明該方案脫粒分離效果最好。

表3 不同滾筒線速度時(shí)脫粒分離裝置的損失率、破損率和含雜率

3.2 整機(jī)性能測(cè)試

2016年10月18日至2016年10月20日，在重慶市萬州區(qū)馬頭村，對(duì)4LZ-1.0小型聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行了水稻收割試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)采集和處理均按照GB/T 8892—2008《收獲機(jī)械聯(lián)合收割機(jī) 試驗(yàn)方法》和DG/T 014—2009《谷物聯(lián)合收割機(jī)》執(zhí)行[15-16]。

試驗(yàn)田選取1hm2，未倒伏，平均株高78cm，千粒質(zhì)量25.6g，籽粒含水率 13.1%，平均產(chǎn)量 8335 kg/hm2，作業(yè)參數(shù)和田間狀態(tài)符合實(shí)驗(yàn)要求。收割機(jī)采用Ⅱ檔作業(yè)，試驗(yàn)過程檢測(cè)含雜率、損失率、破碎率、作業(yè)生產(chǎn)率及燃油消耗等性能參數(shù)。試驗(yàn)過程中，收割機(jī)各工作部件運(yùn)行順暢，主要性能指標(biāo)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

由表4可以看出：各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后的小型聯(lián)合收割機(jī)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 主要性能指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)論

1)第1滾筒的主要作用是完成易脫部分揉搓脫粒，第2滾筒的主要作用是難脫部分脫粒和谷草分離。第1滾筒和第2滾筒均采用弓齒結(jié)構(gòu)時(shí)，谷物損失率較高。

2)對(duì)于雙切流脫粒方式，第1滾筒采用弓齒、第2滾筒采用釘齒的結(jié)構(gòu)時(shí)，谷物運(yùn)動(dòng)更加順暢，損失率、含雜率控制較好。

3)第1滾筒線速度越大，由于釘齒的高速梳刷，谷物來不及分離出去被擠壓，破碎率越高。

4)當(dāng)?shù)?滾筒線速度為19m/s、第2滾筒線速度為20m/s時(shí)，脫粒效果最好，其損失率為2.3%，含雜率為1.78%，破碎率為0.61%。

5)優(yōu)化后的4LZ-1.0小型收割機(jī)在水稻收割試驗(yàn)時(shí)，含雜率為1.28%，損失率為1.6%，破碎率為0.17%，生產(chǎn)率為0.12hm2/h，滿足設(shè)計(jì)要求。

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Experimental Research on Threshing and Separating Performance of Double - stream Cut Threshing Device

Feng Wei, Pang Youlun, Li Ping, Cui Jinbo, Zhang Xianfeng, Zhan Xiaomei

(Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China)

In order to solve the problem that threshing and separating of small combine harvester has high inclusions and easy to jam, a double-stream threshing and separating device can be designed for 1.0 combined feeding amount. Through comparative test, Different nail tooth arrangement forms, roller linear velocity is optimized. The results showed that the optimal combination of double - cut - flow small combine harvester was that the first drum used arch structure, the line drum speed was 20m/s, the second drum used the nail structure, the drum speed was 20m/s, threshing separation is better.the yield of the 4LZ-1.0 small harvester was 1.28%,the loss rate was 1.6%, the crushing ratio was 0.17% and the productivity was 0.12hm2/h, which met the design requirements.

small combine harvester; double tangential flow; threshing separation; performance test

2016-12-06

重慶市科技服務(wù)平臺(tái)專項(xiàng)(cstc2015ptfw-ggfw70001)

馮 偉(1988-),男，重慶人，工程師，碩士研究生，(E-mail)fengwei0205@126.com。

龐有倫(1966-)，男，重慶人，正高級(jí)工程師，(E-mail)pyl_cq@163.com。

S225.3

A

1003-188X(2017)12-0180-05