玉米收获割台整体与部件的优化设计

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玉米收获割台整体与部件的优化设计

0 引言

玉米是我国第一大粮食作物,总的种植面积约为 1 249. 35km².随着科学技术进步,玉米已成为食

品、化工、饲料、能源等领域的重要原料,其综合利用价值不断提高.2012 年,全国玉米产量为 20

812 万t, 占全国粮食总产量的 35. 3% .由于目前国内的玉米收获机普遍存在收获损失大、清洁度

低的问题,加上不同的地域地区种植行距的不规范和多样性,导致玉米收获机对行距的适应性较

差,难以大面积推广.因此,为了保证粮食更快更好地实现机械化收获,只有对机械结构进行最优化

设计,才能提高作业质量和效率,节约劳动时间,达到最佳收获条件.

目前,我国玉米收获机械不成熟,很多作业质量问题得不到解决,原因之一是玉米收获割台设计不

够合理,作业性能不理想: 籽粒的损伤率普遍较高,摘穗辊经常发生阻塞现象,给农机生产部门和

广大农民带来困扰.为此,根据玉米收获割台存在的主要问题,进行整体与部件的优化设计,以实现

玉米机械收获摘穗作业的高质高效.

1 整机的设计要求

该机器用于分段收获,完成对玉米的摘穗、输送、收集.其收获过程中应满足农业技术要求,尽量

减少玉米穗的损失和损伤, 籽粒损失率不大于 2% , 果穗损失率不大于 3% , 籽粒破碎率不大于

1% , 果穗清洁率不小于 95% , 机器可靠性在 90% 以上.

2 割台结构参数与工作原理

2. 1 割台结构

割台主要用于完成摘穗作业及输送玉米穗进入升运器中.割台由卧式摘穗辊、安全罩、扶禾器、

传动机构、第 1 输送器及割台框架等组成,如图 1 所示.割台采用卧式摘穗辊装置,配合升运器完

成玉米收获的摘穗输送作业,升降采用液压控制.

2. 2 工作原理

割台的工作原理: 进行田间作业时,首先通过液压装置调整玉米割台的角度,角度视玉米品种和玉

米穗的结果高度而定,一般与水平线所形成的夹角为 35° ~ 40°.随着机器的前进,扶禾器将玉米茎

秆扶正,并通过其上的拨禾链将茎秆引入双摘穗辊之间的间隙,摘穗辊的前端即导锥部分引导玉

米茎秆进入摘穗辊中段,茎秆一边沿着轴线方向运动,一边在摘穗辊拉力的作用下向下运动.因此,

当穗柄被摘穗辊阻挡时,茎秆仍然被摘穗辊作用而向下拉,当作用力足够大时,穗柄与果穗之间的

部分被拉断,果穗被摘离,并在自身重力作用下进入升运器,最终在刮板的输送作用下,沿着升运器

最终到达收集装置.

2. 3 传动部分的设计

割台的传动从割台中间传动轴开始,通过链条向前传动,从中间传动轴上的两个链轮分别通过链

条连接两侧割台的变速箱.其中, 由左侧的变速箱所延伸出的传动去往 3 个方向: ①通过连接轴连

接左侧拨禾链传动箱; ②牵引左侧的摘穗辊进行对辊式转动完成摘穗作业; ③ 通过链轮连接第1

升运器,完成摘穗后的输送作业.然后,同轴连接升运器右侧的链轮向前传动,连接中间拨禾链传动

箱,传动箱向上接主动链轮,带动拨禾链运动,完成引导玉米茎秆进入摘穗辊的任务.同样,右侧变速

箱使右侧摘穗辊完成摘穗作业,并通过连接轴连接右侧拨禾链传动箱,带动右侧拨禾链完成对玉

米茎秆的拨和牵引任务. 割台传动示意图如图 2 所示.

2. 4 主要结构参数

外形尺寸割台总长×宽×高/mm×mm×mm: 1 700×1 500 ×675

割台总质量/kg: 200

收获行数/行: 2

适应行距/mm: 450 ~650

配套功率/kW: 33

割台升降方式: 液压升降

摘穗辊形式: 卧式.

3 关键部件设计

3. 1 卧式摘穗辊

卧式摘穗辊用于站秆摘穗的收获模式,主要由一对相对回转的摘穗辊、传动机构、摘穗辊间隙调

节机构等组成.摘穗辊轴线平行,为了使玉米穗尽快被摘下,便于输送, 存在约 35mm 的高度差.摘

穗辊主要分为 3 段: 导锥、摘穗段、强拉段.导锥附带螺纹便于将玉米茎秆引入摘穗辊; 摘穗段

上有螺纹凸棱,螺距为 165mm, 凸棱高度约为 10mm,起到摘穗作用; 强拉段是将茎秆的末梢部分

或已经拉断的玉米茎秆,强行从间隙拉出或咬断,防止堵塞.采用卧式摘穗辊,主要是由于在工作过

程中对玉米茎秆的压缩程度较小,功耗相对较少,并且对不同品种的玉米茎秆,具有较好的适应性.

卧式摘穗辊的示意图如图 3 所示.

3. 1. 1 摘穗辊直径和工作间隙的选择

摘穗辊直径和工作间隙是根据摘穗辊在工作过程中只抓取茎秆,而不抓取果穗而确定的.因此,兼

顾两者所要求的摘穗辊的直径为

式中 dgmin-果穗大端最小直径( mm) ;

hmax-摘穗辊的最大工作间隙( mm) ;

fg-摘穗辊对果穗( 带苞叶) 的抓取系数,

fg≈f= 0. 7 ~ 1. 1;

D-摘穗辊直径( mm) ;

d-茎秆直径( mm) ;

h-摘穗辊间隙( mm) ;

f-摘穗辊对茎秆的抓取系数.

摘穗辊之间的间隙约为茎秆直径的30% ~ 50% , 可得 72mm≤D≤100mm.本设计中摘穗辊的直径

选用75mm, 摘穗辊的间隙为10mm.在理想范围之内,符合设计要求.摘穗辊的调节靠调节轴承完

成,在导锥与摘穗段之间装有调节轴承,需要调整摘穗辊之间间隙时,通过松动和旋紧螺栓,来左右

移动调节轴承,完成摘穗辊间隙的调整.

3. 1. 2 摘穗辊工作长度

摘穗辊的工作长度为

L = lcosβ ( 2)

式中 L-摘穗辊的工作长度( mm) ;

l-被拉过茎秆的长度( mm) ;

β-摘穗辊与茎秆轴线的夹角( °) .

本设计中,l 值取1 000mm,β 取50°, 工作长度L =1 000cos50°= 643mm, 取650mm.所以,摘穗辊总的

长度L =900mm.

3. 1. 3 摘穗辊线速度的选择

卧式摘穗辊线速度的选择与摘穗质量和生产率要求有关,在对卧式摘穗辊的选择中,线速度与机

器的前进速度存在函数关系为

式中 C-比例系数;

vm-机器前进速度( km/h) ;

v0-摘穗辊的线速度( m/s) ;

β-摘穗辊与水平面的夹角( °) .

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玉米收获割台整体与部件的优化设计0引言玉米是我国第一大粮食作物,总的种植面积约为1249.35km².随着科学技术进步,玉米已成为食品、化工、饲料、能源等领域的重要原料,其综合利用价值不断提高.2012年,全国玉米产量为20812万t,占全国粮食总产量的35.3%.由于目前国内的玉米收获机普遍存在收获损失大、清洁度低的问题,加上不同的地域地区种植行距的不规范和多样性,导致玉米收获机对行距的适应性较差,难以大面积推广.因此,为了保证粮食更快更好地实现机械化收获,只有对机械结构进行最优化设计,才能提高作业质量和效率,节约劳动时间,达到最佳收获条件.目前,我国玉米收获机械不成熟,很多作业质量问题得不...

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