玉米收獲機防塵土切割裝置設(shè)計

陳海需，衡耀付，肖偉中，裴浩飛

（黃淮學(xué)院 機械與能源工程學(xué)院 駐馬店 463000）

0 引言

玉米是我國三大糧食作物之一，也是優(yōu)質(zhì)飼料、化工的原料，玉米的秸稈是尚未得到充分利用的重要可再生資源之一。由于沒有合適的穗莖兼收型收獲機械[1]，我國玉米生產(chǎn)的機械化水平和玉米秸稈的綜合利用程度和回收利用率非常低，造成秸稈的大量浪費。

摘穗割臺是玉米收獲機的工作入口[2]，由于機械本身的特點，工作時摘穗輥在捋掉玉米穗的同時，向下傳送、擠壓莖稈，莖稈則通過安裝在摘穗裝置底部的動刀與定刀的相互配合來切碎莖稈。由于切割裝置距離地面很近，工作時動刀裝置會經(jīng)常被田地中干枯的植物藤、莖纏繞，造成軸架旋轉(zhuǎn)部位發(fā)熱，潤滑油受熱流出。另外，沙土也會進入旋轉(zhuǎn)部位，與潤滑油摻雜，導(dǎo)致動刀軸潤滑不足，甚至損壞，嚴重影響工作效率。

參考國內(nèi)外先進的穗莖兼收技術(shù)[3]，結(jié)合我國豫南地區(qū)玉米種植特點，設(shè)計一種性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、布局合理，能同時對玉米穗和秸稈進行分離收集的防塵土切割裝置，以提高工作效率。

1 玉米收獲機切割裝置

玉米收獲過程包括摘穗收集和秸稈處理兩項工作[4]。摘穗主要由摘穗割臺來完成，摘穗割臺包括摘穗輥、切割器、莖稈收集三部分[5]。收獲機采用縱臥式摘穗方式，摘穗時，因其功率消耗小，摘穗輥對秸稈的擠壓程度較小，對不同直徑、不同狀態(tài)的秸稈適應(yīng)性更強，降低了果穗含雜率，提高了摘穗效率；其螺旋輸送功能在一定程度上也起到剝掉苞葉的作用。

切割器主要由切碎滾筒、動刀、定刀和殼體組成，如圖1所示。動刀安裝在切碎滾筒上，它們共同位于摘穗輥的下方，定刀安裝在動刀軸的后端支架上，滾筒的外殼為半封閉，秸稈從上方開口處進入，粉碎后從動刀、定刀間隙下方開口處進入后面?zhèn)魉蛶А；剞D(zhuǎn)式切碎裝置動刀刀刃的運動軌跡為圓柱面，它與定刀配合切碎秸稈，動刀定刀間隙可調(diào)，一般在0.25～1.00 mm之間。

圖1 切割器結(jié)構(gòu)示意圖

為了便于秸稈的喂入和順利輸送，外殼采用半包設(shè)計，包度為100°，朝向外側(cè)，兩端蓋的厚度取3 mm，半封閉外殼厚度取2 mm。為了避免動刀運轉(zhuǎn)過程中與外殼發(fā)生刮擦，動刀與外殼之間應(yīng)有足夠大的間距，取間隙寬度為8 mm，則外殼的外徑為312 mm。

工作時，玉米秸稈經(jīng)夾持鏈輸送到臥式摘穗輥間隙中進行摘穗，摘下的果穗經(jīng)由升運器輸送到果穗箱，同時秸稈被滾筒刀前端的割斷刀打斷，之后秸稈在2個摘穗輥的拉擠下，軸向向后移動到達滾筒刀切碎裝置，秸稈切碎后進入到殼體后端的秸稈傳送帶上，之后經(jīng)橫向螺旋輸送攪龍輸送到拋擲器將秸稈拋出。2個摘穗輥此處作為滾筒刀的喂入裝置，即實現(xiàn)了摘穗又實現(xiàn)了秸稈喂入，使得整體結(jié)構(gòu)得到了簡化。

2 防塵土動刀設(shè)計

2.1 動刀設(shè)計

結(jié)合機械本身的特點，創(chuàng)新設(shè)計一種切割器防塵土動刀裝置，主要解決動刀軸工作時沙土進入軸內(nèi)，影響工作效率，以及莖蔓纏繞的問題，如圖2所示。

圖2 防塵土動刀實物圖

莖稈切割防塵土動刀裝置，主要包括驅(qū)動輪、動刀軸、刀片、端蓋。動刀軸由驅(qū)動軸、滾筒、支撐軸組成。驅(qū)動軸、刀架、支撐軸依次通過焊接固定，軸架包括軸套、密封墊片、軸蓋三部分，軸架分別安裝在驅(qū)動軸、支撐軸上，軸承安裝在軸套與軸蓋之間凹槽內(nèi)，軸蓋、軸承與軸套通過密封墊片密封、通過螺栓相互固定，軸套固定在機架上，驅(qū)動輪套在驅(qū)動軸上，通過平鍵固定，刀片設(shè)置長腰孔，通過螺栓固定在刀架中部，刀架兩端設(shè)置有密封蓋，與軸套配合工作，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 切割器動刀結(jié)構(gòu)示意圖

如圖4所示，動刀軸的驅(qū)動軸與支撐軸為實心圓鋼體，刀架為空心六棱柱鋼體，刀架相間隔棱面均布有螺紋孔，與刀片固定螺栓配合使用，每間隔面分布3片刀片，刀片間無縫隙相接。刀架兩端密封蓋面上有環(huán)凸臺、環(huán)凹槽，軸套面上有環(huán)凸臺B`、環(huán)凹槽C`、環(huán)凸臺D`，環(huán)凹槽B與環(huán)凸臺B`有配合關(guān)系，環(huán)凸臺C與環(huán)凹槽C`有配合關(guān)系，環(huán)凹槽D與環(huán)凸臺D`有配合關(guān)系。

圖4 切割器動刀剖視圖

圖5 軸套結(jié)構(gòu)示意圖

兩端軸架軸蓋不同，支撐軸側(cè)軸蓋密封，驅(qū)動軸側(cè)軸蓋中心有套筒，套筒直徑略大于驅(qū)動軸直徑，如圖5所示。

工作時，動刀裝置驅(qū)動輪通過帶傳動獲取動力，帶動刀架旋轉(zhuǎn)，通過動刀軸和定刀軸之間的相對運動，切碎由摘穗輥向下輸送的玉米莖稈。刀片上有長腰孔，調(diào)節(jié)刀片的伸出長度就可以調(diào)節(jié)莖稈的切碎長度。工作過程中，軸承通過密封墊片密封，安裝在軸套與軸蓋之間凹槽內(nèi)，并通過螺栓相互固定。此外，刀架兩端密封蓋與軸套特殊的凹槽層層交錯設(shè)計，使得軸承旋轉(zhuǎn)時處于密封狀態(tài)，有效防止了藤莖纏繞動刀軸，以及旋轉(zhuǎn)軸承進沙子的問題。

動刀采用直刃平板刀[6]，如圖6所示。為了使動刀的穩(wěn)定性更加可靠，動刀安裝在滾筒上，滾筒兩端焊接在驅(qū)動軸和支撐軸上，以減小工作過程中動刀的變形。動刀安裝后應(yīng)保持平整，所以兩者均采用螺釘連接。動刀與外殼之間的間隙為8 mm，動刀總切割寬度為1 200 mm，寬度為75 mm。

圖6 動刀刀架截面圖

滾筒裝有3把動刀，且有一定的滑切角。動刀軸直徑為40 mm，摘穗輥線速度為3.5 m/s，秸稈切碎長度≤60 mm，根據(jù)線速度v與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，且動刀軸轉(zhuǎn)速要與摘穗輥線速度相匹配，即

經(jīng)計算，動刀軸轉(zhuǎn)速n=558 r/min。

2.2 定刀設(shè)計

定刀座[7]是在1 200 mm ×70 mm ×10 mm方管兩端焊接上2個方鋼塊，然后在方管的一個面上加1塊15 mm厚的加強45#鋼鋼板作為定刀。定刀與定刀座上對應(yīng)有9個M10的六角螺栓固定在定刀軸上。定刀座上的固定孔為長孔，這樣定刀可以上下微調(diào)。

3 結(jié)論

在理論分析和試驗的基礎(chǔ)上，對玉米收獲機防塵土切割裝置進行了深入研究。聯(lián)合駐馬店金豐農(nóng)業(yè)機械有限公司對樣機進行了田間試驗，結(jié)果表明：生產(chǎn)率達到0.9 hm2/h，秸稈切碎長度為58.7 mm，平均故障間隔時間達到126.2 h。防塵土切割裝置作業(yè)性能良好，工作可靠性高，各項性能指標符合設(shè)計標準，實現(xiàn)了穗莖的分離與收集，提高了生產(chǎn)效率，為下一步的技術(shù)完善和推廣奠定了基礎(chǔ)。