玉米粒收割機關鍵零部件設計與優(yōu)化

鐘立才

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術學院，甘肅 蘭州 730000）

玉米是我國第二大糧食產物，在我國種植廣泛，2017年全國玉米產量達到2億噸以上，種植面積達5萬畝以上。而且隨著工業(yè)生產對玉米需求的增加，未來玉米生產仍有較大的提升空間。但是在玉米收割機械化方面，我國與歐美等國家還存在很大的差距，無論是在機械先進性、穩(wěn)定性以及現代化方面，都需要不斷完善。

1 傳統(tǒng)玉米收割機與玉米籽粒直收機的對比

自世界第一臺收割機問世以來，我國農業(yè)機械在經過引進、仿制、研發(fā)歷程后，玉米收割機械業(yè)已基本滿足國內農業(yè)發(fā)展需要。但是目前玉米收割機械發(fā)展尚未完善，使用最多的是傳統(tǒng)收玉米果穗收割機，無法滿足現代農業(yè)機械化發(fā)展需要。加之我國南北地方差異，中部平原地區(qū)玉米成長期短，收獲時玉米果穗較嫩，無法進行直接收玉米籽粒。東北大面積種植玉米的地區(qū)，由于玉米一年一熟，成長期較長，所以收獲時玉米粒含水率較低，玉米籽粒強度較大，適合進行玉米籽粒直接收割。這也是傳統(tǒng)果穗玉米收割機與玉米籽粒收割機最大的差異之處，傳統(tǒng)收割機對玉米籽粒的含水率要求不高。玉米籽粒直收聯合收割機，要求玉米含水率在24%以下，在田間地頭一次性完成玉米秸稈切割、玉米果穗采摘、脫粒、除雜和玉米秸稈還田工作程序。不僅有效簡化玉米收割提升作業(yè)效率，而且提升農業(yè)機械化水平。但是在這種聯合性收割機中，由于種種因素的影響，如果在脫粒中設計不合理就會導致籽粒破碎率的上升，以及丟失果穗的現象，因此需要對脫粒環(huán)節(jié)進行科學設計。

2 玉米粒收割機關鍵部分設計

玉米籽粒收割機的關鍵在于采摘、脫粒環(huán)節(jié)及其設計。根據我國玉米收獲條件與成熟時玉米籽粒含水率對收割機械進行設計。

（1）玉米籽粒收割機工作原理。在收割階段，玉米籽粒收割機與傳統(tǒng)收割機類似，在機器接近玉米根部時，由分禾器直接將玉米進行分開，拉莖輥在夾住玉米桿持續(xù)向下拉，直到玉米果穗能夠通過摘穗板的縫隙完整的摘下。然后玉米果穗進入輸送鏈送至割臺橫向攪龍中，橫向攪龍再把它們輸送到過橋輸送器中，在過橋鏈耙的作用下，將玉米果穗均勻的送至脫粒滾筒，玉米果穗在滾筒螺旋排列脫粒單元和滾筒上蓋導向板的作用下將玉米果穗外皮、雜質、籽粒進行分離。這個過程中玉米籽粒、破碎的玉米葉、玉米芯等一起通過滾筒中的分離板，在貫流風機吹風的作用下，在兩層往復式清選篩過程中完成玉米籽粒與其他雜質的分離，進而實現籽粒清選。然后經過清選的玉米籽粒在攪龍的作用下進入滾筒右側，最后通過刮板作用進行儲糧箱。未清理干凈的碎葉、玉米芯以及其他的雜質可以通過糧食升運器進入脫粒滾筒前端進行二次清選，重量較輕的物質則經過尾篩被吹至滾筒外面，滾筒內部的雜質則通過排草輪的作用下排出滾筒。這即是整個玉米籽粒收割機的工作過程，可見在采摘環(huán)節(jié)，玉米籽粒收割機與傳統(tǒng)玉米收割機并無太多的差異，玉米籽粒收割機的關鍵在于果穗輸送至脫粒滾筒的脫粒、清選環(huán)節(jié)，因此設計的重點要在脫粒分離系統(tǒng)之中。

（2）玉米籽粒收割機分離系統(tǒng)設計。目前玉米籽粒收割機為保障收割與脫粒、清選效果，在設計中一般采用全縱向單軸流滾筒和或梳齒凹板實現脫粒與清選，在本文研究中為保障脫粒系統(tǒng)適合東北玉米主產地與中原地區(qū)收割時玉米粒含水率，在設計中收割機脫粒滾筒將其大小設計為直徑為0.7m，長度設計為3m，基本轉速介于300～1000r/min，該轉速即能夠保障脫粒效果，也在一定程度上適應東北與中原地區(qū)玉米粒含水率的差異，可以根據實際情況和需要調節(jié)轉速。滾筒玉米果穗的進入主要依靠攪龍圓錐體導草結構輸送，脫粒則依靠玉米果穗之間的沖擊和揉擦實現。

（3）玉米籽粒收割機清選系統(tǒng)設計。在玉米果穗脫粒完成后，需要對其中伴隨進入的碎玉米葉、玉米桿以及玉米芯等雜質進行清理，排除滾筒。相對而言，這些伴隨即進入的雜質重量較輕，可以通過風扇吹風的方式進行清理；而對于重量較大的其他雜質，由于在揉擦過程中可能已經很細碎，所以需要通過振動篩進行篩選。設計中為避免較大的碎雜質堵塞振動篩選孔，可以將之進行分層設計，上層進行初步篩選，下層進行二次篩選，篩網則設計為沖孔篩、編織篩的組合。在振動篩頻率選擇上，設計為250～300次/min，也是結合雜質含量進行設定。雜質較少時可以設定振動頻率較低，雜質較多時可以通過提高振動頻率進行強力篩選。風扇采用無機變速傳動的貫流風機，既能夠保障送風量起到作用，而且風流量較為均勻，更好地實現雜質與玉米籽粒的分離。

3 玉米粒收割機整體設計優(yōu)化

在前文論述中主要結合玉米籽粒收割機發(fā)展情況，對玉米籽粒收割機中的分離、清選系統(tǒng)進行研究。但是一臺玉米收割機工作質量不僅僅是依賴單個系統(tǒng)，而是需要其他部件的有效結合才能最終實現工作效率的提升。

首先是傳統(tǒng)玉米收割機采摘裝置，這是玉米收割機的核心部件。也直接影響這玉米籽粒收割機的籽粒損失率、破碎率。在玉米籽粒收割機設計中，需要對之進行一定優(yōu)化。例如為減少采摘果穗過程中對籽粒的影響，并達到一定采摘效果，在設計中可以使用臥式摘穗輥式。摘穗時，摘穗輥前端的導入段將玉米植株引入摘穗輥，玉米莖稈在兩輥之間向后、向下軸向移動，果穗大端被摘穗輥間隙阻擋從而從秸稈上脫落以完成摘穗。既能夠滿足果穗采摘要求，同時也降低采摘過程中對玉米籽粒的影響。

其次由于玉米田間雜草較多以及玉米本身秸稈較多的影響，在收割過程中肯定會摻雜許多雜質，如果雜質過多也會影響脫粒和分離效果。另外如果玉米果穗干燥程度不佳，在輸送過程中也會有許多雜質隨之進行脫粒系統(tǒng)，影響脫粒效果，甚至導致脫粒分離系統(tǒng)的堵塞，所以在玉米籽粒收割機設計中也需要對這一環(huán)節(jié)進行優(yōu)化設計。進而減少莖稈、玉米碎葉和雜草對機械工作效率的影響，結合實際經驗在收獲環(huán)節(jié)可以在玉米收獲機上加裝排雜輥和排雜風機來實現提前去雜，保障脫粒和分離效果。

4 結語

隨著農業(yè)機械化水平的不斷提升，在玉米收割中傳統(tǒng)果穗采摘的模式因其需要多一個脫粒程序導致生產效率的降低。因此根據我國玉米種植、生長情況設計一種直接在收割環(huán)節(jié)即實現脫粒、清選的玉米籽粒收割機符合當下農業(yè)發(fā)展趨勢，針對此本文研究中對比分析玉米籽粒聯合收割機優(yōu)勢，并重點從脫粒分離系統(tǒng)進行設計與優(yōu)化，并對采摘裝置等提出一些優(yōu)化措施。