小型山地水稻脫谷收割機(jī)系統(tǒng)的研究與開發(fā)

李歡

摘? 要：文章介紹了小型山地脫谷收割機(jī)的研究與應(yīng)用，以山區(qū)農(nóng)民特殊需求為出發(fā)點(diǎn)，指出大型脫谷收割機(jī)缺點(diǎn)，從問卷分析出發(fā)，介紹了小型收割機(jī)的工作流程、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)以及產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：小型;山地;脫谷收割機(jī)

中圖分類號(hào)：S225 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）09-0049-03

Abstract： This paper introduces the research and application of small-sized mountain threshing harvester. Starting from the special needs of mountain farmers， it points out the shortcomings of large-scale threshing harvester. Starting from the questionnaire analysis， it introduces the working flow， product performance， product advantages and practical application of small-sized mountain threshing harvester.

Keywords： small-scale; mountainous; threshing harvesters

1 概況

小型農(nóng)機(jī)是指因?yàn)檗r(nóng)作物、地形環(huán)境等一系列原因所造成的受眾不廣的特異性農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。現(xiàn)階段，我國(guó)農(nóng)業(yè)正朝著現(xiàn)代化發(fā)展而努力。根據(jù)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的成熟經(jīng)驗(yàn)，適度規(guī)?；?jīng)營(yíng)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。從我國(guó)出臺(tái)的一系列土地政策，如土地流轉(zhuǎn)、土地托管等政策可以看出，我國(guó)城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)耕地分界線邊緣將趨于明顯，大型農(nóng)場(chǎng)的個(gè)數(shù)也將逐步擴(kuò)大。但是在我國(guó)，還有一些地方的農(nóng)業(yè)資源稟賦不適宜種植常規(guī)大田作物，在一些山區(qū)大型農(nóng)機(jī)更是“施展不開”。因此，這些“特殊”地區(qū)、“小眾”品種的機(jī)械化問題，成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)整體機(jī)械化水平提升的瓶頸之一。

盡管市面上的收割機(jī)五花八門，但由于地區(qū)的地形復(fù)雜、崎嶇，因此并不是收割機(jī)能夠在任何環(huán)境下都能作業(yè)，對(duì)于山地山區(qū)，最為重要的是收割機(jī)的輕巧，因此迫切需要一種小型收割機(jī)。在滿足功能的情況下，符合山區(qū)環(huán)境作業(yè)的收割機(jī)，并且小型收割機(jī)價(jià)格也較直觀，不僅僅是作業(yè)空間小的農(nóng)戶需求，同樣個(gè)體種植戶也需求，可減少勞動(dòng)力的成本，并且在短時(shí)間內(nèi)能夠回收資金。

在對(duì)水稻收割機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作過(guò)程中，由于水稻種植戶對(duì)機(jī)械設(shè)備的了解程度較低，長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)對(duì)收割機(jī)的負(fù)荷很大，全國(guó)收割忙季收割機(jī)因發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱自燃事故歷歷在目;駕駛技術(shù)的培訓(xùn)因復(fù)雜繁瑣，技術(shù)含量高，一次性投入大，使用操作技術(shù)水平要求高的特點(diǎn)，并不是所有人都能夠使用;由于機(jī)手自身對(duì)收割機(jī)認(rèn)識(shí)不夠深刻，培訓(xùn)學(xué)習(xí)也不能得到實(shí)際的效益。田間實(shí)際操作中，由于不能正確掌握收割技巧，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重稻谷收割不凈、收割機(jī)的損壞、人員的傷亡等等情況。

2 小型山地水稻脫谷收割機(jī)系統(tǒng)開發(fā)

2.1 系統(tǒng)工作流程如圖1所示

上述流程減少了水稻扶正、運(yùn)輸過(guò)程，因此本作品精簡(jiǎn)了相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，縮減了機(jī)體體積，同時(shí)因稻穗直接進(jìn)入脫谷器而稻桿無(wú)需進(jìn)入，可去除吐出稻桿的過(guò)程。

2.2 問卷分析報(bào)告

為更好地把握用戶需求，項(xiàng)目組走訪了寧波周邊地區(qū)，，共發(fā)放了調(diào)查問卷500份，回收473份，有效問卷470份，具體數(shù)據(jù)分析如下：

2.2.1 水稻種植次數(shù)的統(tǒng)計(jì)

從數(shù)據(jù)和圖表（圖2）可以看出種植中稻和雙季晚水稻的居多，可見水稻收割機(jī)還是使用頻率較多的。

2.2.2 水稻收割方法的統(tǒng)計(jì)

從數(shù)據(jù)和圖表（圖3）可以看出目前個(gè)體戶基本上是租用水稻收割機(jī)居多數(shù)，而自家擁有水稻收割機(jī)的個(gè)體戶就少之又少。可見由于水稻收割機(jī)的售價(jià)高，大部分個(gè)體戶采用人工收割水稻或者租用水稻收割機(jī)。

2.2.3 小型水稻收割機(jī)的迫切需要性

從數(shù)據(jù)和圖表（圖4）可以看出，對(duì)小型水稻收割機(jī)的迫切需要性，很能直觀的看出農(nóng)戶對(duì)小型收割機(jī)的迫切性。

2.2.4 水稻收割機(jī)的價(jià)格期望值

從數(shù)據(jù)和圖表（圖5）看可以看出，顧客對(duì)于收割機(jī)的價(jià)格還是比較看重的，尤其是這種成本比較高的，所以在設(shè)計(jì)收割機(jī)時(shí)需要盡可能控制成本，當(dāng)然是要在保證安全性、性能的前提下。

2.2.5 產(chǎn)品特性側(cè)重方面比較

從數(shù)據(jù)和圖表（圖6）可以看出：除了收割機(jī)的主要功能以外，側(cè)重方面首先就是都比較看重安全性和價(jià)格經(jīng)濟(jì)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)特別考慮設(shè)備的安全和成本的控制。

3 產(chǎn)品功能

（1）本產(chǎn)品稻谷損失率低，適用倒伏角為60°以上的稻谷稻谷高度1000mm左右，脫谷器懸掛高度離地面900mm左右。

（2）收割效率每四小時(shí)可收獲1畝左右，控制脫谷器的轉(zhuǎn)速，選用相應(yīng)的電機(jī)保證相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。

（3）稻谷破碎率，損失率≤3.5%。

（4）小巧、輕便，重量輕，體積小。傳統(tǒng)收割方式無(wú)法再進(jìn)一步地縮小體積和重量，需改變收割方式與結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用先脫谷再收割的辦法，使脫谷器半徑減小，隨之設(shè)備整體體積和重量急劇下降。但在減少體積與重量的同時(shí)使設(shè)備具有脫谷、收割的功能。配備鋰電池。設(shè)計(jì)全新的電機(jī)，則完全超出了能力范圍，選擇一款符合要求的電機(jī)，則市場(chǎng)上很難找尋。電池的體積不宜太大，形狀以長(zhǎng)條形為最佳。使用輕重量、高強(qiáng)度的材料打造收割機(jī)。

（5）能源安全環(huán)保，不需要柴油發(fā)動(dòng)，采用電力驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)有收割機(jī)采用柴油發(fā)動(dòng)，因傳統(tǒng)收割機(jī)重量重，體積大無(wú)法實(shí)現(xiàn)采用電力驅(qū)動(dòng)，而本設(shè)計(jì)需要在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮重量體積問題。

4 產(chǎn)品特點(diǎn)

4.1 減少體積與重量、作業(yè)時(shí)避免泥石與谷物混淆

（1）傳統(tǒng)收割機(jī)采用先收割再脫粒的方式，從而使收割后的水稻稻桿長(zhǎng)度約100mm，稻桿進(jìn)入脫谷器內(nèi)，導(dǎo)致其直徑必須超過(guò)300mm。如若脫谷器半徑過(guò)小，則會(huì)出現(xiàn)脫谷器卡死或者脫粒不凈的情況。

谷捷收割機(jī)采用先脫谷再收割的方式，能夠使脫谷器直徑減少，達(dá)到大幅度減輕重量的目的，使設(shè)備整體進(jìn)一步縮小。

（2）傳統(tǒng)收割機(jī)采用先收割再脫谷的方式，需將收割后的水稻通過(guò)過(guò)橋送入脫谷器內(nèi)，再由脫谷完成后將稻桿吐出，這樣的程序易導(dǎo)致脫谷器中混入泥土，所以必須安裝篩選功能，將異物與谷物進(jìn)行分離。

（3）谷捷收割機(jī)將脫谷器懸空立式擺放，可減少將水稻送入的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和吐出稻桿的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與部分零件，同時(shí)能夠避免泥石與谷物混淆。通過(guò)利用重力，使打落稻谷后，直接縱向掉落，實(shí)現(xiàn)谷物集中收集的目的，達(dá)到傳統(tǒng)收割機(jī)將稻谷集中的程序。

（4）考慮制作成本與山區(qū)存放柴油不便，并且電動(dòng)機(jī)與柴油機(jī)相比，重量至少能夠減少50kg，避免扭矩不足的情況，放置兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，使系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立控制，并且電力驅(qū)動(dòng)可減少用戶成本。

4.2 降低成本且適用于山地等苛刻環(huán)境

傳統(tǒng)收割機(jī)因工藝問題導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)繁瑣、體積龐大、價(jià)格昂貴，一般售價(jià)為幾萬(wàn)至十幾萬(wàn)不等，僅能夠?qū)崿F(xiàn)切割功能的小型割曬機(jī)價(jià)格最少也需六千元左右，因此對(duì)經(jīng)濟(jì)條件稍差的農(nóng)戶來(lái)說(shuō)購(gòu)買一臺(tái)水稻收割機(jī)是一筆較大的開支，往往一個(gè)鎮(zhèn)也就只有一兩臺(tái)水稻收割機(jī)，而且對(duì)于山地農(nóng)戶而言中大型收割機(jī)并不適用。

谷捷收割機(jī)不僅成本低，而且功能完善——既能收割又能脫谷，同時(shí)能夠適應(yīng)作業(yè)空間小的環(huán)境，如山地、丘陵、梯田等。

4.3 提高谷物收獲率

（1）傳統(tǒng)收割機(jī)用單個(gè)脫谷器作業(yè)，需要扶禾器扶稻、過(guò)橋喂入水稻與篩選沙石等程序輔助。谷捷收割機(jī)在減小脫谷器直徑的情況下，為保證脫谷效率，采用四個(gè)脫谷器（左右兩側(cè)各兩個(gè)脫谷器），實(shí)現(xiàn)水稻復(fù)脫，通過(guò)懸空擺放脫谷器的方式相配合，可減去扶禾器、過(guò)橋與篩選功能。

（2）傳統(tǒng)收割機(jī)脫谷時(shí)使作業(yè)空間處于封閉狀態(tài)，其中需要通過(guò)過(guò)橋喂入水稻方能完成。谷捷收割機(jī)的四個(gè)脫谷器處于半封閉狀態(tài)，考慮到利用旋轉(zhuǎn)力脫谷時(shí)會(huì)使谷物飛出，因此需要在兩側(cè)擺放各兩個(gè)脫谷器，通過(guò)使左右兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)方向相反，達(dá)到以下三個(gè)目的：a.作業(yè)時(shí)形成封閉空間;b.喂入水稻時(shí)處于半封閉狀態(tài);c.脫谷時(shí)使稻谷撞擊保護(hù)罩掉落至漏板完成稻谷收集的。

4.4 提高工作效率

為避免收割機(jī)作業(yè)時(shí)脫谷器與稻穗出現(xiàn)脫谷不凈的情況，谷捷收割機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)打破傳統(tǒng)收割機(jī)水平安裝脫谷器勾的方式，修改脫谷器上的勾，使它成傾斜15°安裝，脫谷時(shí)能增加脫谷器對(duì)水稻的脫谷面積，使其全面性地脫谷。

4.5 輕便、適應(yīng)性強(qiáng)、可調(diào)節(jié)高度

谷捷收割機(jī)將脫谷器設(shè)計(jì)為懸空并能夠?qū)Ω叨冗M(jìn)行可調(diào)節(jié)，滿足因地域不同、成熟程度不同導(dǎo)致水稻高度不一致的特性;結(jié)構(gòu)緊湊滿足作業(yè)空間小的特性。

谷捷收割機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，較為輕巧，體積0.5m×0.8m×1.3m、重量為30kg，可實(shí)現(xiàn)個(gè)人搬運(yùn)。

4.6 將切割裝置設(shè)置為可調(diào)整、適用于各種耕種方式

考慮到各地區(qū)耕種傳統(tǒng)與方式的不同，從而導(dǎo)致對(duì)水稻根部處理的方式不同，將水稻露出稻桿高度可進(jìn)行調(diào)整，根部過(guò)長(zhǎng)的地區(qū)對(duì)其焚燒，增加土壤中的養(yǎng)分，而過(guò)短的根部可進(jìn)行翻耕，使根部埋入土壤提供養(yǎng)分。

5 產(chǎn)品應(yīng)用

根據(jù)設(shè)計(jì)方案的建模結(jié)果和選型要求，制作了一臺(tái)樣機(jī)。

為驗(yàn)證產(chǎn)品是否達(dá)到既定功能要求，于2017～2018年間，在寧波周邊尋找了幾家農(nóng)戶進(jìn)行收割體驗(yàn)。參照GB8097-1987谷物收獲機(jī)械試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，采用一人推動(dòng)谷捷收割機(jī)的形式來(lái)完成。在試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)器使用方便、人員體力消耗較小。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求。

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