NR-280亞麻割曬機的研發(fā)設計

韓守振，柳洪芳，柳洪德

（1.哈工大機器人創(chuàng)新中心，哈爾濱 150080；2.黑龍江農墾科學院測試化驗中心，黑龍江 佳木斯 154007；3.約翰迪爾（中國）投資有限公司，北京 100600）

0引言

大麻的品種主要分為亞麻類大麻（Sativa）、秈稻（Indica）和魯德里斯（Ruderalis），最為廣泛種植的為亞麻類大麻（Sativa）、秈稻（Indica）。亞麻類大麻（Sativa）是傳統(tǒng)的六谷之一，具有種植簡便、生長迅速、對環(huán)境的適應能力極強、耐貧瘠、抗逆性強、適生性廣、喜光照、光合作用效率高以及不需施肥的特點，是一種對環(huán)境友善的經濟作物。獲準合法種植的亞，均是低含毒量的品種，THC值均低于0.3%。這些亞（THC<0.3%）被認為不具備毒品利用價值，可作為工業(yè)用原料[1-2]。其主要用途有：1）其莖皮纖維長而堅韌，可用以織麻布或紡線、制繩索、編織漁網、造紙等。2）其種子含油量為30%，可用于榨油，可做油漆、涂料，油渣可作飼料。3）可對其利用生物提取無癮非毒成分大麻二酚（cannabidiol，簡稱CBD），大麻二酚是治病良藥具有很高的藥用價值。4）亞紡織品具有環(huán)保特性，它的廣泛使用能夠對環(huán)境保護起到一定的積極作用，被歐美專家稱為“人類至今以來發(fā)現(xiàn)的最完美纖維”。亞麻紡織品因其舒適性和保健性使得它倍受人們喜愛，在國內外市場均顯示了良好的發(fā)展前景[3]。5）其種子蛋白質含量25%，其中65%為麻仁球蛋白，另外35%為一種優(yōu)質白蛋白。麻仁球蛋白對促進消化有很好的作用，相對無磷，是細胞DNA骨架[4]。因此種子是一種十分優(yōu)異的蛋白質來源[5]。

目前制約亞麻產業(yè)發(fā)展因素有：1）缺少優(yōu)質特異種質資源，尤其是高大麻二酚資源及高韌性、長纖維資源，聚合優(yōu)異基因，加快優(yōu)質高抗亞麻新品種的選育；2）缺少相關亞麻相關標準；3）收獲機械化水平低，應加強亞麻相關機械研發(fā)力度，特別收獲環(huán)節(jié)實現(xiàn)全程機械化，全面提高效率，降低成本。

在主要生產環(huán)節(jié)種植、收割、雨露脫膠、打捆、剝麻等環(huán)節(jié)中，現(xiàn)階段還需要人工作業(yè)，機械化水平與國外存在很大的差距[6]?，F(xiàn)有進口的亞麻打捆機，幅寬約為800 mm，后續(xù)加工設備，如麻絲分離加工環(huán)節(jié)，也對亞麻長度做了明確要求。自然生長的亞麻高度約為2～3 m,而現(xiàn)有的亞麻割曬機對作物放鋪和打捆后，需增加作物切斷工序工作，且人工操作設備具有有安全風險。

因此，為解決亞麻收獲機械化水平低的問題，為滿足用戶要求和市場迫切需求，從目前亞麻收獲流程出發(fā)，提出設計一款全液壓切段式亞麻割曬機，提高亞麻機械化水平。

1 亞麻類割曬機發(fā)展現(xiàn)狀

德國Kranemann公司生產的割曬機，如圖1所示,可將收割掉的亞麻麻莖有序平鋪在地面上，雨露晾干后，滿足后續(xù)打捆和紡織等使用要求。荷蘭農業(yè)機械公司開發(fā)的亞麻籽和纖維聯(lián)合收割機，如圖2所示,在傳統(tǒng)收割機上改進，原收割機割臺位于上端用于收獲麻籽，下端增加專用的亞麻割曬機，可將麻籽和纖維一起收割。

圖1 Kranemann割曬機

圖2 荷蘭割曬機

2002年，黑龍江省佳木斯東華收獲研制的勃農4MBL-1.5型亞麻聯(lián)合收獲機[7]，幅寬為1.52 m，工作速度為5～6 km/h，是同大型拖拉機配套使用的，側牽引式麻類作物收獲機械；適用于亞麻,胡麻等作物的收獲作業(yè)；可一次完成黃熟期麻類作物的起拔,梳理脫果,果實輸送裝車及麻稈鋪放晾曬等工序,具有結構緊湊,性能穩(wěn)定,適應性強以及作業(yè)效率高等特點，后期推出了漢麻割曬機4GM-1.85型，如圖3所示，幅寬為1.85 m,掛接到拖拉機前方配套使用，為機械傳動方式；2016年，黑龍江省科學院開展?jié)h麻智能收貨設備的研制，完成研制漢麻割曬機，并進行推廣，結構與佳木斯東華收獲漢麻割曬機4GM-1.85型類似。為實現(xiàn)我省漢麻產業(yè)化、機械化種植提供技術支持。重點突破漢麻割曬機、漢麻專用種植、收割及深加工設備的研發(fā)，開展?jié)h麻播種機、漢麻種子與莖稈收割一體機、漢麻捆麻機、漢麻碼垛機、漢麻打麻機的研制。2015年，黑龍江省農業(yè)機械運用研究所研制的4FZ-140 型自走式亞麻拔麻機[8]，如圖4所示，發(fā)動機功率為37 kW,轉速為2300 r/min,幅寬為1.4 m，轉彎半徑為3.6 m。

圖3 4GM-1.85割曬機

圖4 4FZ-140示意圖

4FZ-140型自走式亞麻拔麻機用于亞麻的拔麻收獲作業(yè)[9]，能收獲株高400～1600 mm、植株密度2300 株/m2以內，處于黃熟初期和黃熟期的亞麻。該機能完成亞麻原莖的無損傷拔取、有序翻轉及放鋪工作,作業(yè)效率和拔凈率高，麻莖損傷率低，麻鋪條放鋪放整齊有序，且對倒伏亞麻具有良好的收獲效果, 整機配置合理，使用方便可靠，滿足我國亞麻收獲的農藝要求，已在亞麻生產中小批量應用。

肖湘[10]對黑龍江省的漢麻生產機械現(xiàn)狀進行分析中：其中山東生產的寧聯(lián)牌漢麻割曬機，懸掛于拖拉機前側，由拖拉機提供動力要求拖拉機動律大于30 kW，割幅1800 mm，工作效率0.5 hm2/h，由于割幅寬度限制，可以收獲植株高度低于1.8 m的漢麻作物。2019年，黑龍江省農業(yè)機械工程科學研究院[11]研制4GL-285型亞麻收獲機，幅寬為2850 mm、拖拉機配套動力為100～160 kW、割茬高度為100 mm、作業(yè)速度為8～10 km/h，該機收獲幅寬滿足漢麻收獲要求。

2 NR-280亞麻割曬機總體結構設計

2.1 總體方案設計

NR-280亞麻割曬機是針對亞麻麻高、密度大等特點，專門研發(fā)的收獲機械[12]。根據亞麻收獲和作業(yè)流程要求，設計此款全液壓切段式亞麻割曬機,型號：NR-280。以下簡稱為割曬機。包括雙排往復式割刀系統(tǒng)Ⅰ、輸送系統(tǒng)Ⅱ、圓盤刀系統(tǒng)Ⅲ、分禾器系統(tǒng)Ⅳ、掛接架焊合、機架以及液壓系統(tǒng)；掛接架焊合的一端與拖拉機的前端鉸接，另一端與機架掛接，并通過油缸與拖拉機連接；雙排往復式割刀系統(tǒng)Ⅰ、輸送系統(tǒng)Ⅱ、圓盤刀系統(tǒng)Ⅲ以及分禾器系統(tǒng)Ⅳ安裝在機架上；所述部件動力均通過液壓系統(tǒng)驅動。整個NR-280亞麻割曬機結構特點如下：

1）采用液壓馬達，傳動可靠性高，具有很強的實用性；2）設置了裝配結構的往復式割刀和圓盤刀，且可以根據要求調整切段作物的高度，具有很強的適應性；3）可以實現(xiàn)對亞麻切斷后并放鋪，有效解決二次切段工序工作的問題，而且適應性強，傳動可靠性高，易于推廣；4）采用雙排往復式割刀和圓盤刀切斷作物技術方案，并根據用戶要求或作物生長自然高度，對作物切斷長度可以調整，解決作物后續(xù)切斷工序問題，具有效率高，降低后期人工成本。

2.2 工作原理

該款全液壓切段式亞麻割曬機，首先，雙排往復式割刀系統(tǒng)Ⅰ先將作物切成兩段切割后的兩段作物分別在對應的割刀連接板焊合上通過對應的輸送帶輸送到一側，且上段作物側面末端通過圓盤刀系統(tǒng)對上段作物進行二次切斷，能一次性完成亞麻的切段、側面輸送和放鋪工作。

2.3 割曬機結構設計

根據總體設計方案，設計這款全液壓切段式亞麻割曬機，如圖5所示,配備5個液壓馬達，提供整體系統(tǒng)動力?？傮w設計參數定義：幅寬為2800 mm、拖拉機配套動力為90 km 以上、割茬高度為120～150 mm、切割形式為往復式割刀+圓盤刀、輸送形式為立式輸送。雙排往復式割刀系統(tǒng)Ⅰ主要由擺環(huán)箱、刀片護、刃器等組成，如圖6所示，圓盤刀系統(tǒng)是由液壓馬達、圓盤刀、定刀等組成，通過備件方式，快速更換不同高度的圓盤刀馬達架，實現(xiàn)作物切段長度調整。

圖5 割曬機結構

圖6 圓盤刀

3 割曬機液壓系統(tǒng)

割曬機各部件消耗功率不高，計算各部件功率消耗和工作轉速，根據馬達選型要求，確定各部件馬達功率消耗及速度見參數表1,液壓油缸：提升重量800 kg,提升速度不低于0.2 m/s;下降速度不低于0.1 m/s；單向雙油缸。

表1 參數表

割曬機液壓系統(tǒng)，如圖7所示,共分三路，供油采用三聯(lián)齒輪泵，排量分別為：63/50/32 mL,全由拖拉機CTU(轉速：1000 r/min)給三聯(lián)齒輪泵提供動力，將機械能轉化為液壓能。三路油路都由拖拉機CTU帶動三聯(lián)齒輪泵吸油給馬達，介質油經過疊加溢流閥、電磁換向閥以及同步閥進入馬達提供動力，通過疊加溢流閥調節(jié)進油壓力，通過電磁換向閥實現(xiàn)通/斷功能，決定馬達是否工作，通過不同同步閥來保證馬達的工作速度保持一致，通過壓力表監(jiān)測壓力。

圖7 液壓系統(tǒng)

NR-280亞麻割曬機，采用拖拉機后端CTU提供動力。根據獨有結構特點及轉速匹配，作業(yè)速度為8～9 km/h，幅寬：2800 mm，按照作業(yè)效率按照80%估算，工作效率達到2.2 hm2/h。該幅寬與亞麻高度相匹配，防止亞麻放鋪時，由于自身過高而導致的放鋪交叉錯亂現(xiàn)象；每小時可割曬放鋪33畝，作業(yè)效率高；配置雙排往復式割刀和圓盤刀，對亞麻切斷后整齊放鋪，為后續(xù)撿拾打捆造良好條件；該機沒有采用傳統(tǒng)傳動結構，采用全液壓系統(tǒng)，操作方便、根據作物狀況轉速方便可調整、適應性強等特點，有效的解決了亞麻機械收獲中二次切斷工序的問題，具有很好的發(fā)展意義。

4 結語

通過對亞麻收獲機械現(xiàn)狀分析，了解了亞麻機械化水平發(fā)展狀況和趨勢。概括性地介紹了一款全液壓切段式亞麻割曬機結構設計和研發(fā)，闡述了該割曬機的總體方案設計、工作原理、結構特征參數以及液壓系統(tǒng)，基于該割曬機，完成了零部件試制和裝配調試工作，理論上，該割曬機可以實現(xiàn)能一次性完成亞麻的切段﹑側面輸送和放鋪工作。下一步，將進行該款割曬機田間試驗工作，還將在結構成本降低、液壓系統(tǒng)優(yōu)化等方面進一步完善。