大豆玉米帶狀種植模式下玉米摘穗機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

王鵬 謝守勇 李明生 陳行政 張小亮 劉偉

摘要：針對丘陵山區(qū)大豆玉米帶狀種植模式的玉米果穗收獲有機(jī)難用、無機(jī)可用的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一款自走式小型玉米摘穗機(jī)。該機(jī)采用縱臥式摘穗輥實(shí)現(xiàn)果穗摘取，并通過輸送裝置收集裝袋；采用“Y”型布局的L型小甩刀實(shí)現(xiàn)莖稈粉碎。對摘穗過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析、對粉碎過程進(jìn)行靜力學(xué)分析，確定其核心裝置設(shè)計(jì)參數(shù)并進(jìn)行樣機(jī)試制。以莖稈粉碎長度合格率、果穗損失率、籽粒破碎率為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行田間試驗(yàn)，來驗(yàn)證該機(jī)設(shè)計(jì)的合理性。試驗(yàn)表明：在生產(chǎn)率為0.8 hm2/d、果穗籽粒含水率為26.38%、莖稈含水量為71.25%的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，莖稈粉碎長度合格率為92.4%、果穗損失率為2.06%、籽粒破碎率為0.61%。該機(jī)設(shè)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足丘陵山地地區(qū)玉米機(jī)械化收獲需求。

關(guān)鍵詞：摘穗；莖稈粉碎；甩刀；玉米；大豆玉米帶狀種植

中圖分類號(hào)：S225.5+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20955553 （2024） 02000707

收稿日期：2023年3月20日 ?修回日期：2023年5月17日

基金項(xiàng)目：工業(yè)和信息化部2021年適應(yīng)丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)作業(yè)的通用動(dòng)力裝備及高效作業(yè)機(jī)具攻關(guān)項(xiàng)目（TC210H02V）；重慶市技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用示范重點(diǎn)項(xiàng)目（cstc2021jscx—gksb0003）

第一作者：王鵬，男，1997年生，山西大同人，碩士研究生；研究方向?yàn)楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備設(shè)計(jì)。Email： 952912202@qq.com

通訊作者：謝守勇，男，1969年生，重慶人，博士，教授；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)智能控制與檢測。Email： xsyswu@163.com

Design and experiment of corn ear picker under soybean and corn belt planting mode

Wang Peng1， Xie Shouyong1， 2， Li Mingsheng1， 2， Chen Xingzheng1， 2，

Zhang Xiaoliang1， Liu Wei1

（1. College of Engineering and Technology， Southwest University， Chongqing， 400715， China；

2. Key Laboratory of Agricultural Equipment in Hilly and Mountainous Areas in Chongqing，

Chongqing， 400715， China）

Abstract：

In view of the current situation that there was machinery difficult to be used or no machinery to be used in the corn ear harvesting of soybean and corn belt planting mode in hilly and mountainous areas， a selfpropelled small corn ear picker was designed. The machine adopted a vertical and horizontal ear picking roller to realize ear picking， and collected bags through a conveying device. The Lshaped small flail with ‘Y layout was used to achieve stalk crushing. The dynamic analysis of the picking process and the static analysis of the crushing process were carried out to determine the design parameters of the core device and conduct prototype trial production. The field test was carried out with the qualified rate of stem crushing length， ear loss rate and grain crushing rate as the test indexes to verify the rationality of the machine design. The results showed that under the conditions of productivity of 0.8 hm2/d， ear grain moisture content of 26.38% and stem moisture content of 71.25%， the qualified rate of stem crushing length was 92.4%， ear loss rate was 2.06% and grain crushing rate was 0.61%. The results show that the design of the machine meets the relevant national standards， and can meet the needs of mechanized corn harvesting in hilly and mountainous areas.

Keywords：

ear picking; straw crushing; swing knife; corn; belt planting of soybean and corn

0 引言

玉米是我國重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，莖稈作為果穗收獲后的高值副產(chǎn)品被粉碎后拋灑在農(nóng)田中，可以培肥地力，提升耕地土壤品質(zhì)［13］。2022年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出大力推廣大豆玉米帶狀種植模式，配套的播種、植保、收獲機(jī)械卻急需發(fā)展［45］。國內(nèi)外玉米收獲機(jī)種類多種多樣，但主要以大中型機(jī)械為主，無法應(yīng)用于丘陵山地的大豆玉米帶狀種植模式的玉米果穗收獲，市場對此類機(jī)械較為急需［6］。

為解決丘陵山區(qū)大豆玉米帶狀種植模式下玉米機(jī)械化收獲的問題，國內(nèi)外學(xué)者針對上述問題做了大量研究。耿端陽等［7］設(shè)計(jì)了一款履帶式坡地玉米收獲機(jī)，采用橫輥摘穗技術(shù)來減少果穗損傷，并研制出雙向作業(yè)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)掉頭轉(zhuǎn)彎作業(yè)功能；李粵等［8］設(shè)計(jì)Y型甩刀解決粉碎機(jī)纏繞問題，優(yōu)化機(jī)具前進(jìn)速度和粉碎刀輥轉(zhuǎn)速來使秸稈粉碎率達(dá)標(biāo)；賈洪雷等［9］設(shè)計(jì)出一款V-L型秸稈粉碎還田刀片，并通過分析拖拉機(jī)前進(jìn)速度和刀輥轉(zhuǎn)速二者交互作用對秸稈粉碎率的影響，確定了刀片的較優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)；紀(jì)曉琦等［10］結(jié)合激振摘穗實(shí)現(xiàn)果－莖分離的條件開發(fā)了基于橢圓截面的新型摘穗裝置以提高摘穗質(zhì)量。上述研究大多是對粉碎裝置與摘穗裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，雖有利于提高莖稈粉碎效果并減少果穗損傷，但機(jī)具復(fù)雜化，使用步驟較為繁雜，購買成本升高，散戶難以接受，實(shí)用性差，用于丘陵山地的大豆玉米帶狀種植模式的玉米收獲較為困難。

本文以提高粉碎效果、減少果穗損傷為目標(biāo)，參照大豆玉米帶狀種植模式的農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)一款自走式小型玉米摘穗機(jī)，并結(jié)合玉米摘穗及莖稈粉碎過程中動(dòng)力學(xué)分析來確定其設(shè)計(jì)參數(shù)。并以樣機(jī)生產(chǎn)率為0.8 hm2/d（每天工作10 h）進(jìn)行田間試驗(yàn)，以期驗(yàn)證機(jī)具設(shè)計(jì)的合理性。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 玉米收獲機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)

自走式小型玉米收獲機(jī)主要由行走裝置、分禾撥禾裝置、摘穗裝置、輸送裝置及粉碎裝置組成，如圖1所示，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。玉米莖稈可視為柔性懸臂桿件，經(jīng)撥禾器推動(dòng)喂入摘穗輥后擠壓拉莖，并被粉碎裝置切割成小段，散落田間。

1.2 工作原理

機(jī)具在作業(yè)過程中可實(shí)現(xiàn)分禾、撥禾喂入、摘穗、輸送、收集、莖稈粉碎等工序?！?+4”模式的大豆玉米帶狀復(fù)合種植進(jìn)入收獲期后，在不碾壓兩側(cè)豆莢的情況下，兩行玉米逐一收取。工作時(shí)，隨著機(jī)具向前行駛，分禾器將玉米秸稈及穗葉左右分開，星型撥禾器負(fù)責(zé)將玉米莖稈逐一喂入摘穗裝置，經(jīng)摘穗輥的摘穗段將玉米果穗摘下。玉米果穗在自身重力及摘穗輥離心力的作用下，落在輸送裝置上，被輸送至機(jī)具后方收集裝置處裝袋。玉米莖稈在粉碎裝置的作用下切割成小段，散落在田間。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 摘穗裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)玉米收獲時(shí)莖稈的站立形態(tài)，選擇縱臥輥摘穗方式收獲果穗。摘穗輥由導(dǎo)穗段、摘穗段、強(qiáng)拉段三部分組成［11］，如圖2所示。玉米植株進(jìn)入摘穗裝置后，經(jīng)導(dǎo)穗段螺旋的推動(dòng)下進(jìn)入摘穗段，兩摘穗輥向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，輥上三角凸棱與玉米植株摩擦，產(chǎn)生向下的拉應(yīng)力使玉米莖稈向下運(yùn)動(dòng)，將玉米果穗與莖稈分離。

1.導(dǎo)穗段 2.摘穗段 3.強(qiáng)拉段

摘穗時(shí)左側(cè)摘穗輥對玉米莖稈受力分析如圖3所示，以水平向左方向?yàn)閤軸正方向、豎直向下方向?yàn)閥軸正方向、圖3中O點(diǎn)為原點(diǎn)建立笛卡爾坐標(biāo)系，建立關(guān)系式如式（1）、式（2）所示。

F1cosα-f0sinβ-F2sinα>12F內(nèi)

（1）

12m0g+F1sinα+F2cosα-f0cosβ=12m0a

（2）

式中：

F1——

左側(cè)摘穗輥凸棱對玉米莖稈的正壓力，N；

F2——

左側(cè)摘穗輥凸棱對玉米莖稈的下拉力，N；

f0——

左側(cè)摘穗輥輥面對玉米莖稈的摩擦力，N；

α——

左側(cè)摘穗輥凸棱對玉米莖稈的下拉力與豎直方向的夾角，（°）；

β——

左側(cè)摘穗輥輥面對玉米莖稈的摩擦力與豎直方向的夾角，（°）；

a——

玉米莖稈被下拉的加速度，m/s2；

F內(nèi)——

玉米莖稈垂直于纖維方向的內(nèi)聚力，N；

m0——玉米莖稈質(zhì)量，kg；

g——重力加速度。

因此摘穗輥能夠順利擠壓并向下拉拽玉米莖稈，玉米莖稈發(fā)生塑性變形時(shí)需要克服垂直于纖維方向的內(nèi)聚力，從而才能被擠壓破壞。玉米莖稈經(jīng)導(dǎo)穗段剛進(jìn)入摘穗輥間時(shí)，初速度為0。在摘穗輥相向轉(zhuǎn)動(dòng)作用下，摘穗輥對玉米莖稈的正壓力、下拉力產(chǎn)生較大的加速度，玉米莖稈迅速向下運(yùn)動(dòng)，完成摘穗過程。

為使摘穗輥僅作用于玉米莖稈而避開果穗，摘穗輥直徑應(yīng)滿足式（3）［12］。

dg-δ1-11+μg2≥D≥dj-δ1-11+μj2

（3）

式中：

D——摘穗輥直徑，mm；

dg——玉米果穗直徑，mm；

dj——玉米莖稈直徑，mm；

δ——摘穗輥兩輥間隙，mm；

μg——摘穗輥對果穗抓取系數(shù)；

μj——摘穗輥對莖稈的抓取系數(shù)。

根據(jù)丘陵山區(qū)大豆玉米帶狀復(fù)合種植的情況（本例品種：渝單821）及相關(guān)資料顯示，μg=μj=0.7～1.1、dg=45～55 mm、δ=10～12 mm，代入式（3）中可得：50 mm≤D≤120 mm，考慮到整機(jī)結(jié)構(gòu)等條件，確定D=76 mm，摘穗輥長度L=510 mm。

摘穗輥轉(zhuǎn)速對玉米莖稈粉碎有著重要的影響，摘穗輥轉(zhuǎn)速過低時(shí)，玉米莖稈下行速度慢，莖稈底端不易與粉碎裝置形成切割支點(diǎn)，莖稈切斷時(shí)藕斷絲連，切割不完全；摘穗輥轉(zhuǎn)速過高時(shí)，玉米莖稈下行速度過高，莖稈粉碎長度較大。

摘穗輥轉(zhuǎn)速計(jì)算公式如式（4）所示。

vg=ω1D2=n1π30×D2

（4）

式中：

vg——拉莖當(dāng)量速度，m/s；

ω1——摘穗輥角速度，rad/s；

n1——摘穗輥轉(zhuǎn)速，r/min。

查閱相關(guān)資料可知，摘穗輥拉莖當(dāng)量速度為3～3.86 m/s，計(jì)算得到n1=818～1 052 r/min，在生產(chǎn)率為0.8 hm2/d，機(jī)器行走速度較快，選擇摘穗輥轉(zhuǎn)速為950 r/min。

2.2 粉碎裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

粉碎刀具主要有直刀型、甩刀型、錘爪型三種，本文選用L型甩刀，剛度高、耐磨性好，具備良好的秸稈粉碎能力［1314］。甩刀位于摘穗裝置正下方，隨著中心軸高速旋轉(zhuǎn)，上方設(shè)有一鋸齒形支撐板，田間作業(yè)時(shí)，玉米莖稈經(jīng)摘穗裝置擠壓變形后喂入粉碎裝置，當(dāng)甩刀、玉米莖稈和鋸齒形支撐板發(fā)生接觸時(shí)，甩刀對玉米莖稈進(jìn)行砍切，并且從甩刀、鋸齒形支撐板與玉米莖稈接觸到玉米莖稈被切斷，甩刀和鋸齒形支撐板對玉米莖稈均處于雙支撐狀態(tài)。玉米莖稈經(jīng)摘穗輥擠壓發(fā)生塑性變形，垂直于纖維方向的內(nèi)聚力驟減，隨著甩刀的轉(zhuǎn)動(dòng)及鋸齒形支撐板的支持下，玉米莖稈發(fā)生彎曲和剪切變形直至斷裂。

如圖4所示，甩刀軸上均布四片甩刀，以鉸接方式連接，甩刀長80 mm，鉸接點(diǎn)距甩刀端點(diǎn)l=65 mm。粉碎裝置中共3根粉碎軸，通過Y型連接塊均勻布置在圓周上。

玉米莖稈切割段受力分析如圖5所示，其中包括玉米莖稈切割段自身重力m1g、甩刀對玉米莖稈的支持力F3、甩刀與玉米莖稈間的摩擦力f1、鋸齒形支撐板對玉米莖稈的支持力F4、鋸齒形支撐板與玉米莖稈間的摩擦力f2。玉米莖稈與甩刀接觸后瞬間被切斷，接觸時(shí)間持續(xù)極短，此時(shí)玉米莖稈仍保持原狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，因此，玉米莖稈在切斷過程中受力平衡。以水平向左方向?yàn)閤軸正方向、豎直向上方向?yàn)閥軸正方向、圖中O點(diǎn)為原點(diǎn)建立笛卡爾坐標(biāo)系，建立關(guān)系式如式（5）～式（8）所示。

Fx=F4-f2sinθ-F3cosθ=0

（5）

Fy=f1+f2cosθ-F3sinθ-m1g=0

（6）

f1=μ1F3

（7）

f2=μ2F4

（8）

式中：

Fx——

各個(gè)力在x軸方向上的合力，N；

Fy——

各個(gè)力在y軸方向上的合力，N；

μ1——

玉米莖稈與鋸齒形支撐板間的動(dòng)摩擦系數(shù)；

μ2——

玉米莖稈與甩刀間的動(dòng)摩擦系數(shù)；

θ——

砍切玉米莖稈時(shí)甩刀與鋸齒形支撐板間的夾角，rad。

求解可得

F3=m1g（1-μ2sinθ）（μ1-sinθ）（1-μ2sinθ）+μ2cosθ

（9）

F4=m1gcosθ（μ1-sinθ）（1-μ2sinθ）+μ2cosθ

（10）

玉米莖稈的受力情況直接影響其粉碎質(zhì)量。當(dāng)甩刀、鋸齒形支撐板選型確定后，玉米莖稈與甩刀、鋸齒形支撐板間的動(dòng)摩擦系數(shù)μ1、μ2為定值，則玉米莖稈的受力情況取決于砍切玉米莖稈時(shí)甩刀與鋸齒形支撐板間的夾角θ的大小。由式（9）、式（10）可知，當(dāng)θ在0，12π間逐漸增大時(shí)，甩刀對玉米莖稈的支持力、鋸齒形支撐板對玉米莖稈的支持力均隨之增大，秸稈粉碎質(zhì)量得到提升。

根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可知甩刀刀端的線速度大于30 m/s時(shí)才能達(dá)到良好的粉碎效果。甩刀轉(zhuǎn)速對玉米莖稈粉碎具有決定性作用，甩刀轉(zhuǎn)速過低，秸稈受到刀片的打擊力度不能切碎莖稈；甩刀轉(zhuǎn)速過高，粉碎裝置功耗高，振動(dòng)大，不利于田間作業(yè)［15］。

本文設(shè)計(jì)L型甩刀的回轉(zhuǎn)半徑r1為80 mm，如圖6所示，在中心軸軸心建立坐標(biāo)系，甩刀端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡上任一點(diǎn)坐標(biāo)為A（x，y），則甩刀的運(yùn)動(dòng)軌跡建立如式（11）所示。

x=v0t+（r1+l）cos（ω2t）

y=（r1+l）sin（ω2t）

（11）

式中：

v0——整機(jī)前進(jìn)速度，m/s；

ω2——甩刀轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，rad/s；

l——甩刀的長度，mm。

圖6 甩刀端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡圖

Fig. 6 Motion trajectory of endpoint of flail knife

甩刀端點(diǎn)A的運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)成一條余擺線［16］，整機(jī)前進(jìn)速度決定了余擺線環(huán)扣的密度，由此可知整機(jī)前進(jìn)速度對莖稈粉碎具有較大的影響，在保證機(jī)器工作效率的情況下，整機(jī)前進(jìn)速度越慢，莖稈切碎效果越好。根據(jù)《大豆玉米帶狀復(fù)合種植機(jī)械化收獲減損技術(shù)指導(dǎo)意見》并結(jié)合丘陵地區(qū)土地狀況，確定整機(jī)前進(jìn)速度范圍為0.35～0.85 m/s，在生產(chǎn)率為0.8 hm2/d，整機(jī)前進(jìn)速度為0.56 m/s。

對式（11）求導(dǎo)可得甩刀端點(diǎn)的速度如式（12）所示。

vx=dxdt=v0-（r1+l）ω2sin（ω2t）

vy=dydt=（r1+l）ω2cos（ω2t）

（12）

由此可得甩刀端點(diǎn)A的絕對速度如式（13）所示。

vm

=vx2+vy2

=v02+ω22（r1+l）2-2ω2（r1+l）v0sin（ω2t）

（13）

當(dāng)ω2t=2kπ+π/2（k∈N）時(shí)，甩刀端點(diǎn)A處線速度方向與整機(jī)前進(jìn)速度方向相反，vmmin=（r1+l）ω2-v0，因此可得甩刀中心軸轉(zhuǎn)速最小值為

n2=30（vmmin+v0）π（r1+l）

（14）

計(jì)算可得n2=1 975 r/min，即甩刀轉(zhuǎn)速可取整為2 000 r/min。

2.3 分禾撥禾裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分禾撥禾裝置作為整機(jī)結(jié)構(gòu)的一部分，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但卻不可或缺［17］。由于種植行距的偏差，對壟作業(yè)時(shí)將會(huì)有一定的玉米植株在分禾器的作用下經(jīng)撥禾器送入摘穗裝置中，同時(shí)也可將其他行的玉米植株分離，提高玉米摘穗效率。撥禾器由撥禾曲桿和套筒組成，其中撥禾曲桿呈“Y”型分布，如圖7所示為分禾撥禾裝置結(jié)構(gòu)圖。

撥禾器工作時(shí)運(yùn)動(dòng)是由繞撥禾輪軸的圓周運(yùn)動(dòng)與機(jī)器的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，其外端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡也是余擺線，根據(jù)撥禾器外端在圓周上不同位置和撥禾器回轉(zhuǎn)一圈時(shí)整機(jī)的位移S的關(guān)系，可得撥禾器轉(zhuǎn)速如式（15）所示。

S=v0n3

（15）

式中：

n3——撥禾器轉(zhuǎn)速，r/min。

在生產(chǎn)率為0.8 hm2/d，可計(jì)算得出撥禾器轉(zhuǎn)速為93 r/min。

3 田間試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方法

為驗(yàn)證自走式小型玉米摘穗機(jī)的作業(yè)性能、確定機(jī)具最優(yōu)工作參數(shù)，于2022年6—8月進(jìn)行樣機(jī)試制，首先通過Creo8.0完成了整機(jī)的三維建模與裝配，并將需要加工的非標(biāo)零件如撥禾曲桿、車架等委托重慶市北碚區(qū)歇馬鎮(zhèn)加工工廠進(jìn)行加工，并購買樣機(jī)所需標(biāo)準(zhǔn)件如發(fā)動(dòng)機(jī)、軸承座、甩刀等，之后在重慶市北碚區(qū)歇馬鎮(zhèn)川儀十廠附近某工廠將樣機(jī)組裝完畢，并于2022年8月在重慶市渝北區(qū)大盛鎮(zhèn)進(jìn)行田間試驗(yàn)，玉米品種為渝單821，玉米植株種植行距為400 mm，株距為120 mm，玉米莖稈根部直徑為29.73 mm，頂部直徑為8.66 mm，植株平均高度為2 947 mm。田間試驗(yàn)及作業(yè)效果如圖8所示。

3.2 試驗(yàn)指標(biāo)

3.2.1 莖稈粉碎長度合格率

粉碎后玉米莖稈長度不大于100 mm視為合格，根據(jù)G8/T 24675.6—2021《保護(hù)性耕作機(jī)械第6部分：莖稈粉碎還田機(jī)》［18］設(shè)定莖稈粉碎長度合格率測量方式為：每個(gè)行程在測區(qū)長度方向上等間距測定3點(diǎn)，共6點(diǎn)，每點(diǎn)隨機(jī)測定1 m3面積，撿拾所有莖稈稱重。從中挑出粉碎長度不合格的莖稈進(jìn)行稱重，計(jì)算出各點(diǎn)莖稈粉碎長度合格率后求均值，則莖稈粉碎長度合格率計(jì)算公式如式（16）所示。

z1=16∑6i=1MZi-MBiMZi×100%

（16）

式中：

MZi——

試驗(yàn)中各點(diǎn)所有粉碎莖稈總質(zhì)量；

MBi——

試驗(yàn)中各點(diǎn)粉碎后不合格莖稈質(zhì)量；

z1——粉碎長度合格率平均值。

3.2.2 果穗損失率

根據(jù)GB/T 21962—2020《玉米收獲機(jī)械》［19］國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可知，在每個(gè)行程測區(qū)長度方向上收集漏摘和落地的果穗（包括5 cm以上的果穗段），將該類玉米及收集裝置中的玉米分別脫粒稱重，則果穗損失率計(jì)算公式如式（17）所示。

z2=mumz×100%

（17）

mz=mu+mq+ml

（18）

式中：

mu——漏摘和落地的果穗籽粒質(zhì)量；

mz——每個(gè)行程中玉米籽?？傎|(zhì)量；

mq——收集裝置中的果穗籽粒質(zhì)量；

ml——果穗掉落籽粒的質(zhì)量。

3.2.3 籽粒破碎率

根據(jù)GB/T 21962—2020《玉米收獲機(jī)械》［19］國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可知，將收集裝置中的玉米脫粒后，從中隨機(jī)取出定量的籽粒（大于2 000 g），之后清理干凈，并從中揀出機(jī)器損傷、有明顯裂紋及破皮的籽粒，分別稱出破損籽粒質(zhì)量及樣品籽?？傎|(zhì)量，并進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)，則籽粒破碎率計(jì)算公式如式（19）所示。

z3=msmi×100%

（19）

式中：

ms——

破碎的籽粒、有明顯裂紋的籽粒質(zhì)量；

mi——第i次樣品籽?？傎|(zhì)量。

目前單行小型玉米收割機(jī)的生產(chǎn)率為0.67～1.23 hm2/d（根據(jù)地況，每天工作10 h），丘陵山區(qū)地塊碎小，地況復(fù)雜，其生產(chǎn)率能達(dá)到0.8 hm2/d便屬高效。為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的自走式小型玉米摘穗機(jī)的作業(yè)性能，在生產(chǎn)率為0.8 hm2/d、果穗籽粒含水率為26.38%、莖稈含水量為71.25%的條件下進(jìn)行3組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)進(jìn)行3個(gè)行程（每半個(gè)行程為100 m，1個(gè)來回為1個(gè)行程），1組試驗(yàn)完成后記錄數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)各指標(biāo)。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)過程中樣機(jī)各裝置工作運(yùn)行良好，摘穗裝置和莖稈粉碎裝置運(yùn)行平穩(wěn)，摘穗效果好、粉碎質(zhì)量高，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知，自走式小型玉米摘穗機(jī)在高效狀態(tài)下工作時(shí)（生產(chǎn)率為0.8 hm2/d），平均莖稈粉碎長度合格率為92.4%、平均果穗損失率為2.06%、平均籽粒破碎率為0.61%，以上指標(biāo)均符合GB/T 21962—2020《玉米收獲機(jī)械》、G8/T 24675.6—2021《保護(hù)性耕作機(jī)械第6部分：莖稈粉碎還田機(jī)》里的國家標(biāo)準(zhǔn)，均在規(guī)定范圍內(nèi)，從而驗(yàn)證了自走式小型玉米摘穗機(jī)設(shè)計(jì)合理性、工作可靠性。

4 結(jié)論

1） ?根據(jù)丘陵山區(qū)大豆玉米帶狀種植模式的農(nóng)藝要求設(shè)計(jì)了一款自走式小型玉米摘穗機(jī)，該機(jī)由行走裝置、分禾撥禾裝置、摘穗裝置、輸送裝置及粉碎裝置組成。通過對摘穗過程及莖稈粉碎過程的動(dòng)力學(xué)分析，確定了該機(jī)生產(chǎn)率為0.8 hm2/d的摘穗輥轉(zhuǎn)速為950 r/min，整機(jī)行走速度為0.56 m/s，甩刀轉(zhuǎn)速取整為2 000 r/min，撥禾器轉(zhuǎn)速為93 r/min。

2） ?在生產(chǎn)率為0.8 hm2/d、果穗籽粒含水率為26.38%、莖稈含水量為71.25%的條件下進(jìn)行試驗(yàn)莖稈粉碎長度合格率為92.4%、果穗損失率為2.06%、籽粒破碎率為0.61%，從而驗(yàn)證了自走式小型玉米摘穗機(jī)設(shè)計(jì)合理性。

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