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1、玉米收获割台整体与部件的优化设计 0引言 玉米是我国第一大粮食作物,总的种植面积约为1249.35km².随着科学技术进步,玉米已成为食品、化工、饲料、能源等领域的重要原料,其综合利用价值不断提高.2012年,全国玉米产量为20812万t,占全国粮食总产量的35.3%.由于目前国内的玉米收获机普遍存在收获损失大、清洁度低的问题,加上不同的地域地区种植行距的不规范和多样性,导致玉米收获机对行距的适应性较差,难以大面积推广.因此,为了保证粮食更快更好地实现机械化收获,只有对机械结构进行最优化设计,才能提高作业质量和效率,节约劳动时间,达到最佳收获条件. 目前,我国玉米
2、收获机械不成熟,很多作业质量问题得不到解决,原因之一是玉米收获割台设计不够合理,作业性能不理想:籽粒的损伤率普遍较高,摘穗辊经常发生阻塞现象,给农机生产部门和广大农民带来困扰.为此,根据玉米收获割台存在的主要问题,进行整体与部件的优化设计,以实现玉米机械收获摘穗作业的高质高效. 1整机的设计要求 该机器用于分段收获,完成对玉米的摘穗、输送、收集.其收获过程中应满足农业技术要求,尽量减少玉米穗的损失和损伤,籽粒损失率不大于2%,果穗损失率不大于3%,籽粒破碎率不大于1%,果穗清洁率不小于95%,机器可靠性在90%以上. 2割台结构参数与工作原理 2.1割台结构 割台主要用
3、于完成摘穗作业及输送玉米穗进入升运器中.割台由卧式摘穗辊、安全罩、扶禾器、传动机构、第1输送器及割台框架等组成,如图1所示.割台采用卧式摘穗辊装置,配合升运器完成玉米收获的摘穗输送作业,升降采用液压控制. 2.2工作原理 割台的工作原理:进行田间作业时,首先通过液压装置调整玉米割台的角度,角度视玉米品种和玉米穗的结果高度而定,一般与水平线所形成的夹角为35°~40°.随着机器的前进,扶禾器将玉米茎秆扶正,并通过其上的拨禾链将茎秆引入双摘穗辊之间的间隙,摘穗辊的前端即导锥部分引导玉米茎秆进入摘穗辊中段,茎秆一边沿着轴线方向运动,一边在摘穗辊拉力的作用下向下运动.
4、因此,当穗柄被摘穗辊阻挡时,茎秆仍然被摘穗辊作用而向下拉,当作用力足够大时,穗柄与果穗之间的部分被拉断,果穗被摘离,并在自身重力作用下进入升运器,最终在刮板的输送作用下,沿着升运器最终到达收集装置. 2.3传动部分的设计 割台的传动从割台中间传动轴开始,通过链条向前传动,从中间传动轴上的两个链轮分别通过链条连接两侧割台的变速箱.其中,由左侧的变速箱所延伸出的传动去往3个方向:①通过连接轴连接左侧拨禾链传动箱;②牵引左侧的摘穗辊进行对辊式转动完成摘穗作业;③通过链轮连接第1升运器,完成摘穗后的输送作业.然后,同轴连接升运器右侧的链轮向前传动,连接中间拨禾链传动箱,传动箱向上接主
5、动链轮,带动拨禾链运动,完成引导玉米茎秆进入摘穗辊的任务.同样,右侧变速箱使右侧摘穗辊完成摘穗作业,并通过连接轴连接右侧拨禾链传动箱,带动右侧拨禾链完成对玉米茎秆的拨和牵引任务.割台传动示意图如图2所示. 2.4主要结构参数 外形尺寸割台总长宽高/mmmmmm:17001500675割台总质量/kg:200收获行数/行:2适应行距/mm:450~650配套功率/km的高度差.摘穗辊主要分为3段:导锥、摘穗段、强拉段.导锥附带螺纹便于将玉米茎秆引入摘穗辊;摘穗段上有螺纹凸棱,螺距为165mm,凸棱高度约为10mm,起到摘穗作用;强拉段是将茎秆的末梢部分或已经拉断的玉米茎秆,强行
6、从间隙拉出或咬断,防止堵塞.采用卧式摘穗辊,主要是由于在工作过程中对玉米茎秆的压缩程度较小,功耗相对较少,并且对不同品种的玉米茎秆,具有较好的适应性.卧式摘穗辊的示意图如图3所示. 3.1.1摘穗辊直径和工作间隙的选择 摘穗辊直径和工作间隙是根据摘穗辊在工作过程中只抓取茎秆,而不抓取果穗而确定的.因此,兼顾两者所要求的摘穗辊的直径为 式中dgmin-果穗大端最小直径(mm);hmax-摘穗辊的最大工作间隙(mm);fg-摘穗辊对果穗(带苞叶)的抓取系数,fg≈f=0.7~1.1;D-摘穗辊直径(mm);d-茎秆直径(mm);h-摘穗辊间隙(mm);f-摘穗辊对茎
7、秆的抓取系数. 摘穗辊之间的间隙约为茎秆直径的30%~50%,可得72mm≤D≤100mm.本设计中摘穗辊的直径选用75mm,摘穗辊的间隙为10mm.在理想范围之内,符合设计要求.摘穗辊的调节靠调节轴承完成,在导锥与摘穗段之间装有调节轴承,需要调整摘穗辊之间间隙时,通过松动和旋紧螺栓,来左右移动调节轴承,完成摘穗辊间隙的调整. 3.1.2摘穗辊工作长度 摘穗辊的工作长度为L=lcosβ(2)式中L-摘穗辊的工作长度(mm);l-被拉过茎秆的长度(mm)
