4LZG-3-0型谷子联合收获机的设计与试验

第31卷第12期农业工程学报Vol.31No.122015年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJun.2015314LZG-3.0型谷子联合收获机的设计与试验梁苏宁1，金诚谦1，张奋飞2，康栋1，胡敏娟1（1.农业部南京农业机械化研究所，南京210014；2.星光农机股份有限公司，湖州313017）摘要：针对谷子机械化收获难、损失大的问题，研究设计了4LZG-3.0型谷子联合收获机。该文描述了机器的总体设计方案，并对割台、输送装置、脱粒装置、清选装置等进行了设计，确定了其关键参数。该机配套动力55kW，工作幅宽为2000mm，生产率为0.23～0.45hm2/h；可一次完成谷子切割、输送、脱粒、清选、集粮、碎谷码回收等作业，具有喂入量大、割台损失少、脱净率高、夹带损失率小、脱出物中含杂率少等特点。田间性能检测和试验考核表明：机器性能稳定，作业顺畅，主要指标为喂入量3～3.3kg/s；总损失率6.86%～6.89%；含杂率1.6%～1.8%；破碎率1.3%～1.4%；可靠性系数≥95%，均达到或超过设计技术指标。该研究有效降低了割台损失，大幅减少了脱粒、清选损失，为提高谷子机械化收获水平提供了参考。关键词：农业机械；农作物；联合收获机；设计；谷子doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.12.005中图分类号：S225.31文献标志码：A文章编号：1002-6819(2015)-12-031-08梁苏宁，金诚谦，张奋飞，等.4LZG-3.0型谷子联合收获机的设计与试验[J].农业工程学报，2015，31(12)：31－38.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.12.005[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2015,31(12):31－38.(inChinesewithEnglishabstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.12.005引言谷子属杂粮作物，主要分布在中国北方干旱、半干旱地区[1]。具有抗旱耐瘠、营养丰富，水分利用效率高、适应性广等特点，是中国旱作生态农业发展的重要组成部分，更是干旱形势下的战略储备作物[2-5]。谷子带绿成熟，谷穗低垂、粒籽小、粒轻。谷子成熟时，谷穗与茎秆之间相互交缠难以分离[6]，机械化收获时，易形成割台两侧绞穗及割台掉穗，谷子株高在0.8～2.0m之间，差异大，易出现喂入不良、拨禾轮缠绕、掉穗等现象[7-8]，造成割台损失大。谷子脱粒过程中茎秆、叶片和籽粒不易分离，脱粒清选时夹带损失严重[9-10]。谷子籽粒质量小，千粒质量在2.4～3.5g之间，难以精确控制风速，脱粒清选损失大[11-12]。谷子秸秆中饲草蛋白含量高，是畜牧业中较好的饲料。现有谷子联合收获机均缺乏回收谷子秸秆的功能，不能充分利用资源，影响了谷子生产的效益[11-13]。现有的谷子收割机主要包括：洛阳中收机械装备有限公司生产的4LZG-2型谷子收割机[14]，吉林省东风机械装备有限公司生产的东风4LZ-1.5-1548型谷子专用收割机[15]，约翰迪尔1042谷物联合收获机改制的谷子联合收获机。同时久保田、奇瑞重工等企业一直都在进行谷收稿日期：2015-03-26修订日期：2015-06-09基金项目：国家支撑计划：经济作物农机农艺关键技术集成研究与示范（2013BAD08B02)；中国农业科学院科技创新工程（穗粒类收获机械）作者简介：梁苏宁，女，江苏睢宁人，副研究员，主要从事收获机械研究。南京农业部南京农业机械化研究所，210014。Email：[e-mail]。子联合收获的试验探索，但这些机器作业时，割台掉穗多、清选损失大、含杂率高等[6-9]，不能应用于生产。针对上述问题，本文根据谷子作物的特性，研制了4LZG-3.0型谷子联合收获机，旨在实现损失小、效率高的谷子机械化联合收获。1总体结构及工作原理1.1结构和工作原理目前谷子主要种植在干旱和半干旱山区、丘陵地带，昀适宜的割幅应为1.6至2.6m的履带式联合收割机。结合农民的购买力及市场发展趋势，确定谷子联合收获机为割幅2.0m、喂入量≥3.0kg/s的中偏大机型[10]。设计的4LZG-3.0型谷子联合收获机，选用“星光农机股份有限公司”的4LZ-2.5T全喂入联合收割机为基础机型。采用全喂入履带自走式底盘，包括谷子专用收割台1、中间输送装置2、橡胶履带底盘3、脱粒装置4、清选装置5、集粮系统6、谷码回收装置7等工作组件，总体结构设计如图1所示。其作业过程包括分禾、扶禾、切断、输送、脱粒、清选等工序。工作时，谷子专用收割台1上的分禾装置将工作幅宽内两侧缠绕的谷穗茎秆分开并扶起，在拨禾轮的扶持和推送作用下，谷子植株被切割，经中间输送装置送到脱粒装置，在前后脱粒滚筒的作用下，谷穗上的谷码完全脱落，谷粒也从谷码上脱落下来，在清选装置和二次复脱装置作用下，谷粒、轻杂、谷码实现分离。清选后的谷粒被输送至大粮仓6，完成谷子收获作业。该机主要设计技术参数如表1所示。农业工程学报（）2015年321.谷子专用收割台2.中间输送装置3.橡胶履带底盘4.脱粒装置5.清选装置6.集粮系统7.谷码回收装置1.Milletheader2.Intermediateconveyingchannel3.Undercarriagewithrubbertrack4.Threshingsystem5.Cleaningsystem6.Graincontainer7.Spikerecyclingdevicea.主视图a.Frontview1.分禾器2.拨禾轮3.输送搅龙4.输送槽5.传动系统6.前脱粒滚筒7.后脱粒滚筒8.谷码回收布袋挂架1.Graindividingdevice2.Reel3.Transportingscrewconveyor4.Conveyingchannel5.Transmissionsystem6.Prethreshingcylinder7.Postthreshingcylinder8.Baghangingrackforspikerecyclingb.俯视图b.Topview图14LZG-3.0型谷子联合收获机Fig.14LZG-3.0typemilletcombineharvester表14LZG-3.0型谷子联合收获机的主要设计技术参数Table1Maindesignparametersof4LZG-3.0typemilletcombinedharvester项目Item设计参数或形式Designparametersorform结构形式Structureform自走式外型尺寸Size（L×W×H）/(mm×mm×mm)5080×2685×2605结构质量Structuralquality/kg2570配套动力Matchedpower/kW55纯工作生产率Pureworkproductivity/(hm2·h-1)0.23～0.45作业幅宽Workingwidth/mm2000橡胶履带规格Rubbertrackspecifications(mm×mm×齿)400×90×48轴距Wheelbase/mm1080昀小离地间隙Minimumgroundclearance/mm240脱粒型式Threshingtype双滚筒横轴流式凹板筛型式Gravurescreentype栅格式振动筛型式Shakertype往复双层振动筛风扇型式Fantype农用离心式喂入量Feedquantity/(kg·s-1)≥3.0损失率Lossratio/%≤7.0含杂率Impurityrate/%≤3.5破碎率Brokenrate/%≤2.01.2传动系统本机传动系统选用星光农机4LZ-2.5T全喂入联合收割机的基本配制，动力设计主要是满足割台装置、脱粒装置、清选装置和集粮装置等获得合适的功率，并保证各部分工作协调，从而保证准确的传动比和较高的传动效率，满足谷子联合收获的要求。该机采用分路传动系统。动力从发动机输出后，一路经带传动至中间传动轴，由链传动到达脱粒装置，为脱粒装置、清选装置、集粮装置提供动力；到达脱粒装置的动力通过前滚筒另一侧的皮带传递至中间输送装置与谷子割台。此路传动其速度随发动机速度增减而增减，与机器行走速度无关。另一路通过带传动传递到变速箱，动力从变速箱输出，其速度与机器行走速度有关，和变速箱的档位和无级变速关联。第三路通过带传动传递到卸粮装置，为卸粮组件提供动力。传动系统配置见图2。图2传动系统示意图Fig.2Schematicoftransmissionsystem2关键部件的结构设计2.1谷子专用割台结构参数确定谷子专用割台由分禾装置、拨禾轮、切割装置、加长割台等组成，具体结构如图3所示。1.高侧壁大分禾杆2.外侧分禾杆3.内分禾杆4.加长割台底板5.拨禾轮6.割刀7.喂入搅龙1.Cropdividerwithhighsidewall2.Outerdividingrod3.Innerdividingrod4.Extendedheaderfloor5.Reel6.Knifebar7.Feedauger图3谷子专用收割台Fig.3Dedicatedmilletharvesttable2.1.1左右分禾器尺寸确定谷子成熟后，谷穗下垂，自然株高约1000～1300mm。第12期梁苏宁等：4LZG-3.0型谷子联合收获机的设计与试验33谷穗相互交织，为了有效地分开应割区与未割区缠绕在一起的谷穗，设计两侧分禾器昀高处离地大于1300mm，前伸量距割刀定刀尖大于700mm，且在机器左侧分行边，增加内外分禾杆。内外分禾杆各自与分禾器侧边空间尺寸分别设计为100～120mm。机器收获作业时，可有效减少割台两侧挂穗及掉穗，结构如图4所示。a.大分禾器的结构尺寸a.Sizeofcropdividersb.内外分禾杆的结构尺寸b.Insideandoutsidedividedstrawstructuresize图4谷子专用收割台大分禾器及内外分禾杆结构尺寸示意图Fig.4DedicatedmilletharvesttableCropdividerandinternalandexternaldividedstrawschematicstructuresize2.1.2拨禾轮参数的确定因谷子穗头大，弯曲下垂，在收割时，拨禾轮的高度对谷子茎秆的作用点非常重要。作用点过高，清扫割刀的作用将减弱，但作用点在重心之下，当拨禾轮速度过快，会出现谷子茎杆被挑起或向前翻倒现象，造成割台损失。如图5a所示，若谷子茎秆已割部分的长度为L1，重心的位置一般在顶部向下的1/3处，即：l=L1/3，要使拨禾轮对割倒的谷子茎秆有稳定的推送作用，拨禾轮中心的安装高度要满足式1的条件，谷子茎秆能被稳定的向后推送，直到茎秆与拨禾轮圆周相切[16]。()23HRLh+−（1）式中：H为拨禾轮中心与割刀的安装高度，mm；R为拨禾轮半径，mm；L为谷子自然高度，mm；h为割刀离地高度，mm。实际设计中，取拨禾轮半径R为500mm，拨禾轮中心的高度应H大于1100mm。实际工作中，作物会有倒伏，拨禾轮需要降低安装高度并可前移。设计拨禾轮高度为液压控制，且在500～600mm的高度范围内可调，并可前后移动。a.拨禾轮清扫割刀和稳定推送的条件a.Conditionsforreeltoachieveclearc