玉蜀黍屬聯合收割機(英語:corn harvester)是專用于收割玉米的一體化農業機械,可一次完成玉米摘獲、輸送、去皮、脫粒、裝箱、粉碎秸稈等工序,是聯合收割機的一種。
19世紀20年代,蘇格蘭王國的牧師帕特里克·貝爾(Rev. Patrick Bell)發明了收割機,是玉米聯合收割機的起源。1921年,世界上第一臺玉米聯合收割機由澳大利亞昆士蘭州文巴的艾倫(George Hand)設計生產。中國的聯合收割機技術和產品的引進始于20世紀80年代。
玉米聯合收割機在收獲過程中通過其分禾器和撥禾器將秸稈引向摘穗器,果穗在被摘穗器摘掉后便被引向第一升運器,升運后落入剝皮裝置進行剝皮操作。帶有脫粒機和糧箱等部件的玉米聯合收割機可以直接收獲玉米的籽粒。玉米聯合收割機主要由行走系統、電氣系統、收獲系統等部分組成。根據行走方式分為背負式、牽引式和自走式三種。玉米聯合收割機的主要性能指標有:籽粒損失率、果穗損失率、籽粒破碎率、苞葉剝凈率、籽粒含雜率、果穗含雜率等。
玉米聯合收割機提升了農業機械化水平,一定程度上促進了玉米產量的增加,改善了勞動生產條件、提高了勞動生產效率,其關鍵技術有智能化割臺、脫粒清選和防側翻控制系統等技術。玉米聯合收割機的主要發展方向是大型化、功能復合化、自動化和舒適化。
發展簡史
19世紀20年代,蘇格蘭王國人帕特里克·貝爾(Patrick Bell)發明了收割機,這一機器體積龐大,用馬匹拉動,使用剪刀式的刀片來收割作物,貝爾沒有為此發明申請專利。
19世紀30年代,美國發明家海勒姆·摩爾(Hiram Moore)結合了收割機和脫粒機工作流程,發明制造出了第一臺聯合收割機,并取得了專利。摩爾發明的聯合收割機由騾子或馬拉動,可以收割、脫粒和風篩谷物。
20世紀初,聯合收割機成為了農場的主流工具。這一時期的聯合收割機需要使用30名男子或多達40匹馬驅動。在馬匹的使用中,有30至36匹馬需要拉動機器,其余的馬則拉著馬車收集糧食。這一時期的聯合收割機重達15噸,有著30英尺(約9米)寬的收割頭。聯合收割機用馬拉動,相比推動可以更快行駛;由于可以同步脫粒,也省去了等待馬車的時間,每天可以收割30英畝(約16萬平方米)作物。
1921年,世界上第一臺玉米聯合收割機由澳大利亞昆士蘭州文巴的艾倫(George Hand)設計生產。
1925年,一家名為國際收割機公司(International Harvester)的芝加哥公司推出了其首批由拖拉機牽引的聯合收割機。自此聯合收割機的革新式升級完成,1925年后聯合收割機的升級方向主要集中在提高收割效率和使用體驗上。
在1970年之前,中國玉米聯合收割機主要以引進、仿制國外型號為主,曾從蘇聯、德國等多個國家引進了多種類型的自走式聯合收割機,并對其進行了試驗,成功制造GT-4.9型牽引式聯合收割機和東風ZKBD-型自走式聯合收割機。
在1970年初至1990年末,中國的玉米聯合收割機迎來快速發展階段,中國農機化科學研究院分別與新疆、四平市、佳木斯市聯合收割機廠開發了3種不同的4YZ-3型自走式玉米聯合收割機,黑龍江省、北京、石家莊市等地的農機廠也研制出了多種型號的聯合收割機。2000年以來,隨著科技水平的進步,更多新技術,如電液一體化控制、智能化控制、CAN總線控制、傳感器控制等技術在玉米聯合收割機中得到了應用。
工作原理
玉蜀黍屬聯合收割機一般是由拖拉機牽引,并通過拖拉機的動力輸出軸供給動力,每次可收獲多行玉米,可以一次性完成收割、摘穗、剝皮和秸稈粉碎等作業過程。摘穗方式有站稈摘穗和割稈后摘穗,站稈摘穗是指摘穗的時候并不把玉米的植株割倒。
在收獲過程中,玉米聯合收割機順著田地壟的方向前進,先由分禾器把玉米秸稈扶正,然后引向撥禾器,撥禾器的鏈采取分層并排配置,將秸稈引向摘穗器。摘穗器的摘穗一般都縱向傾斜配置,兩輥在回轉的過程中將秸稈引向摘輥間隙使其被摘掉。果穗在摘掉后便被引向第一升運器,升運后落入剝皮裝置進行剝皮操作。
如果果穗中含有被拉斷的秸稈,就會從上部的除秸器被排除。剝皮裝置一般是由傾斜配置的葉輪式壓送器和剝皮輥組成的,剝皮時剝皮輥相對向內側回轉,將苞葉和果穗咬住并撕開,然后自兩個輥的空隙漏下,苞葉則被苞葉輸送螺旋推向機子的另外一側。而苞葉中夾雜的少許籽粒,也不會被浪費,而是通過螺旋底殼(篩狀)的孔漏下,由回收螺旋落入第二升運器。
有的玉米聯合收割機的后部還配置有橫置的甩刀式切碎器,可以將殘余的秸稈切碎后拋在田地里。還有的玉米聯合收割機帶有脫粒機和糧箱等部件,如果田間的玉米成熟程度好而且植株高度較為一致,就可以卸下剝皮裝置和第二升運器,改裝脫粒器和糧箱,直接收獲玉米的籽粒。
基本構造
行走系統
動力供應
玉米聯合收割機的動力供應主要集中在發動機和與其相關的傳動裝置上,因散熱需要,發動機通常處于機身外部。發動機是玉米聯合收割機的動力來源,收割機所有機構的運動、運行均由發動機提供動力。
傳動系統
玉米聯合收割機的傳動系統的作用是將發動機產生的扭矩和運動經過一系列的變化傳給驅動輪,使收割機在牽引力的作用下前進或者后退,并滿足對農機的速度要求。行走機械按照傳動的方式主要可以分為:純機械傳動、液力傳動、液壓傳動和電力傳動四種,此外還有的由各種傳動組合在一起的復合傳動技術。
行走、制動、離合液壓系統
玉米聯合收割機的行走控制體系的構成相對較為復雜,其連接著動力輸出的離合分配,關聯著相關運行系統之間的配合。
以佳聯-4玉米收割機為例,收割機的行走系統的盤式制動器和離合器各自由單獨的液壓系統組成,共用一 個油箱。其中油箱供給制動泵和離合泵;由制動踏板或離合踏板帶動制動泵或離合泵柱塞將油壓入左、右制動缸或離合缸實現制動或離合運動。
電氣系統
玉米聯合收割機的電氣系統主要用于保證收割機的各個電氣設備的使用,這些電氣設備主要包括電源裝置、啟動裝置、照明裝置等:
收獲系統
割臺是玉米聯合收割機收獲系統的主要部件,其中分禾器的作用是對禾桿進行扶正和導向。撥禾鏈將禾桿拉向拉莖棍與摘穗板之間的縫隙,然后拉莖棍將禾桿引入縫隙,摘穗板將果穗摘落。摘下的果穗由拔禾鏈帶到果穗螺旋,隨后果穗螺旋將它們集中并送至升運器。
液壓系統
玉米聯合收割機的液壓系統組成結構包括液壓泵、溢流閥、調速閥、電磁換向閥、液壓缸和壓力表等主要部件。通過調整速度控制閥的開口大小,對液壓缸的流量大小進行調整,從而調整液壓缸的運動速度。
基本分類
玉米聯合收割機根據動力掛接方式的不同,可以分為牽引式、背負式、自走式機型。根據收獲方式可也分為果穗收獲和籽粒直收二種。
按動力掛接方式分
背負式
背負式玉米聯合收割機一般都要與拖拉機配合使用,可以提高拖拉機的利用率,降低機具的價格,但是配套使用的特點也降低了收獲機的作業效率。這種類型的收割機有單行、雙行、三行等產品,分別與小四輪和大中型拖拉機配套使用。這種收割機與拖拉機的安裝位置也各不相同,因此可以分為正置式和側置式,此種收割機不需要開作業工藝道。
自走式
自走式玉米聯合收割機可以分為三行和四行兩種,具有作業效率高、質量優、使用和保養方便等優點,但是用途比較單一,限制了其使用范圍。
牽引式
牽引式玉米聯合收割機主要是通過拖拉機的牽引進行作業,拖拉機牽引收獲機,然后再牽引果穗收集車,這種配置在行走和轉彎的時候都很不方便,適合在大型農場使用。
按收獲方式分
玉米籽粒直收是玉米聯合收割機的一種收獲形式,采用該類收獲方式會造成籽粒破碎,還需要進行后期烘干,在發達國家應用較為廣泛。
中國普遍采用果穗收獲方式,但有學者認為隨著中國種植農藝的發展,籽粒直收會成為主要收獲方式。
性能指標
玉米聯合收割機的主要性能指標有:籽粒損失率、果穗損失率、籽粒破碎率、苞葉剝凈率、籽粒含雜率、果穗含雜率等。
籽粒損失率
在測定區內撿起全部落地籽粒(包括秸稈中夾帶籽粒)和小于5cm長的碎果穗,脫凈后稱出質量。籽粒損失率計算公式為:
,其中,表示籽粒損失率;表示落地籽粒質量(g);表示籽??傎|量(g)。另外,(g),其中表示從果穗升運器接取果穗籽粒和果穗夾帶籽粒質量(g);表示漏摘和落地果穗籽粒質量(g);表示苞葉夾帶籽粒質量(具有苞葉夾帶籽粒回收裝置加上此項)(g)。
對于玉蜀黍屬籽粒損失率指標,拉莖輥轉速對其影響最大;摘穗板的形式對其影響次之。籽粒含水率、前進速度對其影響均不顯著。使籽粒損失率最小的試驗條件為摘輥轉速低速度、摘穗板的形式為彎板。
果穗損失率
果穗損失率是通過在測定區,收集漏摘和落地的果穗,脫凈后稱出質量,并用以下方法計算得到:
,其中表示漏摘和落地果穗籽粒質量(g),表示籽??傎|量(g),表示果穗損失率。
玉蜀黍屬果穗損失率隨拉莖輥、傳動軸轉速升高而減小,因為拉莖輥、傳動軸高速工作時,較大的摘穗板間隙能使果穗損失率較低。
籽粒破碎率
在測定區內,從果穗升運器排出口或接糧口接取約不少于2000g的樣品,脫粒清凈后,揀出機器損傷、有明顯裂紋及破皮的籽粒,分別稱出破損籽粒質量及樣品籽??傎|量,按如下方法計算籽粒破損率,即:
,其中,表示籽粒破損率;表示破損籽粒質量(g);表示樣品籽??傎|量(g)。
對于玉米籽粒破碎率指標,籽粒的含水率對其影響最大,且在一定范圍內,含水量越高,破碎率越大;摘穗板形式和拉莖輥轉速的影響次之;前進速度對其影響較小。使玉蜀黍屬籽粒破碎率最小的試驗條件為籽粒的含水率較低、摘穗板的形式為彎板、摘輥為低速度。
苞葉剝凈率
在測定區內,從果穗升運器出口接取的果穗中,揀出苞葉多于或等于 3 片(超過 2/3 的整葉算一片)的果穗(未剝凈果穗)。按如下方法計算苞葉剝凈率,即:
其中,B表示苞葉剝凈率;表示未剝凈苞葉果穗數(個);G表示接取果穗總數(個)。
剝皮裝置工作原理是通過相鄰的兩剝皮輥的相向轉動帶動苞葉隨之進入兩輥間隙并被扯離穗軸,果穗在壓送器撥輪和剝皮輥的共同作用下從出口排出,從而實現對苞葉的撕取剝離。有相關試驗研究得出了壓送器葉輪軸間距參數對玉蜀黍屬苞葉剝凈率影響規律,即當壓送器葉輪軸間距較大時剝皮效果較好。
籽粒含雜率
在測定區內,從接糧口接取約不少于2000g的混合籽粒,從中選出雜質質量,分別稱出混合籽粒質量及雜質質量,按如下方法計算籽粒含雜率,即:
其中,表示籽粒含雜率;表示雜質質量(g);表示混合籽粒質量(g)。
有研究表明:籽粒含雜率與籽粒含水量呈顯著相關性,籽粒水分含量越高,機收籽粒含雜率也越高。
果穗含雜率
在測定區內,接取果穗升運器出口的排出物,分別稱出接取物總質量和雜物(包括泥土、沙石、莖葉和禾本科雜草等)質量,按如下方法計算果穗含雜率,即:
其中表示果穗含雜率;表示雜物質量(g);表示從果穗升運器排出口接取排出物總質量(g)。
采用果穗收獲方式時,籽粒含水率與果穗含雜率之間不存在顯著相關性,即籽粒含水率不是主要影響因素。有相關實驗表明,對于果穗含雜率, 當風機轉速一定時,果穗含雜率隨物料輸送速度增加而增加;當物料輸送速度一定時,果穗含雜率隨風機轉速增加而減小。原因是隨著風機轉速增加,會產生更高速氣流,形成更大風壓將雜物從軸流風吸雜筒吸入風機殼腔體后,從而降低果穗含雜率。在風機轉速和物料輸送速度交互作用中,風機轉速是主要影響果穗含雜率的因素。
關鍵技術
智能化割臺
因為玉米品種和不同地區農民種植習慣不同,各地玉米植株間距不盡相同,這就對玉米聯合收割機割臺適應性有了較高要求,提高割臺適應性,設計智能化割臺從而成為關鍵技術之一。
脫粒清選
開發脫粒裝置、清選裝置和脫粒清選控制系統是玉米聯合收割機另一關鍵技術。脫粒裝置技術研發方向主要為使脫粒更加充分,有效降低籽粒破損率,提高脫粒效率。清選裝置技術是為了清選出干凈的玉蜀黍屬籽粒。開發脫粒清選控制系統便是為實現玉米脫粒清選智能化控制,在降低籽粒破損率和含雜率前提下提高脫粒清選效率。
防側翻控制系統
為解決玉米聯合收割機在山地、丘陵作業時容易側翻的問題,防側翻控制系統技術是又一重要技術。該技術的實現需要分析收割機車體結構和油氣懸架功能,以設計收割機油氣懸架底盤結構。油氣懸架底盤結構可以充分利用油氣懸架自身防側翻能力及主動控制懸架液壓缸伸縮能力來調平車體,實現玉米聯合收割機防側翻功能。
發展趨勢
大型化
發達國家玉米聯合收割機正向著大型化和高效化發展,機械的最大割幅已超過9m,喂入量最高已達到10-12kg/s。
綜合化
綜合化,一機多用是玉米聯合收割機的又一發展方向,通過一種主機配備多種專用割臺,如大豆、玉米、向日葵、水稻等,實現多種作物的收獲。
自動化與舒適化
玉米聯合收割機正向著自動化與舒適化發展,通過設計隔熱、隔音的現代化密閉駕駛室,增加部件轉速、谷物損失量、糧箱填充量的實時顯示功能,增加自動對行、自動調節割茬高度技術等方式提高機械的自動化和舒適化程度。
標準規范
型號命名規范
玉米聯合收割機的產品型號由5部分組成,反應產品的分類、特征、功能、參數、改進代號等信息。
技術規范
安全事宜
在實際使用玉米聯合收割機的過程中,應該做好以下幾點:
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