玉米粒收割机关键零部件设计与优化

钟立才

（兰州资源环境职业技术学院，甘肃 兰州 730000）

玉米是我国第二大粮食产物，在我国种植广泛，2017年全国玉米产量达到2亿吨以上，种植面积达5万亩以上。而且随着工业生产对玉米需求的增加，未来玉米生产仍有较大的提升空间。但是在玉米收割机械化方面，我国与欧美等国家还存在很大的差距，无论是在机械先进性、稳定性以及现代化方面，都需要不断完善。

1 传统玉米收割机与玉米籽粒直收机的对比

自世界第一台收割机问世以来，我国农业机械在经过引进、仿制、研发历程后，玉米收割机械业已基本满足国内农业发展需要。但是目前玉米收割机械发展尚未完善，使用最多的是传统收玉米果穗收割机，无法满足现代农业机械化发展需要。加之我国南北地方差异，中部平原地区玉米成长期短，收获时玉米果穗较嫩，无法进行直接收玉米籽粒。东北大面积种植玉米的地区，由于玉米一年一熟，成长期较长，所以收获时玉米粒含水率较低，玉米籽粒强度较大，适合进行玉米籽粒直接收割。这也是传统果穗玉米收割机与玉米籽粒收割机最大的差异之处，传统收割机对玉米籽粒的含水率要求不高。玉米籽粒直收联合收割机，要求玉米含水率在24%以下，在田间地头一次性完成玉米秸秆切割、玉米果穗采摘、脱粒、除杂和玉米秸秆还田工作程序。不仅有效简化玉米收割提升作业效率，而且提升农业机械化水平。但是在这种联合性收割机中，由于种种因素的影响，如果在脱粒中设计不合理就会导致籽粒破碎率的上升，以及丢失果穗的现象，因此需要对脱粒环节进行科学设计。

2 玉米粒收割机关键部分设计

玉米籽粒收割机的关键在于采摘、脱粒环节及其设计。根据我国玉米收获条件与成熟时玉米籽粒含水率对收割机械进行设计。

（1）玉米籽粒收割机工作原理。在收割阶段，玉米籽粒收割机与传统收割机类似，在机器接近玉米根部时，由分禾器直接将玉米进行分开，拉茎辊在夹住玉米杆持续向下拉，直到玉米果穗能够通过摘穗板的缝隙完整的摘下。然后玉米果穗进入输送链送至割台横向搅龙中，横向搅龙再把它们输送到过桥输送器中，在过桥链耙的作用下，将玉米果穗均匀的送至脱粒滚筒，玉米果穗在滚筒螺旋排列脱粒单元和滚筒上盖导向板的作用下将玉米果穗外皮、杂质、籽粒进行分离。这个过程中玉米籽粒、破碎的玉米叶、玉米芯等一起通过滚筒中的分离板，在贯流风机吹风的作用下，在两层往复式清选筛过程中完成玉米籽粒与其他杂质的分离，进而实现籽粒清选。然后经过清选的玉米籽粒在搅龙的作用下进入滚筒右侧，最后通过刮板作用进行储粮箱。未清理干净的碎叶、玉米芯以及其他的杂质可以通过粮食升运器进入脱粒滚筒前端进行二次清选，重量较轻的物质则经过尾筛被吹至滚筒外面，滚筒内部的杂质则通过排草轮的作用下排出滚筒。这即是整个玉米籽粒收割机的工作过程，可见在采摘环节，玉米籽粒收割机与传统玉米收割机并无太多的差异，玉米籽粒收割机的关键在于果穗输送至脱粒滚筒的脱粒、清选环节，因此设计的重点要在脱粒分离系统之中。

（2）玉米籽粒收割机分离系统设计。目前玉米籽粒收割机为保障收割与脱粒、清选效果，在设计中一般采用全纵向单轴流滚筒和或梳齿凹板实现脱粒与清选，在本文研究中为保障脱粒系统适合东北玉米主产地与中原地区收割时玉米粒含水率，在设计中收割机脱粒滚筒将其大小设计为直径为0.7m，长度设计为3m，基本转速介于300～1000r/min，该转速即能够保障脱粒效果，也在一定程度上适应东北与中原地区玉米粒含水率的差异，可以根据实际情况和需要调节转速。滚筒玉米果穗的进入主要依靠搅龙圆锥体导草结构输送，脱粒则依靠玉米果穗之间的冲击和揉擦实现。

（3）玉米籽粒收割机清选系统设计。在玉米果穗脱粒完成后，需要对其中伴随进入的碎玉米叶、玉米杆以及玉米芯等杂质进行清理，排除滚筒。相对而言，这些伴随即进入的杂质重量较轻，可以通过风扇吹风的方式进行清理；而对于重量较大的其他杂质，由于在揉擦过程中可能已经很细碎，所以需要通过振动筛进行筛选。设计中为避免较大的碎杂质堵塞振动筛选孔，可以将之进行分层设计，上层进行初步筛选，下层进行二次筛选，筛网则设计为冲孔筛、编织筛的组合。在振动筛频率选择上，设计为250～300次/min，也是结合杂质含量进行设定。杂质较少时可以设定振动频率较低，杂质较多时可以通过提高振动频率进行强力筛选。风扇采用无机变速传动的贯流风机，既能够保障送风量起到作用，而且风流量较为均匀，更好地实现杂质与玉米籽粒的分离。

3 玉米粒收割机整体设计优化

在前文论述中主要结合玉米籽粒收割机发展情况，对玉米籽粒收割机中的分离、清选系统进行研究。但是一台玉米收割机工作质量不仅仅是依赖单个系统，而是需要其他部件的有效结合才能最终实现工作效率的提升。

首先是传统玉米收割机采摘装置，这是玉米收割机的核心部件。也直接影响这玉米籽粒收割机的籽粒损失率、破碎率。在玉米籽粒收割机设计中，需要对之进行一定优化。例如为减少采摘果穗过程中对籽粒的影响，并达到一定采摘效果，在设计中可以使用卧式摘穗辊式。摘穗时，摘穗辊前端的导入段将玉米植株引入摘穗辊，玉米茎秆在两辊之间向后、向下轴向移动，果穗大端被摘穗辊间隙阻挡从而从秸秆上脱落以完成摘穗。既能够满足果穗采摘要求，同时也降低采摘过程中对玉米籽粒的影响。

其次由于玉米田间杂草较多以及玉米本身秸秆较多的影响，在收割过程中肯定会掺杂许多杂质，如果杂质过多也会影响脱粒和分离效果。另外如果玉米果穗干燥程度不佳，在输送过程中也会有许多杂质随之进行脱粒系统，影响脱粒效果，甚至导致脱粒分离系统的堵塞，所以在玉米籽粒收割机设计中也需要对这一环节进行优化设计。进而减少茎秆、玉米碎叶和杂草对机械工作效率的影响，结合实际经验在收获环节可以在玉米收获机上加装排杂辊和排杂风机来实现提前去杂，保障脱粒和分离效果。

4 结语

随着农业机械化水平的不断提升，在玉米收割中传统果穗采摘的模式因其需要多一个脱粒程序导致生产效率的降低。因此根据我国玉米种植、生长情况设计一种直接在收割环节即实现脱粒、清选的玉米籽粒收割机符合当下农业发展趋势，针对此本文研究中对比分析玉米籽粒联合收割机优势，并重点从脱粒分离系统进行设计与优化，并对采摘装置等提出一些优化措施。