鲜食玉米收获机的结构原理与果穗保护技术研究

张范良

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

粮食生产的顺利实施是社会运行和经济发展的基础保障，随着时代的进步，在农业机械的广泛应用下，农业的生产方式产生了很大的改变。鲜食玉米作为我国百姓喜爱的饮食，近年来的种植面积不断扩大。由于鲜食玉米具有营养丰富、口感优良的特点，其市场前景十分广阔，使相关的作物品种也得到了更多的研究与应用，鲜食玉米包括了糯玉米、甜玉米等很多品种。为保证良好的生产效率和市场供应，生产过程的机械化应用是必然趋势，从现阶段来看，由于鲜食玉米的特殊性，其机械化收获的作业率仍比较低，传统的人力收获方式尽管保证了玉米的收获品质，但其效率低下、作业成本高的问题限制了鲜食玉米的收益空间，因此，加强鲜食玉米收获机的研发、应用与推广工作十分必要。

1 鲜食玉米的生产现状

相对于传统的玉米而言，鲜食玉米具有很高的商业价值，其市场销售前景十分广阔。将鲜食玉米与传统玉米的生产过程进行对比，种植鲜食玉米的经济效益可增加50%～60%，可实现增收300～350元·(667m2)-1，与此同时，其种植和管理过程的成本与普通玉米相当，因此可获得良好的经济效益。近几年，鲜食玉米的种植面积得到了快速增长，平均的年增长率在30%以上，鲜食玉米与传统玉米不同，只有在最佳收获期内完成高效率的收获，才有利于保持玉米良好的口感和营养成分。在目前，我国的农村地区劳动力结构趋于老龄化，存在着劳动力不足的问题，由于传统的玉米收获机无法直接应用于鲜食玉米的收获，而鲜食玉米专用收获机产品的短缺使鲜食玉米的收获变得困难，造成了鲜食玉米采摘不及时的问题，影响鲜食玉米的品质和销售效益，也限制了种植规模的进一步扩展，农民对于优质的鲜食玉米收获机产品的需求十分强烈。

2 鲜食玉米收获机的工作特点

2.1 鲜食玉米果穗特点

鲜食玉米具有较高的含水率，其果穗软嫩，收获过程容易产生破损，因此，研究和分析鲜食玉米的果穗特点十分必要。通过对7个品种的35个鲜食玉米进行采样，利用专用试验台对玉米果穗进行了试验，测试了鲜食玉米果穗的物理、化学性状等参数。得到以下玉米果穗的数据信息，果穗长度平均值为320 mm，果穗最大平均直径为56.03 mm，果穗平均含水率为65%，果穗表面的抗压强度为8.43 Pa，相关研究人员可参照此数据对鲜食玉米收获机进行结构设计和优化。

2.2 与普通收获机的对比分析

(1)摘穗形式的差异。由于鲜食玉米与普通玉米存在明显的含水率差异，因此在摘穗过程的结构和条件也存在较大差别。普通玉米收获时的摘穗方式多为正向拉伸，摘穗的形式主要分为摘穗板式和对辊式两类(如图1所示)，其主要原理都是通过拉茎辊将玉米秸秆与玉米果穗的根部进行拉断，这种摘穗方式果穗与秸秆分离，此过程会产生较大的冲击力。由于普通玉米收获时含水率较低，籽粒的硬度较高，具有一定的抗冲击能力，能够抵挡摘穗过程对玉米果穗造成的破坏。而对于鲜食玉米的收获过程，由于其含水率高，籽粒十分柔软，果穗整体的强度较低，若受到较大冲击力作用很容易出现损伤问题。同时，鲜食玉米秸秆的含水量是普通玉米秸秆的2.5～3倍，其整体密度更大，导致果穗分离的技术必须具有柔性化特点，在实现可靠摘穗的同时有效保护果穗不被破坏。

图1 玉米摘穗的主要形式

(2)技术成熟度的差异。普通玉米收获机已经经过了较长时间的应用与改进，其应对传统的玉米收获具有技术成熟度好、可靠性高、功能全面的特点，大中小的各种产品能适应不同的生产需求，在农业生产中具有很高的普及率。而鲜食玉米收获机在我国的研发时间很短，现阶段的应用量也比较少，很多地区使用普通玉米收获机进行鲜食玉米收获，造成了啃伤玉米果穗根部问题，严重影响鲜食玉米品质。现阶段应用的鲜食玉米收获机主要有美国OXBO鲜食玉米收获机、我国的雷肯4YZT-4鲜食玉米收获机等，相关产品十分有限，但鲜食玉米收获机的实际工作能力已逐步完善。现阶段使用的鲜食玉米收获机基本上能够胜任甜玉米、糯玉米、水果玉米等鲜食玉米的收获工作，只是部分功能仍有待完善和进步。

3 鲜食玉米收获机的工作原理

鲜食玉米收获机相对于普通的玉米收获机来说应用了大量的传感器元件，用以检测鲜食玉米收获过程的各项参数。鲜食玉米的拉茎辊采用滑切式形式，在实际工作过程中，拉茎辊受到柴油机的动力带动而对向转动，随着收获机的行驶，拉茎辊前端的螺旋导锥将鲜食玉米的秸秆喂入割台内，随着成对拉茎辊配合间隙的减小，玉米秸秆逐渐被夹紧，而错位布置的辊刀依次切入，将玉米秸秆向下方拉扯，当秸秆向下移动至接近果穗位置时，果穗根部的穗柄会先与辊刀接触，而被辊刀切断或受到一定程度的破坏，此后玉米的果穗到达摘穗板位置，由于根部的穗柄已经被切断或局部被切割破坏，拉茎辊配合摘穗板的摘穗过程对玉米果穗的冲击力很小，很大程度上降低了籽粒破碎的概率，同时摘穗过程用剪切力代替了拉茎力，使摘穗所需的动力进一步降低。鲜食玉米收获机在摘穗后的升运器、集粮仓结构和功能与普通收获机类似。

4 鲜食玉米收获的果穗保护技术

对于鲜食玉米的收获，除采用新结构的拉茎辊技术外，主要利用柔性化设计来提高摘穗过程对玉米果穗的保护功能，其功能设计包括以下几点。

(1) 拉茎辊关键参数的便捷可调性设计。对于鲜食玉米收获，实际的工作状态对玉米收获品质影响很大，收获过程一旦造成玉米果穗的批量受损，则严重影响其经济价值。因此对于拉茎辊的结构和工作状态应做到对运转速度、工作倾角、离地高度的便捷可调，且调整的相关参数便于查看，从而提高拉茎辊对不同鲜食玉米品种的适应能力。

(2) 升运与集粮过程的防磕碰。在鲜食玉米摘穗完成后，玉米会进入升运器，并落入集粮箱中，在此过程中，玉米可能在进入升运器和在从升运器落入集粮箱的过程中因磕碰而受损，从而影响鲜食玉米的品质。因此，在对升运器和集粮箱设计时，应注意设计缓冲段，避免出现玉米果穗过大的垂直掉落距离，可尝试设计分级缓冲段，减少掉落过程的损伤率。

(3) 利用传感器配合计算机技术，做到收获过程主要参数的实时监测。利用传感器检测摘穗过程的拉茎辊转速、收获机行驶速度、摘穗过程的拉伸力等数据，并由计算机进行数据分析，对于可能产生玉米果穗损伤的作业模式，通过警示系统进行实时警报，提醒操作者改变作业模式或调整拉茎辊工作参数，避免鲜食玉米果穗出现大批量损伤问题。

5 结语

综上所述，随着鲜食玉米产量的不断增加，对鲜食玉米专用的收获机产品的需求量不断上升，这对农机企业的产品研发提供了新思路，也要求相关的科研和开发人员重视起鲜食玉米收获机的关键技术研究，使该项技术早日成熟并广泛应用，从而进一步减轻鲜食玉米经营者的经济负担和劳动力负担，确保鲜食玉米产业得到更好更快的发展。