谷物联合收获机性能试验与功能优化方向

36㊀㊀农机使用与维修2024年第2期
谷物联合收获机性能试验与功能优化方向
李良刚
(黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081)
摘㊀要:谷物联合收获机作为农业生产中的一种多功能收获机械,在我国应用广泛,其具备的高效率优势得到了农业生产经营者的认可,近年来,谷物联合收获机的市场占有率持续提高,机型种类和产品得到了快速丰富㊂为进一步提高谷物联合收获机的应用合理性,从谷物联合收获机分类与技术特征及技术弱项展开论述,说明了性能试验的主要工作和功能优化的方向㊂关键词:谷物联合收获机;性能;试验;优化
中图分类号:S225.3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A
doi :10.14031/ki.njwx.2024.02.009
Performance Test and Function Optimization Direction of Grain Combine Harvester LI Lianggang
(Heilongjiang Academy of Agricultural Machinery Sciences,Harbin 150081,China)
Abstract :As a multifunctional harvesting machine in agricultural production,grain combine harvesters are widely used in China.Their high efficiency advantages have been recognized by agricultural producers and operators.In recent years,the market share of grain combine harvesters has continued to increase,and the types and products of grain com-bine harvesters have been rapidly enriched.In order to further improve the rationality of the application of grain combine harvesters,this paper discusses the classification,technical characteristics,and technical weaknesses of grain combine
harvesters,and explains the main work of performance testing and the direction of functional optimization.Keywords :grain combine harvester;performance;testing;optimization
作者简介:李良刚(1980 ),男,黑龙江海伦人,本科,工程
师,研究方向为农业播种收获机械㊂
0㊀引言
近年来,在国家惠农政策和科技助农系列工作的持续开展下,我国的农业得到了长足发展,农业生产模式和现代化程度得到显著提升[1]㊂主要粮食作物不仅稳产㊁高产,而且种植规模进一步扩大,对于农业机械的依赖程度进一步提高㊂谷物联合收获机是具有复合功能特点的现代化收获机械,能够适应水稻㊁小麦㊁大豆等多种农作物的自动化收获需求,具有良好的工作效率且一次作业就能完成多个收获及初加工工序,受到了农民的认可与使用㊂从我国农业生产实践来看,谷物联合收获机的性能对于生产效率㊁收获质量㊁农业收益等影响很大㊂对收获性能展开分析并进行部分功能优化,对于提升谷物联合收获机的适用性㊁可靠性㊁高效性意义重大㊂
1㊀分类与技术特征
随着国内农业机械行业的快速发展,我国对于生产制造及自主研发中大型农业机械的能力逐渐提高,谷物联合收获机的技术研究与制造能力显著提升,自主机型有效降低了农民的购机成本,在一
定程度上填补了农机市场的自主技术设备空白㊂
谷物联合收获机是一种将谷物收割与脱离㊁清选㊁秸秆处理等功能集成的现代化收获机械,具备专用的动力系统㊁控制系统㊁传动装置和行走装置,能够适应多种谷物类作物的收获㊂传统的谷物联合收获机结构和功能相对简单,多采用牵引式㊁悬挂式的作业方式,机具需要与拖拉机进行配套安装,由拖拉机提供牵引行驶的动力和整机运转的驱动力,此类技术方案受到两方面的发展制约,一是对于拖拉机的性能依赖较高,部分机型存在不匹配问题,还存在动力不足或动力浪费问题;二是整体功能相对单一,电气化程度不高,技术相对落后,导致牵引式㊁悬挂式机型的应用量逐渐降低[2]㊂随着技术的发展,谷物联合收获机逐渐向自走式设备发展,这类机型采用整体设计,配备有专用的发动机和行走装置,整机结构更为紧凑,不同功能的装置之间衔接更合理,现代化的电气控制技术和传感器技术的应用更为简单便捷,整机性能更有保证,机动性增强,可靠性提升,适合大规模生产作业使用㊂
2㊀技术原理
谷物联合收获机的主体结构如图1所示,包括发动机㊁割台㊁行走装置㊁输送装置㊁脱粒系统㊁分离和清粮装置㊁控制室及粮仓等㊂其主要的技术流程如图2所示㊂首先通过割台的拨禾轮将作物植株送
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㊀入割台内部,并利用切割器将秸秆切断,切断后的谷物和秸秆进入脱粒装置脱粒,然后经过分离㊁清粮等功能部件进行谷物提纯,将杂质排出机外,并将干净的籽粒送入粮仓
㊂1.割台;2.控制室;3.输送装置;4.行走装置;5.脱粒系统;6.分离和清粮装置;7.粮仓
图1㊀
谷物联合收获机的主体结构
图2㊀主要技术流程
3㊀技术弱项
尽管我国谷物收获机技术近年来发展迅速,但在与国际先进机型技术相比仍存在差距,在生产实践中应用仍存在很多问题亟待解决㊂首先,整机的精细化程度不高,对于仿形技术㊁智能控制等应用相对不足,在控制精确性,转速调整㊁响应速度等方面仍待提升;其次,生产制造能力不足,农机设备的生产线整体自动化程度和现代化设备缺失,对于机械零部件的加工㊁装配能力不足,导致整机可靠性㊁使用寿命不尽如意;再次,整机适用性不足,不能完
全适应不同地区的农产需求,对于部分品种作业质量不佳,存在明显的地域性开发特点[3]㊂此外,对于收获机的远程监测㊁技术管理等现代化功能普及不佳,影响整体监管的实施㊂
4㊀性能试验主要工作
由于农机市场销售的联合收获机产品在不同地区㊁不同作物品种的应用存在一定的适用性差异,因此必须通过性能试验验证后方可在农业生产区进行推广应用[4],针对谷物联合收获机的性能试验主要应从以下方面开展㊂4.1㊀性能要求
谷物联合收获机属于结构复杂的农机种类,其功能部件较多,对于性能的考察也应更为严格,其试验鉴定的项目较多,收获机的应用应重点考虑以下生产实际需求㊂
一是充分考虑生产规模与机械效率的匹配程度,对于大面积的农田,应尽量保证谷物收获机的作业幅宽和作业效率,避免中小机型作业造成效率低下,并造成土壤压实等问题㊂
二是充分考虑对作物品种的适用性,谷物联合收获机应当能够适应不同的产量㊁植株高度㊁谷草比㊁含水率㊁脱粒特性和倒伏程度,能够根据作物品种特征进行机械结构调整,并通过调整优化对不同品种及植株特征条件的收获能力㊂
三是对地形地势的适应能力㊂谷物联合收获机应当能够适应不同耕地形状㊁土壤性质㊁地形地势等田间条件㊂
4.2㊀田间生产能力试验
田间生产能力试验主要验证谷物联合收获机在田间实际工作的表现情况,该项试验应在收获季节广泛持续开展,以提高试验数据的广泛性与全面性㊂试验验证的主要项目包括:1)机械动力是否满足生产需要;2)整机作业的平均燃油消耗和经济性指标;3)机械总体故障率;4)割台装置收获过程的切割㊁收集能力;5)脱粒㊁分离㊁清粮装置的整体可靠性;6)秸秆处理质量及切碎合格率;7)粮仓工作的可靠性;8)整机调整的便捷性;9)整机维护保养的便捷性;10)整机电控系统的效率和控制反应速度等[5]㊂
田间试验过程应做好试验记录,不仅包括设备生产能力相关的数据,还包括天气㊁地表状态㊁坡度㊁割茬高度㊁作物品种㊁杂草情况㊁作业起始与结束时间等,以供试验结论报告使用㊂4.3㊀收获质量分析与验证
对收获机收获的粮食作物质量进行样本采集
38㊀㊀农机使用与维修2024年第2期与数据分析,能够获得收获机作业质量指标数据,
以验证其关键作业指标是否符合国家标准要求㊂
取样前应将收获机内部和粮仓内的粮食全部排空,
取样作业的实验过程应保证每次取样的行驶距离
或行驶时间相同,例如每次均行驶50m,或每次作
业时间30s,进行定量取样,或每次取样用定量容器
装取㊂样本统计的范围应尽量广,应覆盖主要作物
种类,并对每种类型作物进行多次取样,并对获取
的样本进行统计分析,去平均值计算关键技术指
标㊂选取实际割幅覆盖下1m收获长度的耕地地表
(面积为S),进行人工拣起落粒㊁掉穗和漏割穗,在
脱粒后称取重量记为W,单位面积的损失率测定标
准为:损失率=W/Sˑ100%㊂以小麦及水稻收获为
例其关键作业指标如表1所示㊂
表1㊀小麦及水稻收获质量标准要求
统计项
标准要求
小麦水稻
损失率/%ɤ3.5ɤ2.0
破损率/%ɤ2.0ɤ2.0
含杂率/%ɤ2.0ɤ2.0
留茬高度/mmɤ100ɤ100
5㊀功能优化的主要方向
5.1㊀割台功能优化
1)提高抗倒伏能力㊂从生产实践来看,现阶段大部分的谷物联合收获机对平原地区的直立秸秆谷物收获能力较好,表现为谷物损失率较低,能达到技术指标要求㊂但大部分谷物联合收获机在收获倒伏秸秆时的技术指标明显降低,造成掉穗㊁漏割穗的概率明显增加,为适应农田植株轻度或中度倒伏,应加强割台抗倒伏技术研发与应用,提高作物收获率[6]㊂2)优化拨禾轮的性能㊂据统计,割台收获过程的主要粮食损失之一来自拨禾轮冲击造成的掉穗,未来应加强拨禾轮转速与掉穗率之间的关系研究,探索拨禾轮转速㊁行驶速度之间的匹配关系,促进整机配合的精细化提升㊂3)优化割刀技术㊂割刀的切割阻力和切割效率对于谷物联合收获机的整机工作效率影响很大,应针对割刀形态㊁刃倾角㊁切削速度进行进一步细化分析,将切削阻力产生的不利影响降到最低㊂
5.2㊀脱粒功能优化
1)防堵功能优化㊂在联合收获机作业过程中,脱粒滚筒堵塞是常见故障之一,现阶段应用的纹杆滚筒式㊁轴流式滚筒均存在一定概率的堵塞问题,应加强脱粒装置的粮食输出能力,做好防堵结构的设计㊂2)分离能力提升㊂分离能力是脱粒效率的重要影响因素,分离能力不足会造成粮食损失率的提升,应通过优化脱粒装置的结构,并利用仿真软件模拟,对分离过程与功能进行优化升级㊂3)秸秆处理能力改善㊂分离能力强的脱粒装置易造成秸秆的过度破损,细碎的秸秆残渣混合到谷粒㊁谷穗中会对清粮工作产生不利影响,应加强在脱粒过程对秸秆的保护,避免秸秆过度粉碎㊂4)破损率改善㊂在保证分离效率的同时,应优化脱粒装置内部结构,进一步降低粮食在脱粒过程的破损率㊂5.3㊀清粮功能优化
1)优化清选装置结构㊂应充分参考国际先进机型的清选装置设计趋势,一方面将传统的单级清选升级为二级或多级清选,提高清选质量,降低含杂率;另一方面优化清选筛网㊁振动装置的技术性能,利用筛网优化和振动机构优化提高清选效率,降低粮食损失率㊂2)合理匹配风机技术㊂风机提供的合理风力㊁风向是除杂的有效手段,针对不同的清选装置结构,应做好风机的合理匹配,必要时选择多级风机提高清选质量,同时还应避免风力过大和风向不合理造成的粮食损失㊂
6㊀结语
综上所述,谷物联合收获机在农业生产中应用能发挥出显著的技术优势,但应注意不同谷物联合收获机在适用性和技术特征方面的差异,更够根据机型特征合理选择合适的收获机技术,保证谷物类作物的及时高效收获㊂同时,谷物联合收获机的生产企业应持续加强联合收获机的技术研发,努力补足技术短板,促进自主生产的机型产品向更高技术方向转型,同时,谷物联合收获机应持续加强电气化建设,促进产品向全面自动化和智能化转型,实现产品竞争力的全面提升㊂
参考文献:
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