高地隙玉米收获机的设计与试验

高地隙玉米收获机的设计与试验

摘要：玉米－大豆带状复合种植作为一种具有“高低协同”“以上促下”特

点的农艺模式，在充分利用种植空间与光热资源的同时可提高玉米和大豆的产量，对促进农业可持续发展具有积极意义。推广玉米－大豆带状复合种植技术可极大

地推动我国玉米大豆产业发展，是解决玉米大豆争地矛盾的有效途径，且对于满

足消费需求、确保粮食安全具有重大意义。

关键词：高地隙；玉米收获机；设计；试验；

引言

玉米是我国重要的粮食产物，随着农业生产全程机械化理念的推广，玉米生

产也向全程机械化方向进步，截至2022年，我国玉米生产的综合机械化率达到

９０％，玉米生产过程的耕种收机械化程度进一步提升。机械化收获是玉米生产

的关键工作，近年来我国玉米收获机的保有量持续提升，据统计，2022年我国玉

米收获机总量接近５８．９万台，玉米机械化收获已成为现代化生产的必然选择。

1我国玉米栽培的形式与特点

我国玉米栽培已经有４００多年的历史，与水稻、小麦等作物相比，玉米栽

培技术及品种创新发展较快，现阶段玉米已成为我国第二大农作物，其在粮食产业、饲料产业和工业占据重要地位。随着农业机械化技术的推广普及，在我国农

业发达地区玉米全程机械化生产模式已基本普及。２００５年以来，我国的玉米

种植面积持续增长，截至２０２２年，已实现１７年稳定增长，尤其是２０２０

年以来，中央一号文件对于我国玉米产业的政策进行细化调整，２０２１年要求“两稳一增”，２０２２年要求“两稳两扩”。随着机械化技术与玉米生产的深

度融合，玉米收获阶段也开启了高效模式，有效保证了玉米及时、优质的收获，

研究显示适时收获能有效提高玉米产量，一般情况下，玉米在完熟中期进行收获

的产量最高，在此阶段进行收获比传统人工观察苞叶变黄后进行收获可增产

８％～１０％，由此可见，玉米收获的时效性直接影响玉米的产量和生产经营的

经济效益。从我国玉米三大主产区来看，北方春播玉米区、黄淮海夏播玉米区的机械化收获普及率较高，玉米收获作业中应用的多种形式的玉米收获机有效保证了玉米的及时收获，与传统人工收割再摘穗剥皮相比工作效率明显提升，而且劳动强度大幅降低。

2当前制种玉米基本要求与机械

化收获存在的主要问题制种玉米与常规玉米的区别主要是对玉米品质要求不同。在同等条件下，制种玉米品质和产值都要比常规玉米高出许多。这主要是因为制种玉米的科技含量高，不论是培育，还是繁殖、推广，都需要进行多次科学实验，需耗费一定的人力、物力和财力，因而其商业价值也很高。制种玉米要求玉米穗粒大小整齐、外观圆润完好、水分含量低，且要求玉米收获的最佳时期是完熟期，此时收获，玉米籽粒完全成熟，产量和品质都能够达到基本要求，因此制种玉米一般应在玉米完熟期适时进行机械收获作业。如采用籽粒收获时，玉米籽粒含水率应不能大于25%。当玉米籽粒含水率大于25%时，宜采用摘穗+晾晒+脱粒收获方式。为避免不必要的损失，制种玉米收获应选用行距与玉米种植行距相适应的机械。玉米收获机作业时应达到的国家有关标准（GB／T21962—2020）要求为:总损失率≤3.5%、果含杂率≤1%、籽粒破碎率≤0.8%、茎秆留茬高度

≤15cm，玉米茎秆（粉碎还田）切碎合格率≥85%以上。制种玉米机械收获的标准要求应该更高，制种玉米收获的最佳时期是完熟期，此时收获，玉米籽粒完全成熟，产量和品质都容易保证。国家对玉米种子质量实行强制性标准，质量标准包括:纯度、发芽率、水分和净度4项。

3玉米种子收获机总体结构设计方案与思路

3.1整体结构

高地隙玉米收获机主要由发动机、割台、升运器、驾驶室、车架、剥皮机及粮仓等组成，整机最小离地间隙为800mm，高于大豆植株高度。其中，割台和升运器选择两侧分置的方式进行布置，即左右分别有1组割台和升运器，在两侧升运器后设计有集穗搅龙、剥皮机和排杂机。

3.2开发建议

考虑到目前玉米收获机已经基本成熟的情况，为提高产品开发的成功率并降低成本，建议制种玉米收获机应保持目前普通玉米收获机成熟的收获原理和工作流程不变，把重点精力投放到改进提高细节结构的方式上来，目标锁定在容易造成玉米籽粒受损和破碎的关键功能与关键部件上，如在实现摘穗、输送、剥皮等功能时易出现籽粒损伤破碎的摘穗台、输送器、剥皮机等重点零部件的改进和改造。

3.3两侧分置式割台的设计

为实现在玉米－大豆带状复合种植模式下玉米的收获，设计了一种两侧分置式割台，主要由摘穗辊、护罩、挂接梁、拨禾链、升运器等组成。两侧割台在工作时，摘穗辊高速旋转，将玉米果柄拉断，对果穗进行摘取;摘下后的果穗由割台输送器运送至升运器，两侧玉米带的果穗经两侧割台摘取后分别由两侧升运器向后输送。在此种农艺模式下，玉米的种植密度较传统的种植模式要大。为实现在此种密植环境下玉米的收获，对割台的作业效率有较高要求，并且不易堵塞，因此选用辊式摘穗装置。

4玉米收获机发展前景及建议

4.1加强关键零部件的研发

自走式相对悬挂式和牵引式的研发就复杂一点，既要满足主要使用性能，还要加大力度研究关键零部件的稳定性和可靠性，减少故障率也是提高生产效率。可以对切碎工序中的动刀、定刀的材料选择作为切入点，也可以考虑在热处理方面做调整，力求能够适应各种工作环境、满足各种工作要求。但面对国产割台事故发生率比较高的现实情况,还需要利用现代设计理论,通过提高喂入设备各部件的工艺性,通过模拟各种可能出现的工作情景并对其作有限元分析,对其薄弱环节作针对化处理,以增强可靠性与稳定性。

4.2加快自动化与智能化开发与应用

国外目前农业机械智能化和自动化技术较为成熟。像机电液一体化、定速巡航、自动对行、信息管理等一系列先进技术已经在大中型青贮机中广泛应用，从

而提高了产品的作业效率，也提高了可靠性和稳定性。在保证满足工作要求的前

提下，提高舒适性与方便可操作性也被更加重视。我国现在在液压传动技术和电

气自动化控制技术领域已有重大突破，在农机中的应用也较为广泛，再加上社会

越来越重视、越来越认可自动化和智能机械装置，加快自动化和智能化程度较高

的收获装置的研制发展及其应用已成为当下研发目标之一。

结束语

针对玉米－大豆带状复合种植模式，设计了一种高地隙玉米收获机，通过提

高前桥与后桥来增加离地间隙，并增加过渡齿轮箱来实现动力传递，其最低离地

间隙为800mm，能够满足样机对通过性的要求;割台选用两侧分置的方式来进行布

局设计，只对玉米收获而不影响大豆。对高地隙玉米收获机进行田间试验，作业

时能顺利对两侧玉米一次性收获作业而不对大豆产生损伤，简化了玉米收获过程，基本达到预期设计目标。另外，需对割台等关键部件进行优化和改进，从而降低

玉米损失率，改善作业效果，提高农机农艺融合度。

黑龙江省重点研发计划课题“鲜食玉米收获技术装备研发2022ZX05B01-1”

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