稻谷秸秆联合收获一体机的设计

朱岱力 任 东 欧阳陵江

（湖南工业职业技术学院，湖南长沙410208）

稻谷秸秆联合收获一体机的设计

朱岱力 任 东 欧阳陵江

（湖南工业职业技术学院，湖南长沙410208）

随着水稻秸秆利用率的不断提高，稻谷、稻杆联合收割机械的需求也在日益增强，在目前人们广泛使用的全喂入水稻联合收割机的基础上，增加秸秆打捆机构，一次性完成稻谷收割、脱粒、清选、入仓和水稻秸秆的压缩、打捆等工序，提高了水稻秸秆的收获效率，减少了机械进田压地次数，为水稻秸秆更好地回收利用奠定了基础。

稻谷秸秆收获一体机；工作原理；压缩机构；打捆机构

引言

稻谷是人们生活的主要粮食作物，水稻秸秆是稻谷生产过程中的副产品。却是一种用途非常广泛的宝贵资源，除可以直接粉碎还田用作有机肥外，还可以收获回收后进行工业化利用。水稻秸秆是一种很好的木材代替品，可用来制造建材、造纸原料等；水稻秸秆具有较高的营养价值，可以作为牛、羊、马的饲料；水稻秸秆可以作为无公害食用菌的培养基种植蘑菇；水稻秸秆可以用作生物发电的原料等，从能源、沼气、饲料、造纸到建材，可以说秸秆产业可深入人们生活的各环节[1]。

随着农业机械的普及推广，近年来人们逐渐摆脱了繁重的人工收获稻谷，采用水稻联合收割机收割。由于全国各地水稻种植的气候、品种、稻田等条件差异，水稻秸秆收获机械没有得到广泛的使用和推广，特别是在田块比较小的南方，人们最常使用的水稻收获机械是稻麦全喂入联合收割机，该机在设计时，将稻谷收获作为主要工作对象，水稻秸秆被揉碎抛弃在田间，要回收秸秆，需要进行第二次作业，为此增大秸秆收获的成本，降低农民回收秸秆的积极性。以农业大省湖南省为例，每年约有4000多万吨农作物秸秆，其中8成水稻秸秆，能综合利用的为56.09%，还有43.91%的秸秆资源被废弃或者直接焚烧，造成了资源浪费和环境污染[2]。随着人们环保意识和资源充分利用愿望的增强，人们急需经济适用的稻谷秸秆联合收获一体机。

为此我们在目前农村使用最广泛的全喂入水稻联合收割机的基础上，进行了相应的改装，安装秸杆收集打捆装置，使其不仅具有稻谷收获功能，还具有稻杆收集功能，为水稻秸秆的充分利用奠定了良好的基础。

1、整机结构

1.1 整机结构方案

通常全喂入水稻联合收割机由拨禾（扶禾）装置、切割装置、脱粒装置、清粮装置、动力行走部分、操纵装置、调节机构和辅助部件组成。分别完成拨禾与扶禾、切割、输送、脱粒、清选、行走等工作，实现机器收获稻谷的功能。稻谷秸秆联合收割一体机，是在全喂入水稻联合收割机的基础上，增加秸杆收集打捆装置，以实现秸秆收集功能。秸杆收集打捆装置由秸秆接收机构、输送机构、压缩机构、打捆机构、卸料（禾杆）等机构组成。

1.2 工作原理过程

稻谷秸秆联合收割一体机的工作过程：拨禾轮首先将谷物放逐拨向割刀，让割刀将谷物割倒，拨禾轮随机将谷物推倒到割台上，割台输送搅龙将割倒的谷物送到伸缩拨指机构，拨指机构把搅龙输送的谷物抛至输送槽，输送槽的耙齿将送来的谷物从槽底源源不断地输送给脱粒结构，谷物进入脱粒机构后，由于受到滚筒高速钉齿的打击以及谷物在作螺旋运动的过程中不断地与凹板筛碰撞，大部分谷粒脱下，并通过凹板筛、清粮筛后落入集谷搅龙，经扬谷器抛送到粮箱包装[3、4]。被脱粒机脱干净谷粒的禾杆由于被凹板筛阻留无法通过筛孔，从出草口被滚筒钉齿抛出。抛出的禾杆被分批送入压缩室，压缩成草片，再被送到聚杆台，当草片达到一定量，通过打捆机构将草片打捆，最后被卸下（见图1）。

图1 全喂入水稻联合收割稻草打捆一体机的工作过程

1.3 主要技术参数及性能指标

（1）联合收割机的型号（原机型）4LZ-160

排草方式：上排式

发动机功率（kw）： 37

喂入量(kg/s)： 1.5～2

行走速度：(m/s) 1～1.7

（2）秸杆收集打捆装置的主要参数：

禾秆捆扎成型尺寸（mm）：280X280X300

压缩后禾杆片密度(g/cm3)：0.2～0.3（新鲜秸秆）

秸秆压紧力(MPa)：0.1～0.12

压缩室尺寸（mm）：300X300X10000

活塞速度(转 /分)：240

联合收割机的工作环境差、工作过程较复杂，所需平均功率是通过试验测定的，而储备功率为平均功率1/3，因此收割机可以承受额外的负载，为秸杆收集打捆装置提供动力。

2、水稻秸秆打捆机关键技术的设计

增加的秸秆机构主要包括：秸秆收集机构、传动机构、压缩装置、打捆机构、卸料装置等组成部件的设计组成。由于是在现有的水稻联合收割机上增加这些机构，其空间、动力、整机的重心位置等均受到约束，在设计中更要注意零部件的尺寸、功率、结构的合理性及实用性。

2.1 秸秆收集机构：

秸秆收集机构的功用是将水稻联合收割机排除的稻草收集并分批送入压缩室，我们在设计中借用上排草式全喂入水稻联合收割机，在其上安装秸秆收集机构，完成接草——分批输送给压力室的过程。接草：直接将联合收割机上排出机型排除的稻草收集在聚草箱里。通过动定刀片的秸秆分离器，即单支承切割将杂乱的稻杆按一定量分离，依次送至压缩室。

2.2 压缩机构的设计：

为了减小秸秆的体积，便于运输，设计了压缩装置，在此装置中，通过联合收割机的传动系统，将运动传出。根据小捆鲜草压缩曲线［5］，新草的压紧力为：F=1.36A·P=1.36×0.0282×0.12×106=127.9N（1.36为秸秆与压缩室挤压系数）；曲柄的转速n=240(转/分，通过变速机构使送草次数与压缩次数的比为1:1。

2.3 打捆机构

2.3.1 打捆机构的组成

打捆机构是一个本机器的重要机构，他的性能将直接影响着本机的使用性能，该机构有捆绳制动器、防松杆，捆绳导管、打捆针、打结器、打结离合器、打结压绳板和割刀片等组成。

2.3.2 打捆原理

如图2所示，秸秆收集机构将禾杆送入压缩室，经压缩机构压缩的禾杆片经输送器送到聚杆台和捆绳导向板之间，由打结器离合控制杆支持，当聚集的禾杆片达到一定大小的捆束尺寸，打结离合器控制杆转动，使打结离合器控制杆脱开，压紧杆转动并压住草捆，确定草捆的尺寸，离合器开始转动，带动打捆针回转，将捆绳绕在捆束上，捆绳被打捆针的顶端经打结嘴移动打结器压绳板上，与开始被夹持的捆绳头一起扎紧，至打结器回转一周后，结束打捆动作，分割板推出捆束，并关闭打结器控制杆，等待下一次捆草的聚集[6～7]。

图2 打捆原理

2.3.3 打捆绳的线路

如图2捆绳的一端经捆绳制动器、防松杆弹簧、打捆针、再经过打结嘴下面的打结器压绳板的夹持，等待茎秆片进入聚杆台和捆绳导向板之间。

3、结束语

根据以上的设计思路，制造的水稻联合收割秸秆打捆一体机，能在原有的全喂入水稻联合收割机的稻谷收割基础上，增加秸秆打捆功能。它结构紧凑，便于操作和维护，打捆可靠。可以大大降低稻草回收的成本，增加农民回收稻草的意愿，提高农民收入，为开展稻杆资源综合利用打下良好的基础。

[1]朱岱力任东罗永新水稻秸秆综合利用与收获机械发展关系的思考[J]中国农机化2011.2.(234)28～30

[2]佚名.湖南秸秆综合利用前景喜人未来5年投146亿[EB/OL].http://news.aweb.com.cn/2009/9/3/117200909030937890.html.

[3]农业部农垦局机务处.谷物联合收割机实用手册[M].北京.北京科学技术出版社.1988

[4]汤楚宙 水稻联合收割机原理与设计[M].湖南：湖南科学技术出版社.2002

[5]朱岱力任东罗永新.压缩打捆的稻草密度试验分析 [J].农机化研究 2011.8.127～129

[6]肖立晶、刘殿才、陈刚等.小型手扶水稻割捆机研制[J]黑龙江八一农垦大学学报.2002.9.（14）51～54

[7]郭占斌等.小型手扶水稻割捆机总体设计 [J].农机化研究.2000.5.59～62

Design of a Rice-and-straw-stalk Combine Harvester

ZHU Dai-li REB Dong OUYANG Ling-jiang
(Hunan Industry Polytechnic,Changsha,410208，Hunan)

The rising demand for higher efficiency in rice straw harvesting requires more efficient rice-and-straw-stalk combine harvesters.A new design improvement for the existing industrial whole-feed rice combine harvesters is discussed in this paper.The improvements dramatically expand the capabilities of the current whole-feed rice combine harvesters,allowing it to cut,thresh,clean,and store grains all in one machine.Additionally,the harvester can compress and bundle strawstalks simultaneously,greatly improve its operational efficiency and throughput.

rice-and-straw-stalk combine harvester;principle of operation;compression mechanism;bundle mechanism

S225.4

A

1671-5004（2011） 05-0001-02

2011-8-11

湖南省科技计划项目（2009NK3146）

朱岱力（1960-），女，湖南长沙人，湖南工业职业技术学院教授，研究方向:机械加工及农业机械。