纵轴流联合收获机关键部件改进设计与试验

王金双，熊永森，徐中伟，马 广，王志明，陈德俊

（1. 金华职业技术学院机电工程学院，金华 321017；2. 浙江四方集团公司，永康 322000）

纵轴流联合收获机关键部件改进设计与试验

王金双1，熊永森1，徐中伟2，马 广1，王志明1，陈德俊1

（1. 金华职业技术学院机电工程学院，金华 321017；2. 浙江四方集团公司，永康 322000）

针对当前履带式纵轴流联合收获机中存在的工作状态无法在收获不同作物间快速转换，割台损失率较高、脱粒分离能力较差以及功耗高等不足，对割台、脱粒、清选、行走等主要工作部件进行了改进设计与试验研究。将割台设计为无级调速可伸缩式结构，脱粒装置改为纵轴同径差速滚筒脱粒装置，采用单HST（hydro static transmission）原地转向行走装置及防粘附清选装置，并经室内试验和田间试验表明：可伸缩割台能实现稻麦收割状态与油菜收割状态的快速转换，扩大了割台的使用功能，收获油菜损失显著减少，与常规相比较，油菜损失率降低 2.8个百分点；差速轴流滚筒提高了脱粒效果和分离能力，与等长度单转速轴流滚筒相比，夹带与脱不净损失率分别减少了0.02个百分点与0.09个百分点，破碎率减少了 0.017个百分点；原地转向行走机构减少了地表土壤的破坏并降低了转向功耗，以原地转向替代单边制动转向时，节约功耗 37.0%；清选机构抖动板和清选筛面经不沾水处理，改善了潮湿谷物的清选性能，清选损失率降低0.9个百分点，含杂率降低0.4个百分点；这些联合收获机主要工作部件的改进设计提高了整机工作性能，以期为联合收获机主要工作部件改进，提高联合收获机工作性能提供参考。

作物；收获机；设计；纵轴流；改进结构；性能；试验

王金双，熊永森，徐中伟，马 广，王志明，陈德俊. 纵轴流联合收获机关键部件改进设计与试验[J]. 农业工程学报，2017，33(10)：25－31. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.004 http://www.tcsae.org

Wang Jinshuang, Xiong Yongsen, Xu Zhongwei, Ma Guang, Wang Zhiming, Chen Dejun. Improved design and test of key components for longitudianl axial flow combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2017, 33(10): 25－31. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.004 http://www.tcsae.org

0 引 言

国内于20世纪90年代中研发成功具有橡胶履带行走装置和杆齿式轴流滚筒（横置轴流）、适用于南方水稻收获的全喂入联合收获机并获得了大面积推广应用。但伴随水稻产量提高和综合利用的需要，要求联合收获机增大喂入量并能收获多种作物（如油菜）。但全喂入联合收获机滚筒增长受限、输送槽较窄，不能适应收获需求。在21世纪初，轴流滚筒纵置增长、输送槽增宽、喂入量为2.5 kg/s的纵轴流全喂入联合收获机被引入国内市场，与原有喂入量为1.8 kg/s的横轴流联合收获机相比较，脱粒滚筒长度和输送槽宽度分别增大了1.6～1.8倍，目前在国内市场占有率较高。该机型由国外引进、技术较先进，但与国内超级水稻收获和精准农业对土壤环境的要求间存在一些不适应之处[1]。国内超级水稻大面积单产已达到10 000 kg/hm2左右，纵轴流联合收获机存在脱粒不净、总损失率极易超标的现象[2-6]；履带行走机构采用非原地转向，容易破坏土壤表层；用于稻麦收获的收割台不适应油菜收获，需临时更换或加装油菜收割台，收获机工作状态转换耗时长且增大成本。此外，收获含水率较高的潮湿作物时，还存在粘附筛面，影响谷物清选等问题[7-15]。国外20世纪90年代，研发纵轴流联合收获机，轴流滚筒为封闭式螺旋叶片结构，筒体表面焊有节距150 mm、高60 mm的螺旋叶片，螺旋叶片上安装钉齿或筒体表面安装弓齿[16]。后续研制的“奇迹杆”脱粒滚筒取代了前 2种结构[17-18]。对于同轴差速脱粒装置研究国内外已有报导[19-21]，但纵轴流同径差速脱粒装置研究未见报导；联合收获机伸缩收割台国内也已开展相关研究[22]，但纵轴流无级伸缩收割台研究未见报导；利用双HST（hydro static transmission）实现原地转向行走装置已有相关产品和研究[23-24]，但应用于纵轴流联合收获机的结构简单成本又低的单HST原地转向行走装置的研究未见报。

综上所述，现有纵轴流联合收获机（久保田、时风、莱恩、星光等2.5Z型）存在不能实现长秆作物与短作物收获工作状态快速转换、小半径转向易引起表层土壤破坏、非差速脱粒滚筒不适应高产作物脱粒收获以及未经防沾水振动筛面不适应含水率较高作物清选处理等不足。为此对现有纵轴流联合收获机的收割台、非差速脱粒装置、单边制动转向装置及清选装置，改进设计为纵轴流同径差速脱粒装置、无级可伸缩收割台、单HST原地转向行走装置和防粘附清选装置等，并进行相应试验研究。

1 纵轴流同径差速脱粒装置设计

目前国内现有纵轴流脱粒分离装置的履带式全喂入稻麦联合收获机，其轴流滚筒轴向采用单一转速，设计时采用较高转速，以减少脱不尽损失而造成籽粒破碎率提高，碎茎秆增多；而采用同径轴向差速（即轴向有高低2种转速）可解决以上问题。

1.1 高低速滚筒结构设计

在原单一转速脱粒滚筒基础上，增设差速驱动装置与同径差速滚筒。同径差速杆齿脱粒分离装置由主、从动锥齿轮、差速杆齿脱粒滚筒、栅格凹板等组成，由三角带驱动，其装置示意如图1所示。脱粒滚筒脱粒段（不含喂入段与排草段，见图1所示）总长度为1 372 mm，滚筒前段为低速滚筒，占脱粒滚筒脱粒段总长度的4/5即1 050 mm，后段为高速滚筒，占1/5即280 mm[19]。若计入排草段，高速滚筒长度为430 mm。工作时，作物由前段低速滚筒低速脱下易脱籽粒；后段高速滚筒脱下难脱籽粒，以降低脱粒不净造成损失。而且后段高速脱粒作业，加速籽粒分离，减少夹带损失。

图1 同径差速杆齿脱粒装置示意图Fig.1 Schematic diagram of threshing device with same diameter roller at low and high speed

1.2 高低速滚筒转速计算

根据水稻籽粒连接力与脱粒线速度数学模型，杆齿轴流滚筒水稻脱粒线速度为18～26 m/s，纵轴流脱粒滚筒直径为620 mm[25]。若不考虑三角带滑转脱粒滚筒转速下降，确定低速段滚筒齿顶线速度v1为18 m/s，高速滚筒齿顶线速度v2为26 m/s。经计算，差速脱粒滚筒转速

式中n2为高速滚筒转速，r/min；n1为低速滚筒转速，r/min；K为圆柱形杆齿式轴流滚筒水稻脱粒最高和最低线速度之比，K=26/18=1.44；v1为水稻脱粒最低滚筒线速度，取v1=18 m/s；R为轴流滚筒半径，取R=0.31 m。

将v1、R代入式（1），可求得n1为555 r/min，n2为799 r/min。

2 无级可伸缩式收割台设计

在原有收割台基础上，设计了一种可无级伸缩式收割台[26]，主要增设花键伸缩传动杆 6与伸缩卷板3及二只液压缸11等，如图2所示。

图2 无级伸缩式收割台示意图Fig.2 Scalable cutting-platform schematic diagram

图2b为割台及花键伸缩传动杆呈收缩状态，用于收获稻麦等短秆作物；图2c为割台及驱动切割器花键伸缩传动杆呈伸开状态，用于收割油菜等长秆作物。

2.1 无级伸缩收割台结构和工作原理

无级调节伸缩收割台包括：割台机架7，导向定位套管1，割刀2，伸缩卷板3，割刀摆臂4，带座外球面轴承5，花键伸缩传动杆6，前、后销轴8、10，保护座9，双向液压油缸11，摆环13等组成。伸缩机构主要由安装于割台底板下面的二组双向液压油缸、二组左、右导向定位套管，双向液压缸一端与割台机架铰接，另一端与刀架铰接。双向液压缸后缩时，带动刀架向后移动，伸缩卷板卷缩，花键伸缩传动杆缩短，割台后缩状态如图 2b所示；双向液压缸前伸时，带动切割器向前移动，卷帘板展开，花键伸缩连杆拉长，使水平切割器和垂直切割器位置向前，割台前伸状态如图2c所示，从而实现稻麦收割和油菜收割对收割台的快速转换。切割器前伸/后缩之间的位置可以通过双向液压缸控制实现无级调节，以适应稻麦、油菜等不同作物收获。

2.2 收获机收割台三角区设计

全喂入联合收获机割台三角区是割台 3个主要工作部件拨禾轮、切割器和割台螺旋输送器构成的特殊空间。三角区是收割台“死区”，如图3所示，对收割台工作质量影响很大。图中l是螺旋输送器中心到护刃梁的距离。l值大适应长茎秆作物收获。而收获短茎秆作物时，作物容易堆积在螺旋扒齿输送器和切割器之间，待堆积到一定数量时能被螺旋叶片抓取，造成喂入量的不均，严重时会造成堵塞。l值较小时，适应茎秆短的作物收获，而收获长茎秆作物时，容易从收割台滑下来造成损失，根据文献可知[27]

式中La为收获作物高度，m。

根据经验数据，收获稻麦时，取La为800～1 150 mm，得l为350～500 mm。收获油菜时，考虑到油菜作物自然高度与作物高度几乎不变（没有下垂），同时成熟油菜单株体积很大， 取La为1 450～1 500 mm，得l为700～850 mm，因此取l=700～850 mm。同时要保证拨禾齿与螺旋输送器扒齿之间的最小距离δ3= 40～50 mm(δ1=10～20 mm，δ2=20～30 mm)[27]。

图3 全喂入联合收获机收割台三角区示意图Fig.3 Triangular area diagram of full feed combine harvester

3 单HST原地转向行走装置设计

因现有履带小转向半径对土壤破坏严重及功耗较大，为此对其行走装置的变速器进行改进设计，以使驱动轮一正一反旋转，来实现机器原地转向。本设计液压马达动力输入变速箱后将其分为A、B两路正反转动力流（如图4所示），A路正转动力流由驱动齿轮经中央传动齿轮39及两侧牙嵌离合器齿轮38与40、向两侧（或一侧）传送正转动力；B路反转动力流由与驱动齿轮位于同一轴上的右或左反转驱动齿轮（31或35）驱动，经右或左换向齿轮（42或36）和右或左离合器齿轮（41或37），向右或左侧传送反转动力。当向右（左）原地转向时，只需操纵拨叉向右（左）扳动到位即可[28-30]。

图4 原地转向变速箱结构示意图Fig.4 In-situ steering gear box structure schematic

3.1 速度和回转角速度

原地转向时速度和受力如图 5所示，假设两侧土壤条件相同，履带运动时无滑转和滑移，则有

因转向时，减油机器降速，履带速度V1取值一般为0.5～1.0 m/s，B=1 m，故ω取1.0～2.0 rad/s。

图5 履带原地转向时速度和受力Fig.5 Speed and force analysis when in-situ steering

3.2 驱动力和阻力矩

原地转向主要受到3种力的作用[28-29]，正、反转履带的驱动力P1（N）和P2（N）；正、反转履带所受的滚动阻力F1（N）和F2（N）和转向阻力矩Mμ（N·m）；ms（kg）为联合收获机整机质量，由样机测定。测得重心偏移C=10.71 mm，e=51.75 mm，ms=2 800 kg，如图5所示。

设定履带在割茬地空载原地转向条件下，计算得F1=1 541 N；F2= 1 479 N；P1= 7 988 N；P2= -7 962 N；Mμ=6 483 N·m。

3.3 转向功率消耗

原地转向时，功率消耗Nω主要克服转向总阻力矩MZ，故有

式中Mμ为转向阻力矩，N·m；MZ为转向总阻力矩，N·m；ω为原地转向角速度，rad/s，ω=2V1/B；

转向时，设V1=V2=0.5m/s，ω=1 rad/s。

据式（10）求得Nω=8.00 kW

而单边制动转向V1=0，V2=1 m/s，全部驱动力作用在转向侧履带，以克服阻力矩Mμ，若行走与传动效率不变、无滑转和滑移，其功率消耗[1]

式中P为机器总驱动力，N。

v为转向参数。

据式（11）、（12），得单边制动转向功耗Nz=12.7 kW，由上可知，以原地转向替代单边制动转向时，与单边制动比可降低功耗37.0 %。

4 防粘附清选装置设计

防粘筛筛箱结构如图6所示。

图6 防粘筛结构图Fig.6 Anti-sticking screen structure

传统的分离机构收获高含水率稻麦或小籽粒作物（如油菜）时，存在抖动板和振动筛孔堵塞致使籽粒含杂率和清选损失增大问题。为此对筛面进行改进，采用不沾水涂层处理，对抖动板1、上层筛2、逐稿器3，梳齿筛4、冲孔筛5、尾筛等表层按特定工艺进行了涂装聚四氟乙烯的不沾水处理[31]。

5 改进工作装置试验分析

5.1 纵轴流同径差速脱粒装置试验

试验条件：选用晚稻甬优 9号（较难脱），其千粒质量均值 28.0 g，自然高度1.42 m，穗幅差均值12 cm，单产8 941 kg/hm2，籽粒含水率均值17.2%，茎秆含水率均值53.2%，草谷比均值1.79。

2015年10月15日在浙江永康进行了样机的田间试验，测定面积为7.5 m2，额定喂入量2.5 kg/s，试验重复3次，测定3次夹带和脱不净损失均值。

经同径差速脱粒与非差速脱粒装置试验比较，如表1所示。差速脱粒装置从脱不净率与夹带损失率 2项性能指标远高于非差速脱粒装置，夹带损失率低于非差速脱粒装置0.02个百分点，脱不净损失率低于非差速脱粒装置0.09个百分点，破碎率下降了0.017个百分点。

表1 改进前后试验夹带和脱不净损失测定Table 1 Determination of entrainment and not loss before and after improvement

5.2 无级可伸缩式收割台对比试验

采用无级可伸缩式割台收获油菜与水稻（或小麦）不需要更换割台。一方面不用多增设附加割台，可节约成本约2 000元/台（2015年市场价格）；另一方面收获油菜与水稻间无需换割台，可节约作业时间（约40 min/台）。经多次改进设计后，结构简单也更可靠，制造成本低，改进后实际样机产品如图 7所示，通过伸出割台，便可实现收获油菜。

图7 改进后样机及改进前样机Fig.7 Improved prototype and prototupe before improvement

试验条件：油菜产量为2 805 kg/hm2，植株自然高度为1.58 m；2015年5月13日在浙江省永康花街进行田间试验，采用常规收获水稻割台与无级可伸缩割台的收获机进行田间收获油菜，油菜损失对比试验。在同一田块，同时进行田间收获试验，试验进行5次，每次收割长度为5 m，前进速度为0.7 m/s，割幅为2 m，测定油菜损失量计算损失率。

从表2知，用收获水稻割台（常规割台）直接进行收获油菜割台损失较大，可能因为割台短而油菜作物高1.5 m左右，出现割台损失显著增加现象；而采用可伸缩割台，可根据作物高度来调节割台深度，油菜损失显著减少，油菜损失率降低2.8个百分点，可能是因为割台深度增大，三角区变长，减少了油菜条向前抛出与爆壳现象。

表2 常规与可伸缩式割台油菜损失对比试验Table 2 Comparison of rape losses under on ventional and retractable cutling platforms

5.3 防粘筛分离机构与普通筛对比试验

2015年10月17日在浙江永康进行了样机的室内试验，试验采用晚稻甬优9号，千粒重为30.6 g，草谷比均值为 2：1，水稻籽粒含水率为 31.2%，茎秆含水率为73.1%，每次试样总重为12 kg，喂入量为2.5 kg/s，重复试验5次，试验结果如表3所示。

从表 3可以看出，清选较高含水率的茎秆或籽粒，经处理的抖动板脱出物沾附减轻，清选损失率降低0.9个百分点，籽粒中含杂质下降了0.4个百分点，效果明显。可能因为高含水率的禾秆与籽粒，籽粒易粘附小杂质；含水高的茎秆也易粘附籽粒；加之经尾筛进入复脱搅龙，经复脱，茎秆变得碎小增加沾附筛孔等因素加剧了清选损失及含杂提高。

表3 高含水率水稻清选损失与含杂试验Table 3 Loss and impurity content of rice with high moisture lontent

5.4 单HST原地转向行走装置转向特性

为获得原地转向行走装置转向特性，2015年 11月02日在浙江省永康市花街晚稻甬优9号割后稻茬地进行了简易试验。

1）减少了转向时对土壤的破坏

常规转向在湿田进行单边制动转向时，制动履带在田面上拖动、积泥，不但增大了转向阻力，且破坏了地表土壤；而采用单液压马达原地转向变速器，转向时则不会出现此类情况。如图 8所示，A位为原地转向履带痕迹，B位为常规（单边制动）转向履带痕迹。

2）降低了单边制动转向功率消耗

常规转向机构以一侧履带制动实现转向，消耗了制动功耗，而原地转向无制动，两侧履带正反转，从而实现转向。经上文计算，单边制动转向的功耗Nz=12.7 kW，与原地转向功耗Nω=8.0 kW相比，单边制动转向功耗增大约37.0%；并在割后稻茬地上，转向对比试验，相关数据如表4，其常规转向功耗增加37.5%，与计算基本相符。

图8 单液压马达原地转向变速器履带转向痕迹Fig.8 Track tracking mark of single hydraulic motor in situ steering transmission

表4 常规与原地转向功耗对比试验Table 4 Comparison of power consumption under on conventional steering and in-situ steering

6 结 论

1）同径差速轴流脱粒分离装置能合理利用脱粒滚筒不同线速度，提高了脱粒效果和分离能力，与等长度非差速轴流滚筒相比，夹带和脱不净损失率分别减少 0.02个百分点、0.09个百分点，破碎率下降0.017个百分点。

2）伸缩割台可实现割台三角区L值（割台深度）的无级调节，适应不同高度作物收获，扩大了割台功能，实现稻麦收获状态和油菜收获状态的快速转换，节约了工时和成本，油菜损失率显著减少，较使用常规水稻收获机割台收获时降低2.8个百分点。

3）行走装置实现原地转向，减少了对地表土壤破坏及转向功耗；以原地转向替代单边制动转向时，比单边制动功耗可降低37.0%。

4）清选装置采用防粘筛表面处理，可适应潮湿作物收获，清选下降0.9个百分点，含杂率下降0.4个百分点，并更有利于油菜等小颗粒作物收获。经改进设计的工作装置的应用，提高了纵轴流联合收获机整机技术水平及工作性能。

[1]介战，刘红俊，侯凤云，等. 中国精准农业联合收割机研究现状与前景展望[J]. 农业工程学报，2005，21(2)：179－182.Jie Zhan, Liu Hongjun, Hou Fengyun, et al. Research advances and prospects of combine on precision agriculture in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2005,21(2): 179－182. (in Chinese with English abstract)

[2]李耀明，李有为，徐立章，等. 联合收获机割台机架结构参数优化[J]. 农业工程学报，2014，30(3)：30－37.Li Yaoming, Li Youwei, Xu Lizhang, et al. Structural parameter optimization of combine harvester cutting bench[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(3): 30－37. (in Chinese with English abstract)

[3]李海同，廖庆喜，李平，等. 油菜联合收获机分体组合式割台的设计[J]. 华中农业大学学报，2014，33(5)：111－116.Li Haitong, Liao Qingxi, Li Ping et al. Design on separating-combined header of rape combine harvester[J].Journal of Huazhong Agricultural University, 2014, 33(5):111－116. (in Chinese with English abstract)

[4]杨方飞，阎楚良. 谷物在纵向轴流脱粒空间中的运动状态分析[J]. 农业机械学报，2008，39(11)：48－50，25.Yang Fangfei, Yan Chuliang. Movement analysis of cereal in axial flow threshing roller space[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2008, 39(11): 48－50, 25. (in Chinese with English abstract)

[5]梁振伟，李耀明，赵湛，等. 纵轴流联合收获机籽粒夹带损失监测方法及传感器研制[J]. 农业工程学报，2014，30(3)：18－26.Liang Zhenwei，Li Yaoming，Zhao Zhan，et al. Monitoring method and sensor for grain seoaration loss on axial flow combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014,30(3): 18－26. (in Chinese with English abstract)

[6]徐立章，李耀明，王成红，等. 切纵流双滚筒联合收获机脱粒分离装置[J]. 农业机械学报，2014，45(2)：105－108，135.Xu Lizhang, Li Yaoming, Wang Chenghong, et al. A combinational threshing and separating unit of combine harvester with a transverse tangential and an axial rotor[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2014, 45(2): 105－108, 135. (in Chinese with English abstract)

[7]衣淑娟，陶桂香，毛欣. 两种轴流脱粒分离装置脱出物分布规律对比试验研究[J]. 农业工程学报，2008，24(6)：154－156.Yi Shujuan, Tao Guixiang, Mao Xin. Comparative experiment on the distribution regularities of threshed mixtures for two types of axial-flow threshing and separating installation[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(6): 154－156. (in Chinese with English abstract)

[8]唐忠，李耀明，赵湛，等. 切纵流联合收获机小麦夹带损失检测试验与分析[J]. 农业工程学报，2012，28(1)：11－16.Tang Zhong, Li Yaoming, Zhao Zhan, et al. Test and analysis of wheat entrainment loss for tangential-longitudinal-axial combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012,28(1): 11－16. (in Chinese with English abstract)

[9]唐忠，李耀明，徐立章，等. 切纵流联合收获机小麦脱粒分离性能评价与试验[J]. 农业工程学报，2012，28(3)：14－19.Tang Zhong, Li Yaoming, Xu Lizhang, et al. Experiment and evaluating indicators of wheat threshing and separating on test-bed of longitudinal axial-threshing unit[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2012, 28(3): 14－19. (in Chinese with English abstract)

[10]钟挺，胡志超，顾峰玮，等. 4LZ-1.0Q型稻麦联合收获机脱粒清选部件试验与优化[J]. 农业机械学报，2012，43(10)：76－81.Zhong Ting, Hu Zhichao, Gu Fengwei, et al. Optimization and experiment for threshing and cleaning parts of 4LZ－1.0Q cereal combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(10): 76－81. (in Chinese with English abstract)

[11]廖庆喜，万星宇，李海同，等. 油菜联合收获机旋风分离清选系统设计与试验[J]. 农业工程学报，2015，31(14)：24－31.Liao Qingxi, Wan Xingyu, Li Haitong, et al. Design and experiment on cyclone separating cleaning system for rape combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015,31(14): 24－31. (in Chinese with English abstract)

[12]周学建，袁华杰，闫卫红，等. 联合收获机吸杂口偏置型旋风分离清选装置试验[J]. 农业机械学报，2014，45(8)：80－85，159.Zhou Xuejian, Yuan Huajie, Yan Weihong, et al. Performance experiment on cyclone separating device based on off-centered inlet scoop[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(8): 80－85,159. (in Chinese with English abstract)

[13]李耀明，马征，徐立章，等. 油菜联合收获机筛面粘附物摩擦特性[J]. 农业机械学报，2010，41(12)：54－57，47.Li Yaoming, Ma Zheng, Xu Lizhang, et al. Tribological characteristics of adhesive materialson cleaning sieve of rape combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(12): 54－57, 47. (in Chinese with English abstract)

[14]唐忠，李耀明，李洪昌，等. 联合收获机风筛式清选装置清选室内涡流试验[J]. 农业机械学报，2010，41(12)：62－66.Tang Zhong, Li Yaoming, Li Hongchang, et al. Analysis on the eddy current of the air-and-screen cleaning device[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2010, 41(12): 62－66. (in Chinese with English abstract)

[15]李耀明，陈洋，徐立章，等. 斜置切纵流联合收获机脱粒分离装置结构参数优化[J]. 农业机械学报，2016，47(9)：1－8.Li Yaoming, Chen Yang, Xu Lizhang, et al. Optimization of structural parameters for threshing and separating device in oblique tangential-longitudinal combine[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(9):1－8. (in Chinese with English abstract)

[16]高桥弘行，市川友彦，杉山隆夫，等. 关于螺旋形脱粒机构的脱粒作用(第1报)[J](日)農嶪機械學會誌，1999，65(5)：117－124.

[17]陈德俊，陈霓，姜喆雄，等. 国外水稻联合收割机新技术及相关理论研究[M]. 镇江：江苏大学出版社，2015.

[18]Ryuichi Minami. クボタにぉけゐ收获机の开发动向につぃて说明[R]. 收获机械技术与装备国际高层论坛， 中国镇江市，2011.12.

[19]陈霓，熊永森，陈德俊，等. 联合收获机同轴差速轴流脱粒滚筒设计和试验[J]. 农业机械学报，2010，41(10)：67－71.Chen Ni, Xiong Yongsen, Chen Dejun, et al. Design and test on the coaxial differential-speed axial-flow threshing rotor of combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(10): 67－71. (in Chinese with English abstract)

[20]陈霓，余红娟，陈德俊，等. 半喂入同轴差速脱粒滚筒设计与试验[J]. 农业机械学报，2011，42(增)：39－42.Chen Ni, Yu Hongjuan, Chen Dejun, et al. Design and test on the coaxial differential threshing rotor of head-feed combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2011, 42(z): 39－42. (in Chinese with English abstract)

[21]佐村木仁.水稻收获作业の新技术，V コンバィン[J].农业机械学会誌，2010，72(5)：24－28.

[22]张奋飞，李金泉. 联合收割机的可伸缩收割台：ZL200520102387.8 [P]. 2006-07-26.

[23]冯江，蒋亦元. 水稻联合收获机单边驱动原地转向机构的机理与性能试验[J]. 农业工程学报，2013，29(4)：30－35.Feng Jiang, Jiang Yiyuan. Mechanism and performance test of pivot turning system with single driving for rice combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013,29(4): 30－35. (in Chinese with English abstract)

[24]加藤补治，幸宣夫，平冈实，等. 收割机：ZL03148095.0 [P].2006-11-08.

[25]中国农业机械化科学研究院. 农业机械设计手册下册[M].北京：中国农业科学技术出版社，2007：894－941.

[26]王金双，熊永森，徐中伟，等.一种收获机的收割台：ZL201310113300.6 [P]. 2015-10-07.

[27]北京农业机械化学院. 农业机械的原理设计与计算[M].北京：出版社不详，1959，152－163.

[28]熊永森，胡华东，周勇，等. 陈德俊联合收割机用零半径转向行走变速箱：ZL201010574927.8[P]. 2012-12-19.

[29]机械电子工业部洛阳拖拉机研究所. 拖拉机设计手册(上册)[M]. 北京：机械工业出版社，1994：283－284.

[30]迟媛, 蒋恩臣. 履带车辆差速式转向机构性能试验[J]. 农业机械学报, 2008, 39(7): 15－17.Chi Yuan, Jiang Enchen. Performance tests on differential steering mechanism of tracked vehicle[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery. 2008, 39(7): 15－17. (in Chinese with English abstract)

[31]傅美贞，陈德俊. 联合收获机不粘水振动清洗筛：ZL201220220578.4[P]. 2013-05-22.

Improved design and test of key components for longitudianl axial flow combine harvester

Wang Jinshuang1, Xiong Yongsen1, Xu Zhongwei2, Ma Guang1, Wang Zhiming1, Chen Dejun1
(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Jinhua Polytechnic, Jinhua321017,China;2.Zhejiang Sifang Co., Ltd., Yongkang,322000,China)

In view of the current state that the crawler-type vertical axial flow combine harvester can not be quickly converted between different crops, small radius steering is easy to cause surface soil damage, non-differential threshing drum is not suitable for high yield crop threshing, and without anti vibration water treatment the screen surface can not adapt to the cleaning processing of the crop with high water content, the loss rate of the cutting table is high, the threshing separation ability is poor, and the power consumption is high, we have improved the design and experiment of the main working parts such as cutting, threshing, cleaning and walking parts. The cutting table was designed to be a stepless speed adjustable telescopic structure, the threshing device was designed to be a longitudinal-axis roller with the same diameter and different speed, and a single HST (hydro static transmission) in situ steering walking device and an anti adhesion cleaning device were adopted. The results of laboratory tests and field tests showed that: The retractable cutting table could realize the fast conversion between the rice/wheat harvest state and the rape harvest state, and enlarge the use function of the cutting table; the loss of rapeseed was significantly reduced, and compared with the conventional method, the loss rate of rape was reduced by 2.8 percentage point. The threshing and separating device with the same diameter and differential speed could make use of the different speed of the threshing cylinder, and the threshing effect and separation ability were improved at the same time.Compared with the equal length single speed axial flow roller, the net loss rate of entrainment and removal decreased by 0.02 percentage point and 0.09 percentage point respectively, and the crushing rate was reduced by 0.017 percentage point. When the steering wheel was turned to a single side in wet field, the brake track was dragged on the surface of the ground, and the mud was accumulated. However, when a single hydraulic motor was used to steer the transmission, the steering would not occur. The conventional steering mechanism realized the steering with one side of the track brake, and consumed the braking power considerably; the in-situ steering had no braking, and both sides of the track were reversed. In-situ steering mechanism reduced surface soil damage and steering power consumption, and the power consumption was reduced by 37% when the steering was replaced by the single side. Cleaning mechanism and cleaning sieve after water repellent treatment shook board surface, which improved wet grain cleaning performance, and the loss rate was reduced by 0.9 percentage point and the impurity rate was reduced by 0.4 percentage point. The improved design of the main working equipment of the combine harvester improves the working performance of the whole machine.

crops; harvesters; design; longitudianl axis flow; structure improved; performance;experiments

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.004

S225

A

1002-6819(2017)-10-0025-07

2016-08-25

2017-04-21

国家自然基金资助项目（51305182）；浙江省重大科技专项项目（2011C12035）

王金双，副教授，主要从事收获机械设计与相关科研及教学。金华 金华职业技术学院机电工程学院，321017。

Email：791228154@qq.com