鲜食玉米收获机关键部件的研究与设计

张占胜

(黑龙江省农业机械工程科学院 牡丹江农业机械化研究所，黑龙江 牡丹江157011)

1 目的与意义

鲜食玉米主要包括甜玉米和糯玉米。甜玉米在我国的种植面积超过40 万hm2；糯玉米年种植面积超过67万hm2，其中有近40万hm2作为鲜食用。同普通玉米采收期的籽粒相比，鲜食玉米收获期短、籽粒含水量大、硬度低、易破碎。如果采用现有的玉米联合收获机进行收获，一是摘穗装置会因摘穗辊在螺旋线上相隔90°设有倒7字型摘穗钩损伤鲜食玉米穗的籽粒而无法食用，即使采用板齿摘穗辊，也会因高速旋转的板齿挤压使籽粒糨糊状物质流出也无法食用；二是剥皮装置则会因剥皮辊的构件强制剥皮损伤鲜食玉米穗的籽粒。因此设计一种能够适应收获鲜食玉米的收获机成为当前种植户的迫切需求。

2 结构与工作原理

2.1 主要结构

本机主要由玉米割台、割台升降总成、提穗升运器、剥皮装置、粮仓和行走系统等组成(图1)。

1.分禾器；2.拨禾链；3.高、低扭穗辊；4.秸秆粉碎总成；5.扭穗辊传动箱；6.螺旋推运器；7.割台升降总成；8.行走系统；9.提穗升运器；10.驾驶室；11.机架；12.升运器链调节；13.剥皮辊；14.弹压齿；15.苞叶螺旋推送器；16.清杂风机；17.抽秸秆辊；18.弹送齿；19.粮仓 图1 鲜食玉米收获机结构简图

2.2 工作原理

分禾器从玉米禾秆根部将禾秆扶正并引向带有拨齿的拨禾链，拨禾链将禾秆扶持并引向高、低扭穗辊中间。高、低扭穗辊为纵向配置，每行一对，相对向里侧回转。玉米禾秆在高、低扭穗辊的夹持推送作用下，不断向下方拉送；禾秆上的玉米穗由于直径较大通不过扭穗辊间隙而被扭断穗柄摘掉果穗。摘掉的果穗滑向输送装置并推入螺旋推运器中，螺旋推运器再将果穗推入到提穗升运器中并喂入到剥皮装置里。剥皮辊回转和弹压齿相互作用将果穗苞叶撕开和咬住，从两辊间的缝隙中拉下。已剥去苞叶的果穗沿剥皮辊前移并在弹送齿作用下推送至粮仓内，苞叶经下方的螺旋推送器推向一侧排出机外，苞叶中的细杂也同时被清杂风机吹出机外。

3 关键部件的研究与设计

3.1 高、低纵卧扭穗辊的研究与设计

3.1.1 设计原理

主要是模仿人工掰玉米穗的操作过程，设计高、低纵卧扭穗辊螺旋夹持输送装置。摘穗辊前端为锥体状，起导禾作用；中端为螺旋圆钢筋导轨的圆柱体，起推送扭穗作用；后端为倒V型凸棱圆柱体，主要将穗上端秸秆强制拉出以防堵塞(图2)。高、低纵卧扭穗辊夹持住玉米秸秆，实现秸秆推送。再由高摘穗辊对玉米穗施加侧向推力，使玉米穗相对秸秆产生弯曲，并在高、低摘穗辊共同扭动下，实现穗柄的折断，从而达到掰取玉米穗又不损伤玉米穗的目的。

1.前端锥体；2.间隙调节装置；3.螺旋圆柱导轨；4.圆柱管；5.半球面凸面斑点；6.倒V型条板图 2 纵卧扭穗辊结构图

3.1.2 设计方案

在玉米割台扭穗辊传动箱上依次安装长扭穗辊和短扭穗辊。长扭穗辊在上，短扭穗辊在下(图3)。长扭穗辊和短扭穗辊的螺旋导轨线交错居中安装，两辊高度差为35 mm，中心距为84 mm。长扭穗辊和短扭穗辊结构相同，分为前、中、后三段。前段为带有螺纹的导锥体，主要起引导玉米秸秆的导入和利于秸秆进入扭穗辊间隙的作用。扭穗辊中段为在圆管上焊合直径为12 mm、螺距为90 mm的螺旋长圆钢筋，并在螺旋圆钢筋间隔处交错点焊半球面凸面斑点，起拉动导入秸秆和扭穗作用。长扭穗辊和短扭穗辊的螺旋导轨线螺旋方向相反，且轴向错位安装。在前段锥体和扭摘穗辊中段之间嵌入带有调心轴承的扭穗辊间隙调整装置，便于根据玉米秸秆粗细情况，调整两辊间隙，以保证对玉米秸秆的适度挤压。扭穗辊后段为强拉段，在圆柱管圆周位置上均匀焊合3组倒V型条板。其作用是将玉米穗上端秸秆强制拉出而不切断玉米秸秆，以防玉米秸秆堵塞扭穗装置，从而实现玉米秸秆的顺利导入、扭穗、排出茎秆全过程。

1.长扭穗锟；2.短扭穗锟；3.扭穗辊传动箱；4.拨禾链轮图3 高、低纵卧扭穗辊配置图

3.2 玉米穗推送装置设计

3.2.1 设计原理

依据鲜食玉米籽粒含水量大、硬度低和易破碎的特性，设计玉米穗在输送过程中，橡胶胶皮嵌入输送元件表面。因橡胶胶皮具有较好的柔韧性和增加与玉米穗的摩擦力，可避免鲜食玉米穗的磕碰、切割和滞留。

3.2.2 设计方案

玉米穗推送装置主要分为三段，一段为割台段推运器(图4)，推送扭掉的果穗滑向槽板推运器中；二段为螺旋推运器段(图5)，推送果穗向中间聚拢并导入到提穗升运器中；三段为提穗升运器段(图6)，输送并提升果穗进入剥皮机中。每段均在输送链板上和螺旋搅龙嵌入橡胶胶皮，避免鲜食玉米穗的磕碰、切割和滞留。

1.被动链轮；2.输送链；3.推送槽板；4.槽板橡胶皮；5.主动链轮图4 割台段推运器结构图

1.链轮；2.传动轴；3.右旋叶片；4.推送胶皮；5.推送叶片；6.左旋叶片图5 螺旋推运器结构图

1.主动链轮；2.L型推板；3.橡胶推板；4.输送链；5.升运器链调节图6 提穗升运器结构图

3.3 剥皮辊的研究与设计

3.3.1 设计原理

主要是模仿人工剥果穗苞叶的操作过程，设计高、低纵向剥皮辊。高辊负责果穗苞皮的撕裂和剥离；低辊负责果穗推运。高、低辊相互作用使果穗在旋转的过程中，实现苞皮的撕裂和苞叶的剥除，并将剥皮的果穗推入粮仓。

3.3.2 设计方案

高剥皮辊固定在可摆臂轴承座上，低剥皮辊固定在机架上，由螺纹杆和弹簧共同作用将高剥皮辊摆动轴压向低剥皮辊固定轴。果穗上苞叶的剥除主要是由这几对剥皮辊完成(图7)。调整螺纹杆上的锁紧螺母即可调节弹簧压力，从而保证高、低剥皮辊相互适度压紧。过紧则胶辊磨损加快，过松则使剥叶效果变差。鲜食玉米潮湿、苞叶紧,两剥皮辊间隙应小,弹簧压力应适度调大，以不损坏籽粒为宜。

1.高剥皮辊；2.低剥皮辊；3.机架；4.摆臂轴承座；5.间隔管；6.锁紧螺母；7.螺纹杆；8.弹簧图7 高、低纵向剥皮辊配置结构图

高剥皮辊结构由在胶辊驱动方轴上依次串接多个锯齿形胶辊片(图8a)和多个波浪形胶辊片(图8b)，以及多个圆柱形胶辊片(图8c)组成。相邻的锯齿形胶辊片之间、相邻的波浪形胶辊片之间和相邻的圆柱形胶辊片之间紧密接触配合，并且胶辊片上的凹槽在轴向方向重合。前端喂入段串接锯齿形胶辊片负责玉米穗苞叶撕裂；中间段串接波浪形胶辊片负责果穗苞叶的剥除；后端排除段串接圆柱形胶辊片主要起到顺穗作用。每段胶辊片的数量可根据实际作业效果进行增减(图9)。

图8 胶辊示意图

1.前端喂入段；2.锯齿形胶辊片；3.中间段；4.波浪形胶辊片；5.后端排除段；6.圆柱形胶辊片；7.摆臂轴承座图9 剥皮辊胶辊片配置示意图

低剥皮辊结构是在轴圆管上焊接双螺旋圆钢筋导轨，并沿着导轨线嵌入B型三角带以增加和玉米果穗的摩擦力，从而实现果穗的推送和果穗苞叶的剥除。其具体结构如图10所示。

1.固定轴承；2.轴圆管；3.螺旋圆钢筋导轨；4.B型三角带图10 低剥皮辊结构示意图

4 应用前景

鲜食玉米营养丰富，口味甜糯，深受人们的喜爱。因鲜食玉米通常以鲜穗上市或冷藏后反季节上市销售，种植鲜食玉米能够获得可观经济效益，从而带动种植户年种植面积逐年提高。鲜食玉米的采收期是在玉米籽粒饱满且用手掐破后有糨糊状物质流出时为最佳收获期，收获期短。因二素叠加，使得种植户对鲜食玉米收获机的需求日益迫切，加之鲜食玉米收获机也可收获普通的玉米，因而具有良好的市场前景。