NR-280亚麻割晒机的研发设计

韩守振，柳洪芳，柳洪德

（1.哈工大机器人创新中心，哈尔滨 150080；2.黑龙江农垦科学院测试化验中心，黑龙江 佳木斯 154007；3.约翰迪尔（中国）投资有限公司，北京 100600）

0引言

大麻的品种主要分为亚麻类大麻（Sativa）、籼稻（Indica）和鲁德里斯（Ruderalis），最为广泛种植的为亚麻类大麻（Sativa）、籼稻（Indica）。亚麻类大麻（Sativa）是传统的六谷之一，具有种植简便、生长迅速、对环境的适应能力极强、耐贫瘠、抗逆性强、适生性广、喜光照、光合作用效率高以及不需施肥的特点，是一种对环境友善的经济作物。获准合法种植的亚，均是低含毒量的品种，THC值均低于0.3%。这些亚（THC<0.3%）被认为不具备毒品利用价值，可作为工业用原料[1-2]。其主要用途有：1）其茎皮纤维长而坚韧，可用以织麻布或纺线、制绳索、编织渔网、造纸等。2）其种子含油量为30%，可用于榨油，可做油漆、涂料，油渣可作饲料。3）可对其利用生物提取无瘾非毒成分大麻二酚（cannabidiol，简称CBD），大麻二酚是治病良药具有很高的药用价值。4）亚纺织品具有环保特性，它的广泛使用能够对环境保护起到一定的积极作用，被欧美专家称为“人类至今以来发现的最完美纤维”。亚麻纺织品因其舒适性和保健性使得它倍受人们喜爱，在国内外市场均显示了良好的发展前景[3]。5）其种子蛋白质含量25%，其中65%为麻仁球蛋白，另外35%为一种优质白蛋白。麻仁球蛋白对促进消化有很好的作用，相对无磷，是细胞DNA骨架[4]。因此种子是一种十分优异的蛋白质来源[5]。

目前制约亚麻产业发展因素有：1）缺少优质特异种质资源，尤其是高大麻二酚资源及高韧性、长纤维资源，聚合优异基因，加快优质高抗亚麻新品种的选育；2）缺少相关亚麻相关标准；3）收获机械化水平低，应加强亚麻相关机械研发力度，特别收获环节实现全程机械化，全面提高效率，降低成本。

在主要生产环节种植、收割、雨露脱胶、打捆、剥麻等环节中，现阶段还需要人工作业，机械化水平与国外存在很大的差距[6]。现有进口的亚麻打捆机，幅宽约为800 mm，后续加工设备，如麻丝分离加工环节，也对亚麻长度做了明确要求。自然生长的亚麻高度约为2～3 m,而现有的亚麻割晒机对作物放铺和打捆后，需增加作物切断工序工作，且人工操作设备具有有安全风险。

因此，为解决亚麻收获机械化水平低的问题，为满足用户要求和市场迫切需求，从目前亚麻收获流程出发，提出设计一款全液压切段式亚麻割晒机，提高亚麻机械化水平。

1 亚麻类割晒机发展现状

德国Kranemann公司生产的割晒机，如图1所示,可将收割掉的亚麻麻茎有序平铺在地面上，雨露晾干后，满足后续打捆和纺织等使用要求。荷兰农业机械公司开发的亚麻籽和纤维联合收割机，如图2所示,在传统收割机上改进，原收割机割台位于上端用于收获麻籽，下端增加专用的亚麻割晒机，可将麻籽和纤维一起收割。

图1 Kranemann割晒机

图2 荷兰割晒机

2002年，黑龙江省佳木斯东华收获研制的勃农4MBL-1.5型亚麻联合收获机[7]，幅宽为1.52 m，工作速度为5～6 km/h，是同大型拖拉机配套使用的，侧牵引式麻类作物收获机械；适用于亚麻,胡麻等作物的收获作业；可一次完成黄熟期麻类作物的起拔,梳理脱果,果实输送装车及麻秆铺放晾晒等工序,具有结构紧凑,性能稳定,适应性强以及作业效率高等特点，后期推出了汉麻割晒机4GM-1.85型，如图3所示，幅宽为1.85 m,挂接到拖拉机前方配套使用，为机械传动方式；2016年，黑龙江省科学院开展汉麻智能收货设备的研制，完成研制汉麻割晒机，并进行推广，结构与佳木斯东华收获汉麻割晒机4GM-1.85型类似。为实现我省汉麻产业化、机械化种植提供技术支持。重点突破汉麻割晒机、汉麻专用种植、收割及深加工设备的研发，开展汉麻播种机、汉麻种子与茎秆收割一体机、汉麻捆麻机、汉麻码垛机、汉麻打麻机的研制。2015年，黑龙江省农业机械运用研究所研制的4FZ-140 型自走式亚麻拔麻机[8]，如图4所示，发动机功率为37 kW,转速为2300 r/min,幅宽为1.4 m，转弯半径为3.6 m。

图3 4GM-1.85割晒机

图4 4FZ-140示意图

4FZ-140型自走式亚麻拔麻机用于亚麻的拔麻收获作业[9]，能收获株高400～1600 mm、植株密度2300 株/m2以内，处于黄熟初期和黄熟期的亚麻。该机能完成亚麻原茎的无损伤拔取、有序翻转及放铺工作,作业效率和拔净率高，麻茎损伤率低，麻铺条放铺放整齐有序，且对倒伏亚麻具有良好的收获效果, 整机配置合理，使用方便可靠，满足我国亚麻收获的农艺要求，已在亚麻生产中小批量应用。

肖湘[10]对黑龙江省的汉麻生产机械现状进行分析中：其中山东生产的宁联牌汉麻割晒机，悬挂于拖拉机前侧，由拖拉机提供动力要求拖拉机动律大于30 kW，割幅1800 mm，工作效率0.5 hm2/h，由于割幅宽度限制，可以收获植株高度低于1.8 m的汉麻作物。2019年，黑龙江省农业机械工程科学研究院[11]研制4GL-285型亚麻收获机，幅宽为2850 mm、拖拉机配套动力为100～160 kW、割茬高度为100 mm、作业速度为8～10 km/h，该机收获幅宽满足汉麻收获要求。

2 NR-280亚麻割晒机总体结构设计

2.1 总体方案设计

NR-280亚麻割晒机是针对亚麻麻高、密度大等特点，专门研发的收获机械[12]。根据亚麻收获和作业流程要求，设计此款全液压切段式亚麻割晒机,型号：NR-280。以下简称为割晒机。包括双排往复式割刀系统Ⅰ、输送系统Ⅱ、圆盘刀系统Ⅲ、分禾器系统Ⅳ、挂接架焊合、机架以及液压系统；挂接架焊合的一端与拖拉机的前端铰接，另一端与机架挂接，并通过油缸与拖拉机连接；双排往复式割刀系统Ⅰ、输送系统Ⅱ、圆盘刀系统Ⅲ以及分禾器系统Ⅳ安装在机架上；所述部件动力均通过液压系统驱动。整个NR-280亚麻割晒机结构特点如下：

1）采用液压马达，传动可靠性高，具有很强的实用性；2）设置了装配结构的往复式割刀和圆盘刀，且可以根据要求调整切段作物的高度，具有很强的适应性；3）可以实现对亚麻切断后并放铺，有效解决二次切段工序工作的问题，而且适应性强，传动可靠性高，易于推广；4）采用双排往复式割刀和圆盘刀切断作物技术方案，并根据用户要求或作物生长自然高度，对作物切断长度可以调整，解决作物后续切断工序问题，具有效率高，降低后期人工成本。

2.2 工作原理

该款全液压切段式亚麻割晒机，首先，双排往复式割刀系统Ⅰ先将作物切成两段切割后的两段作物分别在对应的割刀连接板焊合上通过对应的输送带输送到一侧，且上段作物侧面末端通过圆盘刀系统对上段作物进行二次切断，能一次性完成亚麻的切段、侧面输送和放铺工作。

2.3 割晒机结构设计

根据总体设计方案，设计这款全液压切段式亚麻割晒机，如图5所示,配备5个液压马达，提供整体系统动力。总体设计参数定义：幅宽为2800 mm、拖拉机配套动力为90 km 以上、割茬高度为120～150 mm、切割形式为往复式割刀+圆盘刀、输送形式为立式输送。双排往复式割刀系统Ⅰ主要由摆环箱、刀片护、刃器等组成，如图6所示，圆盘刀系统是由液压马达、圆盘刀、定刀等组成，通过备件方式，快速更换不同高度的圆盘刀马达架，实现作物切段长度调整。

图5 割晒机结构

图6 圆盘刀

3 割晒机液压系统

割晒机各部件消耗功率不高，计算各部件功率消耗和工作转速，根据马达选型要求，确定各部件马达功率消耗及速度见参数表1,液压油缸：提升重量800 kg,提升速度不低于0.2 m/s;下降速度不低于0.1 m/s；单向双油缸。

表1 参数表

割晒机液压系统，如图7所示,共分三路，供油采用三联齿轮泵，排量分别为：63/50/32 mL,全由拖拉机CTU(转速：1000 r/min)给三联齿轮泵提供动力，将机械能转化为液压能。三路油路都由拖拉机CTU带动三联齿轮泵吸油给马达，介质油经过叠加溢流阀、电磁换向阀以及同步阀进入马达提供动力，通过叠加溢流阀调节进油压力，通过电磁换向阀实现通/断功能，决定马达是否工作，通过不同同步阀来保证马达的工作速度保持一致，通过压力表监测压力。

图7 液压系统

NR-280亚麻割晒机，采用拖拉机后端CTU提供动力。根据独有结构特点及转速匹配，作业速度为8～9 km/h，幅宽：2800 mm，按照作业效率按照80%估算，工作效率达到2.2 hm2/h。该幅宽与亚麻高度相匹配，防止亚麻放铺时，由于自身过高而导致的放铺交叉错乱现象；每小时可割晒放铺33亩，作业效率高；配置双排往复式割刀和圆盘刀，对亚麻切断后整齐放铺，为后续捡拾打捆造良好条件；该机没有采用传统传动结构，采用全液压系统，操作方便、根据作物状况转速方便可调整、适应性强等特点，有效的解决了亚麻机械收获中二次切断工序的问题，具有很好的发展意义。

4 结语

通过对亚麻收获机械现状分析，了解了亚麻机械化水平发展状况和趋势。概括性地介绍了一款全液压切段式亚麻割晒机结构设计和研发，阐述了该割晒机的总体方案设计、工作原理、结构特征参数以及液压系统，基于该割晒机，完成了零部件试制和装配调试工作，理论上，该割晒机可以实现能一次性完成亚麻的切段﹑侧面输送和放铺工作。下一步，将进行该款割晒机田间试验工作，还将在结构成本降低、液压系统优化等方面进一步完善。