第一章 引 言
第一章 引 言
1.1课题研究的目的和意义
玉米是我国三大粮食作物之一，是仅次于小麦的主要粮食作物，是优质饲料和重要的工业原料，同时秸秆还是畜牧业的重要饲料。搞好玉米的生产加工和秸秆的综合利用对农业、农民、农村乃至整个国民经济发展都具有重要意义。我国21各省、市、自治区都有玉米种植。种植面积、总产量仅次于美国，居世界第二位，玉米年产量达12029万吨，约占世界玉米总产量的18%。玉米生产对工农业的发展起着举足轻重的作用。目前，我国的小麦收获已基本实现了机械化，而玉米机收水平只有5%，成为玉米生产过程的瓶颈和难点。玉米生产机械化水平低严重影响了农业生产机械化的整体水平，阻碍了农业现代化的进程。
造成玉米生产机械化水平低的主要原因，一是农机与农艺不配套。采用一年两作地区多采用套作种植，行距不相等，不便于机械作业；二是现有玉米生产机型少，供农民选择的余地小，功能单一不能很好满足不同用户的需求。有的用户需要灭茬、有的需要秸秆兼收、有的需要青储等等；三是玉米生产机械特别是收获机械造价高，利用率低，农民一次性投资大，投资回收期长。此外，农民焚烧秸秆问题一个重要的原因是没有合适的穗茎兼收型玉米收获机，将玉米秸秆回收利用，用于畜牧饲料，减少对秸秆的焚烧造成的空气污染。
玉米收获机械化可以带动玉米的产业化种植，减轻农民劳动强度。而秸秆可以直接粉碎还田增加土壤的有机质含量，或者秸秆回收用于饲料，为大力发展畜牧业提供丰富的饲料保障，有效地改善农牧业的产业结构，使得畜牧业比重进一步提高，农牧业发展处于良性循环，从而增加了农民收入。避免秸秆焚烧带来的资源浪费和大气污染，严重影响道路交通和民航的正常运营。因此，结合我国国情和各种使用条件，研制一种新型穗茎兼收玉米联合收获机（即一次完成玉米果穗、茎秆的收获）既适应农民传统收获玉米的习惯，又增加了茎秆青贮收获，具有十分重要的现实意义。
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社会经济效益:把农民和畜牧养殖户从繁重的体力劳动中解放出来，一台机械收获效率每天可代替60个手工劳动者的作业效率，大大缩短了秋收秋种时间和养殖户头痛的饲料收集问题，还可带动畜牧业的发展和第三产业的发展。
从根本上增加了农民、机手和养殖专业户的收入，解放了生产力，大大减轻了农民的劳动强度，提高了广大农民的生存质量，使农民有更多的时间从事其它产业的发展。
环保效益，解决秸秆焚烧造成污染，确保高速公路、机场等公用设施的安全，利于保护环境。
1.2 国内外研究开发的现状及趋势
1.2.1 国内玉米收获机的研制状况
我国玉米收获机械研制起步晚，水平低，玉米机械化收经历了从引进国外样机试用、仿制、改进到消化吸收、自行设计两个阶段，并取得了很好的成果。到目前为止，我国从事玉米收获机研制生产的单位有60多家，已开发研制出的机型有60多个产品。从整体情况看，目前生产玉米联合收获机除悬挂式(背负式)外，大都处于样机研制或试验阶段。各种机型仍需不断改进和完善，到大规模投入生产应用尚需一段时间。我国生产的玉米联合收获机按收获工艺可分为两种:摘穗—剥皮—果穗收集—茎秆粉碎还田(或收集);摘穗—果穗收集—茎秆粉碎还田(或收集)。玉米收获工艺研制的机型有牵引式、悬挂式(背负式)、自走式和玉米割台等四种机型。
国内可实现果穗收获、茎秆切碎一体化的技术已申报专利有很多，代表性的有：立式摘穗茎杆切碎装置；在普通卧式摘穗辊式收获机割台下方安装与摘穗辊平行的刀轴，在刀轴上安装不同形式的切刀，通过动定刀配合、动动刀配合等方式实现玉米收获、秸秆粉碎一体化技术两种技术类型。但总体说来国内的果穗收获、茎秆切碎一体化的技术尚未成熟。我国玉米收获机械化仍然存在着许多问题。首先表现在基础部件研究不足，很多单位只是注重整机的研制开
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发，从而造成众多机型在收获工艺和机构参数上大同小异、重复制造。其次是产品的稳定性、可靠性差，机器故障频繁，从而造成玉米籽粒破碎率、果穗损失率高等问题。
我国目前从事玉米联合收获机研究和制造的单位有30多家，约20个产品，分为自走式、悬挂式、牵引式和谷物联合收获机配玉米割台等四种形式，又分单行和多行。但各厂家的产量都不大，其主要原因就是如上所提到的机具的适应性题、农民的购买力和玉米收获机的关键部件的可靠性等问题。因此必须加快对玉米联合收获机械化关键技术与装备的研究，以加速玉米收获机械化的进程。在自动化程度方面，由于国产玉米收获机以实用为主，主要考虑降低制造成本，对自动化要求不高，因此明显落后于国外产品。目前，在已研制的机型中还有可靠性差、效率低、对作物的不同行距适应能力不强等问题，个别机型的损失率和破碎率还有待进一步降低。
国内近期玉米收获机械仍以价格较低的悬挂式机型为主，适应多种行距的玉米收获机具将会随着技术的不断完善迅速占领市场。穗茎兼收型玉米联合收获机，可以实现茎秆资源的回收利用，将是玉米联合收获机近期研究、开发的重点，以适应畜牧业发展的要求，在畜牧业发展就快的地区，这种机型有较好的发展前景，预计未来几年将会出现比较实用的畅销机型。 1.2.2 国外玉米收获机的研制状况及趋势
.目前国外玉米收获机的研究与生产技术已经成熟，目前在美国、德国、乌克兰、俄罗斯等西方国家的玉米收获(包括籽粒和秸秆青贮)已基本实现了全部机械化作业。国外多采用一年一作的种植方式，玉米收获时含水率低，主要采用玉米摘穗直接脱粒的收获工艺。如美国的Johndeere公司、Case公司、德国的Mengle公司、道依茨公司生产的玉米联合收获机，绝大部分是在小麦联合收获机上换装玉米割台，并通过调节脱粒滚筒的转速和脱粒间隙进行玉米的收获。主要表现在以下几个特点：
1．在保证良好性能的前提下，向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入量和高速发展。喂入量已由一般的5~6千克／秒发展到10~12千克／秒所配发动机的功率最大到243千瓦，正在研发的有276千瓦；割台最大割幅已超过9米。
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配谷物联合收割机的玉米割台由收割4~6行发展到收割8行。发动机功率为19千瓦。最高作业速度超过3.6千米／小时。
2．向扩大机器的通用性和提高适应性发展。除发展多种专用割台（大豆、玉米、向日葵、水稻或捋穗型割台）外，同一台机器还可配不同割幅的割台以适应不同作物和不同单产的需要；改进机体结构（如收割台的仿型机构、清粮室的自动调平装置等），使其更好地适应不同作物和倾斜地面；行走装置配置多种宽度的轮胎、履带，以提高工作的适应能力。
3．对保持收获中低损失率、高清洁度的主要工作部件的研究更为深入新型脱粒分离装置的研究，以提高生产率，减少谷粒损失为目标，是现代玉米联合收割机最主要的发展趋势。在传统的纹杆切流滚筒及键式逐镐器的脱粒分离装置之后，双滚筒横置的轴流式结构广为应用，继而又研制了单滚筒或双滚筒纵置的轴流式脱粒分离结构，大大提高了脱粒率。
4．新材料和先进制造技术的广泛应用使产品性能更好，可靠性更高将玉米联合收割机机架、割台体加大壁厚或加强骨架，用大直径薄壁钢管作轴，纹杆进行表面硬化处理；各种联合收割机在易堵塞的部件上设置各种快速切离的安全装置，传动胶带采用新的结构和材料；切割装置都进行8小时以上磨合试验和升温运转试验；重要工作部件装机前的磨合试验或试运转，严格保证体系。
5．广泛应用机电一体化和自动化技术，向舒适性、使用安全性、操作方便性方向发展为改善驾驶员工作条件，普遍装有现代化的密闭驾驶室以隔热、隔噪音；转动部件转速、收割机切割高度、谷物损失量、粮箱填充量、排草堵塞等配有信息显示；自控装置包括自动对行、割茬高度自动调节，自动控制车速，自动停车等；安全生产的警报输出和互锁补偿系统有故障警报、信号报警或语音报警、启动耳锁、单柄操作互锁、运输与收获互锁等功能。
6．向智能化收获机发展集全球卫星定位系统，地理信息系统和遥感系统于一身的\精准农业\技术在智能化玉米收割机上的应用是当今收获机械化最新、最重要的技术发展。通过以上的比较不难发现，我国的玉米联合收获机械的现状跟国外一些先进技术相比还有相当大的差距，我国的科研人员在机器的制造质量和可靠性、发展模式及如何使农艺和农机相结合等科研课题上，应该有很大的发展空间。
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1.3 课题研究的主要内容
在我国小麦玉米一年两熟地区，随着工业燃料的发展，昔日作为农村主要燃料的秸秆成了田间焚烧污染空气的废物，而迅速发展的畜牧业又需要大量的饲料。因此研制新型穗茎兼收型玉米收获机具有重要的意义。本课题对研究玉米收获过程中果穗和茎秆的收集输送装置进行了分析和研究。
收集装置的作用是将摘穗辊摘落的玉米果穗以及切刀切碎的茎杆进行收集升运，再通过二级升运器将果穗及茎杆集箱，达到收集目的。也就是说，本课题主要研究一级果穗升运器和茎秆升运器。从结构简单、安全可靠、功率消耗低来考虑，采用刮板式升运器。目前市场上的玉米收获机多是只收果穗，茎杆还田，因此一级升运器均是配置在两对摘穗辊之间，且多是上刮式。但由于此收获机是穗茎兼收，因此需考虑两个升运器如何安装配置。为了节省收获机下部空间，便于二级果穗升运器和茎杆抛送器的合理配置，同时考虑到安全可靠及外观美观，两升运器采用上下配置方式。如此就需要保证下面切刀的足够空间，为了解决这个问题，两升运器的刮板均采用下刮式。
刮板升运器由升运器体、主被动链轮、刮板、链条等组成。升运器体是升运器的骨架和主体，刮板输送链是套筒滚子链。本文论述了两升运器的工作原理以及结构分析与设计。
1.4 课题的创新设计
现有国内外玉米收获机的果穗收集装置大多数是采用上刮式刮板升运器，物料由刮板经过中间隔板的上方刮送出去，因为在出口处物料由上向下倾倒，所以卸粮干净，但容易在链条和链轮处夹碎物料。另外，由于该收获机穗茎兼收，上刮式装置下部占用空间大，那么茎秆升运器及摘穗辊和切刀安放位置很低，或者倾斜角度小，那样对于倒斜的玉米植株将会有漏收现象，果穗损失率升高，收获效率降低。
为了减小收获机下部的空间和二级果穗升运器及茎杆抛送器的配置空间，本课题两升运器均采用下刮式刮板升运器。下刮式的工作原理：物料由刮板经
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