玉米收获机变螺距摘穗辊及残穗刀的设计外文翻译资料

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玉米收获机变螺距摘穗辊及残穗刀的设计

摘要：两个卡紧辊之间的阻塞会严重限制玉米收获机的收获效率。为了解决这个问题，开发了一种可变螺距的肋条咬合辊。固定螺距肋条抓辊与可变螺距肋条抓辊的对比实验表明，可变螺距肋条可有效避免玉米秸秆阻塞，工作效率提高56.7％。证明了保留玉米残留物的保护性耕作对土壤风蚀具有很强的控制作用。为了在生产规模上实现这种保护性耕作模式，本研究开发了一种切割机。随后，进行了两项实验，一项是测试截割率（定义为总截断秸秆数量除以总秸秆数量），另一项是测试残留物高度。实验结果表明，平均切削率随着刀头高度的增加而显着增加（p lt;0.05）。切削比的平均值随着刀头与地面之间的夹角（切削角）的减小而显着增加（p lt;0.05）。随着切割高度从300 mm增加到500 mm，平均站立残留高度增加。随着切削角度从15°到0°的减小，平均站立残余高度显着增加（p lt;0.05）。因此，新设计的卡扣辊可以提高收割效率并延长切割台的使用寿命。割草机可以促进玉米残渣保护性耕作在东北地区的推广。

关键词：玉米收获机，变节距，摘穗辊，玉米残茬，田间模拟试验，割高，割角

1 介绍

现目前我国东北地区使用的平辊式玉米收获机很多，其中一个主要的问题是平辊式玉米收获机的两个摘穗辊之间的堵塞。水平咬合辊分为三部分：锥形部分，主体部分和切割部分。由于玉米秸秆进入两个咬合辊的间隙，因此玉米秸秆相对于咬合辊向后和向下移动，如果玉米秸秆仍留在间隙中直到到达切割部分的末端，就会发生阻塞。当收获机高速运转时，这种阻塞将更加严重，因此，提高收获机的工作效率是主要限制。

与传统的保护性耕作相比，在中国东北，与传统的保护性耕作相比，通过将秸秆粉碎成小段并将其散布在土壤表面，与传统的保护性耕作相比，东北正在出现一种保护性耕作。玉米残留物可以有效控制土壤风蚀。Fryrear和Bilbro得出的结论是，秸秆控制风蚀的效率至少是平坦残留物的五倍。割去玉米直立残渣的茎杆的上部，并留下玉米直立茎杆的底部，因此，底部仍将在田间站立。站立残留技术的一项明显优势涉及上部秸秆的收集，因为玉米秸秆是全世界大多数农村地区冬季主要的冬季牧草。使用100％的作物生物量覆盖田地可减少饲料市场上可利用的秸秆量。

在这项研究中，设计并测试了新的咬合辊，以解决阻塞问题。止动辊可以降低玉米秸秆的后退速度，但是玉米秸秆的下降速度将是恒定的，因此所有玉米秸秆都可以在到达切割部分的末端之前从间隙中拉出。这项研究中还设计了旋转刀。刀头高速旋转，并在自由支撑下切割茎杆。另外，可根据农业需要调节割草高度和割草角度，因此割草机可以帮助玉米收获机实现玉米残渣的保护性耕作。

2。材料和方法

2.1 带可变螺距肋的抓紧辊

如图1所示，设计了按扣辊上的螺钉肋，从前到后具有可变的螺距，这与普通的按扣辊不同。并且，如果将此抓紧辊的主体部分置于坐标系中，并且主体部分的轴与“z”轴重叠，并且前样线与“xy”平面重叠，则可以显示出螺钉肋如以下等式。

其中，方程式（1）代表内卡扣辊的方程，方程式（2）代表外卡扣辊的方程，theta;是旋转角度（°）。

该设计的目的是解决两个分离辊之间的间隙中的玉米秸秆阻塞的问题。前部的肋骨螺距较大，这是因为玉米秸秆被真牙推入了卡扣间隙。较大的螺距可以加速玉米秸秆的运动，从而到达身体部位。然后，螺距逐渐变小，以减小向后移动的速度，但向下移动的速度保持恒定，这样就可以在玉米秸秆到达切段的末端之前摘下玉米穗，并可以将整个玉米秸秆拔出切割部分[2]以避免阻塞。

图1可变螺距节肋卡紧辊

2.2 切削角度分析

残留的残留工艺应离开每个玉米秸秆的底部。当玉米收获机工作时，玉米秸秆被卡扣辊拖动，并且根据移动的相对性，玉米秸秆相对于玉米收获机前后移动，因此，玉米秸秆进入玉米收获机后会发生挠曲变形。两个卡紧辊之间的间隙。如果刀头（如图2所示，它是一把旋转刀，并且它的形状是圆形的）水平切割玉米秸秆，则在玉米秸秆垂直反弹之后，该横截面上会出现一个尖点，因为如果不是飞机，则会在以下工作中严重损坏拖拉机的橡胶轮胎。最好的条件是刀头可以垂直切割玉米秸秆，因此在垂直回弹后，横切面可能是一个平面。如图2所示，为了简化分析过程，只考虑了一个卡扣辊。玉米秸秆被卡紧辊拖拉，从虚线（垂直）变形为实线（部分弯曲）。玉米秸秆和抓紧辊的接触点从K移到M（图2a）。如图2b所示，接触点的瞬时速度V是两个分量速度的总和，一个是玉米秸秆相对于玉米收获机的进给速度V_m（实际上，V_m是收获机的前进速度，但假设是玉米收获机静止不动，玉米秸秆移向玉米收获机），另一个是捕捉辊的线速度Vr。

其中，V_r是止动辊的线速度，m / s；omega;是定位辊的转速，r / min；r是卡紧辊的半径，mm；gamma;是卡紧辊的线速度与地面之间的夹角（°）；theta;是卡紧辊与地面之间的角度（°）；V_m是玉米秸秆相对于玉米收获机的进料速度，m / s；V是接触点的瞬时速度，m / s。

图2玉米秸秆和咬合辊之间的作用示意图

由于玉米秸秆存在偏斜，因此刀头很难垂直切割玉米秸秆，但是如果刀头可以与图2中的线段O₁M垂直，则可以获得最佳的横断面相对。因此，重要的是要知道图2中的角度xi;。

其中，beta;是卡紧辊的线速度与接触点的瞬时速度之间的夹角（°）；alpha;是接触点的瞬时速度与咬合辊轴线之间的夹角（°）；h是玉米秸秆进入抓取辊的抓取区域时接触点离地面的高度，mm；h1是一定时间后垂直方向上接触点的高度增益，mm；xi;是线段O1M与图2中的垂直方向之间的夹角（°）。

玉米秸秆进入身体部分后，麦秸秆会发生挠曲变形。在图2中，根据运动的相对性。V_m是玉米秸秆和玉米收获机之间的相对速度，线段OO₁是很短时间内的进料量，换句话说，线段OO₁是玉米秸秆在收割期间的前进距离这很短的时间。最后，根据玉米收获机的速度、摘穗辊的半径和转速，确定出角zeta;的最佳值。另一点需要说明的是切削角的定义，图2中刀盘的切削角为正值，水平切削时切削角为0°。

2.3 实验

2.3.1现场模拟实验

在这项研究中进行了两个实验，一个是可变螺距的咬合辊的实验，另一个是立式切屑刀。众所周知，中国东北的玉米收获时间非常有限，不到一个月，所以在进行田间试验之前，先进行田间模拟试验，以使玉米完全成熟，从而节省一些时间并避免一些错误。为了模拟站立的玉米秸秆，我们设计了一个用于固定玉米秸秆的导轨，每根秸秆之间的间距为200 mm，如图3所示。

图3现场模拟实验

该实验的主要目的是证明咬合辊的基本咬合功能和立式切刀的基本切割功能。详细的实验处理方法可以在附录视频中找到。

2.3.2现场实验

在制造出该抓紧辊和切刀之后，将它们安装到4YWL-2玉米收获机上（4YWL-2玉米收获机由吉林大学生产）。实验于2013年10月8日在吉林大学农业实验站进行，如图5所示。实验区长300 m，宽200 m。玉米品种为吉单209，这是近年来吉林省常见的品种。

第一个实验是测试定位辊。在该实验中，使用了两台4YWL-2玉米收获机，一个收获机带有可变螺距肋卡紧辊（VSR），另一台装有固定的螺距肋卡紧辊（FSR）。两个卡扣辊上的肋的第一个螺距相同，与普通卡扣辊的螺距为15厘​​米。在这个实验中，同一位司机一个个地驾驶这两个玉米收获机。驾驶员开始以大约2 km / h的稳定速度驱动收获机，然后驾驶员以0.05 m / s2的加速度加速了收获机的速度，直到一对卡扣辊发生阻塞或两对卡扣辊发生阻塞。在该实验中，对每个玉米收获机进行了十次重复，同时，使用了驾驶室速度计来记录发生阻塞时的速度。十次复制的平均速度是发生阻塞时的平均速度。

第二个实验是测试立式切屑刀。根据贾等人的研究结果，站立的玉米残渣的高度会影响土壤风蚀的控制效果，最小高度应为300-500 mm，具体取决于土壤质地。但是在实际工作条件下，切削高度不能等于立残高度（SRH）（以下称为“ SRH”）[6]，因此为了补偿这一缺陷，切削高度被设计为250 mm至650 mm。这个错误，刀具如图4所示。

图4具有可调节圆盘切割角度的切割机

在该实验中，选择了玉米收获机的最佳工作条件：前进速度约为2 km / h，抓紧辊与地面之间的角度为40°，抓紧辊的转速大约为400 r /分钟[6]。在该实验中有两个主要的相关参数：切削率（由等式（10）定义）和SRH。在该实验中，主要的自变量是切削高度和切削角度。

图5现场实验

切削实验有两个目的，第一个是测试切削比，第二个是探索切削高度与SRH之间的关系。为了测试切削比，该刀具的切削高度从300 mm到500 mm不等，增量为20 mm，切削角度从15°到0°不等，递减3°。每个实验处理都是切削高度和切削角度的组合，因此共有66个实验处理。随后，我们通过测量每种实验处理中的每种玉米秸秆来计算切割比delta;。

其中，delta;为切削率，％；m是被完全切断的茎种群；n是每种工作处理的总茎数。

最后要说明的是，切削高度是从刀头中心测量的，而SRH是从横断面的最高点测量的。

为了确定切削比或SRH是否存在显着变化，使用z检验作为统计分析方法。因为根据统计原理，实验处理的数据足够大，所以用样本方差的矩估计来表示总体方差。

3。结果与讨论

3.1 VSR实验

就实验中的玉米收获机而言，除卡扣辊的类型外，所有工作参数均相同。实验结果示于表1。

表1发生阻塞时的平均速度

表1说明，在使用FSR和VSR的玉米收获机上，阻塞分别发生在4.85 km / h和7.6 km / h的平均工作速度下，这表明VSR与FSR相比可提高56.7％的工作效率。实验结果与以前的分析结果一致，实验结果表明，与FSR相比，VSR可以有效避免玉米秸秆阻塞。

对于两个玉米收获机，特别是制造质量较差的小型玉米收获机，主要问题是两个卡紧辊之间的间隙阻塞。Wang进行了一项类似的研究，他在定位辊上使用了差动螺距肋，但仅使用了两个恒定螺距肋。本文介绍的按扣辊的最大优点是其节距连续变化，因此按扣辊上的螺纹肋没有拐点。从数学原理上讲，该曲线可以求导，因此该设计可以减少玉米穗的振动，从而减少了玉米穗过熟时的谷物损失。

3.2切割比例实验

切削高度和切削角度都会影响切削率（图6）。在切削高度固定的情况下，切削比的平均值通过式（11）算出。在切削角度固定的情况下，切削比的平均值通过式（12）算出。本实验中有11个固定的切削高度，起始切削高度为300毫米，终点切削高度为500毫米，增量为20毫米。在300mm至500mm的切削高度下，平均切削率分别为82.61％，83.86％，85.15％，86.55％，87.2％，90.7％，91.01％，92.48％，93.28％，93.73％和93.33％。随着切削高度的增加，平均切削比有显着增加（p lt;0.05）。

实验中有6个切削角，起始切削角为15°，结束切削角为0°，减量为3°。 在15°至0°的切削角度下，平均切削率分别为88.71％，88.76％，88.83％，88.9％，88.99％和89.08％。平均切削比随切削角度的减小而显著增加（p lt;0.05）。

其中，ε_phi;是固定切削高度为phi;％的平均切削率。delta;_phi;,omega;是特定实验处理的切削率％。试验处理是将切削高度phi;和切削角度omega;结合起来的。

其中，ε_omega;是固定切削角为omega;，％的平均切削率；delta;_omega;,phi;是特定实验处理的切削率％。试验处理是将切削角度omega;和切削高度phi;结合起来的。

图6切削比，切削高度和切削角度之间的关系

较高的切削高度和较小的切削角度可能会导致较大的切削比（图6），反之亦然。原因是当切削高度增加而切削角度减小时，切削点的高度（定义为刀头和玉米秸秆的接触点）的高度增加了。应该提到的关键点是玉米秸秆的底部比上部要厚，换句话说，上部比底部要容易切割，因此切割点越高，切割率就越大。另外，如图2所示，切割角度越小，越接近滑动切割，而不是滑动切割切屑切削，滑动切削比切屑切削所需的力小，当切削角减小时，切削比增大。

3.3平均SRH的实验

切割高度和切割角度对平均SRH都有影响（图7）。当切削高度固定时，用公式（13）计算平均SRH。在切削角度固定的情况下，平均SRH为 由等式（14）计算。与切削率相似，在15°至0°的切削角度下，平均SRH分别为401mm，404mm，407mm，410mm，413mm和416mm。平均SRH随切削角度的减小而显著增加（p lt;0.05）。

图

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