玉米摘穗辊试验台的设计和试验_佟金

环节中的技术问题。通过试验分析了辊式摘穗机 构在摘穗中对玉米 穗啃伤的影响因素, 确定了在辊 型一定的条件 下, 摘穗辊转速是主要因素。
关键词: 玉米收获机 摘穗辊试验台 设计 试验
中图分类号: S225. 5+ 1
文献标识码 : A
Research and Development of Testing Device with Snapping Rolls for Corn Harvester
30 mm 时, 对茎秆的攫取能力降低, 影响摘穗辊的 拉茎能力。
表 1 摘穗辊转速对籽粒啃伤的影响试验结果
Tab. 1 Inf luence of roll's rotate speed on
表 2 为摘穗辊轴水平倾角对籽粒啃伤影响的部 分试验结果。在试验所考察的因素中, 摘穗辊水平倾 角对摘穗过程中籽粒被啃落的影响程度次于摘穗辊 转速。用 F 检验法在显著性水平 A= 0. 05 下对试验 因素进行检验[ 13] , 结果显示该因素对摘穗啃伤影响
不显著。试验所考察摘穗辊倾角的 3 个水平依摘穗 啃伤程度从大到小依次是: 35°、15°、25°, 倾角为 25° 时摘穗啃伤程度最小。
图 1 卧式摘穗辊结构简图
Fig . 1 Str ucture o f ho r izontal snapping r olls
1. 导入段 2. 摘穗段 3. 拉茎段 4. 可调前轴承 5. 茎秆
( 2) 径向参数 摘穗辊的径向参数主要有摘穗辊直径, 摘穗辊
凸棱高度, 横剖面形状、尺寸, 拉茎部分的直径和拉
Key words Corn harvest er, T est er o f snapping rol ls, Desig n, Experiment
引言
摘穗部件是玉米收获机的核心部件, 要求对玉 米植株和穗型的适应性强, 即能适应茎秆直径、结穗 部位和穗形尺寸等方面的差异[ 1] , 不伤果穗, 并可提 高摘穗速度。卧辊式摘穗装置结构简单、尺寸较小, 目前较多地应用于背负式玉米收获机上[ 2～5] 。但辊 式摘穗结构易啃伤玉米穗, 啃伤穗比例可达到
3 试验
2006 年 10 月在吉林大学地面机械仿生技术教 育部重点实验室进行了玉米摘穗啃伤试验, 试验材 料为吉林农业大学试验田人工收割的玉米植株( 带 穗; 籽粒含水率、茎秆含水率和苞叶含水率均值分别 为 25. 5% 、49. 5% 和 55. 4% ) 。试验考察辊型、摘穗 辊转速、摘穗辊水平倾角等因素对摘穗性能的影响。
2 0 0 7 年 11 月
农业机械学报
第 38 卷 第 11 期
玉米摘穗辊试验台的设计和试验*
佟 金 贺俊林 陈 志 梁晓军
【摘要】 阐述了影响辊式摘穗装置工作性能的诸 因素和卧辊式玉米摘穗试验台的设计要点。设计中考虑了进
行单因素试验和多因素试验中调控各相关工 作参数、国产主 要玉米收获机卧辊式 摘穗辊的装拆以及 数据采集等各
第 11 期
佟金 等: 玉米摘 穗辊试验台的设计和试验
49
试验台的设计和试验。
1 辊式摘穗装置的影响因素 及其控制方法
1. 1 影响因素 玉米收获机辊式摘穗装置的影响因素包括辊的
结构参数和工作参数[ 1, 11] 。 1. 1. 1 结构参数
( 1) 轴向参数 摘穗辊的轴向参数主要是指各工作段的轴向尺 寸和结构组合形式。摘穗辊轴向工作段由锥形导入 段、摘穗段和拉茎段组成, 如图 1 所示[ 4] 。
T ong Jin1 H e Junlin1 Chen Zhi2 Liang Xiaojun2 ( 1. J il in University 2. Chinese A cademy of A gricultural Mechaniz ati on Sci ences)
Abstract
A device for t est ing t he perfo rmance o f snapping r olls of cor n har vest er w as researched and developed, and t he inf luencing f act ors o n picking maize-co b w er e discussed in this paper. In t he desig ning of the test er, t he regulat ing and co nt ro lling f act or s inf luencing t he rol ler -t y pe picking mechanism w ere considered. T he w orking f act ors can be adjust ed and co nt ro lled in monof act orial t est s and m ult if act orial t est s. T he snapping rol ls o f m ain corn harvest er m ade in China can be inst al led easil y. T he af fect ing fact ors o f t he snapping ro lls o n corn-grain g naw ing dam age w ere analy zed by t est s. T he result s sho w t hat t he rot ate speed of t he snapping ro lls is t he key f act or on t he condit ion of a cert ain roller ty pe.
茎凸棱形状及数量等参数。这些参数影响摘穗部件
对茎秆的攫取能力和对果穗的损伤程度[ 1, 4] 。
较大的摘穗辊直径虽
然有利于提高对茎秆的攫
取能 力, 但使 掉粒损失 增 加, 因此应在保持攫取能
力的前提下设法减小摘穗
辊直径。合适的锥形导入
段和适宜的表面形状可保
持摘穗辊对茎秆的攫取能
力。摘穗辊的表面形状对 攫取 能力影响 很大, 其 常 见结构一般为螺旋形凸棱 ( 棱高 9～11 m m) , 并设有 爪形摘穗钩, 如图 2 所示。
表 1 为国产玉米收获机 2 种型式摘穗辊转速对 籽粒啃伤影响的部分试验结果( 啃失率是指平均每 穗玉米被啃伤的籽粒数) 。结果表明, 摘穗辊转速是 影响籽粒啃伤的主要因素, 随着摘穗辊转速的提高 籽粒啃失率增加。当摘穗辊转速低于 700 r/ m in 时, 果穗啃伤程度随摘穗辊转速增加的幅度较小; 当摘 穗辊转速高于 700 r / min 时, 随摘穗辊转速的增加 果穗啃伤程度明显加剧。试验显示当摘穗辊转速为 500 r/ min 时, 籽粒损失数最小。
应用现 有高速摄影系统( 包括高速 CCD 摄像 机、图像采集卡、控制器以及计算机操作系统等) , 通 过慢速回放再现被记录过程的运动或变形过程, 即 通过对时间尺度的放大来研究快速过程的物理特 性。由此可直观地分析茎秆在被摘穗辊拉过的过程 中的运动状况。通过标记, 可定量地分析摘穗过程中 拉茎速度、加速度等的变化情况, 为建立相应的数学 模型提供依据。
2. 3 传动设计 以无级调速电动机为原动机, 经一级三角带传
动到主轴, 经过扭矩传感器到摘穗辊。摘穗辊转速通
50

农 业 机 械 学 报
2 0 0 7 年
过改变调速电动机的转速来调节。 2. 4 电路控制
采用双调速电动机分别控制两摘穗辊的转速。 考虑到目前广泛使用的螺旋凸棱形摘穗辊需要转速 协调, 设计了单电动机传动方案, 在两辊间设置齿轮 传动机构, 以保持其转动的协调性。 2. 5 数据采集
摘穗辊结构改变主要是指改变其安装参数: 摘 穗辊的轴向长度, 通过调节前轴承部件的轴向位置 来改变; 摘穗辊直径以及摘穗辊间隙与摘穗辊之间 的高度差, 通过调节前轴承部件的径向位置来改变。
摘穗辊轴线水平倾角的调节通过机架上的倾角 调节机构来实现。
2 试验台的设计
2. 1 设计思路 本试验台是为考察卧式摘穗辊在摘穗过程中对
通过传感器获取扭矩和转速实时信号并输入到 计算机中, 利用传感器附带的数据采集系统软件进 行数据的采集与处理, 得到实时的拉茎阻力及功率 消耗。
选用 AKC - 215B 型动态扭矩传感器, 该传感 器非接触电源供电与信号输出, 无集流环, 无电刷, 运转无摩擦, 适合于连续、高速测量使用。可测量正、 反两个方向的动态扭矩或静态扭矩。 2. 6 高速摄影系统
果穗啃伤的影响而设计的[ 12] , 因此要求能够试验各 种卧式摘穗辊。试验台设计时摘穗辊长度变化范围 为 500～1 200 mm ; 直径变化范围为 70～105 mm ; 摘穗辊转速变化范围为 500～1 200 r/ m in; 摘穗辊 水平面倾角变化范围为 25°～40°; 摘穗辊螺旋凸棱 高度不大于 12 m m; 摘穗辊两轴水平间距调节范围 为 75～145 mm; 摘穗辊两轴竖直间距调节范围为 0～40 mm 。
表 3 为摘穗辊间隙对籽粒啃伤影响的部分试验 结果。在摘穗辊间隙的单因素试验中, 间隙为30 m m 时比 20 mm 表现稍好, 但差异不显著。随着摘穗辊 间隙的增加, 摘穗损失籽粒数呈逐渐减小趋势。辊轴 间隙小于 20 mm 时, 辊轴间隙增加对减少籽粒啃伤 效果较明显; 辊轴间隙大于 20 m m 时, 增加辊轴间 隙对改善果穗啃伤程度并不明显。当辊轴间隙超过
收稿日期: 2006- 10- 25 * 国家“863”高技术研究 发展计划资助项目( 项目编号: 2005A A 420250) 、国家杰出青年科学基金 资助项目( 项目编 号: 50025516) 和吉林
大学“985 工程”资助项目 佟 金 吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 教授 博士生导师, 130025 长春市 贺俊林 吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室 博士生 教授( 山西农业大学) 陈 志 中国农业机械化科学研究院 研究员 博士生导师, 100083 北京市 梁晓军 中国农业机械化科学研究院 助理工程师