青稞穗茎分流双层收获割台关键部件的结构设计*

王保爱，张　琴，辛尚龙，赵武云

(1.甘肃农业大学 机电工程学院，甘肃 兰州　730070； 2. 甘肃畜牧工程职业技术学院，甘肃 武威　733006)

0　引　言

青稞是我国种植业结构调整的重要代替作物和改善膳食结构的重要口粮品种，它是老少边穷地区促进扶贫开发，提高农民受益的重要经济作物。仅青藏高原区域青稞常年播种面积366.67万 hm2，总产量约100万吨，占整个粮食作物播种面积和总产量的约1/3。是青藏高原的第一大粮食作物，也是高原地区农业特色产业发展的重要生物资源，对高原地区的农业与农村经济发展、农民增收致富、当地藏族生活质量与健康状况改善中占有重要的地位，发挥着重要作用[1-2]。青稞的种植与收获相对简单，但是我国现阶段的青稞机械化收获水平较低，严重制约了青稞的产业化发展。

目前，市面上还没有出现专门针对青稞的穗茎兼收型联合收获作业机具，为了提高我国青稞机械化收获水平，减轻藏区人民的生产劳动强度，增加牧区牧民饲草来源，减少青稞收获成本，提高牧民收入，设计一种专门针对青稞的联合作业机显得格外重要[3-4]，尤其是课体组提出的对青稞作物的穗茎风流收割方式应加大研究。

1　青稞收获存在问题及设计意义

青稞秸秆是青藏高原地区饲草的主要来源。目前，传统收获方式(人工收获和人工脱粒)在藏区普遍存在；目前用于青稞联合收获的主要有约翰迪尔W80(原1048)、福田雷沃谷神GE40/GE60、中联重机谷王TB60、久保田4LZ-2.5(PRO688Q)、洋马AW82GRW(4LZ-2.8)、雷沃谷神RG25/RG40、沃得锐龙4LZ-2.5B/4LZ-4.0E、星光至尊4LL-2.0D、中联谷王PQ35(4LZ-3.5QA)等机型。从大类上分为轮式小麦联合收割机和履带式稻麦联合收割机。青稞联合收获主要问题为芒茎分离问题，青稞秸秆主要用于牛羊饲料，联合收获后芒和茎秆混在一起，作为饲料会导致牛羊扎嘴、伤胃等问题发生。

因此设计一种青稞穗茎分流联合收获机收获割台，上层割台收获青稞麦穗部分，下层割台收割青稞茎秆部分。该割台可以为实现青稞麦芒与茎秆的有效分离提供思路，同时还减轻脱粒元件的脱粒压力、减轻整机质量、减少功率损耗、延长机具的使用寿命、降低机具生产成本。

2　割台及其关键部件的设计

割台是青稞收获过程中最关键的部件之一，决定了整个收获过程中的后续部分能否顺利进行，针对西藏、青海、甘肃等地区青稞的种植方式和作物的长势，借鉴国内外比较成熟的稻麦联合收获机械，在代买联合收获机的基础上对割台进行了重新设计与优化，割台整体由两部分组成，分为上层和下层两部分，上层割台只收割麦穗部分，下层割台收割青稞茎秆，以实现穗茎分流，达到青稞茎秆中基本上无芒的目的，解决西北养殖区牲畜在食用传统青稞饲料时牲畜扎嘴、伤胃等问题。上下层割台由液压油缸实现割台高度的变化，且上下层割台之间互不干涉、互不影响。

2.1　双层收获割台整体结构设计

青稞穗茎分流收获割台三维模型如图1所示，主要有上下两层割台组成，其中，上层割台主要由割台机架、往复式切割器[5-6]、偏心拨禾轮[7]、割台喂入搅龙(横向螺旋输送器)和传动系统等组成。下层割台主要由割台机架、分禾器、立式滚筒割刀、压扁滚及皮带轮等组成。青稞联合收获作业机的下层割台采用只收割青稞茎秆并对收割后的茎秆压实集条、铺放至机具履带中间位置的思路，选取目前采用较多的青饲料收获作业机上的立式圆盘割刀。

图1　双层收获割台三维模型

2.2　双层收获割台工作原理

双层割台机构简图如图2。工作时，整个割台安装于动力机组的前面在动力机的驱动下朝前运动，动力由收获机动力部分输出传给下层割台的立式滚筒割刀4，经过换向及中间传动装置6部分，分别带动上层割台的拨禾轮7转动、螺旋输送器10完成横向旋转推动运动以及往复式切割器13的往复直线运动；同时带动下层割台立式滚筒割刀4的旋转、在皮带轮3的带动下压扁滚2在竖直方向进行旋转运动。

双层收获割台沿着高度方向分别不断与青稞茎秆和青稞麦芒接触，下层割台接触青稞茎秆，上层割台接触青稞麦芒，其中上层割台比下层割台在高度方向上向前距离为30～40 mm。具体切割时，上层割台拨禾轮将青稞麦芒拨向上层割台待割区，此时下层割台的分禾器1将青稞进行分别推送至待切割区域，并且对青稞茎秆有一定扶持作用，往复式切割器13正好对正青稞穗的位置，完成切割并随着机组整体向前将切割好的青稞麦芒推向螺旋输送器10，由螺旋输送器10将青稞麦芒推送至右端缺口对应的提升装置，并将青稞麦芒运送至脱粒部分进行脱粒。与此同时，下层割台也随机组整体前行，由位于最前端的分禾器1将青稞茎秆进行分流进入下层割台的待切割区域，立式圆盘割刀2上沿着高度方向装有多层旋转刀片，各层刀片旋转速度不同，两个圆盘滚做相向运动，转动时将茎秆不断切碎然后送至中间的开口处，开口处后端设计有立式压扁机构4，将切碎的茎秆不断压扁，压扁间隙可调可用于满足不同程度的压扁亚要求，切割后的青稞茎秆由割台后端送出。

图2　双层收获割台机构简图1.分禾器　2.立式圆盘割刀　3.皮带轮　4.压扁机构　5.摆动装置　6.传动装置　7.拨禾轮　8.平行四杆机构　9.拨禾轮拨杆　10.螺旋输送器　11.拨禾弹尺　12.割台上层机架　13.往复式切割器

2.3　双层收获割台关键部件的结构及设计

2.3.1上层割台结构设计

本设计中上层割台主要结构如图3所示。工作过程中主要完成青稞穗的切割工作，由于青稞穗部分高度较高，成熟期青稞穗存在倒伏现象，所以本设计中采用传统小麦联合收获机的拨禾轮结构，由偏心拨禾轮2将青稞穗拨向待切割区，与此同时，下层割台分禾器结构将青稞根部进行扶持，配合往复式切割器4完成上层切割工作。切割后的青稞穗被推送至螺旋输送器7，其后连接为收获机的提升装置，将青稞穗送至脱粒部分进行脱粒。1为上层割台机架，连接耳6可将上层割台与收获机的提升装置进行机械连接，撑杆3配合左端的平行四杆结构和小型液压油缸用于保证工作时拨禾轮和弹尺的正确位置能够较好起到拨禾作用。

图3　上层割台结构简图1.机架　2.偏心式拨禾轮　3.撑杆　4.切割器　5.小型液压油缸　6.连接耳　7.螺旋绞龙

2.3.2往复式切割器结构设计

本研究采用普通I型中比标准尺寸较大的一类切割器，割刀行程为90 mm。普通I型切割器的割刀具有切割性能比较强，切割速度比较高的优点，能适应各种粗细茎秆的切割等特点。但是它切割时茎秆的倾斜度较大，往往切割后的割茬比较高。这种切割器的应用最为普遍，大部分的麦类作物与牧草收切割机上普遍采用该种切割器。本切割器为往复式切割器，其结构简图如图4所示。主要由曲柄连杆机构1和切割部分2组成，传动部分主要为以偏心摆块机构，通过曲柄连杆机构带动动刀片做往复直线运动，配合定刀片完成切割青稞穗的工作。

图4　往复式切割器简图1.曲柄连杆机构　2.往复式切割器

2.3.3下层割台结构设计

下层割台结构如图5所示，主要完成青稞茎秆的切割工作，工作时，收获机组带动割台整体前行，青稞茎秆不断接触割台，前面的两组分禾器3将青稞茎秆进行分流并送至立式圆盘割刀3的切割区域，两个立式圆盘割刀相向旋转并沿高度方向设计多层刀片，可将茎秆切碎成多节然后送至中间开口部分，机组前行开口后端设有立式压辊5将切碎的茎秆进行碾压，本设计中碾压辊5的间隙可调，用于满足不同碾压程度的茎秆。

图5　下层割台结构简图1.立式圆盘割刀　2.开口　3.分禾器　4.下层割台机架　5.立式压辊　6.压扁机构　7.连接耳

3　结　语

本设计主要设计青稞的穗茎分流双层割台结构，针对我国藏区青稞的种植方式提出的穗茎分流收获的双层收获割台，解决了传统青稞收获存在的青稞麦芒和茎秆混合的问题，并且对后期的脱粒也提供了方便。目前，由于种植分布等原因，在国内外对于青稞收获时青稞麦芒对饲草的影响以及如何除芒等研究工作尚未见到报道。因此，本课题的研究对于青稞饲草的除芒以及解决牲畜食用放心的饲料问题意义重大，尤其是在我国藏区广泛种植的青稞，不仅能够解决山地农民收获青稞劳动力大的问题，还能给牧区的大量牲畜提供安全可靠的优质饲草。该双层割台的研制成功可以有效地缓解藏区青稞的收获进程，有效降低生产劳动成本，同时能提高其茎秆的综合利用，其茎秆可为畜牧业的良好可持续发展打下坚实的基础。笔者主要提出思路并设计了双层割台的结构，阐明了工作原理，对于后期的设计有一定的参考价值。