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1、玉米收获机剥皮装置工作原理及存在的问题与建议引言玉米是我国三大粮食作物之一，根据联合国 FAO数据库最新统计数据显示，玉米在我国的种植面积为0 312 亿 hm2，总产量为 1 64 亿 t，是仅次于美国的第2 生产大国。据有关部门统计，2011 年我国玉米机械化收获水平为 33% ，与小麦、水稻机械化收获水平相比差距显着，已成为制约我国农业机械化发展的瓶颈。因此，必须加快推进玉米生产机械化特别是玉米收获机械化。当前，在我国自走式玉米收获机已经替代背负式玉米收获机成为市场的主流产品。从目前国内市场上销量比较好的自走式玉米收获机来看，部分 2 行、3行玉米机和全部 4 行玉米机均配置了剥皮装置，
2、带有剥皮装置的玉米收获机占大多数。玉米剥皮装置是玉米联合收获机的关键部件之一，其工作性能的好坏直接影响整机的作业效率、苞叶剥净率、籽粒损失率等收获性能指标。国外对玉米剥皮机构的研究起步比较早，我国国内学者在国外研究的基础之上进行进一步的研究，尤其是最近几年，国内呈现出百花齐放的姿态。但是，国内出现的玉米联合收获机剥皮装置的结构形式、剥皮辊型、运动参数等设定不一，而且工作性能不够完善，适应性、可靠性不强，因此改进玉米联合收割机的剥皮装置，提高其工作性能仍是我国农机科研工作者迫切需要解决的问题。1 基本结构及工作原理1 1 基本结构玉米联合收获机的剥皮装置一般是由机架、剥皮辊组、压送装置、分布轮以
3、及传动装置等部分组成，如图 1 所示。其中，剥皮辊组和压送装置是剥皮装置的主要工作部件。剥皮辊组安装在压送装置的下方，两者之间留有一定的间隙。目前市场上的剥皮装置多采用辊式剥皮原理，依靠剥皮辊对果穗苞叶的摩擦力，将苞叶剥除。1 1 1 剥皮辊组剥皮辊组是玉米联合收获机剥皮装置最主要的工作部件，对提高玉米果穗剥皮质量和剥皮装置的生产效率具有决定性的作用。剥皮辊组在推送果穗至果穗箱的过程中，将玉米果穗的苞叶剥下，并将苞叶、茎叶混合物等杂物排出剥皮装置。因此，剥皮辊的配置形式、表面形状、材料、直径、长度、安装倾角以及转速等因素将直接影响剥皮装置的剥皮效果。剥皮辊组的配置形式主要有以下 3 种:1)
4、平辊式配置如图 2 所示。平辊式配置的剥皮辊组结构简单、成本低、工作效率较高。田间作业时，籽粒损失率及破碎率较低，不易啃伤;果穗及籽粒，但对含水率较高的玉米果穗剥净率不高。中国农业机械化科学研究院承担的不分行玉米收获技术和装备;课题研制的 4YZ244 型自走式不分行玉米联合收获机采用的是平辊式排杂剥皮装置。法国布光公司( BOUGOIN) 生产的 JLD610 型自走式玉米联合收获机和福田雷沃生产的谷神系列也采用了平辊式剥皮装置。2) V 型配置如图 3 所示。V 型配置剥皮辊的剥皮装置，结构较简单。但是，由于 V 形排列的只有一条沟槽，所以两个上辊之间的距离并不大，这就要求果穗严格按一定的
5、方向送入; 如果果穗横在剥皮辊上，由于上辊同向旋转，在摩擦力和重力的作用下，果穗将向剥皮辊组的左下( 或右下) 方抛离而剥不掉苞叶。在无次序地把果穗送向该机构时，果穗将向剥皮辊组的一侧方向偏移流动，使一边剥皮辊超载，另一边剥皮辊负载不满，这就使得剥皮装置的效率降低很多，而且剥皮效果差，剥净率不高。所以，现在市场上 V 型配置剥皮辊的玉米联合收获机已经比较少见了。3) 槽型配置如图 4 所示。槽型配置的剥皮辊组有两条沟槽，上剥皮辊之间的距离比 V 形排列的剥皮机构要大 1 倍，而且两个上辊是相向旋转的。这样，玉米果穗在其表面的横向分布较均匀，消除了 V 形剥皮辊组出现的一边超载、一边负载不满的现
6、象。同时，如果两个上辊工作表面由不同材料制成、形状也不同，则两个上辊会对横在上面的果穗产生一个相对旋转的力矩，使果穗在辊上相对转动并置于剥皮装置的沟槽里，保证果穗沿沟槽按一定的方向移动，有利于提高剥皮效果和剥皮效率。田间试验表明，槽型配置剥皮辊的剥皮装置，在作业过程中可以获得较高的剥净率; 但经常出现啃伤籽粒的现象，导致籽粒损失率和籽粒破碎率较高。目前，大多数玉米联合收获机的剥皮装置都采用槽型配置的剥皮辊组，如乌克兰的赫尔松收获机厂生产的 6 系列玉米联合收获机、亨运通生产的4YZ3 系列玉米联合收获机和洛阳中收的开拓者系列的玉米联合收获机等。1 1 2 压送装置压送装置对改善玉米果穗剥皮质量
7、、提高剥皮装置生产效率具有非常重要的作用，具体有以下 5 项重要功能:1) 把果穗压向剥皮辊表面，从而增大剥皮辊与果穗苞叶之间的摩擦力;2) 剖开果穗苞皮，促使苞皮蓬松，使剥皮辊更好地抓取苞叶;3) 防止在剥皮的过程中果穗端部翘起来，以影响剥皮效果，而且这样有利于避免果穗端部掉粒;4) 周期性地放松、压紧剥皮辊上的果穗，使其能绕自身的轴线转动，从而使果穗四周的苞皮都能与剥皮辊接触，提高苞叶的剥净率;5) 通过控制放松、压紧剥皮辊上果穗的压力及周期，可以在保证拥有较好的剥皮效果的同时，使果穗以合适的速度沿剥皮辊组的沟槽移动，以保证剥皮机构较高的工作效率。根据结构的不同，压送装置分为轮辐式和叶轮式
8、，分别如图 5、图 6 所示。一般将轮辐式压送器与平辊式配置的剥皮辊组、叶轮式压送器与槽型配置的剥皮辊组相配套使用。目前，市场上叶轮式压送器应用最广泛，它由两个或多个带有多片压穗叶片的叶轮组成。轮轴横向剥皮辊，置于带有弹簧悬架的摆动杠杆上，当果穗在叶轮下面通过时能抬起一定高度。该压送器的轮叶通常由优质橡胶制成，其周期性地将果穗压向剥皮辊，可以保证玉米果穗能顺利地移动和翻转。剥皮装置一般配备前后 4 排叶轮，作用各不相同: 第 1 排( 按果穗行进方向) 是逐穗轮，起定量器的作用，能使果穗以一层通往剥皮辊; 第 2 排是剖皮轮，它的转速比第 1 和第 3 排决定果穗在剥皮辊上通过速度的逐穗轮的转
9、速都高，剖皮轮能把果穗的苞叶剖成紧密的纵条; 第 3 排是另一个逐穗轮，限制果穗的运动速度，以此来提高剖皮效率，并能防止果穗翘起;最后一排是压穗轮，它可以压住果穗，以便让剥皮辊扯去果穗剩余的苞叶，并将果穗抛离剥皮辊组。1 2 工作原理玉米联合收获机剥皮装置的工作原理: 玉米果穗喂入到与水平呈一定倾角并相向旋转的剥皮辊组与压送装置之间时，果穗在压送器作用下，紧贴在剥皮辊上，并且在重力以及剥皮辊和压送装置不断推进的作用下，沿剥皮辊表面向前滑动; 由于两剥皮辊间存在高度差且材质不同，所以对果穗苞叶的摩擦力也不同，进而使果穗沿自身轴线转动; 在旋转和滑动的过程中果穗苞叶被破碎，并且当剥皮辊与苞叶间的摩
10、擦力大于苞叶和穗柄的联结力时，将苞叶剥下，再由对辊将苞叶排出剥皮装置，剥净的果穗沿剥皮辊向下滑行并被输送到果穗集装箱。由剥皮装置的工作原理可知，改进剥皮辊组和压送装置的结构、材料以及优化剥皮装置的运动参数可增强剥皮装置对苞叶的剔除能力，提高剥皮装置的工作性能和工作效率，减少籽粒损失。2 存在的问题及建议目前，玉米果穗剥皮是国内外尚未彻底解决的技术难题，市场上主要的几种剥皮装置都存在难以解决的技术缺陷。由于玉米剥皮装置的作业性能指标不仅受到本身结构参数、运动参数的影响，同时还受到玉米果穗的物理特性等其他因素影响，因此开发设计出工作性能可靠、工作效率高的玉米联合收获机剥皮装置还存在着许多难题。2
11、1 剥皮技术难题玉米联合收获机上配置的剥皮装置采用的均为辊式剥皮原理，依靠剥皮辊对玉米果穗苞叶的摩擦力，将苞叶剥除。当摩擦力增大时，果穗剥净率增高，但相应的啃穗现象严重，脱落的籽粒也增加; 反之，啃穗、掉粒现象减少，但果穗剥净率降低。目前，玉米果穗剥皮装置还没有将剥净率和损失率、破碎率统一到合适的地步。在田间作业时，玉米收获机由于在摘穗过程中会产生大量断茎、碎叶等杂物，经常出现剥皮装置被堵塞的现象，影响了整机的工作性能，降低了工作效率。综上所述，应进一步加大对剥皮辊配置形式、外形尺寸等关键因素的研发力度，提高剥皮辊的工作性能及剥皮装置剥净率，降低果穗籽粒损失率和损伤率，同时提高剥皮辊处理断茎的
12、能力。2 2 可靠性差，制造工艺水平低目前，市场上的玉米联合收获机剥皮装置的可靠性差，作业时的稳定性不够高，尤其是其主要工作部件剥皮辊的工作可靠性和使用寿命较低，严重影响了玉米收获机工作性能及作业的稳定性。剥皮辊的可靠性和使用寿命与所选用材料、加工精度、装配精度等因素紧密相关。剥皮辊的制造工艺水平差，设备比较落后，加工精度、装配精度较低，致使工作部件磨损加快，工装水平低，产品质量不稳定。因此，应进一步完善玉米联合收获机的剥皮性能，提高其作业的稳定性及剥皮装置的可靠性。尤其是要加强玉米剥皮辊材质的研究，完善加工工艺，提高装配精度，加强质量管理体系，保证产品质量，提高剥皮装置的可靠性及工作的稳定性
13、。2 3 互换性差，标准不统一目前，我国玉米联合收获机剥皮装置的研制呈现出百花齐放的姿态，但是由于缺乏充足的理论设计依据，而且国家尚未制订相关的标准，以至于剥皮装置结构形式、剥皮辊型并没有形成统一形式，运动参数也设定不一，零部件互换性差，难于实现玉米联合收获机的标准化生产。所以，应尽快制订有关玉米剥皮装置的标准，规范玉米剥皮装置的研究与发展，提高并保证剥皮装置相关部件的通用性和互换性。2 4 种植农艺不统一我国玉米种植带多样，纵跨寒温带、温带、亚热带和热带生态区，分布在高原、丘陵、平原等不同地理环境; 种植农艺多样，有一熟、两熟等种植农艺，种植行距也不统一; 玉米生物特性差异较大，玉米品种多而杂，其果穗大小及苞叶紧密度等生物特性差异较大。多样的玉米种植模式极大地增加了玉米收获机械化的难度，已成为制约我国玉米收获机械化发展的主要因素之一。针对我国玉米种植模式多样、农机农艺融合度不高的特点，应从长远方向考虑，逐渐统一玉米种植模式，逐步走上农艺与农机相匹配的道路，才能真正地实现农机农艺的融合，促进玉米收
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