玉米联合收获机剥皮机试验研究

玉米联合收获机剥皮机试验研究

0田间试验验证玉米剥皮设备是玉米联合收获机的重要工作部件之一，直接影响着整台机的操作效率、粒度损失率、粒度破碎率、叶片未裂率、果穗含杂量率等收割能能指标。长期以来,科研人员做了大量的理论、试验研究,取得了较大进步,只要适时收获或玉米品种适宜,剥皮效果尚可。但上述因素一旦发生变化,收获效果随之变差,难以适应跨区作业。为此,本课题对玉米剥皮装置的整体结构与主要部件进行研究与设计,优化该装置的结构参数与运动参数,通过田间试验,确定最优组合方案,为改进玉米联合收获机剥皮装置提供科学依据。目前,玉米联合收获机剥皮辊的主要布置型式有高低辊式和平辊式两种。乌克兰КСКУ-6型玉米联合收获机采用高低辊式,试验表明,剥皮辊虽然可以获得较高的剥净率,但易“啃伤”玉米果穗及籽粒。法国布光公司(BOURGOIN)玉米联合收获机的剥皮装置、中国农机院研发设计的4YZ244型自走式不分行玉米联合收获机的排杂剥皮装置,均采用平辊式。田间试验表明,平辊式剥皮辊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。在此,通过试验,进一步提高这种剥皮辊对含水率较高的玉米果穗剥净率。大多数玉米剥皮装置中的剥皮辊都采用铸铁辊与橡胶辊配对使用,辊子外表带有剥皮抓钉、突起等结构以提高玉米果穗苞叶的剥净率。剥皮辊转速对苞叶剥净率及生产率有重要影响,转速过高将影响苞叶剥净率,过低则导致生产率降低。压送轮主要有叶轮式及指盘式,其作用是增加玉米果穗与剥皮辊之间的摩擦力,并起到导送果穗的作用,对剥皮装置的剥净率及生产率有较大影响。根据参考文献及中国农机院多年的研究,剥皮辊的型式与线速度、压送轮的线速度在同一种试验对象情况下,对剥皮效果影响较大。剥皮辊长度及压送轮直径由于受到整机结构设计限定,在设计中已确定,这里不作研究。1剥浆加工系统所用试验平台,为4YZ244型自走式不分行玉米联合收获机。试验用的剥皮装置(见图1所)主要由剥皮辊2、压送装置、支架及传动机构1等组成。作业时,在传动机构带动下,剥皮辊旋转,靠剥皮辊与果穗间摩擦力将苞叶剥掉,并通过剥皮辊间排除。压送装置由大拨穗轮及压送轮5等组成,对玉米果穗起到压紧,增大摩擦力提高剥净率及输送作用。2剥削阶段的正交试验参照JB/T6681-1993玉米收获机械试验方法对3种不同型式的剥皮辊及压送轮运动参数进行3因素3水平正交试验,并在试验中根据标准正交试验表记录相关数据,最后对试验数据进行分析处理,得出剥皮装置的4个主要性能指标,即籽粒损失率η1、籽粒破碎率η2、苞叶未剥净率η3和果穗含杂率η4,并确定最优方案。3试验计划和数据处理3.1充填单元组成正交试验的3因素为剥皮辊的辊型A(见图2)、剥皮辊转速B、压送轮转速C,每一因素选取3个水平。型式Ⅰ:铸铁螺旋段与夹布橡胶段交替组成剥皮单元;型式Ⅱ:铸铁螺旋辊与橡胶辊组成剥皮单元;型式Ⅲ:前端均为凸棱,后端为铸铁螺旋段与夹布橡胶段交替组成剥皮单元。因素B、C的3个水平,见表1。3.2田间试验田间试验正交试验需按标准正交试验表安排试验方案,本试验共有3个试验因素,所以采用L9(34)型正交试验表,存在一个空白列(误差列),可以起到与3个试验因素的对比作用,表头,见表2。田间试验于2008年9月5日,在山东省桓台县巨明集团试验田进行,试验玉米品种为莱农14,试验田株距28cm,行距69cm,茎秆自然高度214cm,最低结穗高度109cm,茎秆直径23mm,果穗直径50mm,果穗长度18cm。以上各值,为随机抽取的10点测得数据的平均值,测得茎秆含水率63.49%、苞叶含水率44.43%和籽粒含水率25.59%。3.3因素与指标水平的确定田间试验数据及结果,见表3。采用极差分析法(又称直观分析法)对上面正交试验数据进行分析处理,见表4所示。从表4可以看出,3个因素的极差是不同的,极差越大,说明该因素的水平改变对试验结果的影响越大,极差最大的那一列因素,就是因素水平改变对试验结果影响最大的因素,也就是最主要的因素。根据表中极差大小排列3因素对相应指标影响,主次顺序为,(1)籽粒损失率A、B、C;(2)籽粒破碎率:A、B、C;(3)苞叶未剥净率:A、B、C;(4)果穗含杂率:A、C、B。因此,要提高剥皮装置的性能,最主要的是考虑改变因素A,即对剥皮辊的型式进行改进。通过因素与指标关系图(见图3,其中苞叶未剥净率为表4中数据的0.02倍)可以更清楚地分析各因素对各个指标的影响情况,通过综合平衡法确定各因素水平的最佳组合。(1)因素A。从图3可以看出,A1和A3相比,A3苞叶未剥净率、果穗含杂率均有明显下降,籽粒损失率也有所下降,而籽粒破碎率则有所上升;A2和A3相比,A3的籽粒损失率、苞叶未剥净率和果穗含杂率均明显下降,而籽粒破碎率略有上升。综合考虑,A3比其他两个水平的性能指标要好,所以因素A的最佳水平取A3。(2)因素B。从图3可以看出,因素水平由B1变为B2时,籽粒损失率有明显下降,籽粒破碎率略有下降,苞叶未剥净率则有所升高,果穗含杂率基本没有变化;B3和B2相比,苞叶未剥净率、籽粒破碎率略有下降,而籽粒损失率和果穗含杂率则有所上升。考虑到玉米联合收获机剥皮装置性能指标的重要性,综合比较,B2好于其余两个水平,所以因素B的最佳水平取B2。(3)因素C。图3显示,水平C1与C2相比,C1的果穗含杂率、苞叶未剥净率明显小于C2,而籽粒损失率略高,籽粒破碎率没有明显变化;C1与C3相比,C1的籽粒损失率、果穗含杂率比C3略小,苞叶未剥净率略增大,籽粒破碎率基本没有变化。综合考虑,因素C的最佳水平取C1。综合上述分析得出最优方案为A3B2C1。4试验测试结果对最优方案进行3次重复性试验,以考察其作业是否稳定,试验结果各指标,见表5。从表5可看出,最优方案的田间作业效果稳定,可满足农艺要求。5剥削阶段的设置(1)最优组合方案为A3B2C1,即辊型Ⅲ,剥皮辊转速2.4m/s,压送轮转速1.8m/s。(2)从表4可看出,在剥皮辊结构型式、转速及压送轮转速3个因素中,剥皮辊结构型式对