甜高粱机械化收获技术研究

*基金项目院甘肃省科技重大专项计划野甜高粱良种繁育尧高效种植尧收获机械尧农机农艺融合技术研究与示范推广冶渊项目编号院1502JKDA006

冤甜高粱机械化收获技术研究

钱昊旸1袁李润喜1袁李晓康2袁王致和1吟

渊1.甘肃省农业工程技术研究院袁甘肃武威733006曰2.甘肃省机械科学研究院袁甘肃兰州730030冤

摘要院为建立农机与农艺相融合的甜高粱生产技术体系袁以解决甜高粱收获期短的问题袁根据甜高粱的生物学特性尧力学特征尧收获茎秆的切割强度以及收获加工的工艺流程袁研制出了甜高粱收获尧加工的系列机械袁从结构设计尧工作原理尧主要技术参数等方面全面介绍了甜高粱机械化收获技术袁可为区位优势产业的可持续发展提供技术支撑遥关键词院甜高粱曰机械化曰收获中图分类号院S233.73

甘肃发展草产业具有较好的资源条件尧技术优

势和社会基础袁草食畜牧业是甘肃省的重要经济支

柱之一遥自2012年以来袁甘肃省为了解决畜牧业发

展带来的饲草料短缺问题袁引进种植甜高粱袁先后

在14个地州市建点示范推广袁目前甘肃省粮改饲

工作取得了突破性进展袁2019年9月底袁全省粮改

饲面积已达到320万亩袁在武威尧庆阳尧定西和兰州

家里尧有示范基地15处袁新增优质饲草料1600万

吨以上[1]遥随着甜高粱产业的蓬勃发展袁种植面积逐

年增长袁作为饲用和醇用对于甜高粱高效收获机械

的要求也随之增加[2,3]遥但是目前我国还没有专门针

对甜高粱收获机械袁仍以半人工半机械收获和青贮

玉米收获机械替代收获为主袁国外甜高粱机械造价

高袁对操作要求高袁维修成本高袁很难在国内推广应

用袁严重制约了甜高粱种植产业的发展遥同时袁农机

与农艺融合是现代农业发展的必然趋势袁而甜高粱

农机农艺融合几乎空白袁这一现状将制约我国甜高

粱产业的集约化发展遥为此袁在甘肃省高粱产业全

产业链科技支撑规划支持下袁由甘肃省机械科学研

究院与甘肃省农业工程技术研究院合作研制收获机

械袁形成种质优化尧水肥减施增效尧农机农艺融合的

生产技术体系袁为区域种植结构调整和区位优势产

业的可持续发展提供技术支撑遥现将结果报告如下遥1甜高粱机械化收获加工的工艺流程

根据甜高粱生育期特性[4]袁9月下旬至10月上旬早霜来临之前袁甜高粱进入孕穗期至抽穗期袁茎

秆内的可溶性碳水化合物含量在12%左右袁水分含

量在60%耀70%袁即可进行刈割袁留茬高度10耀15cm遥刈割后的甜高粱进入收获机袁经过机械揉丝袁进行

切碎袁长度根据原料性质和畜禽饲喂需求决定袁一

般长度为2耀3cm遥切碎后的甜高粱使用打捆机进行

打捆尧缠网袁打成捆的形状为圆柱体袁密度在500耀700kg/m3袁缠网层数为4耀6层遥打捆缠网后即用青贮

专用拉伸膜裹包袁拉伸膜的厚度一般为0.025mm袁裹

包层数4耀8层较为适宜[5]袁且拉伸膜层层重叠50%

以上遥裹包后的甜高粱青贮包即为成品袁一般采用

露天堆放袁经过4耀6周完成发酵袁形成青贮饲料[6]遥

工艺流程如图1所示遥

根据甜高粱的机械化收获加工的工艺流程袁甜

高粱的收获有四种方式院淤在田间割倒转运至场上

进行切碎尧揉撕尧打捆尧裹膜青贮曰于在田间进行切

割尧切碎尧揉撕袁转运至场上进行打捆尧裹膜青贮曰盂在田间进行切割尧切碎尧揉撕尧打捆尧裹膜青贮曰榆

在第36卷第14期2020年7月Vol.36No.14Jul.2020甘肃科技GansuScienceandTechnology

图1甜高粱机械化收获加工的工艺流程图

吟通讯作者院王致和渊1965.02-冤袁男袁农学学士袁研究员袁特色经济作物种质资源创新袁*****************第14期

图31250悬挂式青贮饲料收获机结构示意图及田间收获实况图2自走式青贮饲料收获机结构示意图及田间收获实

况田间切割尧切碎尧揉撕袁转运车转运至堆贮地或窖贮

池袁进行贮存发酵遥2甜高粱收获技术

通过对饲用甜高粱的生物学特性尧力学特征以

及收获茎秆的切割强度分析袁使行走系统尧切割装

置尧切碎揉丝装置尧抛送装置动力实现最优的配置袁提高切割尧揉丝尧切碎尧抛送等关键部件的可靠性袁

实现模块化控制袁对割台尧发动机尧行走系统尧喂入

装置尧切碎装置尧抛送装置等关键部位进行监测袁并

且实现自动磨刀尧金属检测与反转保护袁开发出了

既能适用于高秆作物也能适用于矮秆作物收获的

青贮饲料收获机遥2.1自走式青贮饲料收获机

主要针对大面积作业袁配置270马力的涡轮增压发动机为收获机提供强有力的动力袁行走系统无

级变速结构是静液压方式遥出料口位置是手柄电控

调节的袁割台升降尧转向系统也是由液压操作控制

的袁大大提高了收获机械的操控性能袁能够一次完成

对青贮作物的收割尧压扁尧输送尧粉碎并抛送装车等

田间作业过程袁适用于青贮饲草的收获袁可运用于甜

高粱尧玉米等青贮作物遥

工作原理院在田间作业过程中袁青贮饲草植株

在扶禾器的扶持下袁被四个圆盘切刀向里旋转切

割袁然后通过喂入滚筒带进喂入槽袁在喂入辊的挤

压作用下将饲草揉搓送进切碎室内袁由高速旋转的

切刀切碎袁最后经抛料筒将饲料抛送至运输车上渊如

图2所示冤遥

主要技术参数:自走式青贮饲料收获机是采用

自走圆盘式结构形成袁其外形尺寸为7400mm伊3070mm伊3500mm袁额定功率199kw袁工作期间幅宽

为3000mm袁最小离地间隙270mm袁最低割茬高度臆150mm袁割台升降范围80mm耀1280mm袁作业速度为

1km耀5km/h袁生产率为20t耀30t/h袁抛送高度

4900mm袁抛送距离6耀9m袁抛送筒回转角度180毅袁结

构质量7500kg遥2.21250悬挂式青贮饲料收获机

本机采用悬挂式的挂接方式袁作业时袁一方面

在拖拉机牵引力的作用下随拖拉机前进袁另一方面

在拖拉机动力输出轴的驱动下机器运转袁切割片随

割刀盘高速旋转做圆周运动袁将作物茎秆自根部切

断遥与此同时袁饲草作物在扶禾器的扶持下袁由圆盘

刀片向里旋转进行切割袁随即由喂入滚筒带进喂入

槽被逐步挤压后送入切碎室袁由高速旋转的刀轮将

作物按要求切碎袁最后袁在轮盘式切碎器的作用下袁作物茎秆经切碎尧揉搓后经抛射筒抛送到饲料运输车上渊如图3所示冤遥

工作原理院1250型青贮饲料收获机是一种悬挂

式青贮饲料收获机袁田间作业时可以自行开道袁一

次性进行切割尧打碎尧搓揉尧投送装车等多项作业遥

本机采用圆盘形切割器袁高速旋转时把秸秆在扶禾

器和拨禾滚筒的配合下袁强制性将其摆放整齐输送

到切碎装置进行切割曰秸秆切碎后袁由叶片和刀轮

高速旋转所产生的惯性作用下袁饲料经导流筒尧出料

口被抛送到捡拾车上遥钱昊旸等院甜高粱机械化收获技术研究39甘肃科技第36卷

图5割晒机结构示意图及田间收割实况主要技术参数:1250悬挂式青贮收获机总重量

为1350kg袁10片切刀袁动力输入轴转速540rpm袁配

备64kw动力输出袁PTO推荐功率为80耀140hp袁生产

能力达到30t/h袁作业幅宽1250mm袁切碎尺寸5耀20mm袁切碎刀片形式为锯齿状刀片遥

2.31600悬挂式青贮收获机1600悬挂式青饲收获机既可采用侧悬挂作业袁

还可以后悬挂作业渊移除仿形架时连接双向拖拉

机冤遥1600悬挂式青饲收获机主要由机架尧行走地轮

装置尧切割尧夹持喂入装置尧切割尧磨刀装置尧抛料转

向装置尧悬挂架和液压系统等组成遥该设备将作物

秸秆通过机架分禾器分禾袁立式切割喂入滚筒切割

将作物茎秆割断袁通过夹持喂入装置喂入袁高速旋转切刀切碎秸秆并通过抛料筒抛送至输送车内完

成作业遥工作原理院拖拉机通过万向传动轴和仿形悬挂

架带动收获机运转袁机架支撑和固定收割机主要部

件袁行走地轮便于其行走和转向袁在行走过程中袁分

禾器将甜高粱秸秆进行分行袁由扶禾器控制作物倾

斜程度袁作物在转筒的作用下集中到夹持喂入装置

喂入口袁同时切割装置对作物根茎进行切割袁由于

惯性力的作用袁夹持喂入装置将秸秆喂入切碎装

置袁并控制其喂入量袁喂入作物被高速旋转的切刀

切碎袁在离心力的作用下袁切碎秸秆沿抛料筒抛至

收集车内袁完成收割作业遥如图4所示遥

图41600悬挂式青饲料收获机结构示意图及田间收获实况

主要技术参数:1600悬挂式青饲料收获机采用

三点悬挂方式袁机器总重量为2360kg袁外形尺寸2485伊3865伊4760渊侧冤袁2485伊1715伊4760渊前冤袁由齿

轮箱和万向轴进行动力传输袁动力输入轴转速540rpm袁切刀片数量12片袁使用U型盘式切刀袁作

业幅宽1600mm袁生产能力50t/h2.4割晒机

在有关试验研究的基础上袁根据甜高粱渊醇用

型冤生产的农艺参数设计袁适用于全株无损收获的甜

高粱收获机械曰在确定整机总体参数和主要结构的

情况下袁设计传动方案和动力供给方案袁设计工作部

件袁使其能够适用于醇用型甜高粱的快速整齐切割尧流畅传送和整齐码放袁同时还能根据田间地形平整

度和植株特点自动调节留茬高度遥工作原理院甜高粱割晒机的机架设计为矩形立

式袁在机架下方固定连接扶禾器与切割器袁采用变速

动力袁分别带动皮带轮和传动轴袁皮带轮连接带动的

主传动轴又连接带动上下三幅平行且同向传动的皮

带轮组成拨禾机构袁传动轴与凸轮采用连杆连接遥工作时袁有小型拖拉机作为动力系统向前推进袁凸轮

连杆机构带动切割器上动刀条做往复运动袁动刀片

与定刀片形成剪切将甜高粱从根部切断袁切断后的

秸秆即由三幅平行皮带上的小拨片和扶禾器拨放到

机架一边渊如图5所示冤遥40第14期

渊下转第25页

冤图7悬挂式裹膜机结构示意图及工作实

况图6牵引式打捆机结构示意图及工作实况主要技术参数院割晒机整机总重量310kg袁外形

尺寸为2200mm伊1400mm伊2300mm袁配套动力为25马力拖拉机袁割幅宽度1900mm袁留茬高度≦5袁达到

每小时8耀10亩生产效率遥

3青贮饲料打捆技术

本研究中的打捆机由底盘尧布料仓尧打捆室和

布网机构尧液压系统和自动控制系统等组成遥零部

件及设备全部采用数字化设计尧虚拟装配曰为提高

实物制造尧调整的方便可靠性袁降低制造成本袁采用

模块化设计袁项目依据功能尧结构尧装配相关原则和

安装尧调试要求袁将数字样机进行划分组合袁构成具有特定功能和安装要求的零部件遥工作原理院该机在工作时袁物料不断被喂入布

料装置袁经链板输送尧料辊匀料及皮带输送后至打

捆室内袁物料在按圆形轨迹运转的压辊形成的腔

内袁随着物料不断的喂入草捆逐渐被卷压袁当压紧

程度达到要求规定的范围时袁由传感器发出电信

号袁控制布料链板停止送料袁同时布网机构对圆柱

捆进行包裹青贮网袁包网层数预先进行设定袁达到

设置数值时袁切网刀即可自动切断包裹网袁打开旋

转室袁将包裹网的圆柱形饲草捆自动卸到地面后关

闭旋转仓袁随即自动启动布料仓链板袁开始制作下

一个饲草捆渊如图6所示冤遥

主要技术参数院牵引式打捆机整机总重量为2750kg袁外形尺寸6000mm伊1900mm伊2400mm袁最大

功率30kw袁PTO转速540rpm袁达到25耀30捆/h袁草捆

规格为议100cm伊85cm袁成捆饲草长度2cm耀5cm袁压实

密度逸700kg/m3遥

4青贮圆捆裹膜技术

收获后的饲用甜高粱原料应使用打捆机进行

打捆尧缠网袁悬挂式青贮圆捆裹膜机克服人为参与过多尧效率低尧劳动强度大尧裹膜不均匀尧草捆密度

有差异等问题袁在借鉴国内外裹膜设备的基础上袁运用先进设计技术进行三维实体的建模尧动态模拟

实际运动状态袁优化设计方案遥采用模块化设计袁结

合有限元分析方法对设备的关键部件进行分析和

结构优化袁缩短研发期袁提高研发成功率遥采用AVR控制器将液压系统和电气系统高度集中控制袁实现