蓖麻收获机结构设计研究

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摘要：目前我国蓖麻耕种及收获的机械化率较低，大部分工作仍然以人工为主，整体的劳动效率较低，同时造成了环境和资源的极大浪费，针对目前的蓖麻收获机进行结构设计，根据蓖麻的栽培方式与种植模式，同时结合蓖麻于收获阶段相关物理性质的基本特征数据，完成轮锯式切刀、卷入装置、脱粒滚筒机构等结构功能部件的改良设计，经样机试验测试，设计的蓖麻收获机具有切除蓖麻植株主茎、卷断支茎枝叶，脱粒果穗、果穗集放地上、排出茎叶等功能，平均采收率达到67.1%，果穗外壳损坏率最大值仅为11.8%，蓖麻籽损坏率为0%，整机的性能指标处于国内领先水平。

关键词：生质柴油；蓖麻；收获机；结构设计

在全球变暖的环境下，世界许多国家都致力于减少二氧化碳排放，努力在未来减少使用石化燃料，逐年提高生物能源的使用比例，并研发各种可替代石化燃料的生物能源。以设备能源取代终将耗竭的石化燃油，是未来各国在能源发展上的主要目标之一[1]。蓖麻由于高产油性，被众多研究者关注，蓖麻主要产物是蓖麻籽，目前收获方式皆为人工采收，其程序为：选别—晒干—脱壳—收集，占了极大的生产成本，故有适用的蓖麻专属采收机械，将能减少人工并提高收获速度，除可降低生产成本外，更能进一步地提高产品质[2]。目前国内外学者针对相关或近似类型的作物开发了多种收获机械[3-5]，综合目前各类相似植物收割机械的研发现状，本研究对目前蓖麻收获机进行结构设计，研究重点在开发蓖麻果穗利用机械化收获处理技术与设备，并分析关键参数与进行机构研发。

1蓖麻收获机的结构设计

本试验机为联合某高校所育种蓖麻进行开发，故以某高校试验田所栽种的试验品种为样本，根据蓖麻的栽培方式，确定了蓖麻的种植特征参数。根据给出的蓖麻种植的重要特征参数，研制完成的蓖麻收获机的机构组成如图1及图1中说明符号所示，将含有果穗串的蓖麻植株支茎，用人工方式喂入蓖麻收获机（图2）进行试验，测量脱粒效果与检查残留于果梗上的果穗数量。作业功能与顺序为：切断植株主茎→卷入植株及搅碎支茎与叶片→蓖麻果穗与果梗的分离→蓖麻果穗排放，主要机构及其与蓖麻物性的操作说明如下：1.1轮锯式切刀。作用在将蓖麻植株的主茎与根部分离。为配合种植位置上的可能差异与主茎粗细差异，单片切刀半径（r）175mm，弧形部切刀半径（rd）采用主茎直径最大值的1.5倍，半径为35mm。以切断主茎为设计，两片切刀总长为650mm，重叠部分距离（d0）为50mm。其他参数包括h：切刀厚度20mm、α：切刀角度，25°、hd：切刀离地高度300mm。1.2卷入装置。作用在将蓖麻植株向内拉，配合蓖麻植株的株冠高度，卷入装置采长（l）1200mm、倾斜角度（αi）为60。考虑支茎果穗的物性防止卷入堵塞，两卷入器相距（w）100mm、丁柱长（ld）50mm，卷筒半径（ri）为100mm，单一卷入器有6排丁柱，两具卷入器的丁柱采交叉方式排放。考虑果穗离地高度的最小值，卷入装置离地高度（hd1）为700mm。其他参数包括d1：左卷入器第一丁柱间格50mm、右卷入器一丁柱间格100mm、w1：所有丁柱间格距离100mm。1.3脱粒滚筒。作用在将卷入后的蓖麻植株经拍打方式，将果穗串上果穗与果梗分离。配合卷入装置的卷入角度，脱粒滚筒采倾斜角度（α2）60°，滚筒半径（r2）150mm、滚筒宽度总长（w2）630mm，脱粒滚筒间距（d）200mm。单一滚筒有12片页柱，上下滚筒的页柱采用交叉方式排放，页柱高（h）60mm，页柱缺口长度（d4）50mm、深（d5）25mm。考虑果穗生长范围与果穗离地高度最小值，脱粒滚筒离地高度为：下滚筒（h1）700mm与上滚筒（h2）1050mm。由于果穗拉断力的最大值仅需0.85kgf，页柱撃打力在减速比1：90的情况下会远大于果穗拉断力（马达额定扭力为0.65kg/m）。

2蓖麻收获机的试验测试

2.1蓖麻收获率试验结果。整植株送入本机进行试验，经轮锯式切刀切除主茎，由卷入装置卷入支茎、叶片与果穗，试验次数为30次。其结果如表1所示。滚筒的顺时针（向上）拍打达到脱粒效果，其平均收获率为67.1±6.8%。探讨收获率低下主因为卷入装置与脱粒滚筒相距过远，使卷入后的植株无法受到拍打，若缩短两机构间距，将可增加受拍打面积提高收获率。2.2排出机构性能试验结果。将植株喂入本机试验，测试收获作业时支茎是否会缠绕运转中的卷入装置或脱粒滚筒，造成排出口阻塞，试验次数为20次。结显示，单株其支茎的缠绕率最高为33.3%，当蓖麻植株支茎数超过3支时，缠绕现象发生率较高，主要缠绕于卷入装置上的丁柱，卷入装置仍可继续进行作业，收获机仍可继续作业并无卡住或停止转动等情况，改进方法为卷入装置后方加装挡版。2.3蓖麻籽损坏率结果。蓖麻果穗经过脱粒试验，因脱粒滚筒与其他机构的旋转拍击，造成果穗外壳受力而碎裂，检查碎裂的果壳与蓖麻籽，试验结果表2所示，果穗外壳损坏率最大值为11.8%，而蓖麻籽损坏率为0%。成熟后的蓖麻因外壳与籽壳坚硬，不易受外力而损坏，而外壳的如受力损坏也不影响其内的蓖麻籽。

3结语

本研究对目前蓖麻收获机进行结构设计，研究重点在开发蓖麻果穗利用机械化收获处理技术与设备，并分析关键参数与进行机构研发，通过试验样机测试显示，各机构已达原先设计的功能，但收获设计上需做部分改良。本机平均收获率为67.1%±6.8，果壳损坏率为5.7%，蓖麻籽损坏率为0%。

参考文献

[1]付玉林，陈远玲，程志青.负载敏感技术在甘蔗联合收割机上的应用[J].农机化研究，2015，42（3）：14-17．

[2]袁建宁，李显旺，张晓文.梳脱式收获机设计理论的研究[J].农业机械学报，2016，39（7）：12-19.

[3]LeonhardEBenold.Simulationofnonsteadyconstructionprocesses[J].ASCE，2015，36（2）：163-178.

[4]赵华洋，吴晓强.蓖麻收获机负载敏感驱动系统动态特性分析及优化[J].机械设计与制造，2016，38（7）：23-29.

[5]李焰宏，依马木玉.自走式蓖麻联合收获机研究[J].农业机械，2012，36（4）：12-18.

作者:时晓宏 单位:桂林市机电工程学校