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user: 3. 玉米收获机械化关键技术 玉米收获机想要完成玉米收获工作，主要依靠其摘穗装置以及剥皮脱粒装置的配合来完成收获工作。国内对于玉米收获机的研究方向颇多，通过对于关键技术的研究来促进我国玉米收获机械化的发展，其最主要的是对于玉米收获机摘穗装置以及剥皮脱粒装置等的研究。 3.1. 摘穗技术 摘穗是玉米收获的第一道工序，摘穗装置是玉米割台的核心部件，摘穗装置主要是依据果穗与茎秆的直径差异及结穗点与其他部位茎秆连接力差异实现摘穗作业。摘穗技术的好坏将直接决定玉米收获机的工作效率，落穗损失和落粒损失是玉米联合收获机摘穗割台作业损失的主要来源。 3.1.1. 摘穗机构 现阶段市场上可见的玉米收获机械，按摘穗装置结构的不同主要分为卧辊式、立辊式及摘穗板组合式摘穗装置等几种形式 [ 11 ]。卧辊式摘穗装置主要由摘穗辊、喂入链、变速箱和摘穗间隙调节结构等组成 [ 12 ]。如图5所示为卧辊式摘穗装置。工作时玉米茎秆从喂入链条夹持输送至摘穗辊的引导段，引导玉米茎秆进入摘穗段，由相互配合的两个摘穗辊将玉米穗摘下。 图5. 卧辊式摘穗装置 立辊式摘穗装置主要由喂入链、上摘穗辊、下摘穗辊和挡禾板等结构组成，如图6所示。上摘穗辊和下摘穗辊为分布有凸棱的圆柱体，摘穗辊轴线所在平面与垂直面夹角大约呈现为25˚。工作时玉米茎秆由喂入链条夹持输送，由上下两摘穗辊相配合将玉米果穗摘下。 摘穗板组合式摘穗装置主要由拉茎辊、摘穗板和喂入链条等组成，如图7所示。工作时玉米秸秆由喂入链条夹持进入拉茎辊引导段并向后输送至拉茎区，在拉茎区相对旋转的摘穗辊向下抓取玉米茎秆，在此过程中玉米穗被摘穗板摘下。 3.1.2. 摘穗装置研究现状及优缺点分析 针对目前市场上出现的摘穗装置中所出现的问题我国学者近年提出了一些新的摘穗装置方案。如山东理工大学王骞 [ 13 ] 等提出的基于激振理论的玉米摘穗试验研究结合激振摘穗技术所研发的激振摘穗装置在高效低损的基础上，具有低功耗的特点，提高了摘穗质量，降低了收获成本。吉林大学孙国强 [ 14 ] 等设计开发了一种以模仿人手掰玉米为原理的玉米摘穗装置，为新型摘穗装置的提出提供了思路。山东农业大学张智龙等 [ 15 ] 针对我国玉米种植行距多样，割台行距固定、适应性差的问题，设计玉米梳脱摘穗割台。该割台主要由梳脱摘穗单体机构、防堵机构、分禾杆、输送搅龙以及传动装置等构成。 图6. 立辊式摘穗装置 图7. 摘穗板组合式摘穗装置 目前的摘穗装置中卧辊式摘穗装置对不同玉米茎秆适应性强、功率消耗少、收获玉米果穗含杂少，但结构较复杂，不便于多行配置，易造成玉米籽粒破碎。立辊式摘穗装置果穗损失率较低、工作性能较好，但对玉米茎秆压缩程度较大，茎秆易拉断造成堵塞，较难与自走式摘穗机相配合。摘穗板组合式摘穗装置对玉米果穗损伤小，方便多行配置，但对茎秆冲击大，易造成断茎，功率消耗较大。 3.2. 剥皮技术 玉米果穗再收获时其外皮上回残留有大量的水分，外皮包覆性强，玉米粒无法及时托干水分，长时间容易发霉变质，导致损坏。通过玉米剥皮装置可以有效降低产量损失，提高产品质量。好的剥皮装置能够为玉米机械化收获提供巨大的帮助。 3.2.1. 玉米剥皮装置基本结构 到目前为止，国内研发的玉米剥皮机主要分为两大类：一是单独作业的玉米剥皮机，适合对收获后的玉米穗进行集中剥皮处理，防止在阴雨天气时，玉米由于不能及时剥皮而腐烂，影响产量；二是与玉米联合收获机配套使用的玉米剥皮装置。此类玉米收获机一次性作业可以完成对玉米穗的收获、剥皮、运送和收集等作业，提高了作业效率 [ 16 ]。 玉米收获机的剥皮装置一般是由机架、剥皮辊组、压送装置、分布轮以及传动装置等部分组成 [ 17 ]，如图8所示。 图8. 玉米收获机剥皮装置 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。 3.2.2. 玉米剥皮机构存在的问题及改进研究 现有的玉米收获机上的剥皮机构多采用剥皮辊轴的组合。通过剥皮辊组和压送装置对于对于玉米果穗皮的摩擦作用来使玉米皮脱落。这样的剥皮方式对于摩擦力的大小难以把控，摩擦力过大会导致玉米粒受到强挤压作用导致损坏，摩擦力过小则剥皮不干净。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。 对于剥皮装置的改进，目前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，使其更加贴合玉米果穗的外形，提高剥皮装置的工作性能和剥皮装置的剥净率，减少果穗籽粒的损失和损伤。 针对目前剥皮装置存在的问题，吉林师范大学张会萍 [ 18 ] 等设计的自动化玉米剥皮装置改进了传统剥皮辊的材质、排列顺序，增加了喷水器，调整了剥皮辊、压送器等主要部件的相关尺寸及排列角度，极大地提高了玉米果穗的剥净率，降低了玉米果穗的落粒率。内蒙古民族大学蔺吉顺等 [ 19 ] 设计的立式玉米剥皮装置，采用的剥皮机的机架是一个竖立的圆筒包括机架和多对摩擦辊。工作时，玉米能够均匀分配到各对摩擦辊内进行剥皮。济南大学田帅等 [ 20 ] 等设计的一种新型玉米剥皮装置，通过改进剥皮辊的材料和排列方式，增加弹簧装置，大大提高了玉米的剥净率和生产效率，降低了伤籽率。 3.3. 脱粒技术 为满足对玉米的各方面加工需求，常常需要对玉米进行脱粒处理。因此，在玉米收获机械化技术的研究中，对于脱粒装置的研究也是不可忽视的。玉米脱粒机应能满足工作性能好、生产率高、适应性好和籽粒破损率低等条件。降低脱粒装置的功耗、增加玉米籽粒收获效益，实现玉米脱粒技术的高效低损脱粒是目前许多研究人员的研究重点。 3.3.1. 脱粒方法及常用装置 目前玉米进行脱粒的主要方法多为冲击、揉搓、碾压及振动等方式，目前我国使用最多的仍是挤搓式小型玉米脱粒机，其脱粒装置由滚筒和凹板组成 [ 21 ]。脱粒装置根据玉米果穗的喂入方式分为全喂入式以及半喂入式。全喂入式玉米脱粒机又分为纹杆式、钉齿式、双滚筒式以及轴油式等几种形式，如表1所示。 Table 1 Structure classification and characteristics of threshing devic 类型 工作原理及特点 代表机型 生产厂家 全喂入式 纹杆式 纹杆与穗头间相互打击碰撞，靠振动和惯性力与穗芯的连接，打击速度是关键。 5TY-26-130 重庆长宝田农业机械制造公司 钉齿式 在钉齿的打击、齿侧面间和钉齿顶部与凹板间搓擦下完成脱粒，搓擦速度是关键。 5TY-10 黑龙江省白桦清选机械厂 双滚筒式 受到脱粒装置速度由低到高的打击或揉搓强度由小到大的搓擦实现脱粒，脱粒过程较长。 5TY-30 山东肥城市泰山机械有限公司 轴油式 玉米旋转的同时伴随轴向运动，在较低的打击速度和松搓下完成脱粒，脱粒过程很长。 5TY-0.2 重庆市农机研究所 半喂入式 只有穗头进入脱粒滚筒，籽粒破碎少，能耗低，有自分能力，但要求秸秆整齐，穗部集中，生产率低。 5TG-70 四川省佳信机械制造有限公司 表1. 脱粒装置的结构分类及特点 3.3.2. 脱粒装置研究方向及现状分析 为了找出适合玉米脱粒的技术手段，国内外研究人员做了大量研究。主要以玉米损失损伤、脱净率为指标，通过不同含水率、转速、喂入方式、脱粒部件和凹板间隙等为实验因素进行试验 [ 22 ]。如山东理工大学王占滨等 [ 23 ] 设计了一种纵轴流柔性锤爪式玉米脱粒装置，并对脱粒系统的主要结构和关键部件进行了研究。山东华宇工学院孟凡召等 [ 24 ] 提出了一种新的自动化程度较高的玉米脱粒机来解决当前使用的玉米脱粒机自动化水平低的问题。北京信息科技大学马丽化等 [ 25 ] 在玉米收获机脱粒装置的尾端加入弹簧齿部分和压板机构，针对玉米脱粒机脱粒时存在脱净率低、破碎率高的问题设计了挤搓式玉米脱粒机。