摘要：以我国北方地区玉米收获期保留整秆为前提，设计了一种应用于玉米收获的倾料式割台，其同样向后倾斜的摘穗辊采用了复合式可拆换结构。设计中对不同地域的玉米桔秆进行了采样分析，针对测绘后的植株特点进行了细节化的设计，并应用有限元分析软件进行静应力分析及优化设计，同时应用ADAMS运动方针模块确定了割台的后倾角度，设计中利用计算机软件方针代替了物理样机试验，并对其经济效益进行了分析说明，设计结构安全可靠，节约成本。
    0 引言
    现在市场上玉米收获机的品种很多，收割效率和技术也都相对成熟，大型自走式卧辊收获机已经广泛应用于大部分玉米种植地区，广受好评。但是对于我国东北地区及内蒙古地区来说，卧辊收获机的“水土不服”也日益突显出来。由于卧辊收获机不能保留整秆，只能由后方刀箱将玉米秸秆打碎，收获结束后再就地深翻人土，进而分解成为肥料。这在我国中南部地区有益无害，但北方地区，收获季在9月末至11月初，收获完成后，因冬季气温寒冷，土壤冻结，造成秸秆无法处理，即使深翻人土地，也无法分解，造成第二年春季无法耕种，部分农民只能就地燃烧秸秆，这样既不利于环保，也不利于秸秆的能源回收。

    1 基本原理介绍
    1.1课题研究背景知识
    玉米作为我国的三大作物之一，其种植面积极为广泛，它也是北方地区的主要粮食作物，物产丰富，其秸秆的回收再利用，已成为近年来讨论的主题，如今我国许多玉米收获机生产厂家和科研机构开始着力研发保留整秆的玉米收获机。形式结构各异，效果也各不相同，但是几乎都存在一个问题，那就是玉米秸秆的回收问题，多数存在保留下的秸秆放置杂乱无章，不易收回。现在的玉米秸杆打包机技术成熟，但只适用于玉米秸秆放置比较整齐，与垄沟方向尽量垂直的范围内，这样才比较容易回收，针对玉米秸秆保留和放置问题，研究设计一种倾斜式割台配合复合式摘穗辊的组合形式，使割断的秸秆倾倒在割台上进行横向输送，同时，保证玉米秆的倒地角度。
    1.2倾抖割台的研究
    普通式割台出秆方向与地面垂直，这样由于玉米收获机给予玉米秸秆一个沿前进方向的初速度，故其倒地方位必然向前倾斜，这就使打包机在捡拾过程中会因秸秆角度过大而无法全部捡拾，这就无法完全解决秸秆回收打包的问题，而考虑可以保证玉米秸秆在收获机合理的行驶速度范围内保持较好的倒地角度，同时还能减轻输送链条的爱力不均匀，缓解单项磨损情况，延长使用寿命。同时后倾斜割台能保证玉米秸秆在割断后，更有利于使玉米秸秆贴附在割台横向输送面上进行输送，大大降低其反向倾倒的可能性，这样就可以保证玉米秸秆在输送和吞吐时更回有序，减少拥堵和缠绕。
    在摘穗辊进行秆穗分离过程中，由于秆穗连接处分离阻力作用，秸秆在排出摘穗辊时总是靠根部先排出而顶部后出，这就使排出的秸秆总是与地面成一定的角度，这种反向的角度在一定程度上影响了玉米秸秆的倒地速度，甚至会使玉米秸秆倒向车身，而沿垂直于玉米收获机运行方向，玉米秸秆沿车运行方向的运动时间就延长，这样就导致玉米秸秆倒地角度过大，从而使打包机不易捡拾和打包。
    1.3植株分析及摘穗机构设计
    我国东北地区种植玉米种类繁多，地域化差异较大，本次测量的玉米品种包括农华101、良玉188、盛单219、缓玉307，测量地区包括哈尔滨、牡丹江、大庆等，测得的玉米秸秆重量平均在200 g左右，在对不同地区的玉米秸秆随机采样测量后，得出如下（表1）测量数据：

    在对典型的20株秸秆分段取其秸秆直径的平均值后，对其进行了基于inventor 2010的三维建模及仿真运动分析，初步设计如下结构的摘穗辊。
    现在市场上所使用的摘穗辊，多为单一金属结构配合缠绕的螺旋筋制造而成，其应用在卧滚式玉米收获机上使用的效果很好，拉茎能力均匀，稳定可靠，而因保留秸秆的要求，为使秸秆易于回收，常使用与玉米秸秆相平行的摘穗辊，而由于秸秆纵向生长时，其秆茎粗细程度多为下粗上细不均匀且带叶，还需要在此情况下摘穗，这样仍就使用单一材质的摘穗辊就容易使本来纵向的秸秆在摘穗后，排出摘穗辊时容易产生倾斜和杂乱，造成玉米秸秆不易回收。基于以上原因，设计一种复合型摘穗辊就可以使以上情况有较大好转，我设计的复合型摘穗辊由以下几大部分组成安装轴：1安装轴、2橡胶拉茎辊，3秆穗分享辊，4缓停拉茎辊组成。
    （1）安装轴把几种不用的摘穗机构安装连接在一起，使其固定在安装轴上，不能同向及轴向运动，只能与安装油一体转动。
    （2）橡胶拉茎辊：由于玉米秸秆的顶部比较细，平行辊渝出时对于顶部的夹持力量较弱，所以往往会造成顶部后排出，造成排出的秆茎向车身后方向与地面成一定角度，这种反向的角度延长了玉米秆向排出方向的倒地时间，形成倒地后延垄沟倾角过大，不易捡拾。所以将顶部拉茎机构设计成橡胶结构，其好处有以下几点：①橡胶的摩擦力大，可加速秸秆排出；②顶部较细，橡胶磨损量少；③顶部用橡胶辊易于更换。
    （3）秆穗分享辊采用传统的螺旋筋结构，这种结构对玉米秆的夹持力较强，易于秆茎排出，同时金属材质的辊在摘穗时耐磨损稳定可靠，螺旋筋可小范围提升秆茎离地间隙，弥补运动过程中秸秆在重力作用下的下落位移。其螺旋提升力由橡胶拉茎辊截断，避免秸秆上窜。
    （4）缓停拉茎辊，表面具有较高光泽度及拉茎钉，使用玉米秸秆在低部喂人时减缓其排出速度，同时又保证一定的排出能力，这就能使玉米秸秆以较小的倒向车身方向的角度排出，使其形成良好的倒地角度，方便回收利用。

    2 软件仿真及优化设计
    随着先进的机械设计软件发展日趋成熟，软件间的兼容性也越来越好，其优越的性能可以极大缩短设计周期，使结构更加优化，其仿真功能可替代物理样机进行预先实验，节约资源和成本，这里也运用了当下主流的机械设计软件对设计进行了优化和仿真，力求设计结果优质可靠。
    在使用基于ADAMS软件对摘穗辊后倾角度进行试验的过程中，默认条件为无风、秸秆无倒伏，以正常行进速度及摘穗辊转速，经过多次模拟，得出摘穗辊最适宜的后倾角度为27°左右，这样既保证了玉米的收获效率，又使玉米秸秆排出后有良好的倒地角度，易于回收再利用。此后，为便于结构的简化，对初步设计的摘穗辊进行了ANSYS有限元分析，静应力数据如下：从图中可以看出，最初的设计仍可进行优化。

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