摘要
鲜食玉米是我国玉米产业的重要组成部分，在全国各地均有广泛种植。南方及西南地区是鲜食玉米的重要产区，受丘陵地形和种植农艺限制，该产区采摘果穗仍以人工作业为主，机械化率远低于全国玉米平均机收水平。现有鲜食玉米收获机仅能完成果穗采摘，无配套秸秆处理装置，极大地浪费了鲜食玉米秸秆的附加价值。本文针对丘陵山区鲜食玉米缺乏专用收获机具、割台摘穗损伤大及秸秆粉碎回收难等问题，开展鲜食玉米茎穗兼收割台关键技术研究。具体研究内容及结论如下： （1）鲜食玉米茎穗兼收割台的设计。以雅安市广泛推广种植的泸彩糯8号鲜食玉米为研究对象，分析了鲜食玉米种植农艺、生理特性参数及机收作业要求，提出了鲜食玉米茎穗兼收割台总体结构方案，并对机架、传动系统及辅助作业部件等进行理论分析。运用ANSYS软件分析割台机架的约束模态，分析结果表明：割台机架前六阶模态频率数值为 10.143~23.921 Hz，各阶频率均规避开激振源频率。 （2）低损伤仿生摘穗机理的研究。开展鲜食玉米籽粒力学特性试验，试验结果表明果穗底部、中部及顶部籽粒的最大破碎力分别为 31.55 N、34.45 N、23.40 N。基于人工摘穗原理，设计了差位挡辊仿生摘穗装置。仿生摘穗过程动力仿真分析结果表明：10 mm 位差挡辊相比等位挡辊的穗柄末端变形量增大 28.8%，果穗的等效应变降低38.9%、等效应力降低48.7%，差位挡辊摘穗减伤优势明显。 （3）基于ADAMS的仿生摘穗仿真优化试验。以挡辊间隙、挡辊倾角及秸秆速度为试验因素，以摘穗最大接触力为试验指标进行响应面优化试验，试验结果表明各因素对最大接触力影响大小依次为：秸秆速度＞挡辊间隙＞挡辊倾角，优化得到仿生摘穗装置较优运行参数组合为：挡辊倾角 40.6°、挡辊间隙25.0 mm、秸秆速度 338.1 mm/s，此时最大接触力为 525.4 N。根据理论分析结果试制仿生摘穗装置试验台，圆整较优参数组合后进行台架验证试验，试验结果表明差位挡辊仿生摘穗装置在较优参数组合时，摘穗损伤率为0.32%，满足鲜食玉米低损摘穗作业要求。 （4）秸秆差速粉碎装置的研究。运用逆向工程技术分析切叶蚁上颚几何特征，根据上颚滑切曲线设计了仿生刀片刃口曲线，仿真试验和台架对比试验均表明仿生刀片在提高秸秆切面平整度和降低最大切割力方面具有明显优势。基于仿生刀片设计了秸秆差速粉碎装置，并对秸秆揉搓装置、集草搅龙及抛洒装置等关键部件进行理论分析和结构设计。抛洒装置风场仿真分析结果表明：抛洒装置顶部出料口处气流速度大于秸秆悬浮速度，秸秆粉碎物能被吹出抛洒装置。 （5）秸秆差速粉碎装置台架优化试验。试制秸秆差速粉碎装置试验台，以揉搓辊转速、搅龙转速及粉碎刀轴转速为试验因素，以秸秆长度合格率为试验指标进行响应面试验，试验结果表明各因素对秸秆长度合格率影响大小依次为：粉碎刀辊转速＞集草搅龙转速＞揉搓辊转速，优化得到秸秆粉碎装置较优参数组合为：揉搓辊转速780 r/min、集草搅龙转速 380 r/min、粉碎刀轴转速 1060 r/min，在此条件下秸秆长度合格率为87.0%，符合设计标准。
NETL