农业机械学

农业机械学

引言 (Introduction)

《农业机械学》是农业机械化及其自动化专业的主干课程，同时也是该专业的特色课程。农业机械是机械工程学科中的一个大门类，但是他与其他通用机械有许多不同之处。

农业机械的特点

1.工作对象复杂：农业机械的工作对象为生物及与生物活动有关的环境条件——土壤、水、肥料、气候等，而这些情况又根据区域、作物类别、种类、自然条件和栽培制度的不同变化较大，这就要求农业机械应具有较强的适应性。

2.季节性强：农业生产具有很强的季节性，往往是在时间比较集中的高强度条件下进行作业，这就需要农业机械具有较高的可靠性和生产率。

3.工作环境条件差：许多农业机械是在田间、露天地和高速行走状态下工作的，农业机械必须有较高的产品质量和管理水平 。

农业机械在农业生产中的作用

提高劳动生产率

促进增产措施的实施与发展

争取时间，不违农时

改善劳动条件

农业机械狭义理解

狭义的农业机械主要是指田间作业机具，包括部分场上作业机械——耕整机械、播种施肥机械、田间管理机械、植保机械、排灌机械、收获机械等。

农业机械学的研究领域

农业机械学的研究领域主要是根据农业生产的实际需要、自然条件等，利用机械动力学、控制论及优化设计、随机过程、可靠性设计、机械设计及理论等研究农业机械的理论、结构设计、试验和应用等问题。本课程所涉及的内容主要是田间作业机械，而且侧重于小麦生产机械化所必须的典型设备的构造、原理、设计理论等。

国内外农业机械化发展现状与趋势

中国是从解放后开始发展自己的农机化事业的，虽然经历了许多的风风雨雨，但还是取得了较大的发展，由于中国地域辽阔，经济发展不平衡，农机化水平差别较大，农机

总动力与发达国家几乎相当，但农机具数量、质量、种类、性能等硬件指标与发达国家存在较大的差距，机械化程度系数平均为0．3左右，整体水平相当于美国上世纪50年代后期水平，处于现代农业的初级阶段，农机化事业任重而道远。

机耕率80%

机播率40%

机收率30%

未来中国的农机化发展趋势从宏观上看要与世界发展同步，但微观工作难度较大，基本机械化是我们的近期目标，全方位农机化及局部领域内的以机械、电子、信息等为依托的与生物工程相结合的精确农业机械化则是中国农机化发展的远期目标。

国外情况：

以美国为代表的西方发达国家早在上个世纪60年代就已经基本上实现了农业机械化，70年代初实现了全方位机械化，并逐步被自动化所取代。

80年代末期，基于现代电子信息技术、农业生产辅助决策支持技术和农业工程装备自动化技术等集成组装起来的作物生产精细经营技术——精确农业在西方发达国家开始研究应用，精确农业是农业机械化、自动化的高度体现，同时也是对传统农业生产经营方式的一种新挑战，最为关键的是他使人们对农业现代化在观念上发生了革命性的变化。

精确农业—— 是以知识为基础的农业微观管理系统，其核心是根据当时当地所测定的作物作业实际需要确定对作物的投入量或作业量。系统组成：GPS 、GIS （计算机控制器、传感器及监测系统、专家决策支持系统、永久性地理空间数据等）、RS 、电子化执行设备（电子化拖拉机、可变量投入性农机具等）。

精确农业的工作过程

通过全球定位系统（GPS），确定农业作业者或农业机器在田间的瞬时位置，通过设置在田间、也可能是农业机器上的传感器及监测系统随时随地的采集田间数据（质地、肥力、含谁量、作物生长状况、病虫害、杂草等），这些数据输入到地理信息系统（GIS），结合事先储存在GIS中的定期输入或持久性数据、专家系统及其他支持决策系统，对信息进行加工处理，迅速做出适当的农业作业决策，即符合变量投入或变量作业的农业生产处方，再通过作业者或农业机器携带的计算机控制器控制变量执行设备，实现对作物的变量投入或变量操作。

车载数据采集系统

该土壤信息自动采集车配置有DGPS接收器、GIS、数字田块生成器、电子扫描仪、图象处理系统等。可在沿田块边界移动后自动生成地貌电子图，在田间等间隔行走后可获得田间持水量、肥力分布、杂草等信息。

卫星遥感生成的田块杂草及土壤性状图

卫星遥感2008年元月安徽小麦雪灾评估

农业机械学

耕地

是大田农业生产中最基本也是最重要的工作环节之一。其目的就是在传统的农业耕作栽培制度中通过深耕和翻扣土壤，把作物残茬、病虫害以及遭到破坏的表土层深翻，而使得到长时间恢复的低层土壤翻到地表，以利于消灭杂草和病虫害，改善作物的生长环境。

农业技术要求

１．耕地作业

耕深、覆盖、碎土

２．整地作业

旱地与水田整地作业的农业要求差别很大，应分别情况区别对待，基本的要求有：靶深、碎土等．

Tillage equipment

Purpose of tillage

-recovering soil structure

-killing weeds and diseases

-creating growing condition crops

Agricultural and technical requirement

-Depth: 16-18cm

-Furrow slice must be turn over

-seed and trash must be covered

-no missed ploughing, no double ploughing

少耕法

一种改变以犁耕为中心的耕作方法，可大大减少或完全免去耕耘作业，把作物种子直接播在前作茎秆覆盖的土壤中。这种耕作法，主要是为了和干旱、风蚀及水蚀作斗争。早在几百年前，我国东北地区应用扣耕作法，特别是原垄种法，即为适应春寒的一种少耕法。50年代在苏联推广的马尔采夫耕作法，是采用无壁犁的深松耕作，也属于少耕法。60年代美国也发展了这一耕作法。70年代我国黑龙江省亦进行了深松耕作法的试验和推广；80年代我国南方水稻地区正进行着少耕法的试验和推广工作，并相应的研制了少耕法机械化配套农业机械。

耕作机具

铧式犁mould board plough

圆盘犁disk plow

凿形犁Chisels shape plow

圆盘耙 disk harrow

旋耕机 rotary tiller

According the connection with tractor

Attached plough

Tracting plough

Semi-mounted plough

铧式犁

应用历史最长，技术最为成熟，作业范围最广，铧式犁是通过犁体曲面对土壤的切削、碎土和翻扣实现耕地作业的。

圆盘犁

凿形犁

调幅犁

双向犁

栅条犁

双向液压翻转栅条犁

土壤与金属摩擦系数

为克服在耕作机械工作部件工作表面上产生的土壤与金属间的摩擦力，大约消耗拖拉机牵引功率的一半。

摩擦力F通常按下列公式计算：

F＝f N

式中 f¡ª摩擦系数；

N¡ª正压力。

土壤坚实度（贯入阻力）

当压缩非密实土壤时，使其压痕的容积为1厘米3时所需的力称为单位压实力q0（公斤／厘米3）。当以一定断面形状（圆形、锥形等）的柱塞压入土壤，其压陷深度为h0时，作用在土壤上的平均压力称为土壤的坚实度p0

p0＝q0 h0 （kg／cm2）

土垡在犁壁的滑移阻力

土壤同金属接触面之间的附着力，几乎完全是因水膜的表面张力所造成的。因此，附着力也与土壤质地、含水量、接触面的材料和光洁度等因素有关。土壤沿着耕地机械工作表面的滑移阻力

T=F+F′=μN+μ′N′A′

式中 μ¡ª土壤对钢的摩擦系数

N¡ª作用在工作表面上的法向载荷

μ′¡ª附着系数

N′¡ª由水膜吸附作用而产生的法向载荷

A′¡ª吸附水膜的面积

当摩擦力F和附着力F ′大于土壤凝聚力和内摩擦力时(产生撕裂土壤作用)，农具的工作表面就会粘土。工作部件表面粘土，不但会使耕作质量变坏，而且会增加牵引阻力。

土壤的抗剪强度

耕层土壤在耕作机械工作部件（如犁体、中耕铲等）作用下，往往出现剪切破坏，其剪应力大致服从库伦定律：

ι= c +σtgρ

式中 ι—剪应力（kN/cm2）

c —单位粘结力（kN/cm2），是同类粒子间相互结合在一起的作用力；

σ—剪切面上的法向压应力（正应力）；

tgρ—土壤与土壤之间的摩擦系数，又称土壤的内摩擦系数；

ρ—土壤的内摩擦角。

犁耕比阻

为判别耕层土壤耕作难易程度，常常采用犁耕土壤比阻Kt(kN／cm2或kPa)。但Kt值大小不仅和土壤的物理性质有关，而且很大程度取决于犁的结构（犁体曲面和小前犁曲面几何参数和形状，犁铧锐钝程度，犁重以及是否有犁刀等）和耕速。一般可采用空间测力或单犁体的线性测力，测得与前进方向相反的犁耕阻力分量Rx，在此测力犁上一般不装犁侧板，所以Rx是有效阻力。则犁耕的有效土壤比阻

牵引式

三种结构形式

铧式犁的基本构造

Mouldboard plough

4 mouldboard body

Mounted on a tractor

Used in china since 140B.C. It’s still the primary tillage implement in rice paddy field

MP in dry land

Paddy field plough

1. plough frame

2. mount frame

3. crank shaft

4. adjust handle

5. brace

6. moundboard

Parts of a plough body

1. share

2. plough body

3. tail piece

4. beam

5. trash board

6. heel

7. land side

理想土垡的翻转过程

土垡宽深比K

我们观察这样一种现象：设土垡断面深度为a，宽度为b1、b2、b3，在翻转到某个时刻为土垡的临界状态。

当土垡翻转至最终位置时，如果支撑点在右侧，则可保证为稳定铺放，在正上方则为临界状态（不稳定状态），在左侧可产生回垡现象。很显然，在耕深不变的情况下，耕宽的改变可对土垡的稳定铺放产生重要的影响。通过正确的确定土垡的尺寸，决定犁体曲面的大小和形状，以保证土垡的稳定铺放。

旋耕机rotary tiller

一种由动力驱动的土壤耕作机具。其切土、碎土能力强，能切碎秸杆并使土肥混合均匀。一次作业能达到犁耙几次的效果，耕后地表平整、松软、能满足精耕细作的要求。旋耕机作业时，拖拉机的动力以扭矩的形式直接作用于工作部件，不需要很大的牵引力，避免了拖拉机由于受附着力的限制，功率不能充分利用的问题。

我国南方地区多用于秋耕稻茬田种麦，水稻插秧前的水耕水耙。它对土壤湿度的适应范围较大，凡拖拉机能进入的水田都可进行耕作。我国北方地区大量用于打茬，起到秸杆还田、铲茬肥田的作用。另外，还适于盐碱地的浅层耕作，以抑制盐分上升，围垦荒地灭茬除草，牧场草地浅耕再生等作业。

旋耕机类型

水平横轴式旋耕机

立轴式旋耕机

水平横轴式旋耕机

Special tillage for paddy

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整地

耙地、平地和镇压。有的地区还包括起垄和作畦。

耕地后土垡间存在着很多大孔隙。土壤的松碎程度与地面的平整度还不能满足播种和栽植的要求。所以必须进行整地，为作物的发芽和生长创造良好的条件。

在干旱地区用镇压器压地是抗旱保墒，保证作物丰产的重要农业技术措施之一。有的地区应用钉齿耙进行播前、播后和苗期耙地除草。

整地机械包括耙（圆盘耙、水田耙和钉齿耙）、耢、镇压器、起垄犁和作畦机等。

圆盘耙

圆盘耙始用于40 年代，是替代钉齿耙的主要机具之一，目前国内外已广泛采用，他的主要特点是：被动旋转，断草能力较强，具有一定的切土、碎土和翻土功能，功率消耗少，作业效率高，既可在已耕地作业又可在未耕地作业，工作适应性较强。

Disk Harrow

Saucer-shaped disks mounted on axles

Harrow gangs consists of several axles, which arranged an angle from 15~25º with the frame

Attached on a tractor

耙片的直径分

重型耙（660mm）

中型耙（560mm）

轻型耙（460mm）

圆盘耙的阻力

圆盘耙在水平面内的受力平衡

Paddy harrow

2 star-toothed harrow 星齿耙

Blade roller 轧辊

Bearing: rubber

5．铺膜播种 播种时在种床表面铺上塑料薄膜，种子出苗后，幼苗长在膜外的一种播种方式。这种方式可以是先播下籽种，随后铺膜，待幼苗出土后再由人工破膜放苗；也可以是先铺上膜，随即在膜上打孔下种。

铺膜播种有以下优点：

（1）提高并保持地温

（2）减少土壤水分蒸发

（3）改善植株光照条件

（4）改善土壤物理性状和肥力

（5）可抑制杂草生长

6．免耕播种

免耕技术的基本内容是在前茬作物收获后，土地不进行耕翻，让原有的稿秆、残茬或枯草覆盖地面；待下茬作物播种时，用特制的免耕播种机直接在茬地上进行局部的松土播种；并在播种前或播种后喷洒除草剂及农药。

•根据气候环境和土地情况的不同，有些地区在施行免耕法的过程中，也用圆盘耙或松土除草机在收获后或播种前进行表土耕作以代替犁耕；有些地方，每隔两三年也用铧式犁或凿式犁深耕一次。因此免耕技术在不同地区有不同的名称，如免耕法、少耕法、覆盖耕作法、直接播种法等。这种方法与常规耕作法相比，可以减少机具投资费用和土壤耕作次数，因而可降低生产成本、减少能耗、减轻对土壤的压实和破坏，并可减轻风蚀、水蚀和土壤水分的蒸发与流失。但是采用免耕法是有条件的，必须与作物栽培技术密切配合。由于不进行土壤翻耕，害虫杂草较多。故对灭草剂和杀虫剂的需要量较大，质量要求也较高。这就有可能抵消掉因少耕而节约下来的成本。免耕播种在免耕法中占有重要地位。

•目前，某些作物（如大豆）采用精密点播和窄行密植平作的方法，免去中耕作业，可

以较大幅度提高作物的产量和降低作业成本，是一种新型的种植方法。

二、播种的农业技术要求

播种的农业技术要求包括播量、行距、株距（或穴距）、播种均匀度、播种深度、覆土深度及压密程度等。各种作物的播种要求不同，同一种作物因地区、耕作制度的不同也会有很大差异。我国华北、西北、东北、苏北、河南等地几种主要作物播种的农业技术要求。播种时应根据当地的农业技术要求。详细见书中P109页表3－1。

第五节 播种机的其他工作部件

•一、输种管

•导种管用来将排种器排出的种子导入种沟器或直接导入种沟。对导种管的要求是：对种子流的干扰小；有足够的伸缩性并能随意挠曲，以适应开沟器升降、地面仿形和行距调整的需要。在谷物条播机上，排种器排出的均匀种子流因导种管的阻滞均匀度变差。在精密播种机上，导种管及开沟器上的种子通道往往是影响株距合格率的主要因素。

•为了减少输种管对播种质量的影响，有的输种管设计成与前进方向相反的抛物线形状，平衡机车的前进速度。

•导种管可采用金属、橡胶或塑料制成，都具有一定的伸缩性。金属蛇形管对种子下落的阻碍较小，但成本较高，重量较大。目前以使用塑料管最为普遍。各种导种管的形状如图3－47。

•二、覆土器

•开沟器只能使少量湿土覆盖种子，不能满足覆土厚度的要求，通常还需要在开沟器后面安装覆土器。对覆土器的要求是覆土深度一致、在覆土时不改变种子在种沟内的位置。

•播种机上常用的覆土器有链环式、弹齿式、爪盘式、圆盘式、刮板式、双圆盘式等（见书图3－48）。

•链环式、弹齿式、爪盘式为全幅覆盖，常用于行距较窄的谷物条播机。圆盘式和刮板式覆土器，则用于行距较宽、所需覆土量大、要求覆土严密并有一定起垅作用的中耕作物播种机。

•三、镇压轮

•镇压轮用来压紧土壤，使种子与湿土严密接触。压强要求为3－5N／cm2，压紧后的土壤容重一般为0.8－1.2g/cm3。有些镇压轮还被用作开沟器的仿形轮或排种器的驱动轮。

•镇压轮的类型如图3－49所示。平面和凸面镇压轮的轮辋较窄，主要用于沟内镇压。凹面镇压轮从两侧将土壤压向种子，种子上方部位土层较松，有利于幼芽出土。空心橡胶轮，其结构类似没有内胎的气胎轮，它的气室与大气相通（零压），胶圈受压变形后靠自身弹性复原。这种镇压轮的优点是压强恒定。

四、划印器

•划行器用来指示拖拉机下一行程的行走位置，以保证与邻接播行的行距准确无误。划行器的工作部件为球面圆盘或锄铲，装在划行器臂上。划行器臂铰连在播种机机架上，可根据需要升降。播种机两侧各有一划行器臂，划行部件伸出长度可以调整。图3-48

•播种时应使未播地一侧的划行器工作，另一侧的划行器应升起离开地面。到地头转弯时，两个划行器都应该离开地面。因播种方法的不同，每一行程所用的划行器也各不相同。采用梭式播法时划行器升降顺序为：……左降（右划行器在升起位置）－左升－右降－右升－左降……。也就是说播种机每一行程要升降一次划行器。所以在播种机上设有划行器升降机构。机构有人力操作式、机械自动式、液压自动式及电动式等。

二、播种机组的动力配备

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水田种植

1 移栽

2 直播

我国水稻种植机械化发展历程

我国在五、六十年代就组织攻关，研制出了独船板式插秧机，代表了当时的先进水平。

当前我国水稻种植机械化正处于人力机力并举，大力研制、引进推广各种高性能机具的新阶段

世界水稻种植机械化水平

世界上25个主要产稻国中，已全部实现水稻种植机械化的有美国、意大利、澳大利亚、日本和韩国5 个国家。美国、意大利、澳大利亚以机械直播为主，日本、韩国以机械插秧为主。美国是世界上率先实现农业现代化的国家,２０世纪４０年代就实现了粮食生产机械化

日本是水稻移栽机械化程度最高的国家,在完成工业化的进程中,逐步实现了水稻种植机械化。到70年代末,机械化插秧作业面积已超过全国水稻种植面积的90%。80年代日本基本形成了统一的水稻栽培模式,育秧、插秧机械已实现了系列化、标准化,水稻种植机械化水平有了进一步提高,达到98%

韩国和我国台湾省也于２０世纪８０至９０年代实现水稻生产机械化

机插秧

为我国种植机械化的主要模式， 但发展缓慢

规格化秧苗需要相应的装备从而加大了育秧成本

插秧机行走部分拥泥排水现象的技术仍然难以攻克

插秧机使用可靠性较低,对稻田、秧苗要求高

进口机价格高达10万元左右,农民买不起

水稻直播

作业效率高, 劳动强度低, 作业机具简单, 生产作业成本低, 产量较高, 适合大规模经营

水稻品种、生长期、灌溉条件、整地质量及杂草控制技术都有较严格的要求。

水稻抛秧

抛植浅、植伤轻、返青活棵快、分蘖早、蘖位低、同伸蘖比例高、爆发力强、茎蘖增长快

发根力强、根量大、浅层根分布广、出叶速度快

省工节本,总用工量和成本比水稻直播高,比人工插秧和机械插秧低

发展方向

研制性能优良,工作可靠的新型插秧作业机具,使水稻插秧种植机具向着轻型化、小型化、高速化的方向发展（赵匀教授）。

发展水稻直播种植机械化（罗锡文院士）

Raising seedlings with soil

Preparation of the seeds

Preparation of the soil for the seed-bed

Sowing and covering

Germination

Greening and strengthening

工厂化育秧

秧抗逆力较强，发育茁壮、生长迅速，产量较高

省种、省水、省秧田

减轻劳动强度，节省用工，提高劳动生产率，降低生产成本

工厂育秧突破了水稻移栽机械化的育秧薄弱环节

Preparation of the soil for the seed-bed

Sampling soil from paddy field

Breaking and sieving

Disinfection

Mixing with fertilizer

Sprouting 催芽

Raising trays are arranged on a carrier

Storing in green house for 2-4 days

Temperature 25-30 ℃

moisture 80%

Greening and strengthening

Some water must be sprayed

Trays on layer carrier, the vertical distance should be 15-30 cm to ensure sufficient sunlight and fresh air

Strengthening for 5-10 days, water is sprayed 1-2 times a day, temperature is kept at 15-25℃ in the day and 10-15 ℃ at night

Mechanized raising of rice seedling

Transpla-nter for pulled-cleaned seedling

Rotary reel for separating and planting

Control chute

Longitudinal separating and planting

a separating

b transferring

c entering earth

d back

Longitudinal feeding system

Seedling are pushed forward

Intermittent movement

Disk rack mover

Change direction

Intermittent movement

Transplanter for soil-stick seedling

Grooved cam roller mover

Gripper for soil-stick seedling

Sowing and covering

Disposition of the raising tray

Setting seed bed

Sowing seeds

Covering soil

Water sprinkler

水稻旱直播机

分插机构

装秧和加秧

（1）补给秧苗时，在秧苗超出苗箱的情况下，拉出苗箱延伸板，防止秧苗往后弯曲。

（2）装秧前应先使工作部分空转，待秧箱移到左端或右端时，就停止运转，再把取秧板上的秧片装进秧箱。秧片要紧贴秧箱，不弓起。

（3）秧苗不到秧苗补给位置之前就应及时加秧，否则插秧株数会明显减少。加秧接头处要对齐，不留间隙。

（4）加秧时可不必将苗箱移到左右极限位置。

插秧注意事项

梭形作业

人工补秧

人工抛秧

带式喂入栽植机

农业机械学

Classification

Physical protection

-Trapping with mechanical

-Ultrasonic, ultraviolet, light

Chemical protection

-Liquid : spray and mist

-Solid: powder and smoke

Plant protection

Sprayer

Hand or man-power knapsack (背负）

Powered-operated knapsack

Power sprayer

Tractor mounted sprayer

作用和分类

植物保护是农林生产的重要组成部分。是确保农林业丰产丰收的重要措施之一。为了经济而有效地进行植物保护，应发挥各种防治方法和积极作用，贯彻“预防为主，综合防治”的方针，把病、虫、草害以及其它有害生物消灭于危害之前，不使其成灾。

植保机械的分类方法，一般按所用的动力可分为：人力（手动）植保机械、畜力植保机械、小动力植保机械、拖拉机配套植保机械、自走式植保机械、航空植保机械。按照施用化学药剂的方法可分为：喷雾机、喷粉机、土壤处理机、种子处理机、撒颗粒机等。

农业技术防治法

利用相应的农业技术，通过作物品种选育、施用化肥、改进栽培方法、实行合理轮作、改良土壤等手段消灭病虫害的方法。

生物防治法

利用生物的天敌消灭病虫害的方法。如：瓢虫、赤眼蜂等。

物理和机械防治法

利用物理方法和相应的工具消灭病虫害的方法。例如：机械捕打、果实套代、紫外线照射、超声波高频震荡、高速气流吸虫机等。

紫外线照射

高频振荡杀虫机

高速气流杀虫机

化学药剂施用的方法

喷雾法¡ª¡ª通过高压泵和喷头将药液雾化成100~300微米的方法。有手动和机动之分。

弥雾法¡ª¡ª利用风机产生的高速气流将粗雾滴进一步破碎雾化成75~100微米的雾

滴，并吹送到远方。特点是雾滴细小、飘散性好、分布均匀、覆盖面积大、可大大提高生产率和喷洒浓度。

⑶超低量法¡ª¡ª利用高速旋转的齿盘将药液甩出，形成15~75微米的雾滴，可不加任何稀释水，故又称超低容量喷雾。

喷烟法¡ª¡ª利用高温气流使预热后的烟剂发生热裂变，形成1~50微米的烟雾，再随高速气流吹送到远方。

喷粉法¡ª¡ª利用风机产生的高速气流将药粉喷洒到作物上。

国内外植保机械的发展概况

我国植保机械是在解放后发展起来的，其发展主要经历研制、联合设计与攻关等几个阶段。目前，虽然我国植保机械已达到或超过世界先进水平，但仍有大量工作有待继续努力。

日本以发展小型动力配套的背负式和担架式植保机械为主。为提高效率，近年来开始发展较大型植保机械，如自走式机动喷粉喷雾弥雾机。美国、俄国、加拿大等国，土地面积大而较平坦，故以发展与拖拉机配套的悬挂式和牵引式等大型植保机械为主，国外植保机械正在向着机动、大型、多用、高生产率、高机械化、自动化的方向发展。

喷雾机

通过高压泵和喷头将药液雾化成100~300微米的方法。有手动和机动之分.

手动喷雾机

Hand sprayer

Applying liquid chemicals

Simple in construction

Convenient to use

Easy to manufacture

Economical

Mist sprayer

Powered sprayer

喷头及雾化原理

液力式喷头：涡流式喷头、扇形 喷头、撞击式喷头等

植保机械的其他主要工作部件

喷雾机液泵

药液箱、搅拌器和滤网

风机

调压阀和空气室

1．活塞杆

2．泵筒

3．皮碗活塞

4．吸液球阀

5．吸液管和滤网

6．排液球阀

农业机械学

节水灌溉机械

发展机电排灌机械，是实现农业机械化的重要方面。它对改变农业生产的自然条件，抵御自然条件，确保农作物的高产，稳产具有十分重要的作用。

排灌机械中的主要设备是水泵，它能把动力机的机械能转变为所抽送水的水力能，可以把水输送到高处或远处。

水泵的用途很广。除农田排灌应用外，在国民经济的许多部门如石油、化工、水利、煤矿、电力、基建工程、环保、城镇给水等等都需要水泵。因此，水泵是现代化设备不可缺少的一种通用机械。

Equipment of irrigation and drainage

Water

Earth is a dry world

Useable water in China becomes more expensive

Floodwater is very fatal to our country

Agricultural water

Water is very important to plant, agricultural water is about 72% in China

Equipment can be used to lift water and avoid over flooding

Soil-plant-atmosphere continuum (SPAC)

SPAC

Crop water requirement

Transpiration 60-80% 植株蒸发量

Evaporation 20-40% 棵间蒸发量

Evapotranspiration sum

Irrigation water requirement

Crop water requirement

Rainfall

Leakage

Irrigation implements in land

Stationary pipe-type sprinkler system

Main pipe

Branch pipe

Stand pipe

Pipe accessories

Semi-stationary sprinkler system

Mobile sprinkler

Swing arm sprinkler hand

Sprinkler

农用水泵

离心泵

井泵（长轴井泵、深井潜水电泵）

微型泵

直空泵

水泵性能的主要参数

（1）流量

（2）扬程

吸水扬程 由水源水面至水泵轴线基准面的垂直高度Hd.x

压水扬程 由水泵轴线至出水池水面的垂直高度Hd.y

实际扬程Hd （或称为地形高度）

 Hd=Hd.x+Hd.y

（3）功率 a．有效功率Nx（又叫水功率）b．轴功率Nz（又叫水泵的输入功率）c．配套功率Np

（4）水泵效率η

（5）水泵转速

（6）允许吸上真空高度（或汽蚀余量）

（7）比转数

喷头的种类

（1）旋转式喷头

（2）固定式喷头

 折射式

 缝隙式

 漫射式

（3）喷洒孔管

喷头的性能

1 ．压力

2 ．流量

3 ．射程

4 ．喷灌强度

5 ．水滴的打击强度

6 ．喷洒水量分布特性

摇臂式喷头的结构

a．旋转密封机构

b．流道

c．驱动机构

d．扇形换向机构

e．连接件

固定式喷头

（1）折射式喷头的结构及工作原理

（2）缝隙式喷头的结构及工作原理

（3）离心式喷头的结构及工作原理

喷灌机的工作原理

定喷式喷灌机

行喷式喷灌机

定喷式喷灌机

手推（抬）式喷灌机

拖拉机悬挂式喷灌机

滚移式喷灌机

微灌设备

微灌的种类

滴灌

微喷灌

小管出流灌

渗灌

微灌系统的种类

根据组成微灌系统的灌水器不同，微灌系统也分为滴灌系统、微喷灌系统、小管出流灌系统以及渗灌系统四类。

根据配水管道在灌水季节中是否移动，每一类微灌系统可分为固定式、半固定式和移动式。

微灌设备配套系统

滴灌系统的组成

渗灌系统的组成

脉冲式微灌系统的组成

微喷灌

Micro sprinkler

脉冲式微灌系统

Type of feeding

•Full feeding

•Half feeding

第八章 谷物收获机械

一、谷物收获的农业技术要求

１．适时收获，尽量减少收获损失；

２．保证收获质量；

３．禾条铺放整齐，秸秆集堆或粉碎；

４．要有较大的适应性

三、国内外收获机械发展概况

(一) 国内收获机的发展概况

(一) 国内收获机械的发展概况

1. 入门阶段

2. 发展阶段

3. 利用引进技术发展阶段

(1981-1990)

(二) 国外收获机的发展概况

•国外收获机发展比较有代表性的国家和地区为欧美及日本等地。欧美多为全喂入脱粒，机型大，生产率高，适合较大规模的生产条件；日本则以中小型水稻收获机为主，多采用半喂入，机型小，生产率相对较低。

2. 立式收割机的类型

•1) 侧向放铺型

•2) 后放铺型

侧向放铺型 有两种结构:

•A. 侧向输送侧面放铺型

•B. 中间输送侧面放铺型

侧向输送侧面放铺型

中间输送侧面放铺型

后放铺型

二. 切割器的农业技术要求

•1. 不漏割、不堵刀

•2. 结构简单、适应性强

•3. 功率消耗少，振动小

•4. 割茬低而整齐

圆盘式切割器

按有无支承部件分为:

•1．无支承圆盘式切割器

•2．有支承圆盘式切割器

甩刀回转式切割器

拨禾轮种类

•1．普通拨禾轮

•全喂入式脱粒机

•（一）普通滚筒式脱粒机

•（二）轴流滚筒式脱粒机

•半喂入式脱粒机

•玉米脱粒机

3.2 脱粒装置

一、脱粒装置的技术要求和工作原理

•对脱粒装置的技术要求主要是：脱得干净；谷粒破碎、暗伤尽可能少；分离性能好，这一点是联合收获机向大生产率方向发展所特别提出的要求；通用性好，能适应多种作物及多种条件；功率耗用低；在某些情况下要求保持茎稿完整或尽可能减少破碎

四.双滚筒脱粒装置

特点:

•双滚筒脱粒装置采用两个滚筒串联工作。第一个滚筒的转速较低，可以把成熟的好、饱满的籽粒先脱下来，并尽量在第一滚筒的凹板上分离出来。同时可使喂入的谷物层均匀和拉薄。第二个滚筒的转速较高，间隙较小，可使前一滚筒未脱净的谷粒完全脱粒。

五.轴流滚筒脱粒装置

六.半喂入式脱粒装置

工作原理和主要参数

•(一) 滚筒

•滚筒喂入端为一段截锥体（锥角一般约500左右，宽50毫米左右），便于谷物轴向喂入。滚筒上设有多种弓齿，常用的型式如图所示。

(二) 凹板

•凹板有编织筛式和栅格式两种。前者处理断穗能力强，断穗量少，但分离能力较差，谷粒损失会多些，湿脱时易堵塞；后者的性能正相反，干脱时碎草要多些。前者结构简单，常用于脱粒机上；后者在联合收获机上较普遍。

(三) 排杂装置

•排杂装置由排杂轮和筛板组成，设在排杂口后方，用以排出脱下的碎草、断穗，并将谷粒分离出来。排杂轮直径为200－250mm，长100－150mm。其上齿高约40mm，并后倾300安装。齿距为30－70mm，齿顶线速度4－5m/s，筛板与编织筛凹板相似。

(四) 夹持输送装置

•由夹持输送链、夹持台和传动装置等组成。输送链的齿形链片与夹持台上下配合，并在横向左右交错以便将茎秆夹成曲折使其具有抗抽出的能力。

3.3 分离机构

分离机构的功用、类别和构造特点

3.4 清选装置

（一） 按照谷粒的空气动力特性进行分离

（二） 按谷粒的尺寸特性分离

(按厚度、宽度、长度分离)

（三） 利用气流和筛子配合进行分离

二、 清选装置

•（一 ） 筛选

•（二 ） 气流清选

•（三 ）气流筛子清选装置

•（四 ） 窝眼筒分选

•（五 ） 比重清选

•（六 ） 摩擦分离器分选

•（七 ） 颜色分选

•（一）筛选

•筛子的种类及选择

•目前应用的筛子有四种形式：编织筛、鱼眼筛、冲孔筛、鱼鳞筛。清粮装置上较多的采用鱼鳞筛与冲孔筛。

（二）气流清选方式

•1、利用垂直气流进行清选 谷物清选机的垂直气流清选系统包括喂料装置（图10-8）、垂直气道、风机和沉降室。

工作时谷粒混合物被喂料辊送至垂直吸气道下部的筛面上。由于受到气流的作用，悬浮速度低于气流速度的轻杂物被吸向上方。当吸至断面较大的部位时，由于气流速度降低，一部分籽粒和混杂物开始落人沉降室内，被搅龙输送到机外，最轻的杂质被风吹出。

•利用倾斜气流进行清选

•3 利用不同空气阻力进行分离

三、气流筛子清选装置

•清选装置的种类

•气流筛子清粮装置:有上下两筛和阶梯式三筛的，如图10-13、图10-14所示

•有上下两筛

（四）窝眼筒分选

•窝眼筒是按籽粒长度进行分选的工作部件。在金属板上压成多数口径一致的圆窝，将混合物平铺其上，稍加振动则较小谷粒即落入窝眼内，大者留在窝外。如将金属板倾斜至一定角度时，则长谷粒可由板上滑下，再将板移至他处反转，则短谷粒亦被倾出。利用这种方法，如将板弯成圆筒形，使窝在内侧，中间置承种槽和推运器。即为农业上广泛应用的窝眼式选粮筒（图10-25）

（五）比重清选

•重力清选机的主要工作部件是一个双向倾斜的三角形振动筛面（图10-29），α角称为纵向倾角，β角为横向倾角。此筛面由曲柄连杆机构（或振动电机）驱动，产生纵向振动，振动方向角ε大于筛面的纵向倾角α。三角形筛面具有孔眼，气流从筛面下方沿一定方向吹出。气流速度应使轻的籽粒处于半悬浮状态，而重的籽粒处于下层并沿筛面向上移动。

（六）摩擦分离器分选

•回转带式摩擦分离器

•螺旋面式摩擦分离器

•圆盘式摩擦分离器

（七）颜色分选机

•颜色分选机由喂料部分、扫描室和控制部分组成。颜色不同而需要进行分选的物料装入喂料斗（图10-35），然后由一个振动输送器均匀地将物料送到倾斜的输送槽中。物料沿倾斜输送槽一个一个地以很高的速度通过扫描室。在扫描室内，颜色不同的物料被安装在几处的光源照射。光线通过透镜照射到物料表面，然后从表面反射到三个光电倍增管，光电管将反射的光信号转换成电压，然后与一个预先调好的标准电压相比较。

三、复式谷物清选机

•所谓复式精选机就是将筛选、气流清选和窝眼清选按一定的工艺流程组合在一台机器上，因而可以根据谷粒的几种主要特性（如长、宽、厚、空气动力学特性）同时进行清选。

4.1 联合收获机的特点及分类

4.2 联合收获机的基本构造和工作过程

一、基本构成和工作流程

一、全喂入式小麦联合收获机

用于收获小麦为主的联合收获都是全喂入的， 总体结构差别不大，由割台、倾斜输送器、脱粒机、发动机、底盘、传动系统、液压系统、电器系统、驾驶室、粮箱和草箱等部分组成。其工作过程如下：

工作流程

二、全喂入式稻麦联合收获机

•现有的稻麦联合收获机有三种情况

•1．装有纹杆滚筒的麦类联合收获机，改装后用于收获水稻

•2．装有钉齿滚筒的麦类联合收获机用于收获水稻。

•3．装有钉齿式轴流滚筒的全喂入联合收获机可以兼收小麦和水稻。

三、半喂入式水稻联合收获机

•半喂入联合收获机的特点是有较长的夹持输送链和夹持脱粒链

•半喂入联合收获机主要由收割台、中间输送装置和脱粒机三部分组成。

4.3 联合收获机的割台

1 、收割台的功用是切割作物，并将作物运向脱粒装置。它由拨禾轮、切割器、分禾器和输送器等组成。

2 、收割台的类型根据收割作物的对象，可分为麦类割台、玉米割台、水稻割台等；根据对地形的适应性可分为刚性割台、挠性割台

一、谷物割台

二次切割装置

（二）半喂入割台（参考教材P175）

三、联合收获机的中间输送装置

•全喂入式联合收获机的倾斜输送器

•半喂入式联合收获机的夹持输送装置

（二）国外情况

•在机械化程度较高的欧洲和美洲的某些国家，用机械收获玉米已有20－70年的历史，一般到50年代和60年代已基本实现了玉米收获机械化，他们所走过的道路大致相同，即先推广玉米收割机、剥皮机和脱粒机；继而发展玉米摘穗机和玉米联合收获机。近年来由于谷物烘干设备的大量采用，玉米割台的迅速推广，多用谷物联合收获机直接收获玉米籽

粒。

•目前国外的玉米联合收获机主要有两种机型，一种是俄罗斯生产的KCKy－6型玉米联合收获机；一种是美国、德国等农机企业生产的大马力联合收获机配用的玉米摘穗台。

第二节玉米联合收获机和玉米割台

玉米联合收获机有自走式、悬挂式和牵引式三种机型。一般有以下三种

一、纵卧辊式玉米联合收获机

一般为两行或三行牵引式，站秆摘穗。国产4YW－2为纵卧辊式玉米联合收获机，由分禾器、拨禾链、摘穗辊、果穗第一升运器、除茎器、剥皮装置、果穗第二升运器、苞叶螺旋、籽粒回收螺旋和茎秆切碎刀等组成（图12－1）。其工作过程：分禾器从根部将禾秆扶正并引向带有拨齿的拨禾链，链分三层单排配置（机器外侧一排较长，机器内侧两排较短），将茎秆扶持并引向摘穗辊。摘穗辊为纵向倾斜配置，每行有一对，相对向里侧回转，其前端为带螺纹的锥体，起导禾作用；中部为带螺纹的圆柱体，起摘穗作用；后段为深槽状圆柱体，主要将上部剩余茎秆或拉断的茎秆拉下或咬断，以防阻塞。两辊在回转中将禾秆引向摘辊间隙之中，并不断向下方拉送。由于果穗直径较大通不过间隙而被摘落。摘掉的果穗，由摘辊上方滑向中央第一升运器中（图12－2）。果穗经升运器被运到上方，并滑落到剥皮装置中（图12－3）。若果穗中含有被拉断茎秆，则由上方的除茎辊排出剥皮

置由倾斜配置的若干对剥皮辊和叶轮式压送器组成。每对剥皮辊呈高差槽形（或V形）配置。每对剥辊相对向内侧回转。剥皮辊回转时将果穗的苞叶撕开和咬住，从

两辊间的缝隙中拉下，苞叶经下方的输送螺旋推向一侧排出机外。苞叶中夹杂的少许已脱落的籽粒，在苞叶输送中从螺旋底壳（筛状）的孔漏下，经下方的籽粒回收螺旋落入第二升运器，已剥去苞叶的果穗沿剥皮辊向下滑入第二升运器与回收籽粒一道被输送到后方的拖车。

• 图12-3 剥皮装置

1.下剥皮辊 2.上剥皮辊 3.除茎器 4.压送器 5.隔离杆

•经过摘辊碾压后的茎秆，其上部多已被撕碎或折断，基部约有1m长左右仍站立在田间。在机器的后方设有横置卧式甩刀式切碎刀，将残存的茎秆切碎并抛撒于地面。有的机器上带有玉米脱粒器和粮箱等附件。在玉米成熟度高而一致、籽粒含水量较小（20－22％）的情况下，可将剥皮机构及第二升运器等拆下并换装脱粒器及粮箱，直接收获玉米籽粒。

二、立辊式玉米联合收获机

•它一般为两行或三行牵引式（如国产4YL－2为两行，丰收－3为三行），割秆后摘穗，并将茎秆放铺（或切碎）。

•4YL－2玉米联合收获机由分禾器、拨禾链、圆盘式切割器、喂入链、摘穗器、放铺台、果穗第一升运器、剥皮装置、果穗第二升运器、苞叶输送螺旋、籽粒回收螺旋和挡禾板等组成（图12－4）。其工作过程：分禾器（图12－5）将禾秆从根部扶正并引向拨禾链。拨禾链将禾秆推向圆盘式切割器。当茎秆被割断后，在切割器和拨禾链的配合作用下送向喂入链。喂入链将茎秆夹紧并送向摘穗辊的间隙中，将穗摘下。

•摘穗辊为斜立式（垂直线倾斜250）。每行有两对摘辊，一般前辊呈螺旋凸棱形表面，主要起摘穗作用，称为摘穗辊；后辊呈多梭形表面，主要起拉引茎秆的作用，称为拉茎辊。茎秆在摘辊的碾压作用下向后方移动。由于挡禾板的阻挡，使禾秆向垂直于辊轴方向旋转并抛出。已摘下的果穗落入果穗第一升运器。升运至剥皮机构，茎秆落入后方的放铺台，台上带拨齿的链条将茎秆间断地堆放到地面。若需茎秆还田时，可将放铺台拆下，换装切碎器，将茎秆切碎并抛撒还田。

•它的剥皮装置与前述的机型类似，已剥去苞叶的果穗经第二升运器与回收籽粒一起送入后方的拖车。

•上述两种类型的玉米联合收获机在条件适宜的情况下工作性能基本相同：损失率为2%以下，落地漏摘果穗损失约2－3％，总损失为4－5％，籽粒破碎率为7－10％，苞叶的剥净率为80％以上。但在条件较差的情况下，则各有特点。一般在玉米青湿、植株密度较大、杂草较多情况下，立辊式玉米收获机故障较多，在摘辊处易发生堵塞，而倾斜卧辊式玉米收获机则适应性较强，故障较少，但在收获结穗部位较低的果穗时，则立辊式机型比卧辊式机型的漏摘果穗损失率较小。此外，立辊式机型能够进行茎秆放铺和收集，而卧辊式机型则不能放铺茎秆。

三、玉米割台

（一）使用条件

玉米割台是与谷物联合收获机配套用于直接收获玉米籽粒的专用装置。用玉米割台收

获玉米，效率较高、工艺较简单，是一种先进的收获方法。但必须具备下列条件，否则不宜采用。

（1）玉米品种应具有成熟度基本一致的特点，收获时籽粒含水量在32％以 下，以25－29％为好。

（2）应具有充足的烘干设备，能在收获后及时地将籽粒含水量降到15％以下，以便储藏。

玉米割台的收获行数，根据谷物联合收获机的生产能力而定，一般有四行、六行和八行等几种。其构造大体相同，由分禾器、拨禾链、拉茎辊、摘穗板、清除刀、果穗螺旋和链耙式升运器等组成（图12－6）。其工作过程如下：

（二）构造与工作过程

•分禾器从根部将禾秆扶正并导向拨禾链（两组相对回转）。拨禾链将禾秆引向摘板和拉茎辊的间隙中。每行有一对拉茎辊，将禾秆强制向下方拉引。在拉茎辊的上方设有两块摘穗板。两板之间的间隙（可调）较果穗直径为小，便于将果穗摘落。已摘下的果穗被拨禾链带向果穗螺旋。果穗螺旋由收割台两侧将果穗向中央集中，并经中部的伸缩扒指机构传给倾斜链耙。链耙将果穗送入谷物联合收获机的脱粒装置脱出玉米粒。拉茎辊下方设有清用装有玉米割台的谷物联合收获机收获玉米，在条件适宜的情况下，籽粒损失率为0.5%，落地漏摘的果穗损失率为2－4％，总损失率为2.5－4.5％，籽粒破碎率为7－16%。

•除刀，能及时将缠绕拉茎辊的青草切断，防止堵塞。

第三节摘穗器

一、摘穗器的种类、构造和工作过程

现有机器上所用的摘穗器皆为辊式。按结构，可分为纵卧式摘辊、立式摘辊、横卧式摘辊和纵向摘穗板四种。

（一）纵卧式摘辊

它多用在站秆摘穗的机型上，由一对纵向斜置（与水平线成35－400）的摘辊组成（图12－7）。两轴的轴线平行并具有高度差，由于其前端高度相同，因而两辊长度不等，一般靠近机器外侧的摘辊较长（为1100－1300mm）、靠近机器内侧的摘辊较短（740－1000mm）。摘辊的结构前、中、后三段有所不同：前段为带螺纹的锥体，主要起引导茎秆和有利于茎秆进入摘辊间隙的作用；中段为带有螺纹凸棱的圆柱体，起摘穗作用（长度为500－700mm），其表面的凸棱高10mm，螺距为160－170mm，两对应摘辊的螺纹方向相反，并相互交错配置。在有的机器上为了加强摘穗能力，在螺纹上相隔900设有摘穗钩（或称摘穗爪），以便将穗柄揪断。摘穗辊的直径一般为72－100mm，转速为600－820r/min。两摘辊之间的间隙（以一辊的顶圆到另一辊根圆的距离计算）较茎秆直径为小，约为茎秆直径的30－50％，移动摘辊前轴承可以调节间隙。调节范围为4－12mm（从摘辊中部测量）。

•工作中，茎秆在两辊和两辊凸棱之间沿轴向移动时被向下拉伸，由于茎秆的抗拉力较大（1000－1500N），而果穗与穗柄的连接力及穗柄与茎秆的连接力较小（约500N），因

此果穗在两摘辊碾拉下被摘落。果穗一般在它与穗柄的连接处被揪断，并剥掉大部分苞叶。

•摘穗辊的后段为强拉段，表面上具有较高大的凸棱和沟槽（长约120－320mm）。其主要作用是将茎秆的末稍部分和在摘穗中已拉断的茎秆强制从缝隙中拉出和咬断，以防堵塞。

•纵卧式摘辊的主要特点是：在摘穗时茎秆的压缩程度较小，因而功率耗用较小，对茎秆不同状态的适应性较强，工作较可靠；但摘落的果穗带有苞叶较多

（二）立式摘辊

多用在割秆摘穗的机型上，由一对（或两对）倾斜（与竖直线成250夹角）配置的摘辊和挡禾板所组成（图12－8），每个摘辊分上下两段，两段之间装有喂入链的链轮。上段 为摘辊的主要部分。为了增加摘辊对茎秆的抓取和对果穗的摘落能力，该段的断面为花瓣形（3－4花瓣）。下段为辅助部分，主要起拉引茎秆的作用。该段的断面或与上段相同或采用4－6个梭形。摘辊的直径一般为80－95mm，上段长为300mm左右，下段为150－200mm。摘辊转速为1000－1100r/min。

工作时，茎秆在喂入链的夹持下由根部喂入摘辊下段的间隙中。在下段摘辊的碾拉下，茎秆迅速后移并上升，在挡禾板的作用下，向垂直于摘辊轴线方向旋转，并被抛向后方。果穗在两摘辊的碾拉下被摘掉而落入下方。为了使摘辊对茎秆有较强的抓取能力，其间隙较卧辊为小，为2－8mm。间隙大小可借助移动上下轴承的位置进行调节。立式摘辊的主要特点是：摘穗中对茎秆的压缩程度较大，果穗的苞叶被剥掉较多，在一般条件下，

工作性能较好，但在茎秆粗大、大小不一致、含水量较多的情况下，茎秆易被拉断而造成摘辊堵塞。为了改善立式摘辊的性能，我国在研制4YL－2玉米联合收获机时，采用了组合式立式摘辊（图12－9），即前辊采用表面具有钩状螺纹的辊型，主要起摘穗作用；后辊采用六棱形（成大花瓣形）拉茎辊，有较强的拉引作用。试验证明，该组合式摘辊性能较好，果穗损失率较低，工作可靠性较大；但机构较复杂，功耗较大。

（三）横卧式摘辊

在自走式玉米联合收获机上有的采用横卧式摘辊。其构造与工作过程如图（12－10）所示。

•摘穗器由一对横式卧辊、喂入轮、喂入辊等组成。工作时，被割倒的玉米经输送器送至喂入轮和喂入辊的间隙中，继而向摘穗轮喂送。该摘穗辊在回转中将茎秆由梢部拉入间隙并抛向后方，果穗被挤落于前方。

•试验证明：横式摘辊由梢部抓取茎秆，抓取能力较强，果穗被咬伤率也较大，摘辊易堵塞，但在收获青饲玉米时性能较好，且结构较简单、功耗较小。国外有的青饲玉米联合收获机采用了此种机构（如俄罗斯CK－2.6）。

（四）纵向板式摘穗器

主要用于玉米割台上，由一对纵向斜置式拉茎辊和两个摘穗板组成。其特点是：工作可靠，果穗咬伤率小，籽粒破碎率低；但果穗上带有的苞叶较多，被垃断的短茎秆也较多。

•拉茎辊： 一般由前后两段组成。前段为带螺纹的锥体，主要起引导和辅助喂入作用。后段为拉茎段，其断面形状有四叶轮形、四棱形、六棱形等几种（图12－11）。

•其性能大致相同。拉茎辊的工作长度在各机型上差别较大，为480－1100mm，多数为600－800mm；其直径为80－102mm；转速为850－1022r/min。拉茎辊的水平倾角与卧式摘辊相近，为25°～35 ° ，拉茎辊的间隙可调，为20－30mm。

2．摘穗板

•位于拉茎辊的上方，工作宽度与拉茎辊工作长度相同。为了减少对果穗的挤伤，常将摘穗板的边缘制成圆弧形。摘穗板的间隙可调，入口为22－35mm，出口为28－40mm，具体尺寸根据果穗直径大小在使用中选定。一般情况下可取中值。

二、摘穗器的工作原理和参数分析

•现有摘穗器多为摘辊式。按茎秆喂入摘辊的方向不同，摘辊有径向喂入式和轴向喂入式两种。现对其工作的基本条件、工作过程和参数选择等叙述如下

（一）摘辊工作的分析及其直径的确定（图12－12）

1．摘辊工作的基本条件

（1）能抓取茎秆 设两摘辊为圆柱形断面，当茎秆在喂入机构的作用下与摘辊接触时，则摘辊对茎秆端部便产生支反力N和抓取力T，摘辊能抓取茎秆的条件是

•Tx＞Nx

•即 Tcosα>Nsinα

•而 T＝Nμj

•式中 μj——摘辊对茎秆的抓取系数；

•α——对茎秆的起始抓取角。

•代入上式得

• Nμjcosα>Nsinα

•简化得 μj＞tgα

•即摘辊对茎秆的起始抓取角α的正切值应小于抓取系数μj。

需知：抓取角α在茎秆进入摘辊间隙后则变小，为摘辊对茎秆挤压的合力方向角α0，而α0＜α。因此其抓取能力增强。轴向喂入式摘辊（纵卧式摘辊），则具有此有利条件。当其前方螺旋锥体将茎秆引入摘辊间隙后，摘辊的抓取能力已增强，因而工作较可靠。

（2）不抓取果穗 当茎秆在摘辊间隙中被向后拉引而穗与摘辊相遇时，摘辊对果穗端部便产生支反力Ng和抓取力Tg。为了使果穗不被抓取，必须满足下述条件（图12－13），

图12-13 挤落果穗条件

•即 Ngsinαg>Tgcosαg

•式中 Tg＝Ngμg;

• μg－摘辊对果穗的抓取系数。

•代入上式得 Ngsinαg>Ngμgcosαg

•简化得 tgαg>μg

•即摘辊对果穗的起始抓取角αg的正切值应大于果穗的抓取系数μg。

•摘辊对茎秆和果穗的抓取系数μj及μg，因摘辊的材料和表面形状不同而异。一般为了增加摘辊对茎秆的抓取能力以提高工作可靠性，常将摘辊制成凸凹不平的花瓣形（3－6花瓣）或带有螺旋肋的断面。其抓取系数为

μj≈μg＝（1.6～2.3）f＝0.7～1.1

•式中 f¡ª¡ª摘辊对茎秆的摩擦系数，铸铁f＝0.4～0.5。

•（3）碾拉断果穗 摘辊在工作中不断向后方拉引茎秆，而果穗被挡在摘辊间隙之外。当拉引茎秆的力大于茎秆前进阻力和果穗摘断力时，则果穗被碾拉断，落在摘辊的前方。

满足此条件的受力分析如图12－14。

•设摘辊对茎秆的水平拉引力为Tjx，茎秆进入摘辊的阻力为Njx，碾拉断果穗需的力为Rg，则碾拉断果穗的条件为

α0¡ª¡ª摘辊对茎秆的平均抓取角；

μj¡ª¡ª摘辊对茎秆的抓取系数；

Rg¡ª¡ª碾拉断果穗的拉断力，Rg＝385－527N（前者为果穗从穗柄上的拉断力，后者为果穗连同穗柄从茎秆上的拉断力）

Njy¡ª¡ª摘辊对茎秆的垂直挤压力，与茎秆压缩率成正比，与摘辊间隙h的选择有关。

为了满足碾拉断果穗的上述条件，一般摘辊间隙为h＝（0.3－0.5d）。式中d为茎秆直径，h为摘辊间隙。

2．摘辊直径的确定

摘辊直径系根据摘辊能抓取茎秆而不抓取果穗两条件而确定。

从满足抓取茎秆条件中，可看出下列尺寸关系

简化得

•式中 D¡ª¡ª摘辊直径；

d¡ª¡ª茎秆直径；

h¡ª¡ª摘辊间隙；

୦¡ª摘辊茎秆的起始抓取角。

•由上式可看出：当摘辊直径D与间隙h增大时，茎秆的起始抓取角α变小，对茎秆抓取有利；反之，则对抓取茎秆不利。

•摘辊直径可从以下推导中得出

（二）茎秆在摘辊中的运动分析和摘辊长度的确定

•摘辊工作长度（摘穗段长度）系根据茎秆在摘穗过程中的运动要求而确定。现按茎秆向摘辊的喂入方向不同，分别讨论如下：

1、茎秆在纵卧式摘辊中的运动及摘辊长度的确定

•纵卧式摘辊在工作中由前部的螺旋锥体将茎秆引到摘穗段，此后由于摘辊间隙变小而且越来越小，茎秆受碾拉开始按摘辊的运动规律运动（图12－16）。

•摘辊的圆周速度v，可分解为使茎秆沿轴向移动的相对分速度v1和使茎秆向下拉伸的

相对分速度v2。其值为

v1＝vtgβ

若不考虑摘辊表面形状对速度的影响，令茎秆沿轴向移过L段的时间与茎秆被拉伸Lg段的时间相等，则可推得摘辊工作段的最小长度L。

2．茎秆在立式摘辊中的运动及摘辊长度分析

•当茎秆被喂入链从根部喂入摘穗辊后，迅速由摘辊的下段过渡到摘辊的上段，此后茎秆按上段的运动规律运动

•摘辊的圆周速度可分解为摘辊的轴向移动速度v1茎秆的拉伸速度v2，即

v1＝vctgβ0

v2＝vcscβ0

•式中 v—摘辊圆周速度；

•β0—由于挡禾板的作用，茎秆在上段始端A位置时的倾角（茎秆与摘辊轴线的夹角）。

•需知β0是一变值。当茎秆向上移动到摘辊末端B时，β0＝π/2。因v1及v2的平均值可由下式推得

若令茎秆由A移动到B的时间（t）与茎秆由A点拉伸到C点的时间相等，则可得摘辊的最小工作长度L0

举例计算：如4YW－2型玉米联合收获机的β0＝42（°设计时已确定），如取Lg＝0.6m，则

（三）摘辊速度的选择

摘辊圆周速度是影响摘穗器性能的重要因素之一，其大小应根据摘穗质量和生产率要求而确定。现按摘辊配置不同分别讨论。

1、纵卧式摘辊的速度选择（图12－18）试验指出：纵卧式摘辊在摘穗中，茎秆处于

直立或少许向后倾斜时，摘穗损失最小。建议采用下述数据范围： K——比例系数

vm——机器前进速度；

v——摘辊圆周速度

β——摘辊倾角

•机器前进速度vm及摘辊圆周速度v分别与摘穗损失和生产率有着直接关系，其变化曲线如图12－19所示。

•即当机器前进速度增加时，摘辊速度应相应增加，而摘辊速度与摘辊损失为一曲线关系。当摘辊速度过大时，由于摘辊对果穗的冲击力加大而落粒损失增大；但如摘辊速度过低时，由于摘穗中果穗与摘辊接触时间较长也增加了咬伤果穗和剥落籽粒的机率。为此考虑两者关系，建议在机器作业速度为6－8km/h，取摘辊圆周速度为3－4m/s时作业。

2、立式摘辊的速度选择 立式摘辊的工作长度较小，生产率受到限制，且果穗被摘掉后能迅速脱离摘辊，而不易咬伤。为了提高生产率，一般取其圆周速度较卧辊稍高，为4－5.5m/s。

3、拉茎辊的速度选择 在纵向倾斜摘穗板的下方设有拉茎辊，其长度较卧式摘辊为短。为了提高该辊生产率以适应联合收获机作业速度的要求，取拉茎辊的速度较大，为4.5-5.1m/s。

第四节 剥皮装置和茎秆粉碎装置

一、剥皮装置

（一）剥皮装置的构造和工作过程

•现有机器上的剥皮装置多为辊式。它由若干对相对向里侧回转的剥皮辊和压送器等组成（图12－20）。

•剥皮辊是该机构的主要的工作部件，其轴线与水平成100－120倾角，以利于果穗沿轴向下滑。每对剥皮辊的轴心高度不等，呈V形或槽形配置。V形配置的结构较简单，但

果穗容易向一侧流动（因上层剥皮辊的回转方向相同），一般多用在辊数不多的小型机器上。槽形配置的果穗横向分布较均匀，性能较好，目前采用较多。在剥皮辊的下端设有深槽形的强制段，可将滑到剥辊末端的散落苞叶和杂草等从间隙中拉出以防堵塞

•在剥皮辊的上方，设有压送器，使果穗对剥辊稳定地接触而避免跳动。压送器有键式、叶轮式和带式等几种。目前胶板叶轮式压送器应用较多。

•剥皮装置工作时，压送器缓慢地回转（或移动），使果穗沿剥皮辊表面徐徐下滑。由于每对剥辊对果穗的切向抓取力不同（上辊较小，下辊较大）果穗便回转。果穗在旋转和滑行中不断受到剥皮辊的抓取，将苞皮或苞叶撕开，并从剥辊的间隙中拉出。

•为了增加剥皮辊对苞叶的抓取能力，上置的剥皮辊一般为胶制，表面具有凸棱，其抓取能力较强；下置的剥皮辊为铸铁制，表面具有螺旋形槽纹，并带有可拆卸的凸钉，既有利于果穗下滑又具有较强的抓取能力。当果穗青湿难以剥掉苞叶时，可加装凸钉以增强剥取作用；当果穗干燥，籽粒容易脱落和破碎时，则由下方向上逐次减少凸钉，以减少落粒和破碎损失

（二）剥皮装置的参数选择

1．剥皮辊直径 根据剥辊不能抓取果穗的条件而确定。在现有机器上，剥辊直径为68－103mm。

2．剥皮辊轴心高度差（图12－21） 根据果穗在两剥辊中的稳定性而确定。

图12-21 剥辊轴心高度差即 α＋γ＜900

•式中 α——果穗轴心到下辊中心连线CB与上、下辊中心连线AB的夹角；

γ——AB与水平线的夹角。

在现有剥辊直径为70－100mm，果穗直径为20－32mm的情况下，一般取α≤40mm。

3．剥皮辊的转速 试验指出：剥皮辊的转速范围为200－400r/min较适宜。转速过高，将影响苞叶剥净率；过低则生产率降低。

4．剥皮辊长度 根据试验资料：剥皮辊以1m左右长为适宜。过长时，剥净率无明显增加，但破碎率增大；过短时，则剥净率降低。现有机器上的剥皮辊长度为800－1100mm

4．剥皮辊长度 根据试验资料：剥皮辊以1m左右长为适宜。过长时，剥净率无明显增加，但破碎率增大；过短时，则剥净率降低。现有机器上的剥皮辊长度为800－1100mm。

5．剥皮辊的生产率 每对剥皮辊的生产率，根据对剥净率的要求不同，差别较大。一般要求剥净率在80％以上时，生产率为400－700kg/h，即0.11-0.2kg/s。在玉米联合收获机上，摘穗辊对数与剥皮辊的对数比为1∶2－1∶3。近来新型机器上，为提高生产率，一般取1∶3比例。

6．功率耗用 根据试验资料（匈牙利）：玉米联合收获机的每行摘穗器所需功率为2.6

－3kW，剥皮机构所需功率为1.8－2.2kW。在玉米割台上每行摘穗器所需功率为5.9－7.4kW。

二、茎秆粉碎装置

•茎秆粉碎装置一般由机架部分、变速箱、压轮部分、悬挂部分、切碎部分、罩壳等组成。目前茎秆粉碎装置按动刀的形式区分有：甩刀式、锤爪式和动定刀组合式等三种机型。

•茎秆粉碎装置在玉米联合收割机上一般有三种安装位置：一是位于收割机后轮后部；一种是位于摘穗辊和前轮之间；还有位于前后两轮之间，用液压方式提升。茎秆粉碎装置通过支撑辊在地面行走。

•图12-22 茎杆切碎器

•图12－22为一茎秆切碎器，其工作过程是：玉米收获机通过动力输出轴经过万向节将动力传至茎秆粉碎装置的变速箱，经过两级加速后带动切碎部分的刀轴高速旋转，均匀分

第五节我国玉米联合收获机发展现状及分析

一、基本情况

建国以来，曾有过两次研制玉米收获机的高潮。第一次是70年代中期，在国家1980年基本实现机械化的号召下，玉米收获是实现农业机械化的重要环节。1975年，黑龙江省

赵光机械厂与中国农机院合作，在引进法国的单行、双行牵引式式玉米收获机的基础上，设计、生产了牵引式2行4YⅡ－2型玉米联合收获机，经过20多年的发展，已形成了丰收－2卧系列，包括4YⅡ－2A、2B、2C、2D、2E、2F和2G等7个品种。全国保有量已达4000多台，是目前使用最广泛的一种玉米收获机产品，技术成熟，质量基本可靠，现已批量生产。第二次是80年代初兴起的。由于农村经济体制改革，以及小麦联合收割发展的带动，推动了市场对玉米联合收获机的需求，开始出现多种结构型式、不同功率等级的玉米联合收获机。1992年北京市农机局从前苏联赫尔松联合收获机制造厂引进了自走式6行KCKY－6型玉米联合收获机，后来又开发3、4行自走式玉米收获机。

•到1998年为止，我国从事玉米联合收获机的研制和生产的单位有30多家，已开发研制出样机或小批量生产的有30多个产品。

•从玉米收获机型来看，有自走式、背负式（前悬挂或侧悬挂）、牵引式3种。配套动力包括小四轮、中型轮式拖拉机和东方红－75、802履带式拖拉机。收获行数分别为单行、2行、3行及4行。单行机一般与小四轮拖拉机配套，能完成摘穗、输送装箱和秸秆粉碎还田等项功能。2行、3行及4行玉米收获机，目前国内研制生产的具体情况见表。多行玉米收获机大都能完成摘穗、输送、集穗装箱和秸秆粉碎，有的还有玉米穗剥皮功能。

•除黑龙江省赵光机械厂生产的丰收－2卧系列玉米收获机及少量企业的产品批量生产外，小型单行玉米联合收获机的技术已基本成熟，现已有一些企业小批量生产。多行玉米联合收获机（自走式或背负式）除个别在小批量试生产外，大多处在研制和试验阶段。表12－6中列出了我国玉米联合收获机研制、生产的主要机型及简要情况，可供参考。

二、对现有机型的分析

•（一）单行玉米联合收获机

•目前国内所有的单行玉米联合收获机都与8.8－13.2kW的各种小四轮拖拉机配套，有前悬挂和侧悬挂两种；配套动力保有量大，使用广泛，价格便宜。前悬挂式，收获时不需要人工开道；侧悬挂式，需要人工开道，否则，只能压行收获。这类收获机的缺点是生产率低，不适应垄作，往复收获次数多，压实土壤严重。

（二）多行玉米联合收获机

•分为自走式、牵引式、背负式和专用割台4种。收获行数为2、3、4行，甚至6、8、10行等，具有摘穗、剥皮、送、集、脱粒，茎秆粉碎还田（回收）等一系列功能。但自走式玉米收获机价格昂贵，利用率低；背负式在结构布置上有一定困难。前悬挂时，驾驶员不易看清割台；一般拖拉机前端无动力输出轴，要求输送箱倾角不大于170，前端重量分配过重等。因此，也出现轮式拖拉机后悬挂割台、倒开的布置型式，总体布置上有一定的优点。

•国内玉米播种机有2行、3行、4行、6行、8行、10行、12行等多种型式，行距有60、70、30／60cm宽窄行等多种型式，而玉米联合收获机的行距大都是固定的，有60cm或70cm，与机播的玉米行距难以匹配而无法正常作业。

•多行牵引式玉米联合收获机作业前，需人工收割开道，人工收割地头、地边，作业时10个车轮压实土壤，严重影响耕作质量，与垄距匹配性差，易推倒或侧向压倒茎秆，对倒

伏的适应性差（不利于粉碎还田）。对倒伏的玉米应“戗茬”收获，即扶起玉米茎秆后，摘穗收获。

•国外大多采用谷物联合收获机上配置玉米联合收获机的专用割台（拆下谷物收割台），配置剥皮装置和专用玉米脱粒装置，但我国玉米收获时，玉米粒含水量大，脱粒易破损（这与玉米品种有关），如果烘干装置跟不上，易发生霉变、腐烂，因此，一般农村不受欢迎。

三、发展前景

•我国玉米主要种植地区在黑龙江（270万hm2）、吉林（40万hm2）、辽宁（67万hm2）、北京市、河北、山东、河南、内蒙古、西北等地。收获机械化程度低是影响各省市农业综合机械化程度提高的重要因素，基本实现农业机械化的目标，关键是推动收获机械化，对上述省市地区，关键是提高玉米收获机械化的程度。玉米收获机是未来几年内重要的市场热点产品。河南省武警总队农场的全部玉米地，依靠黑龙江赵光机械厂生产的一台牵引式4YW－2卧和一台4YZ－4型自走式玉米收获机，全部实现了玉米机械化收获。

•但我国的玉米收获机目前还处于小批量生产阶段，市场还不成熟，主要原因是自走式和背负式玉米收获机的产品技术还不够成熟，每年的利用率较低等，有的产品质量还不够稳定，还在进行地区适应性试验研究阶段，玉米收获机全面推向市场还尚等时日。但近年来，4YZ－4玉米收获机、4Y－3自走式玉米联合收获机、前悬挂2行玉米收获机等，都获得市场的好评，也带动了配套拖拉机主机的销售。