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剥皮去壳机械的发展现状

  剥皮去壳机械的发展现状_农学_农林牧渔_专业资料。玉米剥皮机械的发展概况 11 机化 2 梁志伟 0 [摘要] 本文主要阐述玉米剥皮机械的发展现状和现存的一些问题, 并根据现状终结提出相应的解决方案。 文中还列举了几个比

  玉米剥皮机械的发展概况 11 机化 2 梁志伟 0 [摘要] 本文主要阐述玉米剥皮机械的发展现状和现存的一些问题, 并根据现状终结提出相应的解决方案。 文中还列举了几个比较典型的 玉米剥皮机械。 [关键词] 玉米 剥皮机械 现状 引言 玉米是中国三大主要粮食作物之一,常年种植面积保持在 2400 多万 hm2,年 总产量 12000 多万吨。随着科学技术进步,玉米已成为食品、化工、饲料、能源 等领域的重要原料,其综合利用价值不断提高。但是,中国玉米种植带纵跨寒温 带、暖温带、亚热带和热带生态区,分布在高原、丘陵、平原等不同地理环境, 辽阔的地域、多样的地貌与气候,导致各地玉米种植模式不同,极大地增加了玉 米收获机械化的难度。与小麦机收水平 87.8%,水稻机收水平 60% 相比,玉米机 收水平仅为 33%,迫切需要技术革新,以突破玉米收获机械化的瓶颈推进玉米产 业的发展。[郝付平,陈志,2007] 其中玉米剥皮机构是玉米联合收获机的关键部件之一,国内外对玉米剥皮机 构进行了大量的试验研究。 我国从20世纪60年代起开始研制玉米剥皮装置,但所 生产的玉米联合收获机剥皮装置的结构形式、剥皮辊型、运动参数等设定不一、 互换性差,缺乏理论的设计依据,破碎率高,剥净率低,难于实现玉米联合收获 机的标准化生产。研究设计与玉米联合收获机配套的玉米剥皮机具有广泛的市 场,较好的实用性和经济性,而且对玉米全程机械化发展具有重要的现实意义。 一、 玉米剥皮机的发展现状 1.1、国外玉米剥皮机发展概况 世界上发达国家早已实现了玉米收获机械化,美国从1936年开始推广机械化 收获玉米以来,有九大公司生产42种型号的玉米摘穗、剥皮联合收割机。60年代 大力发展谷物联合收割机的玉米割台在田间直接收获玉米粒。因此,没有专用玉 米剥皮。原苏联从50年代开始生产玉米收获机,机型以摘穗、剥皮、清选玉米果 穗为主。乌克兰的赫尔松收获机厂生产的KCKY-6系列玉米联合收割机仅1988~ 1998年的十年间共销售1.4万台。该机一次完成果穗摘取、剥皮、清选、装车和 秸杆粉碎及抛选至拖车作业。近年来该厂还研制了CN-4型专用玉米剥皮机,但没 有正式投产。 法国和东欧国家,也以摘穗剥皮玉米收割机为主。以上各国玉米收割机的剥 皮装置大都沿用传统型铸铁螺旋钉齿和花瓣橡胶组成一对使用,其结构复杂,价 格高,籽粒破碎率和落粒率均高。只有意大利的种子玉米剥皮机,采用了全橡胶 花瓣辊。但成对辊子均为花瓣型,无螺旋线,又无压制,剥皮过程中,果穗不转 动,因此苞叶剥净率低,落粒率多,生产率低。国外玉米剥皮机辊型不符合我国 国情,我国农户难以接受,不适于在我国推广使用。 综上所述,目前国外多采用联合收割机具作业收获玉米,单独果穗剥皮作业 应用不多,机具也不理想。[王晶,2007] 1.2、国内玉米剥皮机发展概况 中国玉米有一熟、两熟等种植农艺,种植行距不统一,收获时籽粒含水率较 高, 各产区对玉米收获的要求不同,发达国家的玉米收获工艺及装备只能适用于 中国部分地区玉米的收获。20世纪60年代初,中国开始进行玉米联合收获技术与 装备研发,1967年中国农机院研制了YS-3型牵引式玉米收获机,可进行摘穗、果 穗集箱联合作业; 1979年中国农机院与黑龙江省农机所、赵光机械厂联合研制了 4YL-2型和4YW-2型牵引式玉米收获机,是我国玉米收获机最早的定型产品; 1988 年中国农机院与北京市、黑龙江省合作引进苏联可进行摘穗、果穗剥皮、青贮联 合作业的KCKY-6型玉米联合收获机,能基本适应北方地区的农艺要求,但由于价 格昂贵未能大面积推广;1991~1999年中国农机院与北京、新疆、四平和佳木斯联 合收割机厂合作开发了4YZ-3型和4YZ-4型自走式玉米收获机, 为中国玉米收获机 械的发展提供基础机型。 近年,随着国民经济的发展,农村劳动力转移和用工成本增加,玉米收获机 械化需求的日趋迫切和国家扶持力度的加大, 从事玉米联合收获机械研发与生产 单位已有上百家, 生产的机型涵盖摘穗——剥皮——果穗收集——茎秆粉碎还田 ( 或切碎回收) 、 摘穗——果穗收集——茎秆粉碎还田( 或切碎回收) 、摘穗— —果穗脱粒——籽粒收集——茎秆粉碎还(或切碎回收)等多种收获工艺,截至 2011年,玉米收获机保有量已达到18.9万台,当年新增玉米收获机6.1万台。[陈 志,郝付平,王锋德,等,2012] 1.3、目前普遍存在问题 虽然目前市场上型号众多,但普遍存在以下问题:①适应性及适用性不好。 产品结构多为仿制国外产品, 而国外产品使用条件与国内存在较大差异,缺乏在 借鉴吸收基础上的自主再创新, 所以产品适应性和适用性不好。②作业效果不理 想。剥皮装置中压辊与剥离辊之间的角度、间隙,两剥离辊间的距离都影响着玉 米剥皮机的剥净率和破碎率,尤其是压辊与剥离辊的间隙调整困难; 另外制造、 装配工艺水平低,匹配不合理,造成苞叶剥净率低,子粒损失率较高,加上维修 保养不方便, 用户满意度差造成推广不理想。 ③可靠性差。 玉米剥皮机主要部件, 如形状不同的压辊和剥离辊普遍存在寿命短的问题,最短的剥皮不到10t玉米, 该部件就损坏了。 ④配套通用性欠佳。 玉米剥皮机设计理念尚停留在 “专机专用” , [ 加上我国玉米收获机品种、型号和规格较多,所以与收获机配装通用性欠佳。 赵 菁,2005] 二、 玉米收割剥皮技术与装置 玉米剥皮机构的工作原理是玉米果穗喂入到与水平呈一定倾角并相向旋转 的剥皮辊与压送轮叶片之间时, 果穗在压送轮叶片及重力作用下沿剥皮辊表面运 动,由于两剥皮辊间存在高度差且材质不同,所以对果穗苞叶的摩擦力也不同, 进而导致果穗沿轴线自转, 在旋转和滑动中果穗苞叶被破碎,然后由对辊将苞叶 拉掉并排出剥皮机构, 剥净的果穗沿剥皮辊向下滑行并被送出机外,从而完成全 部剥皮过程。 由剥皮机工作原理可知,改进剥皮辊的结构和材料及优化剥皮机构 运动参数可增强装置对苞叶的剔除能力,提高剥皮质量和减少籽粒损失。 果穗剥皮是玉米收获中的重要环节。 收获期遇阴雨天, 若不能剥除玉米苞叶, 玉米籽粒容易发霉。玉米收获时,果穗成熟度、苞叶紧实度、含水率等生理特性 各不相同, 往往不能兼顾剥净率与啃穗率, 果穗剥皮是目前尚未解决的技术难题。 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。 [ 陈志,韩增德,郝付平,等,2007] 摩擦力增大,果穗剥净率增高,啃穗掉粒现象也 随之严重; 反之,啃穗掉粒少,但果穗剥净率降低。 剥皮装置主要由若干对相向回转的剥皮辊和压送器组成, 剥皮辊轴线°倾角,以利于果穗沿轴向下滑。压送轮的作用是将玉米果穗压向 剥皮辊表面, 以增加玉米果穗与剥皮辊之间的摩擦力,使剥皮辊顺利地抓取玉米 苞叶。[徐丽明,王应彪,张东兴,等,2011]压送器设置在剥皮辊的上方,工作时压 送器将玉米果穗压向剥皮辊并向后推送,旋转的剥皮辊将玉米果穗苞叶撕开,并 从剥辊的间隙中拉出。 剥皮辊布置方式有高低辊式和平辊式两种,高低辊式剥皮 装置由几对轴心高度不等的剥皮辊组成,呈V形或槽形布置,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),槽形配置果穗横向 分布较均匀, 性能较好。 高低辊式剥皮辊作业时由于每对剥皮辊对果穗的摩擦力 大小不同(上辊较小,下辊较大),果穗产生回转,剥净率较高,但啃穗严重。平 辊式剥皮装置剥皮辊轴心处在同一平面内, 降低了啃穗, 但也降低了果穗剥净率, 该种布置形式结构简单,成本低。 技术路线中的技术关键点是剥皮机的剥皮装置以及直接影响剥净率的主要参 数。为保证剥净苞叶,剥皮辊应有足够的长度,但过长会引起子粒脱落和破碎, 剥皮辊的直径应不使最小直径的果穗受挤压和被抓取为准。 另外,剥皮辊与苞叶 间的摩擦力必须大于苞叶与穗辊间的联接力,为了使苞叶剥净,在玉米穗沿剥皮 辊下滑的同时, 自身应能转动。橡胶压送辊对改善果穗剥皮质量和提高剥皮装置 生产率极为关键。[张亚伟,钱俊,2008]为保证玉米在剥皮的过程中受切向力的挤 压而导致的弹出, 在剥皮辊上方设有压送器,使果穗对剥辊稳定地接触而避免跳 动,同时增大摩擦,提高效率。[乔庆勇,张锋,2013] 三、 玉米剥皮机发展的探讨 3.1、发展中小型自走式玉米联合收割机 随着国民经济的发展,农业向产业化,集约化,订单农业方向发展是必然走 势, 玉米种植管理也会越来越走向大面积集中管理,采用玉米联合收割机一次性 完成收割、摘穗、剥皮、果穗清理、茎秆还田作业,提高效率,减少损失,是玉 米收获机械化发展的有效途径之一,从长远观点看,这也是将来玉米收获发展的 必然途径。 现在我国不少地方研制的与12~18马力拖拉机配套的单行玉米联合收 获机,功率小,配置玉米剥皮装置功率不足。 较大型的4行玉米联合收割机价格贵, 局限性较大,在相当一段时间内还不能适应我国农村目前的经营规模。发展20~ 50kW自走式2~3行的中、小型玉米收割机是可行的。 3.2大力发展场上用中、小型玉米剥皮专用机 近期内解决及时完成果穗剥皮作业的方法是:人工摘穗后,在场上用专用玉 米剥皮机集中完成剥皮作业。 此种方法即可大幅度提高工作效率,又能大量减少 购置机具的一次性投资, 农户不必每家每户都购买玉米剥皮机,可使用农机专业 户的玉米剥皮机集中剥皮作业,设备利用率大大提高。 农民不用一次性购买机具, 只花一部分加工费, 农机专业户也可获得可观的经济收入。此方法特别适合我国 国情,是短期内解决机械收获玉米的好方法。 也是近期玉米收获机械发展的主流。 [ 张喜瑞,董佑福,2006] 3.3发展割台剥皮一体化 剥皮本身关系面多,两套动力传送复杂,露天摩擦多,并且占用体积庞大, 保养复杂,如果专门设置机车,长度要增加,自重也随着增加,另外专门的机构 设置要求安全保护也得加强, 制造成本的增加必将导致价格的上升,割台剥皮一 体化则解决了这些问题,具有如下优点①缩短机体;②减少质量;③减少故障; ④减少易损件设置;⑤减去动力复杂输送;⑥简化机型;⑦节约部分动力;⑧方 便操作;⑨降低成本;⑩开创又一发展途径。[辛菲,2013] 四、 目前国内玉米剥皮机具存在的问题的解决方法 4.1针对我国农村经济总体水平不高 农民人均收入仍较低的状况,研制开发玉米联合收获机时,应注重采用先进 技术与降低成本相结合,开发适合中国国情的低价格玉米联合收获机械。 4.2在研发中,要充分考虑农村的经营体制、生产规模、种植制度情况 从目前情况看,不对行全幅玉米联合收获机械市场最好。应以此机型为重点, 加大研发力度, 充分利用现有50~60马力动力拖拉机作为主要配套动力,在保证 一次可完成摘穗、输送、网赌庄家自述追杀,集穗等功能的同时,兼顾特殊群体对玉米秸秆的不同需 求,进一步完善秸秆回收利用机械化技术,从而促进农业产业结构调整。 4.3利用现有的自走式小麦联合收割机,将割台换装玉米收获割台,既 可收获小麦也可收获玉米 本着互换容易、作业时互不影响的原则,将动力系统、行走驾驶系统及部分 动力系统共用。这样做可以提高收获机的利用率,缩短投资回收期,市场前景极 为广阔。 4.4在保证玉米实现机械化收获前提下,充分利用配套动力,研制与收获机械相 配套的播种作业机具,同时可实现玉米收获、秸杆还田和播种作业,减少机具入 地次数,提高使用效率,从而达到最大限度降低农业生产成本的目的。 结语 中国玉米种植和利用方式的多样性, 决定了收获模式以及收获机械化技术装备的多样性 和复杂性。其中剥皮技术又是收获机械中的关键技术,因此,国家在政策、资金和组织上应 予以重点支持,加大研发力度。同时,引入市场准入机制,保障产品性能和质量,增强示范 引导和推广力度,加快玉米收获机械化进程。 参考文献 [1] 郝付平,陈志. 国内外玉米收获机械研究现状及思考. 农机化研究. 2007(10): 206-208. [2] 王晶. 我国玉米剥皮机械化及机具的概况与发展方向探讨. 农业与技术. 2007(06): 101-104. [3] 陈志,郝付平,王锋德,等. 中国玉米收获技术与装备发展研究. 农业机械学报. 2012(12): 44-50. [4] 赵菁. 玉米收获机械化现状与发展战略. 科学之友(学术版). 2005(06): 62-63. [5] 陈志,韩增德,郝付平,等 . 玉米联合收获机排杂装置优化设计与试验 . 农业机械学报 . 2007(12): 78-80. [6] 徐丽明, 王应彪, 张东兴, 等. 玉米通用剥皮机构设计与试验. 农业机械学报. 2011(S1): 14-20. [7] 张亚伟,钱俊. 剥皮/去壳设备的现状及发展展望. 木材加工机械. 2008(02): 47-50. [8] 乔庆勇,张锋. 5YPJ型玉米剥皮机设计. 农业工程. 2013(06): 131-133. [9] 张喜瑞,董佑福. 我国玉米收获机械化的现状与发展趋势[C]. 中国山东威海: 2006. [10] 辛菲. 玉米收获机割台剥皮机械一体化改装实例. 农业机械. 2013(25): 153.