基本信息
- 项目名称：
- 短纹杆-板齿脱粒装置关键技术研究与开发
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我国油菜面积和产量均居世界首位，但2008年我国植物油消费量59.6%依赖进口。油菜种植面积不足的主要原因是用工量大、劳动强度高、人工收获损失大。联合收获一次作业可完成切割、脱粒、清选等多道工序、效率高，是油菜收获的必由之路。现有油菜联合收割机多由稻麦联合收割机改装而成，多采用钉齿滚筒脱粒装置，收获油菜时油菜籽粒破损严重，功耗较大，损失率较高，脱出物中杂余含量高。国外发达国家的油菜收割机，为轮式机型，割幅6-10m、自重较大，单价普遍在人民币100万元以上，难以大量引进。 本作品在油菜、水稻等作物物理力学特性研究基础上，率先将短纹杆和板齿脱粒元件复合，设计出了一种新型横轴流脱粒装置，包括短纹杆-板齿滚筒与栅格-冲孔组合凹板。该装置改变板齿的安装位置可同时满足油菜、水稻和小麦的脱粒要求，兼顾了纹杆揉搓脱粒和板齿打进脱粒的优点，同时可实现秸秆粉碎还田。产品田间收获表明，该装置收获油菜时损失率低、功耗小、脱出物分布均匀且杂余量少、适应性好，收油菜脱粒损失率≤6%、破碎率≤1.0%，收水稻脱粒损失率≤1.5%、破碎率≤0.5%，性能指标优于国家同类产品优等品。与广泛使用的钉齿滚筒比，功率消耗降低10-20%，批量生产成本只增加20-30元。 据农业部统计，2008年我国现有联合收割机保有量58.7万台，其中全喂入联合收割机占总量的90%，80%采用钉齿滚筒脱粒装置，若其中50%换成短纹杆-板齿脱粒装置，则需要该装置20万套，以每套0.1万元计算，直接经济效益2亿元。因此市场前景广阔，经济效益显著，具有极大的推广价值。
- 详细介绍：
- 油菜是我国最重要的油料作物之一，面积和产量均居世界首位。2008年我国植物油消费量已达到2985万吨，其中59.6%依赖进口，供需矛盾十分突出。油菜种植面积滑坡的主要原因是油菜生产主要沿用传统的手工劳作方式，用工量大、劳动强度大、劳动力成本高(一亩地用工10～12个左右)、收获损失率大。联合收获一次作业可完成切割、脱粒、清选等多道工序、效率高，是油菜生产的必由之路。 目前，国外发达国家的油菜收获已基本实现机械化，其油菜收割机技术也较成熟。CLAAS、New Holland、Cressoni等公司的油菜联合收割机，技术先进，大量应用机-电-液技术、监测与控制技术、GPS定位导航等技术。液压控制行走机构及工作部件如脱粒滚筒、拨禾轮可无级变速，搅龙、输送部件可实现正反转，并配置侧面割刀、加长割台，专门用于收获油菜等作物，底盘均为轮式机型、割幅6-10m、自重较大，单价普遍在人民币100万元以上。日本洋马公司生产的履带自走全喂入轴流脱粒联合收割机，采用纵向轴流滚筒，作物在脱粒装置内时间长，能充分脱粒分离，但价格也要在60万元左右。由于成本、技术和机具的区域适应性等因素的制约，国外的技术和产品并不适用我国。 我国虽然是油菜种植大国，但是油菜收获的机械化水平较低，很难和国外发达国家相提并论。然而近几年油菜收获机械化问题首先受到了广泛关注，并且有多家科研院所、推广单位及生产企业开发研制出了油菜收获样机，油菜机械化收获技术尚处于刚刚起步阶段。 江苏省镇江市农业机械化研究所等单位研制的4LYZ-2型油菜联合收割机，合理地利用了原有稻麦联合收割机的结构，采用了纵向动力竖切割技术，把待割区和切割区有效分离，优化了机具的作业性能；拨禾轮参数的优化设计使拨禾轮的工作过程更轻柔，有效降低了割台损失；通过合理调节脱粒清选的运动参数，有效降低了脱粒损失率。 现代农装湖州联合收割机有限公司和湖州市农机技术推广站联合研制开发的湖州-200Y型油菜联合收割机，已通过浙江省科技厅组织的省级新产品鉴定。该机在稻麦两用的基础上增加了收割油菜的功能，配套设计了油菜专用割台和专用凹板筛。割台设计采用割刀前移、搅龙直径加大和竖刀分禾装置等结构，较好地解决了普通割台收割油菜时容易堵塞、割台损失大以及脱粒清选损失大等问题。 江苏省无锡市惠山区农机化推广中心对桂林3号联合收割机的割台、脱粒、清选、分离等部分进行了改进设计，并开发研制适合油菜收割的竖式切割分禾装置，解决了油菜生长茂盛、茎秆高、枝节交错切割难的问题。 目前，我国油菜联合收割机的脱粒分离装置主要为钉齿滚筒。钉齿滚筒脱粒时主要靠钉齿正面冲击谷物使其脱粒，工作过程中揉搓作用相对较弱，其特点是对难脱和比较潮湿的作物（如水稻）适应性好，脱油菜时效果较差。 本作品在油菜、水稻等作物物理力学特性研究基础上，率先将短纹杆和板齿脱粒元件复合，设计出了一种新型横轴流脱粒装置，包括短纹杆-板齿滚筒与栅格-冲孔组合凹板。该装置改变板齿的安装位置可同时满足油菜、水稻和小麦的脱粒要求，兼顾了纹杆揉搓脱粒和板齿打进脱粒的优点，同时可实现秸秆粉碎还田。通过台架试验建立了该装置的脱粒分离模型，得出了相关运动结构参数的优化组合，并应用到产品中。田间收获表明，该装置收获油菜时损失率低、功耗小、脱出物分布均匀且杂余量少、适应性好，收油菜脱粒损失率≤6%、破碎率≤1.0%，收水稻脱粒损失率≤1.5%、破碎率≤0.5%，优于国家同类产品优等品的性能。与广泛使用的钉齿滚筒比，功率消耗降低10-20%，批量生产成本只增加20-30元。 据农业部统计，2008年我国现有联合收割机保有量58.7万台，其中全喂入联合收割机占总量的90%，采用钉齿滚筒的全喂入联合收割机约80%，即40万台左右，若其中50%采用短纹杆-板齿脱粒滚筒，则需要短纹杆-板齿脱粒滚筒20万套，按每套短纹杆-板齿脱粒滚筒0.1万元计算，直接经济效益2亿元。每年新增全喂入联合收割机3万台，若80%采用短纹杆-板齿脱粒装置，新增年销售收入2400万元。随着我国联合收割机产品质量的提高和技术的进步，更多产品出口的国外，需求量会更多，因此市场前景广阔，经济效益显著，具有极大的推广价值。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、目的：现有钉齿滚筒脱粒装置收获油菜时，油菜籽破损严重，功耗大，损失率高。本作品目的是研发一种新的脱粒装置解决油菜收获瓶颈，还能收稻麦。 二、基本思路：①研究油菜、水稻的物理力学特性；②研发新型脱粒装置，通过台架试验，获取结构、运动参数优化组合；③将新设计的脱粒装置移植到联合收割机上，进行油菜、水稻田间试验和性能检测。 三、创新点：①短纹杆-板齿脱粒滚筒：首次将短纹杆和板齿两种脱粒元件复合，研发出轴流短纹杆-板齿脱粒滚筒，复合脱粒元件按螺旋方式排列，碎草动刀可实现秸秆粉碎还田，还可兼收稻麦，具有创新性；②栅格-冲孔组合凹板：凹板采用前栅格后冲孔组合结构，增强分离能力，排草口处装有定刀，具有新颖性；③损失率、功耗及脱出物分布模型：建立了脱粒间隙、喂入量和滚筒转速与脱粒损失率、功耗及脱出物轴向分布模型，得到参数优化组合；④钉齿脱粒装置依靠钉齿冲击脱粒，对籽粒损伤大，茎秆破碎明显，功耗高。短纹杆-板齿脱粒装置兼顾了纹杆揉搓脱粒和板齿打击脱粒的优点，性能指标明显优于钉齿。 四、技术关键：①短纹杆-板齿脱粒元件的结构及其在滚筒上的排列方案；②栅格-冲孔组合凹板的结构参数；③脱粒损失率、功耗和脱出物分布模型及结构与运动参数优化组合。 五、主要技术指标：收获油菜脱粒损失率≤6%、破碎率≤1.0%；收获稻麦指标优于国家同类产品优等品；在同等条件下，短纹杆-板齿脱粒装置功耗比钉齿滚筒低10-20%。
科学性、先进性
- 现有油菜联合收割机大多由稻麦联合收割机改装而成，脱粒装置多采用钉齿滚筒，主要依靠钉齿冲击实现脱粒，收获油菜时油菜籽粒破损严重，功耗较大，损失率较高，脱出物中杂余含量高，容易堵塞清选筛孔，使机器无法正常作业，已成为制约油菜机械化生产的主要瓶颈。同时，考虑到我国国情，油菜收获时间较短，用来收获油菜的联合收割机必须能一机多用，经过少量更换或调整还可兼收稻麦，以提高联合收割机的利用率，降低成本，增加机手收入。 短纹杆-板齿脱粒装置兼顾了纹杆揉搓脱粒和板齿打击脱粒两者的优点，收获油菜时损失率低、功耗小、脱出物分布均匀且杂余量少、适应性好，能有效降低清选负荷，提高清选和整机性能。经过简单调整还能兼收稻麦，收获稻麦指标优于国家同类产品优等品，与广泛使用的钉齿滚筒比，同等条件下功耗低10-20%，批量生产成本只增加20-30元。
获奖情况及鉴定结果
- 2008年5月由江苏省农业机械试验鉴定站对采用短纹杆-板齿脱粒装置的联合收割机进行了油菜田间性能检测，详见检测报告。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术入股，提供全套设计图纸及相关的技术文件，同时提供需要的技术支持，包括试制、试验、机手培训等方面。
作品可展示的形式
- 实物、产品，图纸，图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、技术优势：短纹杆-板齿脱粒装置能适应油菜、稻麦的脱粒，与钉齿脱粒装置比，损失率低、籽粒损伤少、功耗低10-20%、适应性好、脱出物分布均匀且杂余量少，批量生产成本只增加20-30元。 二、适应范围：可应用在我国使用最广泛的全喂入式联合收割机中，替代现有脱粒装置。 三、前景：短纹杆-板齿脱粒装置比钉齿脱粒装置具有更好的性能、适应更多的作物和较小的功耗，技术先进，结构简单，可大批量生产，具有广阔的推广前景和应用价值。 四、市场分析：农业部统计，2008年我国联合收割机保有量58.7万台，其中全喂入联合收割机占90%，采用钉齿滚筒的机型约80%，即40万台左右，若其中50%采用短纹杆-板齿脱粒装置，则需要该装置20万套，按每套0.1万元计算，直接经济效益2亿元。此外每年新增全喂入联合收割机3万台，若80%采用短纹杆-板齿脱粒装置，新增年销售收入2400万元。随着我国联合收割机产品质量的提高和技术的进步，更多产品出口的国外，需求量会更多，因此市场前景广阔，经济效益显著。
同类课题研究水平概述
- 目前，国外发达国家的油菜收获已基本实现机械化，技术也较成熟。CLAAS、New Holland等公司的油菜联合收割机，大量应用机-电-液技术、监测与控制技术等技术，配置侧面割刀、加长割台，专门用于收获油菜等作物，底盘均为轮式机型、割幅6-10m、自重较大，单价普遍在人民币100万元以上。由于成本、技术和机具的区域适应性等因素的制约，国外的技术和产品并不适合我国国情。 我国虽然是油菜种植大国，但油菜收获的机械化水平很低，很难和国外发达国家相提并论。近几年油菜收获机械化问题受到了广泛关注，也有多家科研院所、生产企业研制出了油菜收获样机。主要有：镇江农业机械化研究所研制的4LYZ-2型油菜联合收割机，利用原有稻麦联合收割机的结构，采用了纵向动力竖切割技术，把待割区和切割区有效分离，优化了机具的作业性能；拨禾轮参数的优化设计使拨禾轮的工作过程更轻柔，有效降低了割台损失；通过合理调节脱粒清选的运动参数，有效降低了脱粒损失率。湖州联合收割机有限公司和湖州市农机技术推广站联合研制开发的湖州-200Y型油菜联合收割机，在稻麦两用的基础上增加了收割油菜的功能，配套设计了油菜专用割台和专用凹板筛，割台设计采用割刀前移、搅龙直径加大和竖刀分禾装置等结构，较好地解决了普通割台收割油菜时容易堵塞、割台损失大以及脱粒清选损失大等问题。江苏无锡惠山区农机化推广中心对桂林3号联合收割机的割台、脱粒、清选、分离等部分进行了改进设计，并开发研制适合油菜收割的竖式切割分禾装置，解决了油菜生长茂盛、茎秆高、枝节交错切割难的问题。 上述油菜联合收割机的脱粒分离装置均沿用稻麦机型的钉齿滚筒脱粒装置，主要靠钉齿冲击谷物使其脱粒，工作过程中揉搓作用相对较弱，其特点是对难脱和比较潮湿的作物（如水稻）适应性好，收获油菜时油菜籽粒破损严重，功耗较大，损失率较高，脱出物中杂余含量高，容易堵塞清选筛孔，效果较差。 短纹杆-板齿脱粒装置收获油菜时损失率低、功耗小、脱出物分布均匀且杂余量少、适应性好，经过简单调整还能收获水稻和小麦，成本不会增加很多，能有效解决上述矛盾，完全可以替代钉齿滚筒。资料查新表明，但未见有与该项目创新点完全相同或技术指标相当的文献报道，所以该项目在装置设计与性能上具有新颖性和创新性。因此开展短纹杆-板齿脱粒装置关键技术的研究具有重要的理论意义和极大的应用价值。
