谷物联合收割机对山区耕地条件的适应性研究

我国人口众多，人地矛盾突出，农民依山垦田，尤其是改革开放后，随着我国农田建设装备技术的发展及对水土保持的重视，梯田建设稳步推进，梯田耕作成为丘陵山区保收的重要农业生产模式[1]。然而，由于地形崎岖，丘陵山区机耕道的建设成本远大于平原地区，因此丘陵山区的机耕道建设严重滞后，农机具的田间转移十分困难[2]。在农业劳动力大量转移的背景下，人工作业成本居高不下，机械化作业成为农民的必然选择，但在条件恶劣的丘陵山区，机具在田间强行转移已经成为农机手生命财产安全的最大威胁[3]。因此，本研究以谷物联合收割机为对象，通过分析其田间转移时的受力情况，探析它在梯田区安全转移的规律，为山区农业装备技术的研发与推广提供了借鉴。

1 研究对象

为探析农机具在山区进行田间转移时不同宽度、高差的

耕地适合多大重量及尺寸的机具实现安全转移，选择谷物联合收割机作为研究对象，按照全喂入收割机的喂入量及半喂入收割机的收割行数，分别将联合收割机划分成如表1所示的类别。

表1 联合收割机分类机具种类全喂入履带式(kg/s)半喂入履带式(行数)大型喂入量≥2.8≥4中型1.8≤喂入量<2.83小型0.8≤喂入量<1.82微型喂入量<0.8—

由于大型全喂入联合收割机体积、重量过于庞大，无法在丘陵山区使用，因此本研究仅从中型、小型、微型全喂入联合收割机与大型、中型、小型半喂入联合收割机中分析1个典型机型，各机型主要技术参数见表2。

表2 典型联合收割机的技术参数机型重量(kg)整机长×宽×高(mm×mm×mm)12 h标定功率(kW)履带规格(宽×节距×节数)4LZ-2.5全喂入3 4405 050×3 050×2 .5400 mm×90 mm×全喂入1 9504 700×2 690×2 .4350 mm×90 mm×全喂入6802 800×1 700×1 mm×90 mm×34 4LBZ-150半喂入2 4504 210×1 910×2 .0400 mm×90 mm×454LBZ-105半喂入9803 240×1 590×1 .6360 mm×90 mm×404LBZG-77B半喂入9002 695×1 540×1 .3400 mm×90 mm×39

2 建立力学模型

2.1 谷物联合收割机受力分析

由于谷物联合收割机外形尺寸及整机重量大，因而在实际生产过程中，在高差较大的梯田间转移时，机手一般通过搭桥或挖田造坡等方式给不同大小的机具制造不同坡度，以减小收割机转移难度。搭桥或挖田造坡都会占用一定的田面空间，使机具上坡的空间变小，而联合收割机的外形尺寸大小要求必须留有一定宽度的田面空间。因此，本试验通过建立机具田间转移的力学模型，计算各典型联合收割机适应的最大坡度，确定不同宽度与田间高差的耕地所适用的机型。

为确保联合收割机田间转移过程的安全，机具的履带必须与桥面始终保持完全接触，其受力情况如图1，临界状态时履带前接触点的支反载荷为0，其余点为ax。据此，建立机具的力学模型如下：

式(1)与式(2)中的l为履带接地长度，约为履带总长的1/3；式(4)中N为收割机受到桥的总支反力，μ为履带与桥的摩擦系数，而履带与桥的材料分别为橡胶与钢材，故μ为0.75。

2.2 联合收割机的适用坡度与田块宽度计算

力矩M可由下式表示：

式中：P为发动机的标定功率(kW)；n为驱动轮旋转速度，为10 r/min；ε为传动效率(包括除行走装置外的机构空转动力损失)，取50%。

将表2中的参数代入上述式子，然后联立计算，可得到不同收割机的适用坡度(表3)。

表3 典型联合收割机适用的坡度与田块宽度机型适用坡度α田块宽度B(m)4LZ-2.5全喂入履带式≤22.5°5.1+全喂入履带式≤21.8°4.7+全喂入履带式≤15.7°2.8+半喂入≤18.6°4.2+3A4LBZ-120半喂入≤22.6°3.2+半喂入≤22.4°2.7+2.4A

机具能否顺利完成田间转移取决于田块的宽度，当田间高差为A、田块宽度B时，两者应有以下关系：

式中：L为机具总长(m)；α为机具适用的最大坡度。据此可求得各典型联合收割机适用田块宽度范围(表3)。

3 结果与讨论

3.1 机具与耕地的匹配制度

根据上述分析可制定出不同耕地条件下联合收割机的适用规律：(1)在有机耕道或田间高差小于0.5 m的条件下，田块宽度大于6.5 m时，履带式联合收割机都适用；田块宽度为4.5～6.5 m时，可选择微型全喂入联合收割机或中小型半喂入联合收割机。(2)在田间高差位于0.5～1 m的条件下，耕地宽度大于7.5 m时，所有履带式联合收割机都可选择；田块宽度为6.6～7.5 m时，可选择小型、微型全喂入收割机或半喂入联合收割机；田块宽度为5.5～6.5 m时，仅可选择中型、小型半喂入联合收割机。(3)在田间高差位于1～1.5 m的条件下，耕地宽度大于9 m时，所有履带式联合收割机都可选择；田块宽度为7～9 m时，仅可选择中小型半喂入联合收割机。(4)田间高差大于1.5 m的条件下，不适合选择自走式的收割机，可选择效率较低的背负式收割机。

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/0426/505.html