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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 短紋桿-板齒脫粒裝置關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 我國(guó)油菜面積和產(chǎn)量均居世界首位，但2008年我國(guó)植物油消費(fèi)量59.6%依賴進(jìn)口。油菜種植面積不足的主要原因是用工量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、人工收獲損失大。聯(lián)合收獲一次作業(yè)可完成切割、脫粒、清選等多道工序、效率高，是油菜收獲的必由之路?，F(xiàn)有油菜聯(lián)合收割機(jī)多由稻麥聯(lián)合收割機(jī)改裝而成，多采用釘齒滾筒脫粒裝置，收獲油菜時(shí)油菜籽粒破損嚴(yán)重，功耗較大，損失率較高，脫出物中雜余含量高。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的油菜收割機(jī)，為輪式機(jī)型，割幅6-10m、自重較大，單價(jià)普遍在人民幣100萬(wàn)元以上，難以大量引進(jìn)。 本作品在油菜、水稻等作物物理力學(xué)特性研究基礎(chǔ)上，率先將短紋桿和板齒脫粒元件復(fù)合，設(shè)計(jì)出了一種新型橫軸流脫粒裝置，包括短紋桿-板齒滾筒與柵格-沖孔組合凹板。該裝置改變板齒的安裝位置可同時(shí)滿足油菜、水稻和小麥的脫粒要求，兼顧了紋桿揉搓脫粒和板齒打進(jìn)脫粒的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)秸稈粉碎還田。產(chǎn)品田間收獲表明，該裝置收獲油菜時(shí)損失率低、功耗小、脫出物分布均勻且雜余量少、適應(yīng)性好，收油菜脫粒損失率≤6%、破碎率≤1.0%，收水稻脫粒損失率≤1.5%、破碎率≤0.5%，性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)家同類產(chǎn)品優(yōu)等品。與廣泛使用的釘齒滾筒比，功率消耗降低10-20%，批量生產(chǎn)成本只增加20-30元。 據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，2008年我國(guó)現(xiàn)有聯(lián)合收割機(jī)保有量58.7萬(wàn)臺(tái)，其中全喂入聯(lián)合收割機(jī)占總量的90%，80%采用釘齒滾筒脫粒裝置，若其中50%換成短紋桿-板齒脫粒裝置，則需要該裝置20萬(wàn)套，以每套0.1萬(wàn)元計(jì)算，直接經(jīng)濟(jì)效益2億元。因此市場(chǎng)前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有極大的推廣價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 油菜是我國(guó)最重要的油料作物之一，面積和產(chǎn)量均居世界首位。2008年我國(guó)植物油消費(fèi)量已達(dá)到2985萬(wàn)噸，其中59.6%依賴進(jìn)口，供需矛盾十分突出。油菜種植面積滑坡的主要原因是油菜生產(chǎn)主要沿用傳統(tǒng)的手工勞作方式，用工量大、勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)力成本高(一畝地用工10～12個(gè)左右)、收獲損失率大。聯(lián)合收獲一次作業(yè)可完成切割、脫粒、清選等多道工序、效率高，是油菜生產(chǎn)的必由之路。 目前，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的油菜收獲已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，其油菜收割機(jī)技術(shù)也較成熟。CLAAS、New Holland、Cressoni等公司的油菜聯(lián)合收割機(jī)，技術(shù)先進(jìn)，大量應(yīng)用機(jī)-電-液技術(shù)、監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)、GPS定位導(dǎo)航等技術(shù)。液壓控制行走機(jī)構(gòu)及工作部件如脫粒滾筒、撥禾輪可無(wú)級(jí)變速，攪龍、輸送部件可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并配置側(cè)面割刀、加長(zhǎng)割臺(tái)，專門用于收獲油菜等作物，底盤均為輪式機(jī)型、割幅6-10m、自重較大，單價(jià)普遍在人民幣100萬(wàn)元以上。日本洋馬公司生產(chǎn)的履帶自走全喂入軸流脫粒聯(lián)合收割機(jī)，采用縱向軸流滾筒，作物在脫粒裝置內(nèi)時(shí)間長(zhǎng)，能充分脫粒分離，但價(jià)格也要在60萬(wàn)元左右。由于成本、技術(shù)和機(jī)具的區(qū)域適應(yīng)性等因素的制約，國(guó)外的技術(shù)和產(chǎn)品并不適用我國(guó)。 我國(guó)雖然是油菜種植大國(guó)，但是油菜收獲的機(jī)械化水平較低，很難和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相提并論。然而近幾年油菜收獲機(jī)械化問(wèn)題首先受到了廣泛關(guān)注，并且有多家科研院所、推廣單位及生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)研制出了油菜收獲樣機(jī)，油菜機(jī)械化收獲技術(shù)尚處于剛剛起步階段。 江蘇省鎮(zhèn)江市農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所等單位研制的4LYZ-2型油菜聯(lián)合收割機(jī)，合理地利用了原有稻麥聯(lián)合收割機(jī)的結(jié)構(gòu)，采用了縱向動(dòng)力豎切割技術(shù)，把待割區(qū)和切割區(qū)有效分離，優(yōu)化了機(jī)具的作業(yè)性能；撥禾輪參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)使撥禾輪的工作過(guò)程更輕柔，有效降低了割臺(tái)損失；通過(guò)合理調(diào)節(jié)脫粒清選的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，有效降低了脫粒損失率。 現(xiàn)代農(nóng)裝湖州聯(lián)合收割機(jī)有限公司和湖州市農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站聯(lián)合研制開發(fā)的湖州-200Y型油菜聯(lián)合收割機(jī)，已通過(guò)浙江省科技廳組織的省級(jí)新產(chǎn)品鑒定。該機(jī)在稻麥兩用的基礎(chǔ)上增加了收割油菜的功能，配套設(shè)計(jì)了油菜專用割臺(tái)和專用凹板篩。割臺(tái)設(shè)計(jì)采用割刀前移、攪龍直徑加大和豎刀分禾裝置等結(jié)構(gòu)，較好地解決了普通割臺(tái)收割油菜時(shí)容易堵塞、割臺(tái)損失大以及脫粒清選損失大等問(wèn)題。 江蘇省無(wú)錫市惠山區(qū)農(nóng)機(jī)化推廣中心對(duì)桂林3號(hào)聯(lián)合收割機(jī)的割臺(tái)、脫粒、清選、分離等部分進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，并開發(fā)研制適合油菜收割的豎式切割分禾裝置，解決了油菜生長(zhǎng)茂盛、莖稈高、枝節(jié)交錯(cuò)切割難的問(wèn)題。 目前，我國(guó)油菜聯(lián)合收割機(jī)的脫粒分離裝置主要為釘齒滾筒。釘齒滾筒脫粒時(shí)主要靠釘齒正面沖擊谷物使其脫粒，工作過(guò)程中揉搓作用相對(duì)較弱，其特點(diǎn)是對(duì)難脫和比較潮濕的作物（如水稻）適應(yīng)性好，脫油菜時(shí)效果較差。 本作品在油菜、水稻等作物物理力學(xué)特性研究基礎(chǔ)上，率先將短紋桿和板齒脫粒元件復(fù)合，設(shè)計(jì)出了一種新型橫軸流脫粒裝置，包括短紋桿-板齒滾筒與柵格-沖孔組合凹板。該裝置改變板齒的安裝位置可同時(shí)滿足油菜、水稻和小麥的脫粒要求，兼顧了紋桿揉搓脫粒和板齒打進(jìn)脫粒的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)秸稈粉碎還田。通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)建立了該裝置的脫粒分離模型，得出了相關(guān)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化組合，并應(yīng)用到產(chǎn)品中。田間收獲表明，該裝置收獲油菜時(shí)損失率低、功耗小、脫出物分布均勻且雜余量少、適應(yīng)性好，收油菜脫粒損失率≤6%、破碎率≤1.0%，收水稻脫粒損失率≤1.5%、破碎率≤0.5%，優(yōu)于國(guó)家同類產(chǎn)品優(yōu)等品的性能。與廣泛使用的釘齒滾筒比，功率消耗降低10-20%，批量生產(chǎn)成本只增加20-30元。 據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，2008年我國(guó)現(xiàn)有聯(lián)合收割機(jī)保有量58.7萬(wàn)臺(tái)，其中全喂入聯(lián)合收割機(jī)占總量的90%，采用釘齒滾筒的全喂入聯(lián)合收割機(jī)約80%，即40萬(wàn)臺(tái)左右，若其中50%采用短紋桿-板齒脫粒滾筒，則需要短紋桿-板齒脫粒滾筒20萬(wàn)套，按每套短紋桿-板齒脫粒滾筒0.1萬(wàn)元計(jì)算，直接經(jīng)濟(jì)效益2億元。每年新增全喂入聯(lián)合收割機(jī)3萬(wàn)臺(tái)，若80%采用短紋桿-板齒脫粒裝置，新增年銷售收入2400萬(wàn)元。隨著我國(guó)聯(lián)合收割機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的提高和技術(shù)的進(jìn)步，更多產(chǎn)品出口的國(guó)外，需求量會(huì)更多，因此市場(chǎng)前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有極大的推廣價(jià)值。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、目的：現(xiàn)有釘齒滾筒脫粒裝置收獲油菜時(shí)，油菜籽破損嚴(yán)重，功耗大，損失率高。本作品目的是研發(fā)一種新的脫粒裝置解決油菜收獲瓶頸，還能收稻麥。 二、基本思路：①研究油菜、水稻的物理力學(xué)特性；②研發(fā)新型脫粒裝置，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)，獲取結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)優(yōu)化組合；③將新設(shè)計(jì)的脫粒裝置移植到聯(lián)合收割機(jī)上，進(jìn)行油菜、水稻田間試驗(yàn)和性能檢測(cè)。 三、創(chuàng)新點(diǎn)：①短紋桿-板齒脫粒滾筒：首次將短紋桿和板齒兩種脫粒元件復(fù)合，研發(fā)出軸流短紋桿-板齒脫粒滾筒，復(fù)合脫粒元件按螺旋方式排列，碎草動(dòng)刀可實(shí)現(xiàn)秸稈粉碎還田，還可兼收稻麥，具有創(chuàng)新性；②柵格-沖孔組合凹板：凹板采用前柵格后沖孔組合結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)分離能力，排草口處裝有定刀，具有新穎性；③損失率、功耗及脫出物分布模型：建立了脫粒間隙、喂入量和滾筒轉(zhuǎn)速與脫粒損失率、功耗及脫出物軸向分布模型，得到參數(shù)優(yōu)化組合；④釘齒脫粒裝置依靠釘齒沖擊脫粒，對(duì)籽粒損傷大，莖稈破碎明顯，功耗高。短紋桿-板齒脫粒裝置兼顧了紋桿揉搓脫粒和板齒打擊脫粒的優(yōu)點(diǎn)，性能指標(biāo)明顯優(yōu)于釘齒。 四、技術(shù)關(guān)鍵：①短紋桿-板齒脫粒元件的結(jié)構(gòu)及其在滾筒上的排列方案；②柵格-沖孔組合凹板的結(jié)構(gòu)參數(shù)；③脫粒損失率、功耗和脫出物分布模型及結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)優(yōu)化組合。 五、主要技術(shù)指標(biāo)：收獲油菜脫粒損失率≤6%、破碎率≤1.0%；收獲稻麥指標(biāo)優(yōu)于國(guó)家同類產(chǎn)品優(yōu)等品；在同等條件下，短紋桿-板齒脫粒裝置功耗比釘齒滾筒低10-20%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 現(xiàn)有油菜聯(lián)合收割機(jī)大多由稻麥聯(lián)合收割機(jī)改裝而成，脫粒裝置多采用釘齒滾筒，主要依靠釘齒沖擊實(shí)現(xiàn)脫粒，收獲油菜時(shí)油菜籽粒破損嚴(yán)重，功耗較大，損失率較高，脫出物中雜余含量高，容易堵塞清選篩孔，使機(jī)器無(wú)法正常作業(yè)，已成為制約油菜機(jī)械化生產(chǎn)的主要瓶頸。同時(shí)，考慮到我國(guó)國(guó)情，油菜收獲時(shí)間較短，用來(lái)收獲油菜的聯(lián)合收割機(jī)必須能一機(jī)多用，經(jīng)過(guò)少量更換或調(diào)整還可兼收稻麥，以提高聯(lián)合收割機(jī)的利用率，降低成本，增加機(jī)手收入。 短紋桿-板齒脫粒裝置兼顧了紋桿揉搓脫粒和板齒打擊脫粒兩者的優(yōu)點(diǎn)，收獲油菜時(shí)損失率低、功耗小、脫出物分布均勻且雜余量少、適應(yīng)性好，能有效降低清選負(fù)荷，提高清選和整機(jī)性能。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整還能兼收稻麥，收獲稻麥指標(biāo)優(yōu)于國(guó)家同類產(chǎn)品優(yōu)等品，與廣泛使用的釘齒滾筒比，同等條件下功耗低10-20%，批量生產(chǎn)成本只增加20-30元。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2008年5月由江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站對(duì)采用短紋桿-板齒脫粒裝置的聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行了油菜田間性能檢測(cè)，詳見檢測(cè)報(bào)告。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)入股，提供全套設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)的技術(shù)文件，同時(shí)提供需要的技術(shù)支持，包括試制、試驗(yàn)、機(jī)手培訓(xùn)等方面。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品，圖紙，圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 一、技術(shù)優(yōu)勢(shì)：短紋桿-板齒脫粒裝置能適應(yīng)油菜、稻麥的脫粒，與釘齒脫粒裝置比，損失率低、籽粒損傷少、功耗低10-20%、適應(yīng)性好、脫出物分布均勻且雜余量少，批量生產(chǎn)成本只增加20-30元。 二、適應(yīng)范圍：可應(yīng)用在我國(guó)使用最廣泛的全喂入式聯(lián)合收割機(jī)中，替代現(xiàn)有脫粒裝置。 三、前景：短紋桿-板齒脫粒裝置比釘齒脫粒裝置具有更好的性能、適應(yīng)更多的作物和較小的功耗，技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可大批量生產(chǎn)，具有廣闊的推廣前景和應(yīng)用價(jià)值。 四、市場(chǎng)分析：農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，2008年我國(guó)聯(lián)合收割機(jī)保有量58.7萬(wàn)臺(tái)，其中全喂入聯(lián)合收割機(jī)占90%，采用釘齒滾筒的機(jī)型約80%，即40萬(wàn)臺(tái)左右，若其中50%采用短紋桿-板齒脫粒裝置，則需要該裝置20萬(wàn)套，按每套0.1萬(wàn)元計(jì)算，直接經(jīng)濟(jì)效益2億元。此外每年新增全喂入聯(lián)合收割機(jī)3萬(wàn)臺(tái)，若80%采用短紋桿-板齒脫粒裝置，新增年銷售收入2400萬(wàn)元。隨著我國(guó)聯(lián)合收割機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的提高和技術(shù)的進(jìn)步，更多產(chǎn)品出口的國(guó)外，需求量會(huì)更多，因此市場(chǎng)前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
同類課題研究水平概述
- 目前，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的油菜收獲已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，技術(shù)也較成熟。CLAAS、New Holland等公司的油菜聯(lián)合收割機(jī)，大量應(yīng)用機(jī)-電-液技術(shù)、監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)等技術(shù)，配置側(cè)面割刀、加長(zhǎng)割臺(tái)，專門用于收獲油菜等作物，底盤均為輪式機(jī)型、割幅6-10m、自重較大，單價(jià)普遍在人民幣100萬(wàn)元以上。由于成本、技術(shù)和機(jī)具的區(qū)域適應(yīng)性等因素的制約，國(guó)外的技術(shù)和產(chǎn)品并不適合我國(guó)國(guó)情。 我國(guó)雖然是油菜種植大國(guó)，但油菜收獲的機(jī)械化水平很低，很難和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相提并論。近幾年油菜收獲機(jī)械化問(wèn)題受到了廣泛關(guān)注，也有多家科研院所、生產(chǎn)企業(yè)研制出了油菜收獲樣機(jī)。主要有：鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制的4LYZ-2型油菜聯(lián)合收割機(jī)，利用原有稻麥聯(lián)合收割機(jī)的結(jié)構(gòu)，采用了縱向動(dòng)力豎切割技術(shù)，把待割區(qū)和切割區(qū)有效分離，優(yōu)化了機(jī)具的作業(yè)性能；撥禾輪參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)使撥禾輪的工作過(guò)程更輕柔，有效降低了割臺(tái)損失；通過(guò)合理調(diào)節(jié)脫粒清選的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，有效降低了脫粒損失率。湖州聯(lián)合收割機(jī)有限公司和湖州市農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站聯(lián)合研制開發(fā)的湖州-200Y型油菜聯(lián)合收割機(jī)，在稻麥兩用的基礎(chǔ)上增加了收割油菜的功能，配套設(shè)計(jì)了油菜專用割臺(tái)和專用凹板篩，割臺(tái)設(shè)計(jì)采用割刀前移、攪龍直徑加大和豎刀分禾裝置等結(jié)構(gòu)，較好地解決了普通割臺(tái)收割油菜時(shí)容易堵塞、割臺(tái)損失大以及脫粒清選損失大等問(wèn)題。江蘇無(wú)錫惠山區(qū)農(nóng)機(jī)化推廣中心對(duì)桂林3號(hào)聯(lián)合收割機(jī)的割臺(tái)、脫粒、清選、分離等部分進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，并開發(fā)研制適合油菜收割的豎式切割分禾裝置，解決了油菜生長(zhǎng)茂盛、莖稈高、枝節(jié)交錯(cuò)切割難的問(wèn)題。 上述油菜聯(lián)合收割機(jī)的脫粒分離裝置均沿用稻麥機(jī)型的釘齒滾筒脫粒裝置，主要靠釘齒沖擊谷物使其脫粒，工作過(guò)程中揉搓作用相對(duì)較弱，其特點(diǎn)是對(duì)難脫和比較潮濕的作物（如水稻）適應(yīng)性好，收獲油菜時(shí)油菜籽粒破損嚴(yán)重，功耗較大，損失率較高，脫出物中雜余含量高，容易堵塞清選篩孔，效果較差。 短紋桿-板齒脫粒裝置收獲油菜時(shí)損失率低、功耗小、脫出物分布均勻且雜余量少、適應(yīng)性好，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整還能收獲水稻和小麥，成本不會(huì)增加很多，能有效解決上述矛盾，完全可以替代釘齒滾筒。資料查新表明，但未見有與該項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)完全相同或技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)?shù)奈墨I(xiàn)報(bào)道，所以該項(xiàng)目在裝置設(shè)計(jì)與性能上具有新穎性和創(chuàng)新性。因此開展短紋桿-板齒脫粒裝置關(guān)鍵技術(shù)的研究具有重要的理論意義和極大的應(yīng)用價(jià)值。
