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水稻是我国主要粮食作物之一，再生稻是通过特有栽培管理措施使割过的稻茬继续萌发生长成穗而再次收获的一种水稻种植模式，具有一种两收、省工省种、能充分利用光温资源、实现增产增收且稻米品质好等优点。头季机收碾压率高是目前制约再生稻发展的主要瓶颈。针对再生稻头季稻机械化收获和低碾压率收获需要，本文根据再生稻头季机收农艺要求和成熟期头季再生稻生物学特性及物理特性，研制了一种宽幅双通道全喂入式再生稻收获机。针对宽幅割台茎秆输送距离长易出现缠绕堵塞的问题，设计了具有分流功能的双通道割台；针对收获机尾部排草覆盖留茬影响再生穗头萌发问题，设计了一种碎草抛撒装置，并开展了整机田间性能测试。全文主要研究内容包括：
(1)完成了收获期头季再生稻生物学特性及机械物理特性研究。以黄华占、福e优6981、丰两优香1号三个典型再生稻品种为研究对象，统计结果表明再生稻头季栽插株距多为300mm，行距150mm；成熟期头季再生稻株高1100mm左右，茎秆含水率均值70.45%，籽粒含水率均值22.61%，留茬350mm以上茎秆外径均值3.72mm。茎秆弯曲载荷、剪切力、拉力随着茎秆部位的上升而减小，最大平均弯曲载荷4.64N、最大平均剪切力142.84N、最大平均拉力201.54N；茎秆最大平均弯曲强度12.38MPa、最大平均剪切强度8.62MPa、最大平均拉伸强度24.67MPa、弹性模量均值25.45MPa。此部分数据为再生稻收获机工作部件设计、再生稻茎秆建模及仿真等研究提供了重要参数依据。
(2)确定了双通道全喂入式再生稻收获机总体结构方案。根据再生稻头季机收农艺要求，分析确定了一种由履带式底盘、割台、2套左右对称布置的脱粒清选装置和碎草抛撒装置、粮仓及动力与传动系统等组成的双通道全喂入式再生稻收获机结构方案。整机总体参数为喂入量4.0kg/s、割幅3000mm、底盘轨距1500mm、履带接地长度1800mm、履带宽度400mm、理论直行碾压率26.7%。选用65kW新柴498BZT发动机为整机动力并设计了整机机械和液压传动系统。
(3)研制了一种双通道割台。为缩短茎秆输送距离，有效平衡搅龙、拨禾轮、割刀动力传递，并避免单侧动力不足，研制了一种双通道割台，对其双向螺旋搅龙输送物料速度与受力进行了分析，参照再生稻头季收获留茬高度要求确定其内径250mm、螺旋叶片高度65mm、外径380mm、螺距260mm、搅龙中部两螺旋长叶片起始位置周向夹角180°。此外，确定了伸缩拨指传动布置方式，根据拨禾轮拨送水稻过程确定拨禾轮直径700mm、转速45r/min、拨禾轮轴相对割刀安装高度为600mm。
(4)完成了双通道全喂入式再生稻收获机底盘机架强度分析与结构优化。按照整机结构布局设计机架并进行了静力学分析，发现其薄弱部位主要在粮仓安装位悬臂梁处、脱粒清选装置安装位悬臂梁处、割台升降油缸支撑梁处。对上述薄弱部位进行结构优化，优化后机架最大应力为213.93MPa，最大变形量仅为1.8mm，满足设计需求。对脱粒清选装置进行了结构和参数设计，采用杆齿式纵轴流脱粒滚筒、风扇+振动筛清选方式及链耙式输送槽，粮仓有效容积设计为1.5m3。
(5)设计了一种与再生稻头季机收秸秆抛撒要求配套的碎草抛撒装置。该装置主要包括主箱体、导草尾板、动刀辊、定刀组等部件，可将脱粒滚筒甩出的茎秆粉碎并抛撒到碾压区。将粉碎抛撒过程分为茎秆粉碎过程和碎秸抛撒过程，对茎秆粉碎过程进行动力学分析，确定了影响茎秆粉碎效果的主要因素；根据碎秸离开刀片时的空间位置不同，将碎秸抛撒分为上抛、平抛、下抛三种形式，分别对三种抛撒情况下的碎秸空间轨迹进行运动学分析，发现碎秸抛撒特性受秸秆初始位置、初始角度、初速度影响。对导草尾板导草性能进行动力学分析，发现导草尾板的角度和尺寸对碎秸的抛撒性能影响较大。
(6)完成了碎草装置结构参数设计与仿真分析。再生稻茎秆粗壮青湿、秸秆量大，为保证茎秆粉碎质量满足国家标准要求，设定碎草刀辊转速2800r/min，刀辊上动刀采用双螺旋线排列方式。左右两套碎草装置刀辊旋向相反。基于EDEM对碎秸抛撒过程进行仿真分析，得到导草尾板最优参数组合为导草盖板与垂直方向夹角45°、导草盖板尾部与排草口高度差200mm、内侧板倾角0°、外侧板倾角35°，抛撒合格率为72.2%。台架试验结果显示碎秸抛撒合格率达到93.6%，田间试验综合碎秸抛撒合格率达95.2%，粉碎长度合格率91.6%，满足再生季头季收获需求。
(7)完成了双通道全喂入式再生稻收获机田间性能试验。田间试验表明其作业速度可达0.83m/s，喂入量检测值为4.6kg/s，总损失率2.1%，含杂率0.4%，破碎率0.2%，符合标准规定指标要求。与普通收获机开展对照试验，双通道全喂入式再生稻收获机粉碎后碎秸能抛撒到履带碾压区，抛撒合格率达95.2%，而对照组收获机碎秸处理方式为均匀抛撒，留茬上覆盖大量碎秸，对再生季生长有不良影响。双通道全喂入式再生稻收获机比对照组收获机收获后有效留茬面积大，两台收获机直行碾压率分别为26.7%、45%。即双通道全喂入式再生稻收获机可降低碾压率18.3%，优势显著，满足预期设计要求。再生季测产结果表明：双通道全喂入式再生稻收获机示范区再生季亩产高达401.1kg，普通收获机收获区再生季亩产为323.8kg，双通道全喂入式再生稻收获机可比普通收获机收获后再生季每亩增产77.3kg，增幅约23.9%。
(1)完成了收获期头季再生稻生物学特性及机械物理特性研究。以黄华占、福e优6981、丰两优香1号三个典型再生稻品种为研究对象，统计结果表明再生稻头季栽插株距多为300mm，行距150mm；成熟期头季再生稻株高1100mm左右，茎秆含水率均值70.45%，籽粒含水率均值22.61%，留茬350mm以上茎秆外径均值3.72mm。茎秆弯曲载荷、剪切力、拉力随着茎秆部位的上升而减小，最大平均弯曲载荷4.64N、最大平均剪切力142.84N、最大平均拉力201.54N；茎秆最大平均弯曲强度12.38MPa、最大平均剪切强度8.62MPa、最大平均拉伸强度24.67MPa、弹性模量均值25.45MPa。此部分数据为再生稻收获机工作部件设计、再生稻茎秆建模及仿真等研究提供了重要参数依据。
(2)确定了双通道全喂入式再生稻收获机总体结构方案。根据再生稻头季机收农艺要求，分析确定了一种由履带式底盘、割台、2套左右对称布置的脱粒清选装置和碎草抛撒装置、粮仓及动力与传动系统等组成的双通道全喂入式再生稻收获机结构方案。整机总体参数为喂入量4.0kg/s、割幅3000mm、底盘轨距1500mm、履带接地长度1800mm、履带宽度400mm、理论直行碾压率26.7%。选用65kW新柴498BZT发动机为整机动力并设计了整机机械和液压传动系统。
(3)研制了一种双通道割台。为缩短茎秆输送距离，有效平衡搅龙、拨禾轮、割刀动力传递，并避免单侧动力不足，研制了一种双通道割台，对其双向螺旋搅龙输送物料速度与受力进行了分析，参照再生稻头季收获留茬高度要求确定其内径250mm、螺旋叶片高度65mm、外径380mm、螺距260mm、搅龙中部两螺旋长叶片起始位置周向夹角180°。此外，确定了伸缩拨指传动布置方式，根据拨禾轮拨送水稻过程确定拨禾轮直径700mm、转速45r/min、拨禾轮轴相对割刀安装高度为600mm。
(4)完成了双通道全喂入式再生稻收获机底盘机架强度分析与结构优化。按照整机结构布局设计机架并进行了静力学分析，发现其薄弱部位主要在粮仓安装位悬臂梁处、脱粒清选装置安装位悬臂梁处、割台升降油缸支撑梁处。对上述薄弱部位进行结构优化，优化后机架最大应力为213.93MPa，最大变形量仅为1.8mm，满足设计需求。对脱粒清选装置进行了结构和参数设计，采用杆齿式纵轴流脱粒滚筒、风扇+振动筛清选方式及链耙式输送槽，粮仓有效容积设计为1.5m3。
(5)设计了一种与再生稻头季机收秸秆抛撒要求配套的碎草抛撒装置。该装置主要包括主箱体、导草尾板、动刀辊、定刀组等部件，可将脱粒滚筒甩出的茎秆粉碎并抛撒到碾压区。将粉碎抛撒过程分为茎秆粉碎过程和碎秸抛撒过程，对茎秆粉碎过程进行动力学分析，确定了影响茎秆粉碎效果的主要因素；根据碎秸离开刀片时的空间位置不同，将碎秸抛撒分为上抛、平抛、下抛三种形式，分别对三种抛撒情况下的碎秸空间轨迹进行运动学分析，发现碎秸抛撒特性受秸秆初始位置、初始角度、初速度影响。对导草尾板导草性能进行动力学分析，发现导草尾板的角度和尺寸对碎秸的抛撒性能影响较大。
(6)完成了碎草装置结构参数设计与仿真分析。再生稻茎秆粗壮青湿、秸秆量大，为保证茎秆粉碎质量满足国家标准要求，设定碎草刀辊转速2800r/min，刀辊上动刀采用双螺旋线排列方式。左右两套碎草装置刀辊旋向相反。基于EDEM对碎秸抛撒过程进行仿真分析，得到导草尾板最优参数组合为导草盖板与垂直方向夹角45°、导草盖板尾部与排草口高度差200mm、内侧板倾角0°、外侧板倾角35°，抛撒合格率为72.2%。台架试验结果显示碎秸抛撒合格率达到93.6%，田间试验综合碎秸抛撒合格率达95.2%，粉碎长度合格率91.6%，满足再生季头季收获需求。
(7)完成了双通道全喂入式再生稻收获机田间性能试验。田间试验表明其作业速度可达0.83m/s，喂入量检测值为4.6kg/s，总损失率2.1%，含杂率0.4%，破碎率0.2%，符合标准规定指标要求。与普通收获机开展对照试验，双通道全喂入式再生稻收获机粉碎后碎秸能抛撒到履带碾压区，抛撒合格率达95.2%，而对照组收获机碎秸处理方式为均匀抛撒，留茬上覆盖大量碎秸，对再生季生长有不良影响。双通道全喂入式再生稻收获机比对照组收获机收获后有效留茬面积大，两台收获机直行碾压率分别为26.7%、45%。即双通道全喂入式再生稻收获机可降低碾压率18.3%，优势显著，满足预期设计要求。再生季测产结果表明：双通道全喂入式再生稻收获机示范区再生季亩产高达401.1kg，普通收获机收获区再生季亩产为323.8kg，双通道全喂入式再生稻收获机可比普通收获机收获后再生季每亩增产77.3kg，增幅约23.9%。