小型玉米根茬收取机的设计

摘  要：针对传统农业中玉米根茬处理效率低、资源浪费等问题，本文设计了一款小型玉米根茬收取机。该机器包含脱土碾辊、运输传送、振动过滤收集和底盘等结构。脱土碾辊结构依玉米垄宽设计，含特定部件，可初步分离收集根茬。运输传送结构通过传送带、挡料板、传送轴承及保护壳，保障物料稳定输送。振动过滤收集结构借助三层过滤网和电磁振动分离根茬与泥土。底盘结构采用高强度钢材，与发动机配合保障运行。此机采用轮式运动方式，适用于平坦地形，具有结构简单、速度快、转向灵活等优点。该设计可提高农业资源利用效率，推动农业机械化、智能化发展，为农业可持续发展提供有力支撑。

关键词：玉米根茬；农业机械化；绿色发展；机械结构设计

基金项目：吉林省大学生创新创业训练计划项目（编号：X202411439021）。

作者简介：杨旭（2004），男，汉族，吉林四平人，大学本科在读，研究方向为机械装备智能化与信息化。

1  前言

随着能源危机与环境污染成为当前世界的焦点问题，农作物秸秆作为可再生生物质资源成为研究的热点，而农作 物 根 茬 同 样 也 是 一 种 重 要 的 生 物 质 能 燃料[1]。玉米根茬在农业生产中具有重要意义。一方面，玉米根茬留在土壤中能增强土壤的稳定性，有效减少水土流失现象的发生。同时，随着时间推移，根茬在土壤里逐渐分解，为土壤提供丰富的有机质，进而改善土壤结构，显著增加土壤肥力。此外，玉米根茬还能为土壤中的微生物营造良好的生存环境，有力地促进土壤生态系统进入良性循环状态。根茬是农作物的副产品，也是可以综合利用的重要资源[2]。在农业生产实践中，科学合理地处理玉米根茬，对提高下一季作物的产量和质量起着积极作用，为可持续农业发展奠定坚实基础。

当前，玉米根茬收取机械呈现出多元化发展态势。例如常见的残膜回收一体机，其起膜铲能够将含地膜的表土和玉米根茬一同铲起并卷入收集装置，然而在实际工作过程中会收取大量的土，增加了后续处理的难度。还有玉米秸秆回收机，像倒伏式秸秆捡拾粉碎回收机，虽添加了滚刀装置，可自动捡拾倒伏秸秆并进行粉碎回收，但在对土里根茬的回收方面存在不完全等问题。鉴于此，本文聚焦于如何高效、合理地对玉米根茬进行收取这一关键问题，致力于对小型玉米根茬收取机进行科学合理的机械结构设计，以解决现有玉米根茬机械存在的不足，推动玉米根茬收取工作迈向新台阶。

2  整体结构设计

机器人设计思路：在玉米收割机完成收割作业后，土地表面往往会留下大量的玉米根茬。为了实现更好的回收利用，充分发挥环保效益，设计了这款专门用于回收玉米根茬的机器。其突出优势在于能够有效地将玉米根茬回收起来，经过加工利用或多级处理后还田，从而发挥更大的功能作用。

该机器包含多种精心设计的结构，以实现对玉米根茬的更好回收，进而加强其利用率。首先，脱土碾辊结构位于机器的前边位置，通过四个翻土旋转轮、三个不同方向的松土四翼旋刀、可调节机械臂和螺旋粉碎装置等组成部分，对玉米根茬进行初步的分离和收集。运输传送结构处于机器的中间位置，由表面特定尺寸的传送带、小型挡料板以及内部的数十个传送轴承构成，两边的传送链条还包裹着防飞溅的泥土进入的保护壳，确保玉米根茬稳定、连续地从作业区域传送到后续处理区域。底盘结构为整个机器提供稳定的支撑和移动能力。振动过滤收集结构在回收过程中起到关键作用，物料通过运输传送结构来到分离箱顶，由于玉米根茬和泥土质量不同，泥土会经过三层过滤网的振动过滤，从箱体下面过滤出去。

在整个回收过程中，多种结构同时进行工作，高效有序地对玉米根茬完成收取工作。如图1。

原理分析方面，本机构的主要功能是对残留在玉米地的根茬进行收取。本产品利用多种结构组成的收取结构，对玉米根茬进行收取。首先，脱土碾辊结构通过旋刀松土使玉米根茬和泥土初次分离，翻土旋转轮对根茬进行收集并旋转到挡料板上，螺旋粉碎装置进行二次分离。接着，在传送装置中，运输传送结构将根茬与泥土混合物稳定输送。最后，根据玉米根茬与土的密度和质量的不同，在收集过滤装置即振动过滤收集结构中进行抖动过滤，完成玉米根茬的收集。

3  脱土碾辊结构的设计

脱土碾辊结构位于机器的前端位置，在整个机器的运行体系中起着关键的前端处理作用。在设计脱土结构时，经过对玉米地的实际考察，充分考虑到实际情况。测量得知大部分实际每根玉米垄的宽度在 50—70cm 之间，为了确保脱土效果的高效性，脱土结构宽度大约设定为 150 - 200cm。这样的宽度设计能够更好地覆盖玉米垄，起到更好的脱土作用，从而有力地保证了设备的可行性。

脱土碾辊结构由多个重要部分组成。其中包括四个直径为 15cm 的翻土旋转轮，这些翻土旋转轮在工作中能够对玉米根茬进行收集和翻动。还有三个不同方向的松土 20cm 四翼旋刀，它们的作用至关重要，能够进行松土操作，使玉米根茬和泥土进行初次分离。辊齿对根茬的接触力越大、接触的次数越多，越有利于根茬脱土[3]。这种初次分离为后续翻土旋转轮的工作提供了极大的帮助。此外，还有每根长度为 30cm 的可调节机械臂，该结构的可控制型较高。在实际操作中，只需要根据实地情况来对机械臂的长度和高度进行控制，就能够精准地控制翻土轮和旋刀对收取的土地深度的把控，极大地提高了设备的适应性和灵活性。

脱土碾辊结构的工作流程清晰且高效。首先，由三个不同方向的松土四翼旋刀开始工作，进行松土操作。在旋刀的高速旋转下，泥土被松动，玉米根茬和泥土得以初次分离。这一步骤为后续的处理奠定了基础。接下来，四个翻土旋转轮发挥作用，对玉米根茬进行简单的收集。翻土旋转轮将根茬与泥土混合物旋转到挡料板上，为后续的处理做好准备。最后，由螺旋粉碎装置对根茬与泥土混合物进行二次分离。螺旋粉碎装置通过其特殊的工作原理，能够更加精细地对混合物进行处理，使根茬与泥土进一步分离，便于后续过程的分离处理，为整个玉米根茬与泥土的分离工作提供了有力保障。

4  运输传送结构的设计

运输传送结构的位置与构成：运输传送结构处于机器的中间位置，在整个机器的运行过程中起着至关重要的作用。它主要由多个部分共同构成。首先是表面为 200×1000cm 的传送带，这个尺寸的传送带能够承载较大数量的物料，为物料的高效运输提供了充足的空间。在传送带表面，每隔 100cm 就会设置有小型挡料板。这些挡料板能够有效防止物料在传送途中滑落，确保物料能够稳定地被输送至目的地。同时，内部还有数十个传送轴承铺设其中。这些传送轴承协同工作，为传送带的运转提供动力，保证传送带能够持续、稳定地运行。

此外，运输传送结构两边的传送链条都包裹着防飞溅的泥土进入的保护壳。这一设计十分重要，因为在物料运输过程中，很容易有泥土飞溅起来。如果没有保护壳，泥土可能会进入传送链条等关键部位，从而影响机器的正常工作运行。有了保护壳的防护，就能够有效避免这种情况的发生。

运输传送结构的工作流程：首先，物料在前边脱土碾辊结构的作用下被传送到传送带前段。由于惯性的作用，物料顺势落在传送带表面上。此时，传送带内部的数十根传送轴承开始发挥作用，它们共同带动传送带稳定地运作。传送带表面具有一定的摩擦性，这种摩擦性能够确保物料在传送过程中不会轻易滑动。同时，传送带上的挡料板也起到了重要的作用，它与传送带的摩擦性相互配合，共同带动物料向后运输。

运输传送结构采用高强度、耐磨的输送带，这一设计具有多方面的优势。高强度的输送带能够承受较大的物料重量和拉力，确保在运输过程中不会轻易断裂。而耐磨性则保证了输送带在长时间的使用过程中不会因为磨损而影响其性能。这样的输送带能够确保玉米根茬稳定、连续地从作业区域传送到后续处理区域，为整个生产流程的顺利进行提供了有力保障。无论是大量的玉米根茬还是在复杂的作业环境下，运输传送结构都能可靠地完成物料的输送任务，提高了生产效率和工作质量。

5  振动过滤收集结构的设计

振动过滤收集结构位于机器的后方位置。振动过滤收集结构主要由分离过滤箱，两边减震结构组成。玉米根茬革新智收先锋的分离过滤箱在结构设计上独具匠心。箱体采用高强度钢材制作，长 1.5 米、宽 1 米、高 1.2 米，坚固耐用。过滤组件由三层过滤网组成，上层过滤网孔径为 5 厘米，可有效拦截较大杂质；中层过滤网孔径 2 厘米，进一步过滤中等颗粒；下层过滤网孔径 0.5 厘米，确保精细分离。振动装置采用电磁振动，能使根茬和杂质在过滤网上充分运动，防止堵塞。排料装置设计合理，根茬排料口位于箱体底部，通过输送带以每分钟 3 米的速度将根茬输送至后续处理环节。杂质排料口在箱体侧面，方便杂质集中处理。该分离过滤箱高效稳定，为玉米根茬的收集处理提供有力保障。

振动过滤收集结构工作流程：物料在运输传送结构的作用下，被平稳地输送至分离箱顶。在这里，由于玉米根茬和泥土在质量上存在明显差异，开启了分离的过程。泥土会在重力和振动的共同作用下，逐渐向下方运动。分离箱中设有三层过滤网，这些过滤网通过不断的振动，对物料进行高效过滤。较轻的泥土颗粒能够较为顺利地穿过过滤网的孔隙，从箱体下面被过滤出去。而较重的玉米根茬则会被留在过滤网上方，从而实现玉米根茬与泥土的分离。这种振动过滤收集结构能够快速、有效地将泥土与玉米根茬分离开来，提高了物料处理的效率和质量，为后续的加工和利用提供了便利条件。

6  底盘结构的设计

底盘结构位于机器整体的下方，支撑起整体结构。玉米根茬革新智收先锋模型的底盘设计需考虑承载性、通过性和稳定性。采用高强度钢材焊接成坚固框架，确保承载收割机各部件及作业载荷。设计合理的离地间隙和轮胎配置，提升田间通过性。同时，优化底盘结构布局，增强整机行驶稳定性，为智能化收获提供坚实基础。

底盘结构的工作流程：底盘结构的工作流程：底盘结构不仅为机器提供稳定支撑，还与发动机紧密配合。发动机为底盘的行走装置提供动力，驱动履带或轮胎运转。在工作时，发动机的动力输出稳定，确保底盘能够在不同地形中顺利移动。当需要加速或爬坡时，发动机能够根据需求提高功率。同时，底盘结构也能将路面的反馈传递给发动机控制系统，使其调整输出，以适应不同的工作状况，共同保障玉米根茬回收机器高效、稳定地运行。

小型玉米根茬收取机经过科学分析及深入研究，采用了轮式的运动方式。轮式结构具有诸多优势，其整体构造相对简单，这使得机器在生产制造和日常维护方面更为便捷，维护成本也相对较低。在运动速度方面，轮式收取机表现出色，能够快速在较为平坦的道路和农田中行驶，大大提高了工作效率。而且其转向十分灵活，可以根据实际作业需求快速调整作业方向。然而，轮式结构也有一定的局限性，在复杂地形中的通过性不如履带式。但如果作业区域地形较为平坦且道路条件良好，轮式运动的小型玉米根茬收取机——智收先锋，定能高效地完成根茬收集任务，为农业生产带来极大的便利。

7  结语

当前，我国正处在经济转型和产业转型的关键阶段， 现代农业必将取代传统农业而逐渐进入到现代化、精准化和智能化的发展时代[4]。在现代农业发展的进程中，玉 米 秋 收 后 ‚大 部 分 茬 子 还 残 立 在 地 里 ‚播 前必须把茬 子 除掉 ‚否则 无 法 播种 、保 墒 和 保 苗 [5]。玉米根茬处理是一个不可忽视的环节。本研究针对传统农业在玉米根茬处理方面的低效与浪费问题，成功设计出小型玉米根茬收取机，为农业生产带来了新的可能。

通过对整体结构的精心设计，如图2。包含脱土碾辊、运输传送、振动过滤收集和底盘等结构，各部分协同运作，实现了玉米根茬的高效回收。此设计不仅提高了农业资源利用效率，更推动了农业机械化与智能化发展，为可持续农业发展注入新动力。它有助于减少土壤侵蚀，增加土壤肥力，促进土壤生态系统良性循环，进而提升下一季作物的产量与质量。

展望未来，农业机械的发展将持续迈向智能化与高效化。我们应继续深化研究，进一步优化玉米根茬收取机的性能，拓展其适用范围，同时探索与其他农业技术的融合应用。相信在不懈努力下，农业机械将在农业现代化进程中发挥更大作用，助力我国农业走向更加繁荣的明天，为保障国家粮食安全和生态环境健康作出更大贡献。

参考文献

[1][1]武涛，马旭，陈建威，等.玉米根茬机械化处理技术研究现状与发展趋势[J].农机化研究，2014，36（09）：238-242.DOI：10.13427/j.cnki.njyi.2014.09.054.

[2][1]邵东伟.玉米根茬收获机的仿真研究[D].佳木斯大学，2010.

[3][1]陈学深，马旭，武涛，等.弹齿对辊式玉米根茬收获机的设计与试验[J].农机化研究，2014，36（06）：82-85.DOI：10.13427/j.cnki.njyi.2014.06.020.

[4]班春华.一种玉米根茬提取采样机的设计[J].农业科技与装备，2022，（03）：37-38+42.DOI：10.16313/j.cnki.nykjyzb.2022.03.030.

[5][1]崔宝元.玉米灭茬技术与灭茬机械[J].农业机械，1989，（11）：8.