玉米联合收割机

用于玉米收获的农业机械

玉米联合收割机

玉米联合收割机（英语：corn harvester）是专用于收割玉米的一体化农业机械，可一次完成玉米摘获、输送、去皮、脱粒、装箱、粉碎秸秆等工序，[2][3]是联合收割机的一种。[0][4]19世纪20年代，苏格兰的牧师帕特里克·贝尔（Rev. Patrick Bell）发明了收割机，是玉米联合收割机的起源。[5]1921年，世界上第一台玉米联合收割机由澳大利亚昆士兰文巴的艾伦（George Hand）设计生产。[6]中国的联合收割机技术和产品的引进始于20世纪80年代。[7]

玉米联合收割机（英语：corn harvester）是专用于收割玉米的一体化农业机械，可一次完成玉米摘获、输送、去皮、脱粒、装箱、粉碎秸秆等工序，[3][4]是联合收割机的一种。[1][5]

19世纪20年代，苏格兰的牧师帕特里克·贝尔（Rev. Patrick Bell）发明了收割机，是玉米联合收割机的起源。[6]1921年，世界上第一台玉米联合收割机由澳大利亚昆士兰文巴的艾伦（George Hand）设计生产。[7]中国的联合收割机技术和产品的引进始于20世纪80年代。[8]

玉米联合收割机在收获过程中通过其分禾器和拨禾器将秸秆引向摘穗器，果穗在被摘穗器摘掉后便被引向第一升运器，升运后落入剥皮装置进行剥皮操作。带有脱粒机和粮箱等部件的玉米联合收割机可以直接收获玉米的籽粒。[5][4]玉米联合收割机主要由行走系统、[9]电气系统、[10]收获系统等部分组成。[11]根据行走方式分为背负式、牵引式和自走式三种。[5]玉米联合收割机的主要性能指标有：籽粒损失率、果穗损失率、籽粒破碎率、苞叶剥净率、籽粒含杂率、果穗含杂率等。[12][13]

玉米联合收割机提升了农业机械化水平，一定程度上促进了玉米产量的增加，改善了劳动生产条件、提高了劳动生产效率，[14][15]其关键技术有智能化割台、脱粒清选和防侧翻控制系统等技术。[16][17]玉米联合收割机的主要发展方向是大型化、功能复合化、自动化和舒适化。[18]

发展简史

19世纪20年代，苏格兰人帕特里克·贝尔（Patrick Bell）发明了收割机，[2]这一机器体积庞大，用马匹拉动，使用剪刀式的刀片来收割作物，贝尔没有为此发明申请专利。[6]

拉联合收割机的马匹（1900-1920年）
拉联合收割机的马匹（1900-1920年）

19世纪30年代，美国发明家海勒姆·摩尔（Hiram Moore）结合了收割机和脱粒机工作流程，[19]发明制造出了第一台联合收割机，并取得了专利。摩尔发明的联合收割机由骡子或马拉动，可以收割、脱粒和风筛谷物。[6]

20世纪初，联合收割机成为了农场的主流工具。这一时期的联合收割机需要使用30名男子或多达40匹马驱动。在马匹的使用中，有30至36匹马需要拉动机器，其余的马则拉着马车收集粮食。这一时期的联合收割机重达15吨，有着30英尺（约9米）宽的收割头。联合收割机用马拉动，相比推动可以更快行驶；由于可以同步脱粒，也省去了等待马车的时间，每天可以收割30英亩（约16万平方米）作物。[19]

华盛顿州巴肯农场的收获情况（1947年）
华盛顿州巴肯农场的收获情况（1947年）

1921年，世界上第一台玉米联合收割机由澳大利亚昆士兰文巴的艾伦（George Hand）设计生产。[7]

1925年，一家名为国际收割机公司（International Harvester）的芝加哥公司推出了其首批由拖拉机牵引的联合收割机。[19]自此联合收割机的革新式升级完成，1925年后联合收割机的升级方向主要集中在提高收割效率和使用体验上。[19]

在1970年之前，中国玉米联合收割机主要以引进、仿制国外型号为主，曾从苏联、联邦德国等多个国家引进了多种类型的自走式联合收割机，并对其进行了试验，成功制造GT-4.9型牵引式联合收割机和东风ZKBD-型自走式联合收割机。[20]

中联收获4YZ-3WA(G4)自走式玉米收获机
中联收获4YZ-3WA(G4)自走式玉米收获机

在1970年初至1990年末，中国的玉米联合收割机迎来快速发展阶段，中国农机化科学研究院分别与新疆、四平、佳木斯联合收割机厂开发了3种不同的4YZ-3型自走式玉米联合收割机，黑龙江、北京、石家庄等地的农机厂也研制出了多种型号的联合收割机。[20]2000年以来，随着科技水平的进步，更多新技术，如电液一体化控制、智能化控制、CAN总线控制、传感器控制等技术在玉米联合收割机中得到了应用。[20]

工作原理

玉米联合收割机一般是由拖拉机牵引，并通过拖拉机的动力输出轴供给动力，每次可收获多行玉米，可以一次性完成收割、摘穗、剥皮和秸秆粉碎等作业过程。摘穗方式有站秆摘穗和割秆后摘穗，站秆摘穗是指摘穗的时候并不把玉米的植株割倒。[5]

在收获过程中，玉米联合收割机顺着田地垄的方向前进，先由分禾器把玉米秸秆扶正，然后引向拨禾器，拨禾器的链采取分层并排配置，将秸秆引向摘穗器。摘穗器的摘穗辊gǔn一般都纵向倾斜配置，两辊在回转的过程中将秸秆引向摘辊间隙使其被摘掉。果穗在摘掉后便被引向第一升运器，升运后落入剥皮装置进行剥皮操作。[5][4]

如果果穗中含有被拉断的秸秆，就会从上部的除秸器被排除。剥皮装置一般是由倾斜配置的叶轮式压送器和剥皮辊组成的，剥皮时剥皮辊相对向内侧回转，将苞叶和果穗咬住并撕开，然后自两个辊的空隙漏下，苞叶则被苞叶输送螺旋推向机子的另外一侧。而苞叶中夹杂的少许籽粒，也不会被浪费，而是通过螺旋底壳（筛状）的孔漏下，由回收螺旋落入第二升运器。[5][4]

有的玉米联合收割机的后部还配置有横置的甩刀式切碎器，可以将残余的秸秆切碎后抛在田地里。还有的玉米联合收割机带有脱粒机和粮箱等部件，如果田间的玉米成熟程度好而且植株高度较为一致，就可以卸下剥皮装置和第二升运器，改装脱粒器和粮箱，直接收获玉米的籽粒。[5][4]

动力供应

玉米联合收割机的动力供应主要集中在发动机和与其相关的传动装置上，因散热需要，发动机通常处于机身外部。[9]发动机是玉米联合收割机的动力来源，收割机所有机构的运动、运行均由发动机提供动力。[21]

传动系统

玉米联合收割机的传动系统的作用是将发动机产生的扭矩和运动经过一系列的变化传给驱动轮，使收割机在牵引力的作用下前进或者后退，并满足对农机的速度要求。行走机械按照传动的方式主要可以分为：纯机械传动、液力传动、液压传动和电力传动四种，此外还有的由各种传动组合在一起的复合传动技术。[22]

玉米联合收割机传动系统
玉米联合收割机传动系统

行走、制动、离合液压系统

玉米联合收割机的行走控制体系的构成相对较为复杂，其连接着动力输出的离合分配，关联着相关运行系统之间的配合。[9]

以佳联-4玉米收割机为例，收割机的行走系统的盘式制动器和离合器各自由单独的液压系统组成，共用一 个油箱。其中油箱供给制动泵和离合泵；由制动踏板或离合踏板带动制动泵或离合泵柱塞将油压入左、右制动缸或离合缸实现制动或离合运动。[23]

制动、离合液压系统工作原理
制动、离合液压系统工作原理
制动泵、离合泵结构
制动泵、离合泵结构

电气系统

玉米联合收割机的电气系统主要用于保证收割机的各个电气设备的使用，这些电气设备主要包括电源装置、启动装置、照明装置等：[10]

电源装置主要指蓄电池，能够在发动机启动和运行时为启动机及用电设备提供电源；启动装置即点火开关，在操作过程中，需要将点火开关沿顺时针方向旋转到第一档位置。在这个过程中，仪表显示器和机油压力报警灯会发出声光信号，然后监测系统开始工作。接下来，在启动发动机时，将点火开关顺时针旋转到第二档位置。通常情况下，发动机会立即启动，并且机油压力会升高，如果机油压力不足，声光报警灯会熄灭；照明装置为玉米收割机提供夜间作业和行驶时的照明。其中，四个灯安装在驾驶室前上方。其中两个是远近光的行走灯，另外两个是夜间作业灯。此外，在驾驶室后方还有两个灯，主要用于粮仓照明和作为输送器的照明。[10]

收获系统

割台是玉米联合收割机收获系统的主要部件，其中分禾器的作用是对禾杆进行扶正和导向。拨禾链将禾杆拉向拉茎棍与摘穗板之间的缝隙，然后拉茎棍将禾杆引入缝隙，摘穗板将果穗摘落。摘下的果穗由拔禾链带到果穗螺旋，随后果穗螺旋将它们集中并送至升运器。[11]

玉米联合收割机剥皮装置
玉米联合收割机剥皮装置
收获割台结构
收获割台结构

液压系统

玉米联合收割机的液压系统组成结构包括液压泵、溢流阀、调速阀、电磁换向阀、液压缸和压力表等主要部件。通过调整速度控制阀的开口大小，对液压缸的流量大小进行调整，从而调整液压缸的运动速度。[24]

液压控制系统组成结构
液压控制系统组成结构

基本分类

玉米联合收割机根据动力挂接方式的不同，可以分为牵引式、背负式、自走式机型。[5]根据收获方式可也分为果穗收获和籽粒直收二种。[14]

背负式

背负式玉米联合收割机一般都要与拖拉机配合使用，可以提高拖拉机的利用率，降低机具的价格，但是配套使用的特点也降低了收获机的作业效率。这种类型的收割机有单行、双行、三行等产品，分别与小四轮和大中型拖拉机配套使用。这种收割机与拖拉机的安装位置也各不相同，因此可以分为正置式和侧置式，此种收割机不需要开作业工艺道。[5]

背负式玉米联合收割机
背负式玉米联合收割机

自走式

自走式玉米联合收割机可以分为三行和四行两种，具有作业效率高、质量优、使用和保养方便等优点，但是用途比较单一，限制了其使用范围。[5]

自走式玉米联合收割机
自走式玉米联合收割机

牵引式

牵引式玉米联合收割机主要是通过拖拉机的牵引进行作业，拖拉机牵引收获机，然后再牵引果穗收集车，这种配置在行走和转弯的时候都很不方便，适合在大型农场使用。[5]

牵引式玉米联合收割机
牵引式玉米联合收割机

按收获方式分

玉米籽粒直收是玉米联合收割机的一种收获形式，采用该类收获方式会造成籽粒破碎，还需要进行后期烘干，在发达国家应用较为广泛。[14]

仁达4YZX-2C（G4）自走式玉米收割机
仁达4YZX-2C（G4）自走式玉米收割机

中国普遍采用果穗收获方式，但有学者认为随着中国种植农艺的发展，籽粒直收会成为主要收获方式。[14]

性能指标

玉米联合收割机的主要性能指标有：籽粒损失率、果穗损失率、籽粒破碎率、苞叶剥净率、籽粒含杂率、果穗含杂率等。[12][13]

籽粒损失率

在测定区内捡起全部落地籽粒（包括秸秆中夹带籽粒）和小于5cm长的碎果穗，脱净后称出质量。籽粒损失率计算公式为：[13]

，其中，表示籽粒损失率；表示落地籽粒质量（g）；表示籽粒总质量（g）。另外，（g），其中表示从果穗升运器接取果穗籽粒和果穗夹带籽粒质量（g）；表示漏摘和落地果穗籽粒质量（g）；表示苞叶夹带籽粒质量（具有苞叶夹带籽粒回收装置加上此项）（g）。[13]

对于玉米籽粒损失率指标，拉茎辊转速对其影响最大；摘穗板的形式对其影响次之。籽粒含水率、前进速度对其影响均不显著。使籽粒损失率最小的试验条件为摘辊转速低速度、摘穗板的形式为弯板。[25]

果穗损失率

果穗损失率是通过在测定区，收集漏摘和落地的果穗，脱净后称出质量，并用以下方法计算得到：[13]

，其中表示漏摘和落地果穗籽粒质量（g），表示籽粒总质量（g），表示果穗损失率。

玉米果穗损失率随拉茎辊、传动轴转速升高而减小，因为拉茎辊、传动轴高速工作时，较大的摘穗板间隙能使果穗损失率较低。[26]

籽粒破碎率

在测定区内，从果穗升运器排出口或接粮口接取约不少于2000g的样品，脱粒清净后，拣出机器损伤、有明显裂纹及破皮的籽粒，分别称出破损籽粒质量及样品籽粒总质量，按如下方法计算籽粒破损率，即：[13]

，其中，表示籽粒破损率；表示破损籽粒质量（g）；表示样品籽粒总质量（g）。

对于玉米籽粒破碎率指标，籽粒的含水率对其影响最大，且在一定范围内，含水量越高，破碎率越大；摘穗板形式和拉茎辊转速的影响次之；前进速度对其影响较小。使玉米籽粒破碎率最小的试验条件为籽粒的含水率较低、摘穗板的形式为弯板、摘辊为低速度。[25]

苞叶剥净率

在测定区内，从果穗升运器出口接取的果穗中，拣出苞叶多于或等于 3 片（超过 2/3 的整叶算一片）的果穗（未剥净果穗）。按如下方法计算苞叶剥净率，即：[13]

其中，B表示苞叶剥净率；表示未剥净苞叶果穗数（个）；G表示接取果穗总数（个）。

剥皮装置工作原理是通过相邻的两剥皮辊的相向转动带动苞叶随之进入两辊间隙并被扯离穗轴，果穗在压送器拨轮和剥皮辊的共同作用下从出口排出，从而实现对苞叶的撕取剥离。[27]有相关试验研究得出了压送器叶轮轴间距参数对玉米苞叶剥净率影响规律，即当压送器叶轮轴间距较大时剥皮效果较好。[28]

籽粒含杂率

在测定区内，从接粮口接取约不少于2000g的混合籽粒，从中选出杂质质量，分别称出混合籽粒质量及杂质质量，按如下方法计算籽粒含杂率，即：[13]

其中，表示籽粒含杂率；表示杂质质量（g）；表示混合籽粒质量（g）。

有研究表明：籽粒含杂率与籽粒含水量呈显著相关性，籽粒水分含量越高，机收籽粒含杂率也越高。[13]

果穗含杂率

在测定区内,接取果穗升运器出口的排出物，分别称出接取物总质量和杂物（包括泥土、沙石、茎叶和杂草等）质量，按如下方法计算果穗含杂率，即：[13]

其中表示果穗含杂率；表示杂物质量（g）；表示从果穗升运器排出口接取排出物总质量（g）。

采用果穗收获方式时，籽粒含水率与果穗含杂率之间不存在显著相关性，即籽粒含水率不是主要影响因素。[29]有相关实验表明，对于果穗含杂率， 当风机转速一定时，果穗含杂率随物料输送速度增加而增加；当物料输送速度一定时，果穗含杂率随风机转速增加而减小。原因是随着风机转速增加，会产生更高速气流，形成更大风压将杂物从轴流风吸杂筒吸入风机壳腔体后，从而降低果穗含杂率。在风机转速和物料输送速度交互作用中，风机转速是主要影响果穗含杂率的因素。[30]

智能化割台

因为玉米品种和不同地区农民种植习惯不同，各地玉米植株间距不尽相同，这就对玉米联合收割机割台适应性有了较高要求，提高割台适应性，设计智能化割台从而成为关键技术之一。[17]

脱粒清选

开发脱粒装置、清选装置和脱粒清选控制系统是玉米联合收割机另一关键技术。脱粒装置技术研发方向主要为使脱粒更加充分，有效降低籽粒破损率，提高脱粒效率。清选装置技术是为了清选出干净的玉米籽粒。开发脱粒清选控制系统便是为实现玉米脱粒清选智能化控制，在降低籽粒破损率和含杂率前提下提高脱粒清选效率。[16][17]

防侧翻控制系统

为解决玉米联合收割机在山地、丘陵作业时容易侧翻的问题，防侧翻控制系统技术是又一重要技术。该技术的实现需要分析收割机车体结构和油气悬架功能，以设计收割机油气悬架底盘结构。油气悬架底盘结构可以充分利用油气悬架自身防侧翻能力及主动控制悬架液压缸伸缩能力来调平车体，实现玉米联合收割机防侧翻功能。[17]

大型化

发达国家玉米联合收割机正向着大型化和高效化发展，机械的最大割幅已超过9m，喂入量最高已达到10-12kg/s。[18]

综合化

综合化，一机多用是玉米联合收割机的又一发展方向，通过一种主机配备多种专用割台，如大豆、玉米、向日葵、水稻等，实现多种作物的收获。[18]

自动化与舒适化

玉米联合收割机正向着自动化与舒适化发展，通过设计隔热、隔音的现代化密闭驾驶室，增加部件转速、谷物损失量、粮箱填充量的实时显示功能，增加自动对行、自动调节割茬高度技术等方式提高机械的自动化和舒适化程度。[18]

型号命名规范

玉米联合收割机的产品型号由5部分组成，反应产品的分类、特征、功能、参数、改进代号等信息。[31]

代号次序代号名说明举例1分类代号玉米联合收割机代号为4Y4YZ-8表示 8行自走式玉米果穗收获机4YZJ-8表示 8行自走式玉米穗茎收获机2特征代号“Z“表示自走式（可省略）“G”表示悬挂式“Q”表示牵引式3功能代号果穗收获机不标注“L”表示籽粒收获机“J”表示穗茎收获机“X”表示鲜食玉米收获机“S”表示种穗玉米收获机4主参数代号用阿拉伯数字表示反应收获机结构行数全幅收获用工作幅宽单位为厘米5改进代号用字母、阿拉伯数字表示必要时添加数字表示区别代号资料来源：[31]

技术规范

标准名称标准号发布时间实施时间发布单位/类别简介
《玉米、小麦通用型谷物联合收割机》[32]T/NJ 1279-20222022-04-262022-07-26中国-团体标准（CN-TUANTI）本文件规定了玉米、小麦通用型谷物联合收割机的术语和定义、产品型号、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存
《联合收割机监测系统》[33]GB/T 35488-20172017-12-292018-07-01中国-国家标准（CN-GB）本标准规定了联合收割机监测系统的术语和定义、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存[34]
《联合收割机 传动箱》[35]JB/T 13189-20172017-04-122018-01-01中国-行业标准-机械（CN-JB）本标准规定了联合收割机传动箱的型号编制、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。本标准适用于联合收割机机械封闭式齿轮传动箱（不包含驱动桥）
《联合收割机 驱动桥》[36]JB/T 13190-20172017-04-122018-01-01中国-行业标准-机械（CN-JB）本标准规定了联合收割机驱动桥的术语和定义、型号编制、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存
《收获设备联合收割机及其功能部件词汇》（Equipment for harvesting — Combine harvesters and functional components — Vocabulary）[37]ISO 6689:20212021-09-03——国际组织-国际标准化组织（IX-ISO）本文件规定了与联合收割机及其零部件相关的术语和定义。它与ISO 8210相关联，确定了尺寸和其他特征，旨在允许对零部件的操作进行比较，ISO 8210规定了测量特征的方法和所定义术语的性能要求
《收获设备.联合收割机.试验程序和性能评估》（Equipment for harvesting — Combine harvesters — Test procedure and performance assessment）[38]ISO 8210:20212021-07-14——国际组织-国际标准化组织（IX-ISO）本文件规定了联合收割机测量和测试的测试程序。它适用于自行式或牵引式，直接切割作物或从料堆中拾取作物，用于多种作物。 本文件规定了用于测量联合收割机重要特性的术语和方法。它包括功能测试和容量测试，换句话说，在可以评估操作方便性、调整方便性、工作效率和一般操作特性的延长时间内进行的测试，以及在特定场合为确定谷物损失和容量特性而进行的测试。 它适用于所有类型的联合收割机
《收割设备 - 联合收割机 - 粮食罐容量和卸载装置性能的确定和指定》（Equipment for harvesting — Combine harvesters — Determination and designation of grain tank capacity and unloading device performance）[39]ISO 5687:20182018-05-18——国际组织-国际标准化组织（IX-ISO）本文件规定了确定和指定联合收割机粮箱和卸粮系统容量和卸粮率的首选方法

安全事宜

在实际使用玉米联合收割机的过程中，应该做好以下几点：[3]

应该在无载荷情况下启动玉米联合收割机的发动机，在较低转速时结合离合器。在保证玉米联合收割机工作效率较高的情况下，有效管控设备的能耗及磨损情况。在联合收割机作业之前，应用人工作业方式为其开通割道，尤其是对于严重倒伏的玉米应该由人工方式收割。在大规模收割玉米之前，应该先做收割试验，并且在试验过程中应始终保持抵档操作状态，在收割机平整、正常运行的情况下才能逐渐提升档位。在操作玉米联合收割机的过程中，操作人员应灵活操作液压手柄，以确保割台与切碎器可更好地适应当前的工作环境。在实际收割活动中，如果联合收割机发生故障，应立刻熄火停车，快速排查故障，需要注意的是不能用手直接接触设备。在玉米联合收割机作业时，应做好各个设备的散热工作，及时添加适量的冷却水，以有效预防高温作业状况的出现。[3]

参考资料 39

  1. corn harvester — britannica
  2. The Late Rev. Patrick Bell, LL.D — SCI AM
  5. 参考 5
  6. A brief history of combines — farmer's weekly
  7. 参考 7
  12. 参考 12
  13. 参考 13
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. Combine Harvester: Innovating Modern Wheat Farming by History Day Award Winner Christoper Wiley — HistoryLink.org
  25. 参考 25
  26. 参考 26
  27. 参考 27
  28. 参考 28
  29. 参考 29
  30. 参考 30
  31. 参考 31
  32. T/NJ 1279-2022【现行】玉米、小麦通用型谷物联合收割机 — 中国标准服务网
  33. GB/T 35488-2017【现行】联合收割机监测系统 — 中国标准服务网
  34. 参考 34
  35. JB/T 13189-2017【现行】联合收割机 传动箱 — 中国标准服务网
  36. JB/T 13190-2017【现行】联合收割机 驱动桥 — 中国标准服务网
  37. ISO 6689:2021【现行】Equipment for harvesting — Combine harvesters and functional components — Vocabulary — 中国标准服务网
  38. ISO 8210:2021【现行】Equipment for harvesting — Combine harvesters — Test procedure and performance assessment — 中国标准服务网
  39. ISO 5687:2018【现行】Equipment for harvesting — Combine harvesters — Determination and designation of grain tank capacity and unloading device performance — 中国标准服务网
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