摘要：针对玉米籽粒直收机作业过程中损失率偏高的问题，系统分析了割台、输送、脱粒和清选四个环节的损失来源，提出了关键部件优化设计方案。通过采用螺旋渐进式摘穗辊、双侧链条加密拨指升运装置、纹杆-钉齿组合式脱粒滚筒和双层振动筛分级清选系统等创新结构，实现了收获机关键部件的协同优化。田间对比试验结果表明，优化后收获总损失率由8.5%降至4.2%，降幅达50.6%，割台损失率、脱粒损失率和清选损失率分别下降60.7%、48.6%和40.9%，籽粒破碎率降低46.2%，收获质量得到显著提升。

　　关键词：玉米；籽粒直收机；损失率；优化设计；试验验证

　　玉米是我国重要的粮食作物，其机械化收获水平直接影响玉米产量和粮食安全。当前玉米籽粒直收机在作业过程中普遍存在损失率偏高的问题，主要表现为割台损失、脱粒损失和清选损失等[1]。因此，通过系统分析玉米籽粒直收机的损失来源，针对关键部件进行优化设计，并通过田间试验验证优化效果，旨在降低籽粒损失率，为提高收获质量提供技术支撑，以推动我国玉米机械化收获技术的进步。

　　1.玉米籽粒直收机工作原理与损失来源分析

　　1.1玉米籽粒直收机工作原理

　　玉米籽粒直收机是集切割、输送、脱粒、分离、清选等多功能于一体的复合型收获机械，其工作过程具有高度的连续性和系统性[2]。作业时，割台部分通过分禾器将玉米植株导入摘穗辊区域，摘穗辊高速旋转产生的强制作用将果穗从秸秆上剥离，同时秸秆被切碎直接还田。摘取的果穗经升运器垂直提升后进入横向输送装置，通过螺旋输送器或链耙式输送机构将果穗均匀输送至脱粒滚筒。脱粒装置采用轴流式或切流式结构，利用脱粒元件与凹板筛之间的搓擦、撞击和梳刷作用，使玉米籽粒从果穗上分离。脱出的玉米籽粒、籽粒碎片、苞叶碎屑及部分短茎秆等混合物落入清选装置，通过振动筛和风机的联合作用实现分层分离，较重的籽粒下沉并通过筛孔进入粮箱，轻质杂余则被气流吹送至机外。

　　1.2损失来源分析

　　玉米籽粒直收机作业过程中的损失主要来源于四个关键环节。其一，割台损失是指果穗在摘取阶段未被有效收集而掉落田间，主要原因包括摘穗辊间隙设置不当导致漏摘、摘穗板与拉茎辊配合不协调造成果穗甩出、分禾器导向角度不合理引起植株倒伏等。其二，输送损失发生在果穗提升和横向转运过程中，当升运链速度与割台前进速度匹配失调时易产生堆积或抛洒，输送槽倾角过大或链条张紧力不足会导致果穗回落。其三，脱粒损失是籽粒收获作业中最主要的损失形式，包括未脱净损失和破碎损失两类。脱粒滚筒转速过低、齿板间隙过大导致籽粒残留在穗轴上；转速过高、间隙过小则造成籽粒破损率上升。其四，清选损失主要表现为含杂率超标和籽粒随杂余排出，风机风速过大会将籽粒吹出机外，振动筛频率和振幅参数不当使分离效果恶化。

　　2.关键部件优化设计

　　2.1割台结构优化

　　针对割台损失问题，从结构配置和参数匹配两方面开展优化设计。首先，对摘穗辊进行几何优化，将传统直齿式改为螺旋渐进式结构，螺旋升角设定为12—15°,摘穗辊直径160—180mm，齿尖与拉茎辊的有效工作间隙精确控制在28—32mm范围内，确保不同穗位高度的果穗均能被可靠摘取。其次，重新设计分禾器导流曲线，采用变曲率圆弧过渡结构，入口张角扩大至75°,纵向倾角调整为25°,使倾斜或倒伏植株能够顺畅进入摘穗区。再次，改进拉茎辊表面形态，在辊体上按螺旋线布置橡胶凸齿，凸齿高度8mm、间距45mm，拉茎辊转速与机器前进速度比优化为1.2:1，增强对秸秆的夹持力，减少果穗回弹现象[3]。此外，在割台两侧增设液压仿形装置，通过压力传感器实时监测地面起伏，自动调节割台高度，保持摘穗辊距地面稳定在450—500mm，适应复杂地块作业需求。

　　2.2输送装置改进

　　针对输送环节的损失问题，对升运系统和横向输送机构实施协同优化。在升运链设计方面，采用双侧链条+加密拨指的组合结构，拨指间距控制在75—85mm范围内，拨指倾角设置为60—68°,增强对果穗的托举能力，防止回落。升运链运行速度通过变频调速系统动态调节，与割台喂入量建立智能匹配关系，当喂入量超过8kg/s时自动提速至1.8m/s，喂入量降低时回调至1.2m/s，避免堆积或空转。升运槽倾角设定为70—75°范围，并在槽体内壁增设减摩涂层，果穗与槽壁摩擦系数降至0.15以下，提升输送顺畅性。

　　横向输送装置采用变螺距螺旋输送器，中部螺距150mm、两端渐变至120mm，形成向中间汇聚的输送流场，确保果穗均匀分布后进入脱粒滚筒。输送槽底部设置弹性缓冲垫层，厚度10—15mm，有效吸收果穗跌落冲击，减少籽粒震落损失。此外，在升运器出口与横向输送器连接处增设过渡导流板，曲面半径R=180—220mm，消除输送死角，使果穗传递过程更加平稳[4]。

　　2.3脱粒装置升级

　　针对脱粒损失和籽粒破碎问题，对脱粒系统进行结构创新与参数优化。采用轴流滚筒与纹杆－钉齿组合式脱粒元件，滚筒直径设定为600mm，有效脱粒长度1200mm，纹杆与钉齿按3:2比例交错布置，形成渐进式脱粒强度分布：前段以纹杆搓擦为主，钉齿高度18—22mm；中后段钉齿密度增加，高度控制在25—30mm，实现温和脱粒与深度分离的有机结合。凹板筛采用栅格－冲孔复合结构，前段栅格间隙设置为35—40mm，利于大块物料快速通过，后段冲孔筛孔径12—15mm，提高籽粒分离效率。脱粒滚筒转速通过智能控制系统实时调节，根据籽粒含水率自适应匹配：含水率25—30%时转速设定为450—520r/min，含水率低于25%时降至400—450r/min，有效平衡脱净率与破碎率。滚筒与凹板筛间隙采用液压无级调节机构，前端间隙30—35mm，后端收缩至20—25mm，形成收敛型脱粒空间。

　　2.4完善清选系统

　　针对清选环节的籽粒损失和杂余率偏高问题，对风筛清选系统进行结构重构与参数精准匹配。采用双层振动筛+离心风机的分级清选方案，上层鱼鳞筛筛孔尺寸设定为18—22mm，用于初步分离大颗粒杂余和破碎穗轴；下层冲孔筛筛孔尺寸为8—12mm，实现籽粒与细小杂余的精细分离。振动筛驱动采用双偏心轴激振机构，振动频率设置为5.5—6.5Hz，振幅范围25—35mm，通过调节偏心块相位角可实现振动方向的动态优化，形成前抛后筛的复合运动轨迹，促进物料分层。离心风机配置变频调速系统，根据清选负荷实时调节风速：上筛区风速控制在6—8m/s，下筛区风速降至4—6m/s，形成分区差异化气流场，既保证轻杂吹净又避免籽粒飞失。在风道设计上，采用渐扩式风道结构，出风口面积较进风口扩大1.8倍，风速分布均匀性提升40%。此外，在尾筛后部增设二次风选装置，通过横向气流对筛面残留物料进行补充清选。

　　3.试验验证

　　3.1试验设计

　　为验证关键部件优化设计对降低损失率的实际效果，在某玉米生产区开展田间对比试验。试验地块选取郑单958品种，种植密度6.5万株/hm2，籽粒含水率25%—28%，具有良好代表性。采用单因素对比方案，设置对照组与试验组：对照组使用优化前的常规玉米籽粒直收机，采用直齿式摘穗辊、单侧链条升运装置、纹杆式脱粒滚筒和单层振动筛清选系统；试验组是按照优化方案进行的关键部件优化设计的改进型机具，配置螺旋渐进式摘穗辊、双侧链条加密拨指升运装置、纹杆－钉齿组合式脱粒滚筒和双层振动筛分级清选系统，两组机型其他作业参数保持一致，前进速度均设定为4—5km/h。

　　每组设置3个重复地块，每个地块作业面积不少于0.5hm2，地块间设置5m隔离带，消除边际效应影响。试验过程中，按照GB/T 21961—2008《玉米收获机械试验方法》规定的方法进行数据采集：割台损失率采用5m×2m样方法，在割台后方随机布设3个样点，收集掉落果穗和籽粒并称重；脱粒损失率通过收集粮箱排出的穗轴，逐穗检查残留籽粒数量计算；清选损失率在尾筛出口收集排出物料，筛分后称量籽粒质量；籽粒破碎率从粮箱随机取样500g，统计破损籽粒占比。评价指标体系包括总损失率（%）、割台损失率（%）、脱粒损失率（%）、清选损失率（%）、籽粒破碎率（%）和含杂率（%）六项核心指标。试验数据采用SPSS软件进行方差分析和显著性检验，通过t检验判定优化前后各指标差异的统计学意义。

　　3.2优化效果

　　田间对比试验结果如表1所示，试验数据表明，关键部件优化设计显著降低了玉米籽粒直收机的各项损失率，试验组总损失率为4.2%，较对照组的8.5%降低了50.6%。

　　从各环节损失分析来看，割台损失率由对照组的2.8%降至试验组的1.1%，下降60.7%，螺旋渐进式摘穗辊和液压仿形装置的应用有效提升了果穗摘取成功率；脱粒损失率从3.5%降至1.8%，降幅达48.6%，纹杆－钉齿组合式脱粒元件与智能转速调节系统实现了温和高效脱粒；清选损失率由2.2%降至1.3%，下降40.9%，双层振动筛分级清选系统显著提升了籽粒回收能力。同时，籽粒破碎率从5.2%降至2.8%，降低46.2%，凹板筛间隙优化和转速自适应控制有效保护了籽粒完整性；含杂率由3.5%降至1.8%，下降48.6%，分区差异化气流场设计提高了清选质量。

　　经t检验分析，各项指标在P<0.01水平上差异极显著，证明优化设计具有显著技术优势。此外，作业效率方面，优化后机具平均作业效率达0.45hm2/h，与对照组基本持平，表明优化设计在降低损失率的同时未影响作业效率。

　　4.结语

　　针对玉米籽粒直收机损失率偏高的问题，系统分析了割台、输送、脱粒和清选环节的损失，提出了关键部件的优化设计方案。对按照优化设计的关键部件进行试验结果表明，收获的损失率得到明显降低。未来研究应进一步结合智能传感技术和自适应控制算法，实现收获参数的实时优化调节，同时开展不同品种、不同含水率条件下的适应性研究，为推动我国玉米机械化收获技术高质量发展提供技术支撑。

　参考文献：

　　[1]胡洋洋.玉米籽粒收获机械关键部位的优化设计探讨[J].农业机械,2025,(8):53—56.

　　[2]郑保新.玉米籽粒机械化收获技术分析[J].中国农机装备,2025,(6):24—27.

　　[3]邢高勇,葛世聪,卢彩云,等.基于VS—1D CNN的玉米籽粒直收机清选损失检测系统设计与试验[J].农业机械学报,2025,(2):206—216.

　　[4]刘阳春,李明辉,王吉中,等.玉米籽粒直收机夹带损失检测系统设计与试验[J].农业机械学报,2023,(5):140—149.