草種收獲機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展展望

裴建杰 謝旭華

1、河北省機(jī)械科學(xué)研究院 050051 2、石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 050081

本文介紹了牧草（羊草）種子收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀，對(duì)牧草（羊草）種子收獲機(jī)先進(jìn)機(jī)型的工藝流程進(jìn)行了簡述，介紹了6種梳脫機(jī)構(gòu)的主要形式及使用范圍，并對(duì)各機(jī)型存在的問題進(jìn)行了分析，提出了草種收獲機(jī)未來的發(fā)展方向。

羊草；種子；收獲機(jī)；現(xiàn)狀；研究

飼草是畜牧業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。近幾年來，我國草原的生態(tài)環(huán)境呈整體惡化趨勢(shì)，草原的建設(shè)速度趕不上退化速度，草畜矛盾十分突出?；謴?fù)草地植被、提高草地生產(chǎn)力、改善生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展，是我國面臨的迫切任務(wù)。因此我國確定了到2010年新建人工草地、改良草地5000萬hm2的任務(wù)，每年至少需種草730萬hm2。當(dāng)前各地都在進(jìn)行大規(guī)模草原生態(tài)建設(shè)和改良，開展大面積退耕還草，對(duì)牧草種子的需求日益增加。

羊草是我國種植牧草的主要品種之一，也是我國目前唯一可出口創(chuàng)匯的牧草。羊草屬禾本科,是多年生草本，其種子長在莖稈的頂部，重量輕，體積小，飄移速度低。跟據(jù)羊草生長的特點(diǎn)，為了確保草種的適時(shí)收獲，草種的收獲和牧草收割需分段進(jìn)行，設(shè)計(jì)羊草種子收獲機(jī)的工作原理，必須滿足草種收獲的技術(shù)要求，即收獲草種要損失小，效率高，工作可靠，同時(shí)要盡量減輕對(duì)羊草莖稈的損傷，以免影響羊草的繼續(xù)生長。

1 羊草草種收獲機(jī)的研究國內(nèi)外現(xiàn)狀

牧草尤其是羊草種子的收獲與大田作物種子的收獲有很大不同，雖然所用機(jī)械設(shè)備有很多相似之處，但由于種子的生長特性和外形參數(shù)差異很大，決定了牧草種子的收獲要采用特殊的工藝和特殊的設(shè)備。目前國外也缺少專門用于對(duì)生長著的羊草等禾本科牧草種子的收獲機(jī)具。

從80年代開始，我國只有內(nèi)蒙、黑龍江等地的幾個(gè)牧草機(jī)械廠進(jìn)行了牧草收割機(jī)械的研究開發(fā)，生產(chǎn)了專門割草的中小型機(jī)械，但對(duì)于草種收獲機(jī)械的研究，都處于起步階段。如目前的小型尼龍絲梳刷式草籽采集機(jī)、氣吸式草籽梳脫機(jī)，均存在著適應(yīng)性和可靠性差、草籽損失大、效率低等問題，不適應(yīng)大型牧場(chǎng)的作業(yè)要求，難以得到應(yīng)用。目前我國草種收獲主要靠人工收種、打碾，粗放清選、自然干燥，以致草種生產(chǎn)效率低、損失大、病害多，草種的凈度、發(fā)芽率等指標(biāo)超過國家標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重阻礙了牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著我國種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和退耕還草政策的實(shí)施，牧草特別是羊草的種植面積越來越大，研制開發(fā)牧草種子收獲機(jī)械，提高草種的產(chǎn)量和質(zhì)量，已成為我國當(dāng)前牧草業(yè)發(fā)展的迫切需求。因此針對(duì)牧區(qū)草場(chǎng)面積大、地理、氣候條件復(fù)雜、以及羊草生長的物理特性，研制開發(fā)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)的大中型自走式禾本科牧草（羊草）種子收獲機(jī)，十分必要。目前該項(xiàng)目已列入國家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃。

2 當(dāng)前先進(jìn)機(jī)型的工作原理

自走式牧（羊）草種子收獲機(jī)，是我國最近正在研制開發(fā)的先進(jìn)機(jī)型，其草種收獲的工藝流程如圖1。它采用梳脫式收獲割臺(tái)，機(jī)械、風(fēng)力聯(lián)合輸送，氣流和篩子聯(lián)合清選，并帶有二次回收裝置。這種收獲方法對(duì)高矮莖稈適應(yīng)性好，草種的損失小。梳脫收獲形式與全喂入和半喂入收獲形式相比，具有喂入物料的草谷比小、功率消耗少、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 草種收獲機(jī)工藝流程簡圖

2.1 機(jī)具的主要結(jié)構(gòu)及工藝流程

自走式牧（羊）草種子收獲機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖2，它主要包括動(dòng)力傳動(dòng)及行走機(jī)構(gòu)，梳脫機(jī)構(gòu)，機(jī)械、風(fēng)力聯(lián)合輸送機(jī)構(gòu)，物料與氣流分離機(jī)構(gòu)四部分。

圖2 草種收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

牧（羊）草種子收獲機(jī)的工藝流程是：生長在田間的羊草種子由梳脫割臺(tái)脫下后，通過輸送機(jī)構(gòu)和氣流向后輸送至物料與氣流分離倉，在倉內(nèi)容積增大，輸送氣流流速減慢，較重草籽及莖葉在慣性力、重力的作用下均勻落至傾斜的振動(dòng)篩上，經(jīng)過篩分，草籽落入卸料攪龍內(nèi)，莖葉排出，較輕的籽粒與物料吸附在轉(zhuǎn)篩上，為清除吸附在轉(zhuǎn)篩上的物料，毛刷與轉(zhuǎn)篩設(shè)計(jì)為相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，毛刷將物料刷掉進(jìn)入卸料攪龍內(nèi)，然后由卸料攪龍將種子裝入口袋內(nèi)，完成牧草種子的收獲。

表1 牧（羊）草種子收獲機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.2 梳脫機(jī)構(gòu)的主要形式

羊草種子收獲機(jī)的關(guān)鍵部件是草種的梳脫機(jī)構(gòu)，其功能就是將牧（羊）草穗頭進(jìn)行梳刷捋脫，使穗頭及籽粒根蒂被捋斷并獲得輸送初速度。研究優(yōu)化草種梳脫機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，是提高收獲部件對(duì)羊草種子的適應(yīng)性，減少草種損失，降低草種破損率所必做的基礎(chǔ)工作。

2.2.1 旋轉(zhuǎn)刷式該形式有單刷和雙刷兩種。

A、旋轉(zhuǎn)單刷式主要包括高速旋轉(zhuǎn)的單刷。工作過程是：機(jī)具行進(jìn)，轉(zhuǎn)刷接觸牧草，將牧草上的種子刷落，由于轉(zhuǎn)刷高速旋轉(zhuǎn)，在采集機(jī)殼體上部形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，刷落的種子被吸入，進(jìn)入到沉積室，種子沉積，而大部分輕雜隨風(fēng)被吹出外。

B、旋轉(zhuǎn)雙刷式主要工作部件是兩個(gè)相向旋轉(zhuǎn)的刷子。其采集力度較單刷大，能采集相對(duì)較難脫粒的草種。工作過程是：機(jī)具前進(jìn)，相對(duì)靠前的刷輥將接觸到的植株推到兩刷中間，形成對(duì)植株的夾持狀，兩刷的轉(zhuǎn)動(dòng)使草種脫離植株，同時(shí)被拋向后部，由風(fēng)吸走，進(jìn)入集中箱。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)梳齒式主要工作部件是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的梳齒。其工作過程是：機(jī)具行進(jìn)，旋轉(zhuǎn)的梳齒象梳頭的篦子一樣將草種從植株上捋下，在梳輥的上部有風(fēng)機(jī)將種子吸走，送入沉積室。這種機(jī)具在牧草纏繞嚴(yán)重時(shí)不太適合。

2.2.3 擊桿梳齒式主要由轉(zhuǎn)動(dòng)的撥禾刷桿和指狀分禾器組成，工作時(shí)，機(jī)具前進(jìn)，撥禾輪將牧草推向分禾器，同時(shí)撥禾輪上的刷桿敲擊草穗、草稈，擊落部分種子，最終，草穗貼在分禾器上，刷桿從上面滑過，將種子徹底脫下，并像掃帚一樣把種子掃向種子箱

2.2.4 帆布夾持式該機(jī)主要由上、下回轉(zhuǎn)環(huán)行帆布帶組成，帆布帶上固定有橡膠條，下帆布帶與上帆布帶配合完成喂入、夾持、脫粒、種子輸送到集中箱等過程。其工作原理與雙刷式基本一致。但其轉(zhuǎn)速較低，可靠性也低。

2.2.5 真空采摘式真空種子收獲機(jī)利用空氣負(fù)壓來采摘和撿拾草種?？墒占捘敛莺蜕⒙涞降孛娴男《p的種子。該機(jī)主要工作部件是一個(gè)較寬的真空吸管，有的機(jī)具還配有振擊牧草的機(jī)構(gòu)。由于真空吸力有限，采集力度不大，所以此法易于那些自然落粒性強(qiáng)、粒子小、輕的矮稈牧草的種子收獲。

圖3 梳脫割臺(tái)的主要形式

3 存在的問題

3.1 草種的收獲損失問題

草種收獲損失包括草種的梳脫損失、漏脫損失和清選損失，是收獲機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)。梳脫損失是指草種被梳脫后散落在梳脫臺(tái)之外的損失，它是收獲損失中的關(guān)鍵指標(biāo)。

羊草種子長在莖稈的頂部，重量輕，體積小，飄移速度低，根據(jù)其物理特性，最理想的收獲草種形式應(yīng)采用氣吸和機(jī)械采集相結(jié)合的形式，機(jī)械采收使草種與籽粒根蒂脫離，氣吸運(yùn)動(dòng)使脫落在空中的草種沿所要求的方向產(chǎn)生有序流動(dòng)，可有效的降低草種的梳脫損失。目前小型草種收獲機(jī)由于其動(dòng)力和體積的限制，都難以解決草種收獲損失大這一難題。自走式收獲機(jī)采用了先進(jìn)的梳脫收獲工藝，成功的解決了羊草種子難采集，采收草種損失大，采收效率低的難題，使機(jī)具具有了較高的機(jī)動(dòng)性，適應(yīng)性和可靠性。該機(jī)首次采用結(jié)構(gòu)簡單的旋轉(zhuǎn)單刷式結(jié)構(gòu)，并在梳脫滾筒與收集草種板之間設(shè)置了草種二次回收裝置，這一結(jié)構(gòu)為國內(nèi)首創(chuàng)。它主要有回收攪龍、回收草種板和葉片式拋射器等組成，可將由梳脫攪龍不能完全回收的草種繼續(xù)回收，大大地降低了草種的梳脫損失率。該關(guān)鍵技術(shù)的突破，為梳脫式牧（羊）草種子收獲機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3.2 草種的輸送問題

羊草類禾本科牧草種子小、重量輕、流動(dòng)性差，小型機(jī)由于草種輸送路程短、氣流流速大，可以較好的解決草種的輸送問題，但由于它不能實(shí)現(xiàn)草種的清選，造成了種子含雜率較高。自走式機(jī)組草種輸送路程較長，在刮板式機(jī)械輸送的基礎(chǔ)上增加了引風(fēng)氣流輸送，加強(qiáng)了輸送系統(tǒng)的密封性，保證了輸送可靠，并確保采收的草種內(nèi)所含的較大莖葉順暢到達(dá)篩分倉，較好的解決了草種小，難輸送的難題。

3.3 草種的清選

目前我國還沒有先進(jìn)實(shí)用的草種專用清選加工設(shè)備，小型草種收獲機(jī)由于動(dòng)力和體積的制約，僅僅能夠完成草種的收獲作業(yè)。而自走式機(jī)組通過優(yōu)化篩分倉的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用毛刷與轉(zhuǎn)篩、振動(dòng)篩相結(jié)合，進(jìn)行物料與氣流的分離，確保草種與輸送氣流在篩分倉分離，減少草種隨氣流排出的損失，提高了草種的凈度，可以滿足草種的加工要求。

4 草種收獲機(jī)的發(fā)展展望

草種收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作業(yè)草場(chǎng)面積大，地理、氣候條件以及牧草長勢(shì)變化多樣。為提高收獲機(jī)對(duì)草種的適應(yīng)性、使收獲技術(shù)進(jìn)一步完善，必須深入研究優(yōu)化草種收獲機(jī)的工藝參數(shù)，探索其結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)的最佳配置。一方面要在原有技術(shù)基礎(chǔ)上針對(duì)我國牧草品種及其特點(diǎn)開發(fā)研制不同類型的草種收獲機(jī)，另一方面在草種收獲加工領(lǐng)域里繼續(xù)開發(fā)研制國內(nèi)急需的空白產(chǎn)品。

4.1 應(yīng)研發(fā)高效率，自動(dòng)化的草種收獲機(jī)

我國牧區(qū)草場(chǎng)面積大，地表?xiàng)l件及牧草長勢(shì)不盡相同，不同草種收獲期長短不一。要保證草種收獲質(zhì)量，必須根據(jù)牧草的情況選用不同形式的梳脫機(jī)構(gòu)，并使梳脫機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)與地面仿行。同時(shí)要減少功耗，增加機(jī)器的工作幅寬和速度，提高其工作效率。因此，研制自走式功能全的草種收獲機(jī)是未來的發(fā)展方向。

4.2 應(yīng)采用先進(jìn)的電子技術(shù)，監(jiān)控收獲機(jī)的作業(yè)工況，提高其工作可靠性

目前，我國的計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)發(fā)展很快，應(yīng)充分利用成熟的技術(shù)，給機(jī)器配置能夠監(jiān)控各個(gè)部件工作參數(shù)的電子元件，以便把每個(gè)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀況及時(shí)反映給駕駛員，使駕駛員能夠適時(shí)明了機(jī)器的作業(yè)工況，及時(shí)調(diào)整收獲機(jī)的作業(yè)狀態(tài)，確保整機(jī)工作的連續(xù)性和可靠性。

4.3 制定先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，提高收獲機(jī)的利用率，實(shí)現(xiàn)牧草種子聯(lián)合收獲作業(yè)

自走式草種收獲機(jī)技術(shù)先進(jìn)，但價(jià)格較高，應(yīng)在盡可能的條件下，把需分段進(jìn)行的草種收獲和牧草收割兩種作業(yè)，通過簡單地?fù)Q裝不同的部件來完成，以提高收獲機(jī)的利用率。甚至也可把小麥的收獲作業(yè)，利用草種收獲機(jī)的簡單改裝來完成。

4.4 要根據(jù)地理位置、經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和草地狀況，建立一批現(xiàn)代化的大中型規(guī)模的草種收獲加工基地，采用先進(jìn)的收獲加工技術(shù)和設(shè)備形成專業(yè)化生產(chǎn)，規(guī)?；?jīng)營，直接生產(chǎn)加工并銷售優(yōu)質(zhì)草種，實(shí)行生產(chǎn)、加工、銷售一體化的大型草種收獲加工基地，形成一定的規(guī)模效益。

5 結(jié)語

自走式牧草（羊草）種子收獲機(jī)是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的綜合性機(jī)具，它集機(jī)械、電子、液壓、自動(dòng)控制于一身。梳脫機(jī)構(gòu)多種多樣，因此收獲臺(tái)應(yīng)根據(jù)收獲對(duì)象的不同特征選擇不同的梳脫機(jī)構(gòu)。雖然我國對(duì)草種收獲機(jī)的研制開發(fā)起步晚，但隨著我國大規(guī)模草原建設(shè)與改良的進(jìn)行，牧區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的快速提升，草種收獲機(jī)械市場(chǎng)需求的日益迫切，許多新的草種收獲機(jī)型很快出現(xiàn)在市場(chǎng)上，經(jīng)過大量的試驗(yàn)、改進(jìn)，具有工藝合理、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、工作可靠、價(jià)格適中的收獲損失少、效率高的牧草種子收獲機(jī)會(huì)很快應(yīng)用于生產(chǎn)。

[1]袁建寧；李顯旺等，梳脫式收獲機(jī)設(shè)計(jì)理論的研究。農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1998（6）：37～43

[2]Kranz-WL;Parkhurst-AM,Comparison of harvest techniques for grass-seed field demonstrations.American-Journal-of-Alternative-Agriculture.1980,4:2,68～72

[3]王全喜，牧草種子收獲工藝及設(shè)備，中國農(nóng)機(jī)學(xué)會(huì)收獲加工機(jī)械分會(huì)第二屆學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，1989，10

[4]徐元倫，進(jìn)口牧草收獲機(jī)械及配套方案的選擇。農(nóng)業(yè)機(jī)械，2002（5）：5～14