秸稈打捆機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

郭忠寶+溫曉鑫+葛宜元+李亞芹+王俊發(fā)+邱新偉+豆賀

摘 要：秸稈是十分重要的可再生能源，我國(guó)每年都會(huì)產(chǎn)生大量的秸稈。秸稈是主要的生物質(zhì)原料，可以替代常規(guī)能源，也可用作工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但是由于秸稈比較分散，儲(chǔ)運(yùn)不方便，因此想要收集秸稈就變得比較困難。目前我國(guó)大量的秸稈被焚燒或者被廢棄，不僅造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，還浪費(fèi)了大量的寶貴資源。秸稈打捆機(jī)可以使秸稈的儲(chǔ)運(yùn)工作變的簡(jiǎn)單，極大地提高秸稈的利用率，因此對(duì)秸稈打捆機(jī)進(jìn)行研究十分必要。通過簡(jiǎn)要介紹國(guó)外凱斯紐荷蘭、克拉斯、約翰迪爾以及國(guó)內(nèi)現(xiàn)代農(nóng)裝公司、農(nóng)機(jī)院呼和浩特分院和上海世達(dá)爾公司研制生產(chǎn)的打捆機(jī)。對(duì)上述公司生產(chǎn)的打捆機(jī)的技術(shù)原理以及功能特點(diǎn)等方面進(jìn)行總結(jié)并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，為之后進(jìn)一步研究打捆機(jī)提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；秸稈；打捆機(jī)；現(xiàn)狀；趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：S233.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.07.008

0 引言

在我國(guó)秸稈的資源總量十分豐富，其中以玉米秸稈和水稻秸稈為主，大約占秸稈資源總量的2/3[1]。隨著農(nóng)作物種植面積的不斷增加，秸稈產(chǎn)量呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。我國(guó)農(nóng)作物的秸稈的年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到7億t，農(nóng)作物收獲之后，秸稈的處理有不同的方法[2]。在我國(guó)有很多地區(qū)在農(nóng)作物收獲之后將秸稈進(jìn)行粉碎，秸稈還田；還有許多地方將秸稈直接進(jìn)行焚燒（如圖1所示），造成了嚴(yán)重的空氣污染。其實(shí)，秸稈的用途十分廣泛，在新能源方面，可以轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料，也可以發(fā)酵制取酒精，還可以轉(zhuǎn)化為液體燃料；在畜牧業(yè)方面，秸稈可以制作成青貯飼料；還可以培養(yǎng)食用菌。近年來，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視，己嚴(yán)禁秸稈直接焚燒，秸稈的綜合利用得到了較大的重視，但是由于秸稈蓬松、分布分散，導(dǎo)致秸稈的收集工作的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此，越來越多的人加入到了打捆機(jī)的研制工作當(dāng)中。

最早期的打捆機(jī)是蓄力式打捆機(jī)，之后發(fā)展到小方捆打捆機(jī)，接著發(fā)展到現(xiàn)在的圓捆打捆機(jī)以及大中型方捆打捆機(jī)[3]?，F(xiàn)有的打捆機(jī)按照打的捆是方捆還是圓捆可以分為方捆打捆機(jī)和圓捆打捆機(jī)；按照傳動(dòng)方式可以分為牽引式打捆機(jī)和自走式打捆機(jī)。牽引式打捆機(jī)由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸提供動(dòng)力，由傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力輸入至打捆機(jī)，使其完成撿拾、填料、壓縮、打結(jié)等各個(gè)環(huán)節(jié)[4]。

1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外的農(nóng)業(yè)發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，第一階段，部分機(jī)械化階段，主要在個(gè)別繁重的環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械操作，例如細(xì)料加工中的粉碎機(jī)械、飼喂飼料混合機(jī)械等；第二階段，綜合機(jī)械化階段，在農(nóng)作物生產(chǎn)和加工的過程中使用成套的機(jī)械設(shè)備，用機(jī)械代替人力操作；第三階段，工廠化階段，這個(gè)階段先進(jìn)的工藝、自動(dòng)化裝備以及相應(yīng)的機(jī)械化的發(fā)展，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品密度顯著提高，人工直接管理的時(shí)間大為減少，且可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，效益增加，產(chǎn)品質(zhì)量提升。打捆機(jī)作為秸稈收儲(chǔ)的關(guān)鍵設(shè)備，必須進(jìn)行研究。

在國(guó)外，打捆機(jī)的研究已經(jīng)有100多年的歷史，1870年，美國(guó)人迪德里克發(fā)明了第一臺(tái)機(jī)械固定打捆機(jī)，自此自動(dòng)撿拾小方捆機(jī)研制成功，并在世界各國(guó)推廣此機(jī)型，在方捆打捆機(jī)市場(chǎng)趨于飽和之后，圓捆打捆機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，大型的圓捆打捆機(jī)開始商業(yè)化生產(chǎn)，國(guó)外打捆機(jī)的發(fā)展歷史悠久，擁有先進(jìn)的技術(shù)和豐富的生產(chǎn)和制造經(jīng)驗(yàn)[5]。德國(guó)的克拉斯公司生產(chǎn)的牧草收獲機(jī)械在歐洲處于領(lǐng)先地位，早在1927年就發(fā)明了專利產(chǎn)品—打結(jié)器，并將其應(yīng)用在不同的打捆機(jī)上。第一臺(tái)自動(dòng)撿拾小方捆打捆機(jī)研制成功，20世紀(jì)40年代開始在世界各地推廣此機(jī)型，之后小方捆打捆機(jī)的市場(chǎng)逐漸趨于飽和[6]。之后開始研制圓捆打捆機(jī)，在60年代研制成功，70年代開始，大型的圓捆打捆機(jī)開始大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)，主要生產(chǎn)打捆機(jī)的公司包括凱斯紐荷蘭、克拉斯、約翰迪爾等。

紐荷蘭公司生產(chǎn)的BC5070小方捆打捆機(jī)（如圖2所示）采用Super-Sweep 撿拾器、重型牽引架、大尺寸動(dòng)力傳動(dòng)部件、齒輪驅(qū)動(dòng)的打結(jié)器，它可以為用戶撿拾更多的秸稈，柱塞在密封軸承上運(yùn)行，不管作物條件如何，都能壓成均勻、致密的草捆，為長(zhǎng)途輸送提供有力的條件。齒輪的打結(jié)器可以保證不漏掉草捆。

德國(guó)克拉斯公司生產(chǎn)的MARKANT 65D打捆機(jī)（如圖3所示）生產(chǎn)效率高，操作方便，撿拾器撿拾作物干凈，該打捆機(jī)打捆的長(zhǎng)度可以在0.4～1.1 m間調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)打捆機(jī)的尾部曲柄把可調(diào)節(jié)草捆的壓實(shí)度，該機(jī)型采用液壓調(diào)節(jié)切割滾筒裝置，使其草捆形狀完美，并且該打捆機(jī)采用的打結(jié)器，可以保證打捆機(jī)在惡劣的條件下工作[7]。

約翰迪爾公司生產(chǎn)的F440R型圓捆打捆機(jī)（如圖4所示）采用大直徑喂入輥結(jié)合五個(gè)低轉(zhuǎn)速齒桿，使撿拾效率提高50%以上，可靠耐用，撿拾器采用凸輪軌道設(shè)計(jì)，是收割潮濕作物的理想解決方案，處理能力更強(qiáng)的喂入輥，增強(qiáng)物料喂入通暢性，可以極大的降低堵塞風(fēng)險(xiǎn)，使打捆機(jī)在各種環(huán)境下都可以實(shí)現(xiàn)最大化生產(chǎn)。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)是農(nóng)業(yè)機(jī)械制造大國(guó)，2013年生產(chǎn)總值已經(jīng)位于世界第一，但是離農(nóng)業(yè)機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)還有一段距離，我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械在世界上的影響力不強(qiáng)，農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在核心技術(shù)缺乏、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理、制造技術(shù)能力低、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合與全程機(jī)械化配套性差等問題[8]。農(nóng)機(jī)企業(yè)規(guī)模小，產(chǎn)品以中小型低端為主，高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口，中低端產(chǎn)品嚴(yán)重過剩，低水平同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)激烈，可靠性差。農(nóng)業(yè)綜合機(jī)械化水平相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)90年代中后期的水平，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比落后20多年[9]。我國(guó)在上世紀(jì)50年代末開始生產(chǎn)蓄力固定式捆草機(jī)，在60年代的時(shí)引進(jìn)了國(guó)外小方捆打捆機(jī)，并且開始仿制，在80年代初期仿制成功，并投放市場(chǎng)使用，但是由于市場(chǎng)需求低，技術(shù)不夠成熟，逐漸退出市場(chǎng)[10]。近些年來，由于秸稈焚燒問題嚴(yán)重，加劇了環(huán)境污染，秸稈的處理問題難以解決，為秸稈打捆機(jī)的發(fā)展迎來了契機(jī)[11]。

目前我國(guó)研制生產(chǎn)打捆機(jī)的公司包括中國(guó)收獲機(jī)械總公司、現(xiàn)代農(nóng)裝公司、農(nóng)機(jī)院呼和浩特分院和中日合資世達(dá)爾公司等，國(guó)內(nèi)打捆機(jī)主要機(jī)型有現(xiàn)代農(nóng)裝公司研制的9YFQ-1300/1600系列打捆機(jī)等機(jī)型，農(nóng)機(jī)院呼和浩特分院研制的9YFQ-1.9方草捆打捆機(jī)以及上海世達(dá)爾公司的THB系列小方草捆打捆機(jī)。

浙江湖州星光農(nóng)機(jī)開發(fā)出的橡膠履帶自走式方捆打捆機(jī)（如圖5所示），能依次自動(dòng)完成撿拾、輸送、喂入、壓縮、打捆、放捆等工作，無極變速、橡膠履帶行走、水田通過能力強(qiáng)，可在潮濕的稻田、麥田進(jìn)行作業(yè)，推廣前景好。

中國(guó)農(nóng)機(jī)院呼和浩特分院研制的華德9YG-1-4型圓捆卷捆機(jī)（如圖6所示），可以將不同種類的物料制作成圓柱形捆狀物，將摟集成條的牧草或農(nóng)作物秸稈等物料經(jīng)過撿拾、喂入、壓縮后制作成圓捆。這種圓捆卷捆機(jī)撿拾器的仿形性能好，撿拾遺漏率低，整機(jī)采用液壓控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了圓捆機(jī)的液壓控制，使機(jī)器的自動(dòng)化程度得到了提高，操作便捷，性能穩(wěn)定。

雷沃公司生產(chǎn)的MF3040打捆機(jī)（如圖7所示），采用德國(guó)進(jìn)口D型打結(jié)器，性能穩(wěn)定，可靠性高，打結(jié)時(shí)間短，成捆率高，整機(jī)采用縱軸線對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，中置牽引，行駛穩(wěn)定性好，適合小地塊和不規(guī)則的地塊使用。

3 打捆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

由于圓捆打捆機(jī)相比于方捆打捆機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用調(diào)整方便，故障率低，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)率可達(dá)7.5～12.5 t/h；圓捆草捆便于飼喂，散食時(shí)很容易鋪開，損失少。由于這方面的原因，在我國(guó)圓捆打捆機(jī)仍然占有重要地位[12]。我國(guó)現(xiàn)階段打捆機(jī)的發(fā)展與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的水平還有一定的差距，因此要加強(qiáng)我國(guó)自主創(chuàng)新能力，研制適合我國(guó)國(guó)情的打捆機(jī)，提高打捆機(jī)的使用性能。要滿足我國(guó)地域多樣性、作物多元化、農(nóng)藝復(fù)雜性對(duì)農(nóng)機(jī)裝備的需求，必須依賴自主創(chuàng)新解決[13]。

我國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)型的農(nóng)業(yè)國(guó)家，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平雖然在不斷的提高，但是由于農(nóng)民的文化程度較低，以及傳統(tǒng)觀念的束縛，導(dǎo)致我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度仍然很低。但隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，國(guó)內(nèi)對(duì)打捆機(jī)的需求越來越大，這給我國(guó)打捆機(jī)的發(fā)展提供了一個(gè)新契機(jī)[14]。目前，我國(guó)從事打捆機(jī)研發(fā)制造的科研單位和大型企業(yè)較少，相關(guān)的理論研究不多，雖然在成捆機(jī)理、液壓控制等方面有所突破，但產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性還是不高，核心技術(shù)上還缺乏競(jìng)爭(zhēng)力[15]。

各種農(nóng)作物秸稈的處理將是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以后面臨的一個(gè)大問題，如果能得到科學(xué)合理的解決將會(huì)產(chǎn)生巨大的收益，如果處理不當(dāng)則會(huì)造成浪費(fèi)甚至?xí)廴经h(huán)境。

（1） 吸取國(guó)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)手段，根據(jù)我國(guó)具體的國(guó)情和生產(chǎn)作業(yè)的具體情況，設(shè)計(jì)出適合的打捆機(jī)[16]。

（2） 我國(guó)的科研人員要提高自主創(chuàng)新能力，在保證打捆機(jī)的可靠性及安全性的同時(shí)，還需降低生產(chǎn)成本。

在資源緊張的今天，要建立環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)農(nóng)作物的秸稈回收利用顯得尤為重要。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，研制多種打捆機(jī)以幫助農(nóng)民處理廢棄的秸稈，讓農(nóng)民有更多的時(shí)間去處理其他的事情[17]。隨著打捆機(jī)的進(jìn)一步研制，不僅對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，對(duì)社會(huì)也有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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