丘陵山區(qū)谷子收獲機(jī)械化的創(chuàng)新研究

劉中峰

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 太原 030031）

1 丘陵山區(qū)谷子機(jī)械化收獲現(xiàn)狀

谷子是世界上最古老的作物之一，起源于中國，是很多地區(qū)的主要農(nóng)作物之一。谷子本身具有抗干旱、耐瘠薄、適播期長、生育期短、抗逆性強(qiáng)、成熟早等特點(diǎn)。目前，我國谷子種植面積大約在133.33×104～166.67×104hm2，主要分布在山西、河北、內(nèi)蒙古、陜西、甘肅、河南等10個(gè)省份，并且大多數(shù)種植在干旱少雨的丘陵和山區(qū)，受氣候條件影響很大，產(chǎn)量和品質(zhì)很不穩(wěn)定。隨著社會的發(fā)展，谷子的種植已形成了一家一戶、大面積專業(yè)農(nóng)戶（如山西晉中市什帖鎮(zhèn)37.33 hm2）、農(nóng)民專業(yè)合作社（如山西嵐縣尚農(nóng)專業(yè)農(nóng)機(jī)合作社66.67 hm2）、公司+農(nóng)戶、公司+農(nóng)戶+基地（如山西沁州黃、汾州香等）等模式。谷子收獲也根據(jù)谷子種植方式、種植規(guī)模以及地理?xiàng)l件等的不同，形成了聯(lián)合收獲機(jī)械化、分段收獲機(jī)械化、人工收割半機(jī)械化3種收獲模式。其中，丘陵山區(qū)的谷子收獲仍然以人工收割半機(jī)械化為主，如何解決人工收割環(huán)節(jié)的機(jī)械化生產(chǎn)問題是當(dāng)前一個(gè)急需破解的難題。

1.1 聯(lián)合收獲機(jī)械化模式

在大面積專業(yè)農(nóng)戶、農(nóng)民專業(yè)合作社、公司+農(nóng)戶、公司+農(nóng)戶+基地的經(jīng)營模式中，生產(chǎn)地塊66 hm2以上規(guī)模的比較平坦的大地塊，能一次完成谷子的切割、輸送、脫粒、分離和清選等多項(xiàng)作業(yè)，容易實(shí)現(xiàn)聯(lián)合收獲機(jī)械化，因此，這些地區(qū)的谷子收獲作業(yè)效率高，谷子產(chǎn)業(yè)發(fā)展好。

1.2 分段收獲機(jī)械化模式

有些農(nóng)民專業(yè)合作社統(tǒng)一購買種子、化肥等生產(chǎn)資料，收獲后統(tǒng)一銷售，雖然集中連片種植，但播種、收獲仍然是一家一戶單獨(dú)進(jìn)行。這些地區(qū)谷子收獲作業(yè)雖然總面積大，但是能一次完成的面積小，不容易實(shí)現(xiàn)聯(lián)合收獲機(jī)械化。所以，這些地塊相對較小、有些坡度但不影響小四輪拖拉機(jī)作業(yè)的地塊，可采用谷子分段機(jī)械化收獲。使用小四輪或手扶拖拉機(jī)配套的谷子割曬機(jī)先將谷子割倒，進(jìn)行晾曬后，再用谷穗脫粒機(jī)或者整株脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒。谷子有后熟現(xiàn)象，非常適合分段收獲。從綜合效益來看，山區(qū)丘陵的谷子收獲還是割曬的分段收獲方式效益高。

1.3 人工收割半機(jī)械化模式

分散的一家一戶谷子生產(chǎn)方式地塊小、種植分散，即使能使用小四輪割曬機(jī)的地塊，由于需要來回跑路，大部分時(shí)間浪費(fèi)在上坡、下溝的過程中，經(jīng)濟(jì)成本等方面非常不合適。所以這些地區(qū)谷子收獲主要以人力為主，采用人工割倒、人工摘穗、畜力脫?；蛎摿C(jī)脫粒的傳統(tǒng)收獲模式。人工收割勞動強(qiáng)度大、效率低，相對成本高，收獲周期長。

2 現(xiàn)有的谷子收獲機(jī)械

2.1 谷子割曬機(jī)

谷子割曬機(jī)可將成熟后的谷子割倒鋪放，有利于谷稈的回收，比人工收割作業(yè)效率高很多倍。谷子割曬機(jī)有與小四輪拖拉機(jī)配套和手扶拖拉機(jī)配套兩種，丘陵山區(qū)普遍使用，市場保有量很高。但是由于谷子存在秸稈較高、穗大頭沉、籽粒被碰容易撒落等特點(diǎn)，現(xiàn)有的割曬機(jī)對谷子進(jìn)行收割時(shí)，容易出現(xiàn)喂入困難、容易纏繞、鋪放不整齊、籽粒損失大等問題。

2.2 谷子脫粒機(jī)

現(xiàn)有谷穗脫粒機(jī)和整株脫粒機(jī)兩種類型，普遍存在喂入不均勻時(shí)容易纏繞堵塞、破損率高、漏籽多、清選效果差、工作效率低等問題，但由于價(jià)格低廉，使用方便，在丘陵山區(qū)的廣大農(nóng)村使用非常廣泛。

2.3 谷子聯(lián)合收獲機(jī)

谷子聯(lián)合收獲機(jī)有軸流式聯(lián)合收獲機(jī)和切流式聯(lián)合收獲機(jī)兩種類型，存在割臺損失、清選夾帶損失、破碎率和含雜率高等問題。因?yàn)槌墒斓墓人腩^向下低垂，并且相互絞纏性大，使得分禾、撥禾和喂入困難，谷碼脫粒比較困難，加之谷穗穗骨容易被擊碎，增加了谷粒清選難度?，F(xiàn)有的谷子聯(lián)合收獲機(jī)采用的脫粒方式是擊打和揉搓，對谷子脫粒效果不好，目前市場上還沒有比較成熟的谷子聯(lián)合收獲機(jī)。

總之，谷子收獲機(jī)械化收獲技術(shù)隨著科技的進(jìn)步有了一定的發(fā)展，部分作業(yè)環(huán)節(jié)機(jī)械化較為成熟，如谷子脫粒機(jī)使用率比較高，而谷子聯(lián)合收獲機(jī)因存在谷穗籽粒丟失多、脫粒不凈、雜余多、損失率高等多種問題，農(nóng)戶普遍不接受；谷子割曬機(jī)因種植分散、從農(nóng)戶家移動到谷子地較費(fèi)事、割曬機(jī)的動力裝置需加油保養(yǎng)等缺陷，使用率也不高。因此，市場上一直沒有適合丘陵山區(qū)的谷子收獲機(jī)械產(chǎn)品來滿足農(nóng)戶的需求。

3 手推電動式谷子收割機(jī)械的研究

3.1 研究內(nèi)容

研究開發(fā)一種能夠一次完成對成熟谷子的谷穗切割、收集和谷稈切割、碼放一邊的單行手推電動式谷子收割機(jī)。并且能夠?qū)Φ狗墓茸舆M(jìn)行機(jī)械化收割，也能對纏繞的谷穗頭進(jìn)行切割收集，保證谷穗籽粒損失少。該新機(jī)具非常適合丘陵山區(qū)分散的一家一戶使用，能夠在塊狀地、條狀地、有坡度的地里輕松自如地進(jìn)行作業(yè)。該新機(jī)具從農(nóng)戶家到田間地頭的運(yùn)輸非常方便，只需要一個(gè)勞動力即可完成機(jī)具的裝卸、運(yùn)輸。該新機(jī)具操作簡單，田間單人操作即可完成谷穗的切割、收集和谷稈切割、碼放，實(shí)現(xiàn)谷子的機(jī)械化收割。該新機(jī)具的動力來源于蓄電池，由于電動自行車在我國的農(nóng)村很普及，可以借用電動三輪車或電動自行車上的蓄電池。該新機(jī)具的開發(fā)將形成新的谷子收獲機(jī)械化模式，使用手推電動式谷子收割機(jī)將成熟的谷穗切割并收集，再用谷穗脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒，同時(shí)將谷稈切割并碼放一邊，然后收集或還田。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新

用手推電動式谷子收割機(jī)進(jìn)行單行作業(yè)時(shí)，電機(jī)驅(qū)動谷穗切割刀片和谷稈切割刀片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，一邊谷穗切割刀片快速有序地切割谷穗底部的谷稈，被切割掉的谷穗在護(hù)桿輔助的作用下掉進(jìn)一旁的收集袋；一邊谷稈切割刀片快速有序地切割谷稈根部，被切割后的谷稈在導(dǎo)向桿的作用下比較整齊地被碼放到一側(cè)的田地上。手推電動式谷子收割機(jī)對倒伏的谷子進(jìn)行單行作業(yè)時(shí)，對倒伏幅度不大的成熟谷子，通過倒伏扶稈與該機(jī)具的手推操縱相結(jié)合把其扶正，再進(jìn)行正常的機(jī)械收割；對倒伏幅度比較大的谷子，可以先通過谷稈切割刀切割谷稈根部，然后撿起，把谷穗頭通過谷穗切割刀切割并收集，谷稈放置一側(cè)田地上。手推電動式谷子收割機(jī)對纏繞的谷穗頭進(jìn)行單行作業(yè)時(shí)，在谷穗切割刀片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的作用下，其中一個(gè)谷穗頭被切割并被拋向收集袋，雖然與另一個(gè)谷穗頭纏繞，但接著另一個(gè)谷穗頭也被切割，兩個(gè)纏繞的谷穗頭一起掉進(jìn)收集袋。

優(yōu)化切割刀與驅(qū)動電機(jī)的配置，最大程度地提高電機(jī)的效能。采用割刀相對谷稈斜切原理，計(jì)算匹配切割刀的旋轉(zhuǎn)速度，提高切割效率。選擇適合切割成熟期谷稈的切割刀材料，能進(jìn)行高效切割。設(shè)計(jì)谷穗收集裝置，能夠讓谷穗在損失盡可能小的情況進(jìn)入收集袋。設(shè)計(jì)具有輔助和導(dǎo)向功能的護(hù)桿和導(dǎo)向桿，盡可能的減少成熟谷粒的損失，使谷稈可以單方向快速整齊碼放在田地上。設(shè)計(jì)對倒伏幅度不大的成熟谷子進(jìn)行收獲的輔助功能，能提高手推電動式谷子收割機(jī)的性能。巧妙配置谷穗切割刀片和收集袋之間的三維空間位置，對纏繞的谷穗頭幾乎無損失的切割收集。

3.3 預(yù)期效益

經(jīng)濟(jì)方面，該新機(jī)具在丘陵山區(qū)收獲谷子每0.067 hm2的勞動強(qiáng)度可降低80%，收割時(shí)間比原來縮短60%，提高了谷子收獲生產(chǎn)率、降低了成本。生態(tài)方面，該新機(jī)具為電動力，屬于新能源，符合綠色發(fā)展要求。社會方面，丘陵山區(qū)每年的收獲季節(jié)，許多外出務(wù)工的老百姓就會返鄉(xiāng)幫助秋收，手推電動式谷子收割機(jī)的推廣使用，減少了外出務(wù)工的勞動力返鄉(xiāng)次數(shù)，節(jié)約人力資源。

4 結(jié)束語

根據(jù)我國目前丘陵山區(qū)谷子機(jī)械化收獲的實(shí)際情況，研究開發(fā)一種單行手推電動式的谷子收割機(jī)，并形成新的谷子收獲機(jī)械化模式，能有效解決分散的一家一戶谷子機(jī)械化收獲中實(shí)際存在的問題，滿足貧困地區(qū)農(nóng)戶的需要。