莖穗兼收玉米收獲機(jī)應(yīng)用需求及技術(shù)特征分析

薛 影，張光光

(1.黃河交通學(xué)院，河南 焦作 454000；2.焦作市物料傳輸設(shè)備關(guān)鍵件制造工藝與裝備工程技術(shù)研究中心，河南 焦作 454000)

1 國內(nèi)趨勢

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，玉米收獲基本上都是以人工作業(yè)來方式完成，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，玉米秸稈沒有得到很好的回收再利用，秸稈焚燒的處理方式加大了環(huán)境污染，浪費了可再生資源。據(jù)統(tǒng)計，我國每年玉米種植面積達(dá)到0.16億hm2，玉米收獲機(jī)近年來也得到快速發(fā)展，其銷售量增幅為每年6%左右，但現(xiàn)階段玉米機(jī)收水平只有40%～45%，仍有50%以上的玉米靠人工來完成收獲。玉米收獲這一繁重的體力工作，迫切需要機(jī)械化收獲來替代，將農(nóng)民從玉米收獲這一繁重的體力勞動中解放出來。加上傳統(tǒng)的飼養(yǎng)業(yè)因玉米秸稈回收難(玉米秸稈收獲-切碎-儲存靠人工來完成存在一定的難度)，給飼養(yǎng)業(yè)的發(fā)展帶來了阻礙。國務(wù)院早在1999年初就下發(fā)了《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》的文件，號召玉米秸稈飼料化，在農(nóng)區(qū)大力發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)。近年來，玉米秸稈的經(jīng)濟(jì)價值及利用途徑不斷顯現(xiàn)，如壓制纖維板、碳棒、一次性餐具和制造紙等。而且秸稈也是發(fā)展畜牧業(yè)優(yōu)質(zhì)粗飼料和制造生物菌肥的主要原料。將玉米秸稈回收再利用，變廢為寶是一件利國利民的大事?？梢娪衩兹虣C(jī)械化生產(chǎn)過程中，實施一次性收獲玉米穗和玉米秸稈的聯(lián)合機(jī)械化生產(chǎn)模式十分適合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢和社會需求。

2 國家政策與產(chǎn)業(yè)需求

2003年以來，隨著國家一系列興農(nóng)政策的實施，國內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?jīng)營和機(jī)械化服務(wù)得到迅速發(fā)展，機(jī)耕、機(jī)播、機(jī)收比例正在迅速提高。特別是十八大以后，隨著我國農(nóng)村土地的不斷流轉(zhuǎn)，中小型農(nóng)場不斷涌現(xiàn)，玉米種植、畜牧等產(chǎn)業(yè)鏈不斷延伸，對玉米收獲機(jī)械提出了新的功能需求，莖穗兼收和秸稈粉碎還田型機(jī)型逐漸成為研究重點，希望能實現(xiàn)玉米莖穗兼收，即玉米果穗收獲和莖稈粉碎回收一體化，并且要求質(zhì)量可靠、成本低、收益好，適合我國目前國情。

隨著國家將糧食安全提升到戰(zhàn)略的高度，逐年加大了農(nóng)業(yè)“四項補(bǔ)貼”的資金投入規(guī)模，推出一攬子支農(nóng)、惠農(nóng)、助農(nóng)政策。扶持力度越來越大，進(jìn)一步增強(qiáng)了農(nóng)民增加農(nóng)業(yè)裝備投入和購買大中型農(nóng)機(jī)具的信心。尤其是2004年開始國家推出農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼政策，補(bǔ)貼力度逐年加大，惠農(nóng)政策促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，促使農(nóng)機(jī)市場需求由高耗、價廉的中小型機(jī)型為主轉(zhuǎn)向高效、低耗的大中型機(jī)型為主；由單項作業(yè)為主轉(zhuǎn)向復(fù)式作業(yè)為主。節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)農(nóng)業(yè)已成為今后農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，大型玉米收獲機(jī)以其節(jié)能高效，適應(yīng)性廣、不破壞耕地生態(tài)等特點與農(nóng)機(jī)發(fā)展趨勢相契合，符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)發(fā)展趨勢。

我國是一個人口大國，畜牧業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，對保障國家糧食供給更具有特殊的戰(zhàn)略地位。玉米秸稈作為畜牧業(yè)適宜的飼料資源也急需提高有效利用率。隨著國內(nèi)農(nóng)村經(jīng)營規(guī)模的調(diào)整和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多更大面積農(nóng)田作業(yè)區(qū)和種糧大戶、農(nóng)機(jī)服務(wù)專業(yè)戶及合作組織。對大中型農(nóng)機(jī)具產(chǎn)生了剛性、線性需求。但糧食作物玉米機(jī)收水平目前還很低，市場對玉米收獲機(jī)需求非常大，帶穗莖兼收玉米收獲機(jī)的市場需求更大。開發(fā)大型穗莖兼收玉米收獲機(jī)能更好地滿足市場需求，符合市場發(fā)展趨勢，并將有力推動我國農(nóng)機(jī)行業(yè)的進(jìn)步。

3 經(jīng)濟(jì)需求

國內(nèi)玉米秸稈收獲機(jī)市場近年來呈現(xiàn)從小型向中、大型發(fā)展趨勢，其功能由單一向復(fù)合式發(fā)展。但產(chǎn)品質(zhì)量還不夠穩(wěn)定。隨著國家各項扶持政策的實施，國內(nèi)許多企業(yè)也加大了對玉米秸稈收獲機(jī)的研發(fā)、創(chuàng)新和投入，產(chǎn)品質(zhì)量也得到不斷提升。隨著產(chǎn)品質(zhì)量和功能的提高，廣大農(nóng)民用戶逐漸接受使用莖穗兼收玉米收獲機(jī)來完成玉米和玉米秸稈的收獲。據(jù)調(diào)研資料推算，去年我國大、中型玉米收獲機(jī)作業(yè)收益率比較穩(wěn)定。大型單臺4行機(jī)一般情況下的投資回收周期在2～3年左右：收獲玉米(帶剝皮、粉碎秸稈還田功能)在3 000元·hm-2左右，整機(jī)市場銷售價在15萬～25萬，每天能收獲5.33 hm2，一個收獲季節(jié)20個工作日左右。

5.33 hm2×3 000元·hm-2=16 000元，減去6 000元使用成本，每天收入10 000元，每年20天工作日約凈收入20萬元。

隨著國內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，對玉米秸稈回收再利用也越來越迫切，這是因為青儲飼料在我國畜牧業(yè)發(fā)展中占據(jù)著極其重要的地位。調(diào)研資料顯示，我國畜牧業(yè)比美國每年少用1億t飼料糧，但卻多生產(chǎn)出了2 000萬多t肉，其中大量使用青儲飼料發(fā)揮了重要作用。此外，大量青儲飼料“過腹還田”，既減少了飼料開支，又改良了土壤，促進(jìn)了生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。青儲飼料在節(jié)糧型畜牧業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，青儲飼料的生產(chǎn)和收獲普遍受到各級政府、農(nóng)民、用戶的重視。沒有理想的飼料收獲機(jī)，就不可能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的青儲飼料，更不能很好地滿足畜牧業(yè)迅速發(fā)展的需求。截至2021年，粉碎后的玉米秸稈市場價格已達(dá)到200～300元·t-1，每公頃玉米地可產(chǎn)出30～45 t玉米秸稈。由于收益率比較理想，購買大、中型莖穗兼收玉米收獲機(jī)的預(yù)期收益好，用戶購買新型大、中型莖穗兼收玉米收獲機(jī)的熱情也得到有效提升。

4 市場對使用功能的要求

4.1 割臺裝置

即先利用割臺的摘穗輥將玉米果穗摘下，然后割刀將玉米秸稈全部割斷并送入過橋，再經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎拋送入草倉。而摘下的玉米果穗則通過攪龍進(jìn)入升運(yùn)器，再經(jīng)過剝皮機(jī)送入糧倉的上下雙割臺結(jié)構(gòu)，這樣就實現(xiàn)收獲玉米果穗的同時，又收獲玉米秸稈的功能。

4.2 糧倉自卸裝置

需進(jìn)一步優(yōu)化糧倉自卸裝置液壓系統(tǒng)，采用液壓裝置使已收割進(jìn)糧倉內(nèi)的玉米自動卸出放置到需要的位置。

4.3 草箱自卸裝置

即重新設(shè)計液壓系統(tǒng)，使已收割進(jìn)草箱內(nèi)的秸稈自動卸放到需要的位置。

4.4 其它液壓裝置

需利用液壓裝置使割臺能夠適應(yīng)多種工況下工作，適應(yīng)多種高度的升降，以實現(xiàn)不同高度玉米秸稈的收割。滿足莖穗兼收玉米收獲機(jī)所增加的功能的需要。

5 主流收獲機(jī)技術(shù)要求

發(fā)動機(jī)選用動力充足、工況穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)柴油機(jī)。剝皮機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速為450 r·min-1。摘穗輥最佳轉(zhuǎn)速為700～800 r·min-1，燃油箱容積不小于200 L。切碎器的轉(zhuǎn)速應(yīng)在1 600 r·min-1左右(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速2 200 r·min-1時)。行走傳動系統(tǒng)(變速箱)選用國內(nèi)通用結(jié)構(gòu)，三個前進(jìn)擋和一個后退擋加無級變速輪，滿足多種地域不同種類種植的玉米收獲工作速度。輪胎選用目前技術(shù)成熟輪胎，前輪胎型號15-24，后輪胎型號10-15。排氣管處增加阻火材料，對易于發(fā)生火災(zāi)的柴油機(jī)消聲器的排氣管路上加裝阻火隔熱材料，在發(fā)動機(jī)上方增加蓋板，消除火災(zāi)隱患。變速箱及行走部分、制動部分、操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選用不低于國內(nèi)成熟技術(shù)結(jié)構(gòu)。

6 技術(shù)優(yōu)化方向

(1)需要對目前已有成熟產(chǎn)品進(jìn)行改造，對整機(jī)各部件進(jìn)行重新布置設(shè)計。

(2)增加目前市場上已有的成熟技術(shù)的剝皮機(jī)和切碎器。

(3)合理設(shè)計割臺刀片的大小；測算切碎器的轉(zhuǎn)速；摘穗輥的轉(zhuǎn)速；剝皮機(jī)的轉(zhuǎn)速，并經(jīng)過多次反復(fù)試驗，確保工作效率。

(4)充分利用液壓系統(tǒng)提高機(jī)具的自動化程度。

7 結(jié)語

我國農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)水平較低，玉米收獲機(jī)的機(jī)收率不足50%，已推向市場的大中型玉米收獲機(jī)只能將玉米秸稈粉碎還田，無法滿足全國各地積極開展的玉米秸稈綜合利用要求。因此在設(shè)計收獲玉米果穗的的同時收獲玉米秸稈并將秸稈割斷、切碎、收集是玉米收獲機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵，也是未來收獲機(jī)的發(fā)展方向。

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