國(guó)內(nèi)農(nóng)作物秸稈收獲打捆裝備典型機(jī)具

張 麗，王 強(qiáng)，鮑志亮，翟改霞，賀 剛，高 磊，孟玉剛，張 寧

(中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，也是農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)大國(guó)，全國(guó)每年生產(chǎn)的各類農(nóng)作物秸稈總量約8億t[1]。農(nóng)作物秸稈是很好的清潔可再生資源，可以作為飼料、肥料、燃料及工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物發(fā)電和建筑材料等多個(gè)領(lǐng)域。然而，我國(guó)的秸稈綜合利用率較低，秸稈被焚燒、丟棄，造成嚴(yán)重浪費(fèi)和環(huán)境污染等問題。

在一些畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，作物秸稈的青貯轉(zhuǎn)化率已達(dá)到90%以上，這其中秸稈打捆機(jī)扮演了主要角色，發(fā)揮了重要作用。為推動(dòng)秸稈的收集綜合利用，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)科研院所、企業(yè)和高校的專家學(xué)者們對(duì)國(guó)外打捆機(jī)進(jìn)行引進(jìn)消化再吸收，研制了符合我國(guó)國(guó)情的秸稈打捆機(jī)[2-9]。還有一些企業(yè)研制出了國(guó)內(nèi)獨(dú)有的秸稈切割揉碎打捆機(jī)和清潔除塵方捆機(jī)，使我國(guó)秸稈打捆裝備逐漸走向成熟并不斷向多品種、多規(guī)格、系列化發(fā)展。本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)農(nóng)作物秸稈收獲打捆裝備的幾款典型機(jī)具進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 打捆裝備分類

秸稈收獲打捆裝備根據(jù)所打草捆的形狀不同，分為方草捆壓捆機(jī)和圓草捆卷捆機(jī)。

方草捆壓捆機(jī)按機(jī)組型式可分為固定式、牽引式和自走式，其中牽引式和自走式都帶有撿拾器，稱為撿拾壓捆機(jī)。方草捆壓捆機(jī)按草捆密度分為3種：低(<100 kg/m3)、中(100～200 kg/m3)、高(200～300 kg/m3)。目前以中、高密度居多[10]。

圓草捆卷捆機(jī)從成形原理上分為外纏繞式和內(nèi)纏繞式。從結(jié)構(gòu)形式上，外纏繞式又可分為輥筒式、短膠帶式、輥杠式，內(nèi)纏繞式又可分為長(zhǎng)膠帶式和鏈桿式[11]。

目前市場(chǎng)上還出現(xiàn)了秸稈粉碎型收獲打捆裝備，對(duì)站立秸稈和人工割倒的多種狀態(tài)秸稈進(jìn)行粉碎打捆作業(yè)，更好地實(shí)現(xiàn)了硬稈作物的回收利用，主要包括秸稈切割揉碎方捆壓捆機(jī)、秸稈切割揉碎圓捆卷捆機(jī)和新型清潔除塵方捆壓捆機(jī)。新型清潔除塵方捆壓捆機(jī)加入除塵土功能，大大提高草捆清潔度，滿足高質(zhì)量飼喂需求。

2 方草捆壓捆機(jī)

2.1 方草捆撿拾壓捆機(jī)

方草捆撿拾壓捆機(jī)通常由牽引架、撿拾器、輸送喂入機(jī)構(gòu)、活塞、壓捆室、打捆機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)等部分組成，在壓捆機(jī)上普遍采用彈齒滾筒式撿拾器[11]。目前市場(chǎng)上方草捆撿拾壓捆機(jī)的撿拾器寬度有1.5、1.9和2.2 m。

(1)華德9YFQ系列正牽引方草捆撿拾壓捆機(jī)。

中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司生產(chǎn)的華德9YFQ系列方草捆撿拾壓捆機(jī)有撿拾器寬度為1.5、1.9和2.2 m的3種型號(hào)。9YFQ-1.9型方草捆撿拾壓捆機(jī)如圖1所示。與傳統(tǒng)方捆機(jī)(側(cè)牽引)相比，該系列方捆機(jī)具有對(duì)稱縱軸線，行駛穩(wěn)定性好，容易牽引，能適應(yīng)在小塊和不規(guī)則地塊上作業(yè)[12]。此機(jī)型的用戶口碑較高，2020年農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼公示銷量數(shù)據(jù)顯示，9YFQ-2.2型方草捆撿拾壓捆機(jī)的銷量位居撿拾方捆機(jī)總銷量第3名，市場(chǎng)占比為6.28%。

圖1 華德9YFQ-1.9型方草捆撿拾壓捆機(jī)Fig.1 Huade 9YFQ-1.9 square baler

(2)花溪玉田開拓者三道繩方捆機(jī)。

新鄉(xiāng)市花溪科技股份有限公司開發(fā)的開拓者三道繩方捆機(jī)如圖2所示。其主要技術(shù)參數(shù)：撿拾寬度2.2 m；打結(jié)器數(shù)量3個(gè)；壓縮室截面尺寸(寬×高)為540 mm×370 mm。采用3組德國(guó)拉斯柏重型打結(jié)器。草捆密度采用4向液壓加壓，電控調(diào)節(jié)，保證草捆密度恒定，捆形方正。全車運(yùn)用智能化設(shè)計(jì)，采用北斗導(dǎo)航智能定位系統(tǒng)，配備雙高清攝像頭、高清顯示器，作業(yè)狀態(tài)和故障可以實(shí)時(shí)顯示，并且歷史作業(yè)狀態(tài)可追溯。精準(zhǔn)作業(yè)定位和作業(yè)量顯示，并可實(shí)時(shí)軌跡回放。全部采用與汽車相同工藝的電泳涂裝，耐久防銹，圓潤(rùn)光滑，整機(jī)做工精細(xì)，造型獨(dú)特。

圖2 花溪玉田開拓者三道繩方捆機(jī)Fig.2 Huaxiyutian pioneer three-rope square baler

(3)花溪玉田9YFZ-1.9型履帶自走式方草捆打捆機(jī)。

新鄉(xiāng)市花溪科技股份有限公司開發(fā)的9YFZ-1.9型履帶自走式方草捆打捆機(jī)如圖3所示，撿拾寬度1.9 m，壓縮室截面尺寸(寬×高)為480 mm×360 mm。其采用中日合資行走底盤，性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠，在黑龍江嚴(yán)寒區(qū)域?qū)崿F(xiàn)66.67 hm2(1 000畝)地連續(xù)作業(yè)零故障；壓縮室寬度加大，喂入量增大，效率提高10%以上；更適用于水田、丘陵山區(qū)及小地塊的秸稈收集打捆作業(yè)。

圖3 花溪玉田9YFZ-1.9履帶自走式方草捆打捆機(jī)Fig.3 Huaxiyutian 9YFZ-1.9 crawler self-propelled baler

(4)星光玉龍9YFL-1.9型履帶自走式打捆機(jī)。

星光玉龍機(jī)械(湖北)有限公司研制的9YFL-1.9型履帶自走式打捆機(jī)如圖4所示，撿拾寬度1.9 m，壓縮室截面尺寸(寬×高)為460 mm×360 mm。主要特點(diǎn)：無級(jí)變速、橡膠履帶行走、水田通過能力強(qiáng)；結(jié)構(gòu)緊湊、重心低、前后尺寸短、轉(zhuǎn)彎半徑??；側(cè)面膠帶柔性輸入，傳動(dòng)平穩(wěn)、可靠性高，無需超越離合器；工作效率高(最大工作前進(jìn)速度1.8 m/s)、能耗低；撿拾裝置前置，田角地頭撿拾干凈徹底；裝車運(yùn)輸方便，便于轉(zhuǎn)場(chǎng)及跨區(qū)作業(yè)[13]。

國(guó)內(nèi)方草捆撿拾壓捆機(jī)典型機(jī)型技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表1所示。從撿拾寬度、壓縮室尺寸、掛接方式來看，我國(guó)方草捆撿拾壓捆機(jī)的發(fā)展已成系列化，小方草捆打捆機(jī)發(fā)展已趨成熟，逐漸向高密度、大截面方草捆壓捆機(jī)方向發(fā)展。然而，仍存在國(guó)產(chǎn)打結(jié)器可靠性低需依賴進(jìn)口，關(guān)鍵零部件可靠性差等問題。

圖4 星光玉龍9YFL-1.9履帶自走式打捆機(jī)Fig.4 Thinker Arrow 9YFL-1.9 crawler self-propelled baler

2.2 粉碎型方捆壓捆機(jī)

粉碎型方捆壓捆機(jī)通常由牽引架、粉碎割臺(tái)、輸送喂入機(jī)構(gòu)、活塞、壓捆室、打捆機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)等部分組成。帶有除塵功能的粉碎型方捆壓捆機(jī)還有除塵裝置。粉碎刀的結(jié)構(gòu)型式分為甩刀式、Y型錘爪式和直刀式等。撿拾器寬度以2.2 m為主。

(1)雷沃MF60系列秸稈粉碎型壓捆機(jī)。

濰柴雷沃重工股份有限公司生產(chǎn)的雷沃MF60系列秸稈粉碎型壓捆機(jī)包括MF6032、MF6040、MF6045、MF6045A，撿拾寬度分別為1.6、2.0、2.2和2.2 m。雷沃MF6045型秸稈粉碎型壓捆機(jī)如圖5所示。其主要特點(diǎn)：采用高強(qiáng)度鏈條、雙排鏈結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)能力強(qiáng)，故障率低；強(qiáng)化安全螺栓，傳動(dòng)強(qiáng)勁，安全螺栓斷裂次數(shù)顯著降低；雙用放捆可實(shí)現(xiàn)草捆不同擺放方式，滿足不同用戶需求；軸承密封性能高，且增加沖壓軸承座厚度，對(duì)多塵土的作業(yè)環(huán)境適應(yīng)更強(qiáng)，軸承使用壽命更長(zhǎng)；打結(jié)器采用集中潤(rùn)滑，用戶潤(rùn)滑操作方便，可靠性高。

圖5 雷沃MF6045型秸稈粉碎型壓捆機(jī)Fig.5 LOVOL MF6045 flail-type baler

(2)華德粉碎型秸稈壓捆機(jī)。

中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司生產(chǎn)的華德粉碎型秸稈壓捆機(jī)包括9YFG-2.2型單刀軸切割揉碎壓捆機(jī)(圖6)和9YJS-2.2型雙刀軸切割揉碎壓捆機(jī)(圖7)，工作幅寬均為2.2 m。9YFG-2.2型單刀軸切割揉碎壓捆機(jī)的粉碎刀是甩刀式，割臺(tái)可與彈齒滾筒式撿拾器互換。9YJS-2.2型雙刀軸切割揉碎壓捆機(jī)的割臺(tái)采用前錘爪式+后甩刀式，揉碎效果更好，可以達(dá)到直接飼喂要求；采用獨(dú)立減振裝置，降低作業(yè)時(shí)割臺(tái)振動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)整機(jī)使用壽命[14]。

圖6 華德9YFG-2.2型單刀軸粉碎壓捆機(jī)Fig.6 Huade 9YFG-2.2 flail-type baler

(3)順邦粉碎型除塵壓捆機(jī)。

四平市順邦農(nóng)機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的粉碎型除塵壓捆機(jī)有9YFZ-2.2型秸稈飼料半自動(dòng)打捆機(jī)(圖8)和9YFZ-2.2A型秸稈飼料全自動(dòng)打捆機(jī)(圖9)，撿拾寬度2.2 m[15]。

9YFZ-2.2型秸稈飼料半自動(dòng)打捆機(jī)可將不同類型的秸稈(臥稈、立稈、聯(lián)合收割機(jī)收獲后的秸稈)進(jìn)行撿拾、粉碎、除土、打捆、人工套袋，除駕駛員外還需人工套袋。缺點(diǎn)是增加人工成本，套袋操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。此機(jī)型逐漸被全自動(dòng)打捆機(jī)替代。

表1 國(guó)內(nèi)方草捆撿拾壓捆機(jī)典型機(jī)型技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of typical models of domestic square baler

圖7 華德9YJS-2.2型雙刀軸粉碎壓捆機(jī)Fig.7 Huade 9YJS-2.2 double-chop baler

圖8 順邦9YFZ-2.2型秸稈飼料半自動(dòng)打捆機(jī)Fig.8 Shunbang 9YFZ-2.2 semi-automatic baler

圖9 順邦9YFZ-2.2A型秸稈飼料全自動(dòng)打捆機(jī)Fig.9 Shunbang 9YFZ-2.2A fully automatic baler

9YFZ-2.2A型秸稈飼料全自動(dòng)打捆機(jī)對(duì)秸稈進(jìn)行撿拾、粉碎、除土、打捆、自動(dòng)捆繩打包，只需駕駛員一人操作。生產(chǎn)效率2～3捆/min，每包質(zhì)量20～25 kg，配套動(dòng)力≥132.3 kW。優(yōu)點(diǎn)：較半自動(dòng)打捆機(jī)節(jié)約人工成本，效率高；收獲后秸稈的清潔度高，揉絲可調(diào)，滿足直接飼喂要求；高密捆包可以降低運(yùn)輸成本；自動(dòng)纏網(wǎng)裝置可以避免秸稈太碎造成的不成捆現(xiàn)象。缺點(diǎn)：液壓壓包系統(tǒng)限制了打捆機(jī)的收獲效率；夏季作業(yè)時(shí)液壓易發(fā)熱，影響作物的收獲；整機(jī)質(zhì)量大，能耗高，電控和液壓系統(tǒng)較多，維修困難，維護(hù)成本高。2020年農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼公示銷量數(shù)據(jù)顯示，9YFZ-2.2A型秸稈飼料全自動(dòng)打捆機(jī)銷量第1名，市場(chǎng)占比為13.35%。

國(guó)內(nèi)粉碎型方捆機(jī)典型機(jī)型技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表2所示。粉碎型方捆機(jī)代表廠家有雷沃公司、華德公司和順邦公司等。

3 圓草捆卷捆機(jī)

3.1 撿拾圓捆卷捆機(jī)

(1)優(yōu)牧達(dá)圓捆機(jī)。

呼倫貝爾市瑞豐農(nóng)牧業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的優(yōu)牧達(dá)圓捆機(jī)包括3種機(jī)型：9YD-1.0型、9YG-1.2型和9YG-1.4型。其撿拾寬度分別為1 720、2 030和2 260 mm，成捆室尺寸(直徑×寬度)分別是900 mm×1 000 mm、1 200 mm×1 200 mm和1 200 mm×1 400 mm。9YG-1.4型圓捆機(jī)(圖10)特點(diǎn)：可連續(xù)螺旋喂入，喂入量大；集中潤(rùn)滑，省時(shí)省力；采用全自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定位和遠(yuǎn)程控制功能；成捆質(zhì)量大，捆型規(guī)則。

(2)遼寧海闊全齒輪傳動(dòng)圓捆機(jī)。

遼寧海闊機(jī)械設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的9YH-1.25A型圓捆打捆機(jī)(圖11)，采用齒輪傳動(dòng)取代鏈條傳動(dòng)，齒輪全封閉，運(yùn)行平穩(wěn)、操作安全，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低，作業(yè)效率高。撿拾寬度為2.2 m，成捆室尺寸(直徑×寬度)為1 250 mm×1 250 mm。

表2 國(guó)內(nèi)粉碎型方捆機(jī)典型機(jī)型技術(shù)參數(shù)Tab.2 Technical parameters of typical models of domestic crushing square baler

圖10 優(yōu)牧達(dá)9YG-1.4型圓捆機(jī)Fig.10 YOMUDA 9YG-1.4 roll baler

圖11 海闊9YH-1.25A型圓捆打捆機(jī)Fig.11 Haikou 9YH-1.25A roll baler

(3)蒙拓9YT-1180型不停車圓捆機(jī)。

呼倫貝爾市蒙拓農(nóng)機(jī)科技股份有限公司生產(chǎn)的9YT-1180型不停車圓捆機(jī)(圖12)實(shí)現(xiàn)了不間斷打捆作業(yè)，以往的圓捆機(jī)捆包完成后，需要停車后進(jìn)行捆網(wǎng)，該機(jī)型完全不用停車等待，撿拾、捆網(wǎng)、吐捆等動(dòng)作全部在設(shè)備行走中同步進(jìn)行，該機(jī)型大大提高了作業(yè)效率。該機(jī)撿拾寬度2.2 m，成捆室尺寸(直徑×寬度)為1 400 mm×1 700 mm。

國(guó)內(nèi)撿拾圓捆機(jī)典型機(jī)型技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表3所示?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)圓捆機(jī)還處在發(fā)展階段，撿拾圓捆機(jī)種類較齊全，液壓控制、電子監(jiān)控及自動(dòng)化技術(shù)在圓捆機(jī)的應(yīng)用還不成熟，田間作業(yè)時(shí)易發(fā)生故障。國(guó)內(nèi)圓捆機(jī)逐漸向高可靠性、智能化方向發(fā)展。

圖12 蒙拓9YT-1180型不停車圓捆機(jī)Fig.12 Mengtuo 9YT-1180 non-stop roll baler

3.2 粉碎型圓捆卷捆機(jī)

(1)蒙力ML8218型秸稈切割揉碎圓捆機(jī)。

呼倫貝爾市蒙力農(nóng)牧業(yè)機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的蒙力ML8218型秸稈切割揉碎圓捆機(jī)(圖13)，撿拾寬度為1 844 mm，成捆室尺寸(直徑×寬度)為1 100 mm×1 250 mm，撿拾器結(jié)構(gòu)型式為甩刀式，滾筒數(shù)量為16個(gè)。該機(jī)粉碎裝置和撿拾器可以實(shí)現(xiàn)互換，不但可以收獲割倒鋪放后的秸稈，還可以收獲站立的玉米等高稈農(nóng)作物秸稈，滿足不同客戶群體的需求。駕駛室內(nèi)配置終端控制手柄，手動(dòng)即可完成全部功能。根據(jù)客戶不同需求，可以選裝互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制器，可在線檢測(cè)打捆機(jī)的作業(yè)信息、地理位置信息等參數(shù)并可通過手機(jī)APP推送售后服務(wù)[16]。

(2)華德9YGR-2.2型切割揉碎圓草捆打捆機(jī)。

中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司生產(chǎn)的華德9YGR-2.2型切割揉碎圓草捆打捆機(jī)(圖14)，撿拾器寬度2 220 mm，成捆室尺寸(直徑×寬度)為1 200 mm×1 400 mm，撿拾器結(jié)構(gòu)型式為甩刀式，卷壓滾筒數(shù)量18個(gè)。采用智能控制系統(tǒng)，減少人力操作，方便用戶使用，具有故障診斷報(bào)警功能，可選裝GPS模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控圓捆機(jī)作業(yè)[17]。

國(guó)內(nèi)粉碎型圓捆機(jī)典型機(jī)型技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表4所示。粉碎型圓捆機(jī)是近幾年的新型機(jī)型，對(duì)于收獲高稈、硬質(zhì)秸稈有其突出的優(yōu)勢(shì)，越來越受到用戶的青睞。捆包易散捆是粉碎型圓捆機(jī)比較突出的問題。

表3 國(guó)內(nèi)撿拾圓捆機(jī)典型機(jī)型技術(shù)參數(shù)Tab.3 Technical parameters of typical models of domestic round balers

圖13 蒙力ML8218秸稈切割揉碎圓捆機(jī)Fig.13 Mengli ML8218 flail-type roll baler

圖14 華德9YGR-2.2型切割揉碎圓草捆打捆機(jī)Fig.14 Huade 9YGR-2.2 flail-type roll baler

表4 國(guó)內(nèi)粉碎型圓捆機(jī)典型機(jī)型技術(shù)參數(shù)Tab.4 Technical parameters of typical models of domestic crushing round baler

4 結(jié)束語

經(jīng)過多年引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的發(fā)展模式，國(guó)內(nèi)中、小型撿拾方捆機(jī)逐漸成系列化，可靠性不斷提高，品牌發(fā)展眾多，如“華德”、“順邦”等品牌公司不斷創(chuàng)新，研制出國(guó)內(nèi)獨(dú)有的秸稈粉碎型打捆機(jī)和清潔除塵壓捆機(jī)，為我國(guó)秸稈收集利用提供有力的裝備支持。不可否認(rèn)的是，國(guó)內(nèi)方捆機(jī)仍存在中低端產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，關(guān)鍵核心零部件如打結(jié)器還需依賴進(jìn)口的問題。對(duì)于國(guó)內(nèi)圓捆機(jī)的研究，多停留在某一固定機(jī)型的某些關(guān)鍵裝置的優(yōu)化與改進(jìn)上，而對(duì)于基礎(chǔ)理論的研究較少，無法從實(shí)質(zhì)上對(duì)機(jī)具進(jìn)行創(chuàng)新與突破。針對(duì)圓捆機(jī)作業(yè)過程中需停機(jī)纏網(wǎng)卸捆、無法連續(xù)作業(yè)這一問題，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)研制了不停機(jī)作業(yè)圓捆機(jī)，然而由于其可靠性較低、價(jià)格昂貴，用戶接受度不高。