山區(qū)谷子收獲機械化的創(chuàng)新分析

河北省農(nóng)林科學院糧油作物研究所 籍俊杰 張峰 李謙

作為世界上最古老的農(nóng)作物之一，谷子的種植歷史十分久遠，這種耐干旱、易存活的農(nóng)作物養(yǎng)活了一代又一代的中國人。我們國家是最早種植谷子的國家，在我國的河北、河南、內(nèi)蒙古、陜西等地都廣泛種植谷子[1]。但是這些地方的谷子大多種植在丘陵、山地，雖然谷子的存活能力強，但是其產(chǎn)量依舊受到了較為嚴重的影響。丘陵山地的谷子不僅產(chǎn)量受到影響，其收獲機械化的發(fā)展也受到了限制，如果在平地，大型機械很容易進行作業(yè)，可以大大提升谷子的收獲效率，但是在丘陵以及山地中，受復雜地形影響，機械的作業(yè)會受到限制，從而影響機械化進程。當前我國山區(qū)的谷子收獲依舊以人工收割半機械化為主，如何解決該收獲的機械化問題，是實現(xiàn)山區(qū)谷子收獲機械化的關鍵。

1 當前我國谷子收獲模式

受到谷子種植規(guī)模、地形等方面的影響，所以也形成了不同的谷子收獲模式，機械化的谷子收獲可以大大提升谷子收獲的效率，減輕農(nóng)民的工作負擔，促進整個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。當前，我國谷子的收獲模式分為三種，分別是聯(lián)合收獲機械化模式、分段收獲機械化模式以及人工收割半機械化模式，三種模式適用的地形以及種植規(guī)模不同。

1.1 聯(lián)合收獲機械化模式

聯(lián)合收獲機械化模式可以極大提升谷子收獲的效率，同時也是一種谷子收獲工作高度機械化的模式，但是這種模式對于地形、種植規(guī)模等要求較高，在山區(qū)并不適用。這種模式適用于大面積種植的農(nóng)戶或者農(nóng)業(yè)合作社等，并且要求是66 公頃以上面積的較為平坦的地形，一般的散戶種植達不到這樣的規(guī)模，所以也不適用這種收獲模式。這種模式可以將谷子的收割、運輸、脫粒、分離、清選等步驟都實現(xiàn)機械化運作[2]。因為這些地區(qū)的機械化程度高，種植規(guī)模也較大，所以谷子種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也較好，農(nóng)戶有著較高的收益。

1.2 分段收獲機械化模式

這種模式針對的是一家一戶的種植模式，雖然看上去谷子種植的總規(guī)模較大，但是由于農(nóng)戶較為分散，并且收獲時都以各家為單位，不宜進行大規(guī)模的聯(lián)合收獲機械化，所以需要進行分段收獲機械化。每家每戶種植的面積并不大，單獨收獲時，并不滿足使用大規(guī)模機械的條件，針對這樣的情況，分段收獲機械化模式就可以良好適應。與聯(lián)合收獲機械化模式有較大區(qū)別，分段收獲機械化模式將收割、晾曬、脫粒的步驟分開進行，由于地形的限制，所以只能讓手扶拖拉機或者小四輪拖拉機進入場地工作，先利用手扶拖拉機配套的割曬機收割成熟的谷子，并將這些谷子進行晾曬，之后再用脫粒機進行脫粒。由于谷子存在著后熟的現(xiàn)象，所以利用分段收獲機械化模式也十分符合谷子的后熟特點。某些山區(qū)的谷子收獲也可以適用分段收獲機械化模式，可以極大提升農(nóng)民的工作效率，但是這樣的山區(qū)地形較為簡單，對于那些較為復雜的山區(qū)，即使分段收獲機械化的模式也難以適應。

1.3 人工收割半機械化模式

山區(qū)受到地形的限制，有些地方不適合手扶拖拉機進入，并且，山區(qū)種植的谷子較為分散，即使有些地方允許手扶拖拉機進入，但是由于山區(qū)地形復雜，距離遠、耗油高，會帶來較高的經(jīng)濟成本，農(nóng)戶種植谷子本來能夠收獲的利益較少，如果使用機械耗費了大量成本，那么他們最終的收獲就會更少，于他們而言十分不劃算。所以這些地區(qū)進行谷子收獲時，主要以人工收割的方式進行，最后再使用機械進行輔助脫?；蛘咔暹x。其流程一般為，首先先將谷子進行人工收割，隨后進行人工摘穗，隨后再通過人工進行脫粒或者使用機器進行脫粒，這種收獲方式較為傳統(tǒng)，對人力的需求較高，即使實現(xiàn)了半機械化，但是也需要耗費大量人力，工作效率也較低，農(nóng)民的工作強度非常高，于谷子種植業(yè)的發(fā)展不利。針對當前我國山區(qū)谷子收獲人工收割半機械化的現(xiàn)狀，如何提升其機械化的覆蓋率，減少山區(qū)谷子收獲過程中的人力以及經(jīng)濟成本支出，是十分重要的研究課題。

2 當前我國常用的谷子收獲機械

谷子收獲的機械化可以提升農(nóng)民的工作效率，但是當前我國常用的谷子收獲機械較難處理山區(qū)的谷子收獲問題，所以需要對這些機械的優(yōu)缺點進行分析，并結(jié)合山區(qū)特點以及谷子本身存在的特點，給出相應的創(chuàng)新改良意見。

2.1 谷子割曬機

谷子割曬機是專門進行谷子收割晾曬的機械，其工作效率遠遠大于人工，并且使用該機械進行作業(yè)時，谷稈的回收也十分容易。谷子割曬機可以與手扶拖拉機或者小四輪拖拉機進行配套，從而適應不同地理環(huán)境下的使用。谷子割曬機對地形的要求較小，因而受到農(nóng)戶的廣泛歡迎，但是由于谷子具有秸稈高、谷穗較大、籽粒容易散落等特點，所以農(nóng)戶在使用谷子割曬機進行谷子的收割工作時，常常出現(xiàn)谷子喂入困難、纏繞、鋪放不整齊、籽粒損失等問題，這些問題會影響谷子的收獲，于農(nóng)戶而言可能會造成一定損失。

2.2 谷子脫粒機

當前為我國的谷子脫粒機分為兩種，分別為谷穗脫粒機以及整株脫粒機，這兩種脫粒機由于價格低，使用起來方便快捷，所以受到了農(nóng)戶們的喜愛，但是這兩種脫粒機都存在一定的缺點，影響了其使用效果[3]。如果在進行脫粒工作時，人工喂養(yǎng)谷子秸稈存在不均勻的現(xiàn)象，那么就容易出現(xiàn)機械的纏繞、堵塞等，并且還可能出現(xiàn)谷粒破損、漏籽量大、清選效果差等問題，農(nóng)戶可能因此而遭受損失，本來農(nóng)戶種植谷子的利潤并不高，再加上這部分損失，他們的收益就會更少，也會打擊到農(nóng)戶種植谷子的積極性。

2.3 谷子聯(lián)合收獲機

谷子聯(lián)合收獲機也分為兩種類型，分別為軸流式聯(lián)合收獲機以及切流式聯(lián)合收獲機。兩種收獲機在進行谷子的收割、脫粒、清選等工作時，常常會由于谷子谷穗大的特點，而出現(xiàn)谷稈喂入困難、脫粒困難、谷穗擊碎等問題。當前我國的谷子聯(lián)合收獲機主要通過擊打或者揉搓的方式實現(xiàn)谷子的脫粒，這種方式的脫粒效果有些不盡人意。在山區(qū)地域，谷子聯(lián)合收獲機并不適用，因為該機械對于地形的要求較高，還需要擁有較為寬闊的地方，并且其收獲的規(guī)模也較大，山區(qū)一般都會散戶種植，相互之間的距離比較遠，規(guī)模也較小，所以谷子聯(lián)合收獲機并不適用于山區(qū)的谷子收獲。

3 當前我國谷子收獲機械化發(fā)展存在的主要問題

拋開丘陵、山地等地形限制不談，谷子本身的一些特征也會嚴重影響收獲機械化的效果，即使通過機械，提升了谷子收獲的效率，但也會造成大量的谷子損耗，對于農(nóng)戶來說，也有較大的損失，所以這些問題都需要在谷子收獲機的創(chuàng)新中獲得解決。

3.1 地形限制問題

雖然我國大部分種植谷子的地區(qū)都位于平原，但是也有部分谷子種植在山區(qū)，河北省是我國谷子的主要種植區(qū)域之一，在該地區(qū)，就有大部分山區(qū)種植谷子，山區(qū)固有的地形限制了大型機械的作業(yè)，即使是小型機械，在這樣復雜的地形之中，也難以發(fā)揮作用，或者會耗費大量的經(jīng)濟成本，得不償失，對于農(nóng)戶來說，僅有的一點方便并不足以彌補其經(jīng)濟損失，并且，山區(qū)種植谷子的農(nóng)戶經(jīng)濟實力有限，他們更注重經(jīng)濟成本，如果谷子收獲的機械化可以給他們提供一定便利，但是需要他們付出較大的經(jīng)濟成本，對于他們而言也得不償失，這也給山區(qū)谷子收獲機械化的發(fā)展造成了一定的不利影響。

3.2 谷子特點限制

與別的農(nóng)作物不同，谷子在成熟之后，其谷穗較為飽滿，下沉現(xiàn)象較為嚴重，并且谷穗會相互絞纏在一起，在使用機械進行谷子的收獲工作時，常常會出現(xiàn)清選方面的問題，或者谷穗纏繞機器，脫粒不干凈等。這些都是谷子特點限制從而導致的問題，在進行谷子收獲機械化創(chuàng)新時，也需要充分考慮到谷子的特點，從而創(chuàng)新出更適宜收獲谷子的機器。

4 山區(qū)谷子收獲機械化的創(chuàng)新分析

針對山區(qū)環(huán)境以及谷子本身所具有的特點，在進行收獲機械化的創(chuàng)新時，要盡量控制機械的運輸難度，降低運輸成本，同時提升機器的工作效率，讓機器可以實現(xiàn)更充分的脫粒，為農(nóng)戶創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟價值。

4.1 機械的創(chuàng)新需求

在山區(qū)中使用的谷子收獲機械，既要考慮到經(jīng)濟效益，同時也要考慮到其工作成效。所以需要一種可以集收割、晾曬、運輸、脫粒等功能于一體的機械，這樣可以在很大程度上提升山區(qū)農(nóng)戶收獲谷子時的機械化水平，讓他們擺脫原來的半機械化狀態(tài)，提升他們的工作效率，減輕他們的工作負擔[4]。再加上山區(qū)谷子種植分散、往來路途較遠的特點，該機械不僅要適應山區(qū)的復雜嚴苛環(huán)境，即使運動了較遠距離，其耗費的經(jīng)濟成本也應該控制到一個較低的范圍，減少農(nóng)戶的經(jīng)濟支出。同時，還需要考慮到散戶種植時的勞力問題，散戶種植的種植面積小，再加上大部分農(nóng)村勞力都選擇外出務工，所以一般農(nóng)戶家中的勞力少，所以該機械最好能夠單人操作。最后，針對谷子成熟后谷穗飽滿、下沉、絞纏等問題，會影響到機械的運行，并且會影響到機械工作的效果，所以還需要針對該特點進行設計，提升機械的脫粒、清選等工作效果。

4.2 技術創(chuàng)新

為了滿足以上創(chuàng)新需求，可以設計出一款能夠單人操作的手推式谷子收獲機，通過手推的形式，控制該機械的大小，從而滿足山區(qū)復雜道路的行進條件，再加上手推的形式，可以盡量減少其能量消耗，節(jié)約經(jīng)濟成本?，F(xiàn)在基本每家每戶都有電動車，所以可以考慮將谷子收獲機的能源設置為電動的形式，這樣農(nóng)戶可以使用電動車的蓄電池給收獲機提供動力，既滿足了控制成本的需求，同時也可以給予農(nóng)戶最大的使用方便[5]。針對谷穗飽滿、下沉的問題，手推式谷子收獲機也可以較好應對該情況，在遇到下沉現(xiàn)象較為嚴重的谷子時，農(nóng)戶可以先用機械將谷字底部的谷稈切斷，然后撿起整株谷子，將谷穗頭送入谷穗切割機部分進行切割，剩下的谷稈則可以手動放置在一旁的田地上。該機械應該配備有兩個切割機，分別為谷穗切割機以及谷稈切割機，農(nóng)戶推動收獲機進行作業(yè)時，谷穗切割機運轉(zhuǎn)將谷穗下方的谷稈切斷，隨后谷穗掉入收集袋，而谷稈切割機運轉(zhuǎn)，將谷子底部的谷稈切斷，被切斷后的谷稈在導向桿的作用下，整齊有序地排列在田地中。面對倒伏程度較低的谷子時，農(nóng)戶可以手動或者利用倒伏扶桿進行扶正，隨后進行正常的切割作業(yè)。這樣的設計也可以較好地解決谷穗絞纏問題，即使不同谷子的谷穗相互絞纏在一起，但是農(nóng)戶的機械收割會依次序?qū)⒏鞴茸又仓晔崭?，絞纏在一起的谷穗也會掉入相同的收集袋，這樣其絞纏帶來的不利影響將會降到最低。由于能源采用了蓄電池，所以還需要考慮到其電耗以及效能問題，在避免出現(xiàn)電耗過快的同時也需要避免動力不足的情況，所以收獲機的切割刀需要按照斜切原理進行設計，讓切割刀相對谷稈有一定的傾斜度，這樣的切割最省力，同時也要計算出切割刀的最佳旋轉(zhuǎn)速度，從而保障切割效率與能耗之間的平衡。

4.3 脫粒、清選

在完成了切割工作之后，農(nóng)戶可以將收集到的谷穗運輸?shù)郊抑羞M行脫粒、清選，即在田地中主要完成切割收集部分，這樣可以減少機械的運作負擔。如果需要在田地中完成脫粒清選時，那么勢必需要增加機械的體積，從能源損耗以及山區(qū)復雜道路的行進方面進行考慮，很顯然這樣是較為不科學的，所以可以將脫粒、清選等步驟放到農(nóng)戶家中或者別的地方完成。

5 結(jié)語

機械化是提升勞動效率的良好方式，對于谷子種植與收獲來說，平原地區(qū)的大規(guī)模種植已經(jīng)可以較高程度地實現(xiàn)機械化，這也促進了這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。河北省作為我國谷子種植的大省之一，該地區(qū)中有不少谷子種植在山區(qū)，山區(qū)復雜的地形以及散戶種植的形式，都給谷子收獲的機械化帶來了不少困難，再加上谷子本身的特征，也影響到當前谷子收獲機械的運行，所以對于山區(qū)的谷子收獲工作來說，更需要創(chuàng)新的技術。針對以上情況，本文提出了手扶谷子收獲機的創(chuàng)新形式，并且將其能源改成蓄電池，通過電力的驅(qū)動，可以節(jié)省農(nóng)戶的經(jīng)濟成本，同時他們也可以利用家中的電動車蓄電池作為能源，極大地方便了他們的使用，可以滿足山區(qū)環(huán)境下谷子的機械化收獲需求，農(nóng)戶在田地中完成谷子的收割工作，然后到別的地方進行脫離、清選，采用分段式的方式，可以在很大程度上避開山區(qū)地形的影響限制。