我國青貯玉米收獲機械技術(shù)分析

河北省耕作機械技術(shù)創(chuàng)新中心 張培增 馮振水 趙純 王帥

1 國內(nèi)外青貯玉米收獲機械發(fā)展概況

大多數(shù)青貯玉米收獲機可根據(jù)生產(chǎn)實際需求進行玉米青貯或黃貯收獲作業(yè)。一般的青貯玉米是在玉米籽粒蠟熟初期進行收獲，此時的玉米莖稈和葉片呈嫩綠色，玉米籽粒乳線位于玉米籽粒長度的1/3～2/3處，收獲機作業(yè)要將玉米莖稈（含葉片）和果穗一起收割，作業(yè)過程主要包括莖稈切割、莖稈輸送壓扁、莖稈喂入切碎、籽粒破碎以及物料拋送等作業(yè)。收獲后的物料還要通過一定的方法，充分進行壓實排氣，并在特定的貯存設(shè)施內(nèi)密閉發(fā)酵，這樣才可以調(diào)制成青貯飼料。一般的黃貯玉米是在玉米籽粒完全成熟以后進行收獲，收獲時要將玉米果穗單獨摘取，只將遺留在田間的玉米莖葉作為飼料進行收獲。此時，玉米莖稈的末梢和大部分葉子已經(jīng)枯黃，故稱為黃貯。實際上，玉米黃貯是傳統(tǒng)的玉米收獲方式的補充作業(yè)，也是一項玉米秸稈綜合利用技術(shù)。

青貯玉米機械化收獲技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了人工作業(yè)、半機械化分段作業(yè)以及全過程機械化聯(lián)合作業(yè)3個階段。目前玉米飼料青貯收獲聯(lián)合作業(yè)機（簡稱青貯玉米收獲機，下同）有好多種類，按照適合收獲對象分為飼料專用型、糧飼兼用型以及糧飼通用型；按照與動力系統(tǒng)的配合連接方式分為牽引式、懸掛式和自走式3種。

牽引式玉米青貯收獲機需要依靠拖拉機牽引才能行走作業(yè)，工作動力通過萬向節(jié)傳動軸與拖拉機動力輸出軸連接獲取。這種機型的特點是組成結(jié)構(gòu)簡單，使用成本較低，但在進地后進行第一趟作業(yè)時，需要人工輔助開出機組行走道才可正常作業(yè)，而人力輔助作業(yè)勞動強度較大，生產(chǎn)效率較低。此外，由于作業(yè)機組整體很長，到地頭轉(zhuǎn)彎時走過的半徑較大，不適合在小地塊作業(yè)，存在很大的局限性，對作業(yè)條件的適應(yīng)性較差，所以，這種機型目前已很少在生產(chǎn)中使用。

懸掛式玉米青貯收獲機需要與拖拉機或其他大型谷物聯(lián)合收獲機等配套使用。與拖拉機采取懸掛式配套連接，主要有側(cè)懸掛和后懸掛兩種連接方式，而與大型谷物聯(lián)合收獲機連接主要采用前懸掛連接方式。這種機型可以利用配套主機的動力，除了具有結(jié)構(gòu)簡單和價格便宜的優(yōu)點外，在非作業(yè)狀態(tài)下還可以依靠主機的懸掛系統(tǒng)提升起來，離開作業(yè)地面，因而有更好的機動性能。其不足之處是作業(yè)功能受主機限制，且駕駛操作方便性差，所以在生產(chǎn)上使用的數(shù)量正在逐年減少。

自走式玉米青貯收獲機可一次性完成收割、輸送、切碎、揉搓和拋送、裝運等多項作業(yè)，與牽引式、懸掛式玉米青貯收獲機相比，有自己獨立的行走系統(tǒng)，整機的配套性和協(xié)調(diào)性好，轉(zhuǎn)彎半徑小，機動靈活，不需要人工輔助作業(yè)開作業(yè)道，適應(yīng)范圍廣。除此之外，還具有作業(yè)性能好、作業(yè)效率高、操作舒適性和工作可靠性高等優(yōu)點。有的機型還可更換不同割臺，對牧草、小麥、燕麥等低桿青貯飼料進行收獲，實現(xiàn)一機多用。但是，不足之處是整機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本和購買價格較高，維護保養(yǎng)的要求和使用成本也相對較高。

我國青貯玉米收獲技術(shù)的起步較晚，技術(shù)相對落后。國內(nèi)初期生產(chǎn)的青貯玉米收獲機以往復(fù)割刀為主，雖然也可以一次實現(xiàn)切割、喂入、鍘切、拋送裝車等作業(yè)，但多數(shù)機型對高稈飼料作物適應(yīng)性差，而且收獲效果也有較大差距，突出問題是作業(yè)效率低、功率損耗大、莖稈切碎質(zhì)量低、玉米籽粒不能破碎、工作穩(wěn)定性和可靠性差等。自走式青貯玉米收獲在歐美發(fā)達國家起步較早，使用非常普遍，幾乎全部采用圓盤式割臺，莖稈切碎和籽粒破碎等相關(guān)技術(shù)應(yīng)用較為成熟，機械化、自動化程度較高，作業(yè)功能完善，技術(shù)水平先進，突出問題是價格昂貴，一臺機械少則上百萬，多則數(shù)百萬。

近些年來，國內(nèi)許多青貯飼料收獲機廠商開始學(xué)習(xí)消化國外先進產(chǎn)品，研究開發(fā)出多種機型，其中具有代表性的有：新疆機械研究院股份有限公司研制生產(chǎn)的牧神牌9QSZ系列自走式青貯飼料收獲機、中機美諾科技股份有限公司研制生產(chǎn)的美諾牌9800型自走式飼料收獲機、石家莊美迪機械有限公司生產(chǎn)的美迪牌9QZ系列自走式青飼料收獲機等。此外，一些國外企業(yè)也在國內(nèi)設(shè)廠生產(chǎn)和設(shè)點銷售大型青貯飼料收獲機，主要有：德國克拉斯（CLAAS）公司的JAGUAR800/900系列青飼收獲機、美國約翰迪爾（John Deere）公司的7000/8000系列青飼收獲機、美國紐荷蘭（NEWHOLLAND）公司的FR系列青飼收獲機、德國科羅尼（KRONE）公司的BIGX系列青飼收獲機等。

2 我國青貯玉米收獲機械的發(fā)展趨勢

2.1 市場需求以中型機械為主，大型機械呈逐步增加態(tài)勢

國外青貯玉米種植主要以大型農(nóng)場為主，土地集中連片，地塊面積大，種植模式基本統(tǒng)一，機械化程度很高，所使用的青貯玉米收獲機大多是割幅在5m以上的大中型自走式機型。然而，我國的基本情況是人口眾多，土地資源緊缺，地塊零碎，高低起伏，面積小，青貯玉米種植分散、模式多樣，大型農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用受條件局限較大。

伴隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，農(nóng)村經(jīng)濟水平迅速提升，農(nóng)村從事非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的勞動力比重增加，土地集中化程度逐步提高，以及畜牧養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)規(guī)?；鸩桨l(fā)展，青貯玉米種植面積以及種植規(guī)模相應(yīng)擴大，青貯玉米收獲裝備逐步向大中型方向轉(zhuǎn)變，甚至在一些地方配備了超大型機型，以滿足提高作業(yè)效率、降低生產(chǎn)成本的需求。從發(fā)展趨勢看，大中型、自動化、智能化的青貯玉米收獲裝備的需求數(shù)量正在提升，滿足市場對大型機具的需求已成為必然，這標(biāo)志著我國農(nóng)業(yè)裝備的開發(fā)與應(yīng)用正在進入一個新的階段。但就近期市場需求來看，大中小型機械并存應(yīng)是基本態(tài)勢，其中作業(yè)幅寬在2～3米的中型青貯玉米收獲機仍然占有較高的比重。

2.2 高效能與低能耗機型受到用戶青睞

隨著全球能源危機的加重以及人們環(huán)境保護意識的不斷提高，低能耗、高效能的農(nóng)機產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用越來越受到人們的普遍重視。大多數(shù)發(fā)達國家很早就開始進行了這方面的研究，投放到市場的機型無論是整體結(jié)構(gòu)、適用范圍、制造質(zhì)量，還是作業(yè)功能、作業(yè)性能、作業(yè)效率等，均處于領(lǐng)先地位。國外研發(fā)生產(chǎn)的自走式青貯飼料收獲機許多都配備有金屬物探測裝置、玉米籽粒破碎裝置和智能化控制系統(tǒng)，一臺主機可以根據(jù)收獲對象更換高稈割臺、矮稈割臺和撿拾割臺，多數(shù)割臺具有割幅寬、喂入量大、結(jié)構(gòu)緊湊、可折疊運輸、能地面仿形、能反轉(zhuǎn)清堵、能不對行低割茬收割等技術(shù)特點。例如，德國克拉斯（CLAAS）公司生產(chǎn)的青貯飼料收獲機作業(yè)效率高，性能好，質(zhì)量優(yōu)，單位作業(yè)量油耗低，操作環(huán)境舒適，視野開闊。美國約翰迪爾（John Deere）公司的青貯飼料收獲機還配備有割臺自動仿形控制系統(tǒng)，能夠在斜坡地或者起伏不平的地面條件下自動仿形作業(yè)。

由于受多種因素影響，國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的機型相對落后，很多方面不能滿足高端用戶的要求。進入21世紀以來，隨著國內(nèi)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化的快速發(fā)展，各地對青貯飼料收獲機械的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率等性能提出了更高的要求。一部分大型養(yǎng)殖場，開始引進國外先進機型，并且出現(xiàn)進口機型數(shù)量逐年增加的情況，國內(nèi)企業(yè)很快開始了對國外先進機型的消化研究，先后就有中機美諾科技股份有限公司研制開發(fā)了美諾牌9265型自走式青貯飼料收獲機、石家莊美迪機械有限公司研制了美迪牌9QZ系列自走式青飼料收獲機、新疆機械研究院股份有限公司研制了牧神牌9QSZ-3000型自走式青（黃）貯飼料收獲機。這些產(chǎn)品的功能與國外機型接近，可一次作業(yè)完成作物收割、喂入、切碎、揉搓及拋送裝車等作業(yè)，代表了國內(nèi)機型的領(lǐng)先水平，但價格大幅度低于國外機型，成為國內(nèi)農(nóng)機市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，市場銷售占有率一度達到70%以上。

同時也應(yīng)該看到，目前國產(chǎn)青貯飼料收獲機與國外產(chǎn)品還存在著不小的差距，主要問題是可靠性和適應(yīng)性差。因此應(yīng)該在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，進行深入系統(tǒng)的研究與創(chuàng)新，尤其要對關(guān)鍵核心零部件進行技術(shù)攻關(guān)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、加工工藝、動力匹配以及動力傳動等方面進行突破和優(yōu)化，以期在技術(shù)性能和使用可靠性上逐步達到或超過國外先進產(chǎn)品。

2.3 注重自動化與智能化技術(shù)的應(yīng)用

國外青貯飼料收獲機械的自動化與智能化技術(shù)也處于先進水平，相關(guān)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)也處于前列。大多數(shù)自走式機型普遍采用了先進的自動化、信息化與智能化技術(shù)，如機電液一體化技術(shù)、自動導(dǎo)航與輔助駕駛技術(shù)、智能控制技術(shù)、自動對行收獲技術(shù)、關(guān)鍵部件工作狀態(tài)電子監(jiān)控技術(shù)、一鍵駕駛和可視界面操控技術(shù)、液壓驅(qū)動底盤與自動轉(zhuǎn)向技術(shù)等，從而大大提高了機器作業(yè)效率和作業(yè)性能的可靠性與穩(wěn)定性、作業(yè)條件適應(yīng)性以及駕駛操作的舒適性與方便性。尤其像克拉斯（CLAAS）、約翰迪爾（John Deere）、紐荷蘭（NEWHOLLAND）、科羅尼（KRONE）等知名國際品牌在性能、質(zhì)量等方面具有明顯的優(yōu)勢，而且不斷向著更加智能化、自動化、大型化、多功能、高效率的方向發(fā)展。

從最近引進的國外先進機型看，青貯飼料收獲機械又呈現(xiàn)出一些新的特點，主要有：基于CAN總線控制的智能控制系統(tǒng)、作業(yè)過程中金屬異物智能監(jiān)控和報警、切碎刀具修磨自動控制系統(tǒng)、切碎長度無級調(diào)整系統(tǒng)、堵塞故障自動反轉(zhuǎn)排除、超耐磨籽粒破碎輥、破碎輥間隙自動調(diào)整、主要作業(yè)參數(shù)自動監(jiān)控等。與此同時，我國農(nóng)機制造企業(yè)和科研機構(gòu)也加強了農(nóng)業(yè)機械的自動化與智能化技術(shù)研究，一批可用于青貯飼料收獲機械的自主研究成果不斷在青貯飼料收獲機械上得到應(yīng)用，加之人們對國產(chǎn)自動化與智能化技術(shù)的認可度不斷提高，從而使得自動化與智能化程度較高的青貯玉米收獲裝備的研究開發(fā)應(yīng)用成為了當(dāng)前的研究熱點。

3 我國青貯玉米收獲機械的研究方向

根據(jù)以上分析，對現(xiàn)有國產(chǎn)青貯飼料收獲裝備進行技術(shù)升級，開發(fā)功能更加完善、性能更加領(lǐng)先的國產(chǎn)青貯飼料收獲機，滿足我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)對青貯飼料收獲機械日益增長的技術(shù)需求，已經(jīng)成為行業(yè)面臨的必然選擇。筆者認為，當(dāng)前應(yīng)重點把握以下技術(shù)研究方向。

3.1 研究新型切割和輸送技術(shù)

研究新型不分行割臺，可有效控制割茬高度和一致性，莖稈的收攏和輸送流暢，喂入均勻，方向一致，為后續(xù)均勻切碎創(chuàng)造了條件；一旦發(fā)生堵草現(xiàn)象，排堵系統(tǒng)能及時工作，有效解決出現(xiàn)的問題，保證作業(yè)正常進行；研究掉落果穗回收技術(shù)，能有效降低果穗收獲損失，保證收獲作業(yè)后的田間干凈整潔，做到應(yīng)收盡收，實現(xiàn)低損收獲。

3.2 研究強壓喂入和鍘切技術(shù)

研究強壓浮動多輥喂入機構(gòu)和速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提高莖稈壓扁和破節(jié)效果，縮短喂入距離，保證喂入均勻，提高鍘切長度調(diào)整的方便性，進而有效提高飼料調(diào)制的質(zhì)量和營養(yǎng)轉(zhuǎn)化率；研究金屬或異物探測技術(shù)，有效保護鍘切裝置不被金屬異物損壞，提高刀具使用壽命；研究新型滾筒式切碎器，開發(fā)抗磨損切碎刀片，研究合理的刀組布局方案，減少重復(fù)鍘切浪費，提高鍘切效率，大幅度降低鍘切功耗。

3.3 研究創(chuàng)新籽粒破碎技術(shù)

籽粒破碎是提高玉米籽粒營養(yǎng)利用率的重要手段，未經(jīng)破碎處理的玉米籽粒很難被動物充分吸收，白白損失大量的營養(yǎng)物質(zhì)。破碎輥是籽粒破碎裝置的核心零部件，主要作用是將完整的玉米籽粒破碎成5～7瓣，同時可將切成段狀的莖葉進行揉搓，使其變得更加細碎、柔軟，使牛、羊等牲畜采食用后更容易消化。要重點研究破碎輥表面高耐磨材料及制造工藝，研究破碎輥結(jié)構(gòu)設(shè)計和運動參數(shù)優(yōu)化以及智能化控制技術(shù)，提高籽粒破碎率和破碎均勻性。同時要加強籽粒破碎機理的試驗研究，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新籽粒破碎裝置。

3.4 研究自動磨刀控制技術(shù)

青貯玉米收獲機切碎飼料主要依靠切碎裝置的動刀片，工作一段時間后刃口會出現(xiàn)嚴重磨損，直接影響青貯飼料效率和質(zhì)量，還會使動力消耗大大增加。因為切碎裝置動刀磨損是青貯飼料收獲機普遍存在的問題，所以不少的青貯飼料收獲機增加了磨刀裝置，而且最近幾年又出現(xiàn)了自動磨刀裝置，已經(jīng)受到用戶的普遍歡迎。需要深入研究鍘切刀具自動磨削和智能控制系統(tǒng)，要綜合應(yīng)用自動化、智能化以及機電液一體化技術(shù)，實現(xiàn)在作業(yè)過程中適時磨刀，保持鍘切裝置良好的技術(shù)狀態(tài)，其對實現(xiàn)機器作業(yè)的高效率、高質(zhì)量、低能耗意義重大。

3.5 研究青貯收獲與打捆包膜一體化技術(shù)

青貯玉米收獲配套打捆包膜一體化技術(shù)已成為用戶的需求之一。據(jù)了解，歐美等發(fā)達國家較早就開始了這方面的研究，但目前僅在小型青貯玉米收獲機上有應(yīng)用。而我國現(xiàn)有的青貯玉米收獲機械，多是拋送到運輸車上，或者拋送到自身附帶的集料箱內(nèi)，如果需要打捆包膜儲存，還需要用專門的打捆包膜機完成。這樣的分段作業(yè)方式，過程較為繁雜，工作效率不高，還會因為打包不及時，造成物料水分和營養(yǎng)成分的流失，影響青貯玉米的后期發(fā)酵貯存，降低青貯飼料的質(zhì)量與適口性。因此，研究適合我國條件的青貯玉米收獲與打捆包膜一體化技術(shù)，開發(fā)與青貯玉米收獲裝備配套的打捆包膜裝置，也應(yīng)是青貯玉米收獲技術(shù)研究的重點方向之一。