青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

摘要：為適應(yīng)牧草秸稈青貯飼料化的應(yīng)用需求，提高牧草秸稈資源的綜合利用率，改善生態(tài)環(huán)境和提高作物經(jīng)濟(jì)效益，需要進(jìn)一步提高牧草秸稈回收儲存機(jī)械化程度。根據(jù)國內(nèi)外主要青貯圓捆機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀，對不同機(jī)型的技術(shù)工作原理和特點進(jìn)行分析研究。指出目前青貯圓捆機(jī)普遍存在草料壓捆密度不高、操作系統(tǒng)智能化程度低等問題；提出增加草料與鋼輥、皮帶間的摩擦力及前后倉之間的閉合壓力以提高草捆密度，將遠(yuǎn)程遙感技術(shù)、實時監(jiān)測技術(shù)、液壓控制技術(shù)等運用到圓捆機(jī)的研發(fā)當(dāng)中以提高其智能化程度等未來青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：青貯飼料；青貯圓捆機(jī)；壓捆機(jī)構(gòu)；智能化；適應(yīng)性

中圖分類號：S225.8" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " 文章編號：2095?5553 （2025） 04?0204?07

Research status and development trend of press mechanism for silage round baler

Zhang Ji Fu Hai Song Zhanhua Li Fade Yang Qinglu Sun Zhenyang

（1. College of Mechanical and Electronic Engineering， Shandong Agricultural University， Tai'an， 271018， China;

2. Shandong Province Key Laboratory of Horticultural Machinery and Equipments， Tai'an， 271018， China;

3. National Engineering Research Center for Agricultural Production Machinery and Equipment， Tai'an， 271018， China）

Abstract： In order to accommodate the application needs of forage straw fodder， improve the comprehensive utilization rate of forage straw resources as well as improve the ecological environment and enhance the economic benefits of crops， it is necessary to further improve the mechanization degree of forage straw recycling and storage. According to the application status quo of the main silage round baler at home and abroad， the paper analyzes and researches the technical working principle and characteristics of different models， and comes to the conclusion that at present the silage round baler generally exists， such as the density of forage baling is not high， the operating system has low degree of intelligence and other problems， and puts forward the development trend of the future development trend of the silage round baler's baling mechanism and the related problems countermeasures suggestions： increase front and rear bin closing pressure and friction between the forage and the steel roller belt to increase bale density; Apply the remote sensing technology， real?time monitoring technology， hydraulic control technology and so on to the research and development of the round bale machine in order to improve the degree of its intellectualization.

Keywords： fodder silage; silage round baler; baling mechanism; intelligent; flexibility

0 引言

青貯飼料是家畜養(yǎng)殖必需飼料，2021年我國部分地區(qū)由于秋汛原因，牛羊養(yǎng)殖場的青貯飼料收儲量減少，儲備供應(yīng)存在一定缺口[1]。從我國牛羊等家畜的飼養(yǎng)規(guī)模來看，目前每年需要生產(chǎn)消耗各類青貯飼料超7×105 kt才能滿足喂養(yǎng)需求，總值超2 000億元。畜牧業(yè)，尤其是家畜養(yǎng)殖業(yè)，結(jié)合青貯飼料喂養(yǎng)具有節(jié)約糧食、提高養(yǎng)殖生產(chǎn)力的優(yōu)勢，青貯飼料已成為畜牧養(yǎng)殖必不可少的一部分。牧草秸稈經(jīng)青貯打捆發(fā)酵后，具有適口性良好、可長時間儲存、營養(yǎng)豐富等優(yōu)點[2]，因此，提供成本較低的高效牧草秸稈收獲打捆機(jī)械以促進(jìn)作物資源有效利用是急需解決的問題。

打捆機(jī)是目前主要的牧草秸稈收獲機(jī)械，有圓捆和方捆兩大類機(jī)型。其中，青貯圓捆機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單、故障率低且便于維修等特點而備受用戶的喜愛。青貯圓捆機(jī)操作方便，由拖拉機(jī)駕駛員一人便可操作整機(jī)；應(yīng)用面廣，能適用于各種不同地形農(nóng)田、天然草場及種植草場。青貯圓捆機(jī)按照壓捆機(jī)構(gòu)來分，可分為兩大類：一類是外纏繞鋼輥式，這類青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)主要由多根圓柱形輥筒、傳動齒輪及鏈條等構(gòu)成[3]，以鏈條通過傳動齒輪帶動固定在側(cè)壁上的每根輥筒以相同速度轉(zhuǎn)動，將喂入機(jī)構(gòu)喂入的牧草秸稈進(jìn)行結(jié)捆成型繞動旋轉(zhuǎn)并壓縮成捆[4]。由于鋼輥位置固定，成捆室體積不變，隨著物料不斷進(jìn)入，打出草捆內(nèi)松外緊，便于風(fēng)干儲存。另一類是內(nèi)纏繞皮帶式，這類青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)主要由長膠帶、軸輥和鏈條形成一個可控制直徑大小的壓捆室，而沒有輥筒部件，通過可活動的軸輥控制長膠帶的位置及折疊形狀。長膠帶則沿著軸輥轉(zhuǎn)動，與喂入的牧草秸稈完全貼合，隨著物料不斷進(jìn)入，壓捆室直徑也慢慢變大，可根據(jù)實際作業(yè)需要來改變壓捆膠帶長度及張緊度，打出可控直徑和密度的草捆[5]。兩類青貯圓捆機(jī)各有自己的不足與優(yōu)點。

結(jié)合青貯飼料打捆現(xiàn)狀，本文以青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)為研究對象，對國內(nèi)外目前主要青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行歸納總結(jié)，旨在提高青貯飼料機(jī)械化收獲打捆儲存水平。

1 我國青貯飼料生產(chǎn)現(xiàn)狀與需求

青貯飼料以生產(chǎn)原料來劃分，主要包括草料類青貯、全株高粱玉米作物青貯、稻麥類青貯和農(nóng)作物秸稈青貯等[6]。2019年我國青貯飼料平均年產(chǎn)量約286 720 kt（表1）。其中，作物秸稈青貯占據(jù)主體部分，產(chǎn)量約193 150 kt，占比67.37%；一年生飼草青貯產(chǎn)量約61 220 kt，占比21.35%；多年生飼草青貯產(chǎn)量約32 350 kt，占比11.28%。青貯原料種類占比最大的是玉米秸稈，其次是全株玉米，然后是多年生狼尾草[7]。大部分青貯飼料被畜牧養(yǎng)殖場直接使用，占比達(dá)98%；青貯飼料商品量約3 000 kt，只占2%[6]。

目前，青貯飼料主要用于牛、羊、豬等家畜喂養(yǎng)。我國家畜在欄量較大[8]（表2），其中，每天牛類青貯飼料需求量大約為10～15 kg，驢馬類青貯飼料需求量大約為5～10 kg，羊的青貯飼料需求量大約為2～5 kg，豬的青貯飼料需求量大約為1～3 kg。因此，我國在欄家畜如果按標(biāo)準(zhǔn)化草飼進(jìn)行喂養(yǎng)，每年最低青貯飼料需求量大約8×105 kt，年產(chǎn)量卻不到3×105 kt，缺口非常之大。從畜牧業(yè)優(yōu)質(zhì)健康高效的發(fā)展趨勢來看，未來青貯飼料需求發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?/p>

2 青貯圓捆打捆機(jī)械化現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)外青貯圓捆機(jī)發(fā)展歷程

目前，我國青貯飼料收獲打捆、加工機(jī)械化作業(yè)效率普遍較低是影響青貯飼料生產(chǎn)的主要原因。

美國于20世紀(jì)60年代研制青貯圓捆機(jī)，并在北美市場率先推出第一臺內(nèi)纏繞皮帶式機(jī)型。由于其操作簡便、打捆效率高，極大地節(jié)約了人力勞動成本，歐美許多農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠家開始仿制這種機(jī)型，并由此演變出輥筒式和短膠帶式青貯圓捆機(jī)等大量優(yōu)秀產(chǎn)品。1974年，德國發(fā)明了一項專利，采用外纏繞式成捆原理，打出的草捆外緊內(nèi)松，便于通風(fēng)干燥[9]。1977年，德國推出了輥筒式青貯圓捆機(jī)，用不同數(shù)量的鋼輥組成了不同直徑大小的壓捆室。20世紀(jì)80年代后期，先后針對青貯圓捆機(jī)打捆效率進(jìn)行研究改進(jìn)。美國在變直徑壓捆室中應(yīng)用“繩網(wǎng)包卷草捆”技術(shù)，大大提高了打捆效率。之后相繼投入不停機(jī)青貯圓捆機(jī)的研制并生產(chǎn)出了樣機(jī)。國外青貯圓捆機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)等方面各具特點，產(chǎn)品生產(chǎn)效率和自動化程度高[10]，廣泛使用單片機(jī)、PLC、IPC等自動控制設(shè)備，工作穩(wěn)定可靠[11]。

我國自20世紀(jì)70年代以來，陸續(xù)從歐美國家引進(jìn)青貯圓捆機(jī)，隨后便開始進(jìn)行仿制生產(chǎn)。由中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院于20世紀(jì)80年代率先研制成功并在大型農(nóng)牧場投入使用[12]。根據(jù)我國不同耕地地形，在行走裝置上做了相應(yīng)改進(jìn)，生產(chǎn)出了多種能適應(yīng)不同地形作業(yè)的機(jī)型。青貯圓捆機(jī)外殼采用質(zhì)量輕巧的碳纖維材料，極大地降低機(jī)械自身重量。對國外先進(jìn)機(jī)型進(jìn)行仿制生產(chǎn)，降低研發(fā)成本?，F(xiàn)在，隨著青貯飼料打捆技術(shù)的發(fā)展，不斷投入科研力量進(jìn)行青貯圓捆機(jī)研制開發(fā)，并成功制造出不少優(yōu)秀產(chǎn)品。相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者根據(jù)我國青貯圓捆機(jī)需求現(xiàn)狀，結(jié)合國外先進(jìn)技術(shù)，在機(jī)型改進(jìn)方面也做了大量研究[13]，對國內(nèi)青貯圓捆機(jī)的不斷優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。但由于起步較晚，國內(nèi)產(chǎn)品在液壓控制、人機(jī)工程自動化以及關(guān)鍵部件精密穩(wěn)定性等方面與國外還有一定差距[14]。相關(guān)研究也大多針對某一零部件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力分析等基礎(chǔ)理論方面暫無研究，因此很難實現(xiàn)整機(jī)實質(zhì)上的自主研發(fā)設(shè)計。

2.2 青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)工作流程

青貯圓捆機(jī)是一種用于草料秸稈收獲打捆的機(jī)械，可一次性完成飼草料的撿拾、切碎、喂入、打捆、包膜和卸捆等打捆工作，整機(jī)結(jié)構(gòu)由機(jī)架、傳動系統(tǒng)、撿拾器、喂入機(jī)構(gòu)、壓捆機(jī)構(gòu)、卸草器等組成[15]。

2.2.1 外纏繞式青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)

外纏繞鋼輥式青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)主要由前倉、側(cè)板、輥筒、連接軸、傳動系統(tǒng)和后倉組成[16]。青貯圓捆機(jī)在撿拾打捆作業(yè)過程中，隨著設(shè)備不斷前進(jìn)，撿拾器將地上草料撿起，經(jīng)喂入機(jī)構(gòu)送入壓捆機(jī)構(gòu)[17]，草料進(jìn)入之后被機(jī)體后曲面和底部的輥筒翻滾，當(dāng)壓捆室中喂入的草料不斷增多，草料即被壓縮成層，外層不斷向草捆中心壓下來，直到草捆達(dá)到設(shè)定的密度為止[18]，設(shè)備停止前進(jìn)，并進(jìn)行纏網(wǎng)包膜卸捆作業(yè)。

外纏繞短膠帶式青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)以多組相同的短膠帶排列組成一個圓周型的壓捆室，壓捆室直徑固定[19]。其工作原理與鋼輥式青貯圓捆機(jī)基本類似。

2.2.2 內(nèi)纏繞式青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)

內(nèi)纏繞皮帶式青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)作業(yè)時，隨著設(shè)備的前進(jìn)，撿拾器將物料撿起并經(jīng)由喂入機(jī)構(gòu)喂入壓捆機(jī)構(gòu)中，在鏈條皮帶轉(zhuǎn)動作用下，進(jìn)入的物料先形成一個草芯；隨著物料越來越多地進(jìn)入壓捆機(jī)構(gòu)并伴隨皮帶旋轉(zhuǎn)逐漸形成圓草捆[20]。壓捆直徑可變，可以選擇在草捆直徑達(dá)到任意設(shè)定值時執(zhí)行捆繩包膜操作以卸下草捆。但此類青貯圓捆機(jī)卷壓出的草捆密度往往會外松內(nèi)緊，對打捆包膜后的圓草捆通風(fēng)干燥有一定影響。

2.3 國內(nèi)外青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀

2.3.1 不停機(jī)青貯圓捆機(jī)壓捆室研究

不停機(jī)作業(yè)青貯圓捆機(jī)由德國于2011年率先研制推出，這種青貯圓捆機(jī)在其壓捆室的前方加裝設(shè)置了由長膠帶構(gòu)成的集草室，大小可變，也可作為預(yù)壓室[21]。由于集草室大小可變，當(dāng)壓捆室滿倉開始包膜纏繩作業(yè)時，草料可以繼續(xù)喂入集草室進(jìn)行儲存并預(yù)壓縮，在完成卸捆后，集草室經(jīng)過預(yù)壓縮的草料進(jìn)入壓捆室開始下一個打捆作業(yè)，以此重復(fù)作業(yè)，從而實現(xiàn)設(shè)備連續(xù)打捆不停機(jī)[22]。為盡量減少捆繩纏繞草捆時間，采用“繩網(wǎng)包卷草捆”技術(shù)[23]，研制出一種鋼輥式不停機(jī)青貯圓捆機(jī)。

2.3.2 壓捆密度質(zhì)量改進(jìn)研究

2015年Simmons等[24]公開了一種外纏繞鋼輥式青貯圓捆機(jī)中監(jiān)測成捆密度質(zhì)量的專利，在壓捆機(jī)構(gòu)設(shè)置草捆形狀監(jiān)測裝置，兩個側(cè)壁上分布有傳感器，用于監(jiān)測草捆在壓捆機(jī)構(gòu)中逐步形成的不同橫截面上的密度，再使用控制機(jī)構(gòu)根據(jù)草捆實時密度情況控制草料均勻喂入。

針對切碎后的干草料易在壓捆室側(cè)壁鋼輥兩端堆積問題，2016年Dutertre等[25]公開了一項對青貯圓捆機(jī)鋼輥進(jìn)行改進(jìn)的專利，以增加鋼輥兩端條紋較中間條紋的凸起厚度，來優(yōu)化鋼輥對喂入物料的擠壓效果，極大地緩解草料堆積問題。

2.3.3 可變直徑壓捆室研究

王成軍等[26]設(shè)計的一款可變直徑鋼輥式青貯圓捆機(jī)（圖1），改善了普通鋼輥式青貯圓捆機(jī)無法調(diào)節(jié)壓捆直徑的問題。在輥筒兩側(cè)加裝液壓連桿裝置（圖2），形成直徑范圍在0.57～0.62 m可變的壓捆室。壓捆室兩側(cè)壁上設(shè)置有均勻分布的對稱腰型孔；在鋼輥兩端軸承座上設(shè)置兩個平行削扁平面，以便將軸承座安裝在腰型孔內(nèi)；液壓缸兩端則分別連接鋼輥外側(cè)和壓捆室壁，可通過伸長液壓缸，帶動鋼輥順著腰型孔向外進(jìn)行擴(kuò)展，從而增加壓捆室直徑長度，打出不同直徑的圓草捆；在草捆密度達(dá)到設(shè)定值后停止打捆，進(jìn)行卸捆作業(yè)。草捆卸載完成后，液壓缸沿腰型孔進(jìn)行內(nèi)收運動使鋼輥回到初始位置，完成一次打捆作業(yè)。壓捆機(jī)構(gòu)使用液壓傳動與鏈傳動相互結(jié)合的方法，液壓傳動控制后捆室開合卸捆和鋼輥的伸縮，壓捆室卷捆工作則由鏈傳動來提供動力，整機(jī)操作方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

2.3.4 壓捆室倉門閉合壓力研究

當(dāng)青貯圓捆機(jī)作業(yè)時，隨著壓捆室草料增多壓力增大，后倉門出現(xiàn)打開現(xiàn)象，而導(dǎo)致草捆密度下降。針對這一問題，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院的趙小娟等[27]提出兩種解決方案，并對青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)和液壓控制方式進(jìn)行改進(jìn)，田間試驗后，草捆密度由改進(jìn)前117.6 kg/m3提高到159.0 kg/m3，改善效果明顯。其解決方案一，在前后倉之間加裝上拱形碟片，以確保在草捆成捆過程中后倉有充足的壓力補(bǔ)償；方案二，在壓捆室后倉液壓控制系統(tǒng)加裝單向電磁閥，以保證草料在成捆過程中后倉壓力一直保持周期性恒定，從而緩解在草捆直徑增大過程中前后倉壓力不足的問題。加裝電磁閥和拱形碟片兩種方法都可以在壓捆室草料增多、壓力增大的情況下，使前后倉一直保持較好的密閉性，從而提高成捆密度（表3）。

2.3.5 草料喂入堵塞現(xiàn)象研究

現(xiàn)有國產(chǎn)鋼輥式青貯圓捆機(jī)在收獲完整稻稈時易出現(xiàn)草料堵塞問題，雷軍樂等[28]研究表明，鋼輥式青貯圓捆機(jī)卷捆時無法及時旋轉(zhuǎn)形成草芯是造成堵塞的主要原因。針對此問題，李葉龍等[29]設(shè)計了一種鋼輥與側(cè)圓盤組合的輥盤式壓捆機(jī)構(gòu)（圖3），在收獲秸稈時能夠及時形成旋轉(zhuǎn)草芯。輥盤式壓捆機(jī)構(gòu)尺寸為0.45 m×0.72 m。壓捆室前后倉通過8號鋼輥端軸鉸接，圓盤則安裝在側(cè)壁中心位置，取代原側(cè)壁，工作時繞其中心旋轉(zhuǎn)。圓盤最大直徑選取壓捆室直徑的85%～90%（保證鋼輥與圓盤不干涉），最小直徑選取壓捆室直徑的40%～50%（保證圓盤的有效性）。為減小圓盤與轉(zhuǎn)動草捆間的摩擦阻力，需要使圓盤與草捆之間轉(zhuǎn)速一致。

2.4 國外典型青貯圓捆機(jī)機(jī)型

2.4.1 不停機(jī)型青貯圓捆機(jī)

不停機(jī)型青貯圓捆機(jī)可連續(xù)進(jìn)行打捆作業(yè)，從而提升青貯圓捆機(jī)的打捆效率[30]。荷蘭生產(chǎn)的一款內(nèi)纏繞式不停機(jī)青貯圓捆機(jī)。采用交變機(jī)構(gòu)，使草料喂入和纏繩包膜、卸草捆這幾個工序分隔開來，互不影響，從而完成不停機(jī)打捆作業(yè)，其打捆效率高達(dá)110～130捆/h。但其對配套動力需求較大，需要牽引動力在125 kW以上的拖拉機(jī)。

2.4.2 零堵塞青貯圓捆機(jī)

針對青貯圓捆機(jī)草料喂入堵塞問題，研制了一款外纏繞式F441R型青貯圓捆機(jī)，將推進(jìn)攪龍和喂入輥設(shè)計為同軸，縮短撿拾器與喂入輥的距離，草料喂入十分順暢。設(shè)備配置5彈齒撿拾器和不銹鋼防纏板，可以快速完成厚草埔喂入，在打捆過程中不會存在進(jìn)料堵塞問題而影響作業(yè)進(jìn)度，有效提高打捆效率。即使形成堵塞，操機(jī)員也可通過駕駛室控制寬尺寸液壓落板以平行四邊形方式下落進(jìn)行清理，無需手動排堵。

2.4.3 可變直徑青貯圓捆機(jī)

德國生產(chǎn)的一款外纏繞式Comprima型青貯圓捆機(jī)帶有可變直徑壓捆室，可預(yù)先設(shè)定范圍在1～1.5 m之間的不同直徑，實現(xiàn)可變直徑打捆操作。其撿拾幅寬為2.15 m，配套動力≥90 kW的拖拉機(jī)，動力輸出軸轉(zhuǎn)速為540 r/min，工作效率為30～40捆/h。因其獨到的NovoGrip卷捆連桿打捆系統(tǒng)，使打捆作業(yè)運行十分平穩(wěn)，有效降低設(shè)備磨損并減少保養(yǎng)時間。但因其直徑可變導(dǎo)致壓捆室壓力有所下降，打出草捆密度也相對較低。

2.5 國內(nèi)典型青貯圓捆機(jī)機(jī)型

2.5.1 外纏繞鋼輥式青貯圓捆機(jī)

9YGJ-2.2型青貯圓捆機(jī)適用于種植草場和小麥水稻等作物秸稈收獲作業(yè)。該機(jī)型工作幅寬為2.23 m，整機(jī)重量3 960 kg，需配套動力≥75 kW的拖拉機(jī)[31]，有5排彈齒桿，17個切碎刀，其壓捆室由18個輥筒組成，設(shè)計打捆尺寸為1.2 m×1.4 m。該機(jī)型采用螺旋輸送連續(xù)強(qiáng)制喂入系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)子刀組在切斷草料時，同步輸送至喂入平臺[32]，草料喂入量大且更加順暢；配備GPS模塊，可以實時監(jiān)控青貯圓捆機(jī)作業(yè)狀態(tài)；增大液壓油缸力臂，壓捆密度更高[33]。但是，由于該機(jī)型強(qiáng)制喂入系統(tǒng)對草料細(xì)碎程度要求較高，故而不適用于強(qiáng)度較高的作物秸稈打捆作業(yè)，容易造成成捆不扎實的問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

BR6000 Ver3.0型青貯圓捆機(jī)采用輕盈的碳纖維外殼，極大地降低設(shè)備重量，田間作業(yè)穩(wěn)定性高，受地面平整性影響小，適用于各種惡劣地形。其撿拾幅寬為1.96 m，由16個輥筒組成的壓捆室尺寸為1.2 m×1.2 m，成捆壓力在2～16 MPa之間可調(diào)；配備德國BEKA潤滑系統(tǒng)，對全機(jī)軸承鏈條進(jìn)行集中自動潤滑，降低設(shè)備磨損，提高使用壽命；配備超越離合器，一旦設(shè)備運行過載，將切斷動力，以保護(hù)撿拾系統(tǒng)；軒禾N(yùn)RM遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可通過互聯(lián)網(wǎng)實時查詢作業(yè)數(shù)量、草捆密度值、作業(yè)軌跡等信息，便于集約化管理[34]。但是由于該機(jī)型對草捆質(zhì)量要求較高，所以其成捆速度較為緩慢，作業(yè)效率仍需提高。

森睿正禾1600雙圓捆不停機(jī)自走式青貯圓捆機(jī)草料收集箱下配置左、右兩個相互隔離的壓捆室，當(dāng)其中一側(cè)壓捆室完成打捆開始纏繩包膜作業(yè)時，草料收集機(jī)械手臂轉(zhuǎn)入另一側(cè)繼續(xù)喂入飼草料進(jìn)行打捆作業(yè)，從而實現(xiàn)不停機(jī)草料收割打捆，極大地提高收獲效率。作業(yè)幅寬為1.89 m，成捆尺寸為0.55 m×0.52 m，作業(yè)效率達(dá)100～120 捆/h，每捆質(zhì)量40～60 kg，相比于大型單壓捆室青貯圓捆機(jī)，該機(jī)具有成捆效率高、密度大、方便草捆回收運輸?shù)葍?yōu)點。

2.5.2 內(nèi)纏繞長膠帶式青貯圓捆機(jī)

中機(jī)美諾5120型內(nèi)纏繞長膠帶式青貯圓捆機(jī)適用于稻麥秸、牧草、甘蔗葉等軟稈作物。整機(jī)質(zhì)量較輕，只有2 135 kg。設(shè)備作業(yè)效率高，可達(dá)15～30 捆/h，草捆重量200～302 kg/捆，直徑為0.9～1.1 m，需要配套動力55～90 kW輪式拖拉機(jī)（帶兩組液壓輸出）。其打捆直徑可調(diào)，低平彈齒撿拾器穩(wěn)定性高、動作輕柔、撿拾精確度高，有效減少了飼草料損失[35]。雖然設(shè)備成捆密度扎實，但是設(shè)備具有內(nèi)纏繞式青貯圓捆機(jī)皮帶易磨損消耗，易于產(chǎn)生塑性變形使得設(shè)備使用成本增高的弊端。

針對我國青貯圓捆機(jī)作業(yè)“三小一低”問題，研發(fā)了9Y1.5大型內(nèi)纏繞式青貯圓捆機(jī)，主要適用于大中型農(nóng)牧場作業(yè)，收獲含水率比較低的秸稈作物。采用小間距彈齒式撿拾器，使草料充分撿拾喂入。在彈齒上方的小間距壓草桿可預(yù)防斷桿及草料在喂入過程中到處飛濺而造成作物損失[36]。其皮帶式壓捆機(jī)構(gòu)帶有菱形花紋以增加與草料間的摩擦力，使草料緊密地聚合成捆，密度能達(dá)到180～250 kg/m3。液壓系統(tǒng)不僅可以自動控制草捆的密度，還能操縱纏繩和卸捆作業(yè)，使操作人員控制機(jī)械作業(yè)更加靈活方便[37]。

3 存在問題

我國對青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)研究起步較晚，一些關(guān)鍵技術(shù)還不夠成熟，現(xiàn)有國產(chǎn)機(jī)型推廣率不高，設(shè)備穩(wěn)定性、智能化、自動化作業(yè)水平有待提高。

3.1 青貯圓捆機(jī)“卡脖子”技術(shù)仍未解決，穩(wěn)定高效的設(shè)備依然需要進(jìn)口

歐美等發(fā)達(dá)國家青貯圓捆機(jī)生產(chǎn)廠家眾多，機(jī)型種類豐富，配套動力足夠，機(jī)械化自動化程度高。但不停機(jī)型青貯圓捆機(jī)、可變直徑壓捆室等青貯圓捆機(jī)核心技術(shù)仍是國內(nèi)“卡脖子”問題。

國外設(shè)備精密化程度較高，但對于一些核心技術(shù)問題如喂入機(jī)構(gòu)堵塞、電子實時監(jiān)控技術(shù)、草料成捆密度不扎實等并未提出更適合的解決方案。國產(chǎn)機(jī)械主要工作部件的制造工藝粗糙，磨損嚴(yán)重導(dǎo)致使用壽命降低、作業(yè)效率不高、可靠性差[38]，所以相對高質(zhì)量、穩(wěn)定高效的青貯圓捆機(jī)仍依賴進(jìn)口。

3.2 國產(chǎn)青貯圓捆機(jī)種類不豐富，對我國不同地形的適應(yīng)性不足

國內(nèi)青貯圓捆機(jī)產(chǎn)品的種類尚不齊全，成套性差，各工序機(jī)械結(jié)構(gòu)與動力配套性也比較落后[39]。我國地域廣袤，不同地區(qū)地形不同，如大平原、山地丘陵、梯田水田等，耕地地形復(fù)雜，不同地區(qū)種植方式和作物收獲方式存在一定差異[40]。進(jìn)口青貯圓捆機(jī)大多是大圓捆適合大地塊作業(yè)的機(jī)型，而國產(chǎn)小機(jī)型應(yīng)對地勢崎嶇的穩(wěn)定性又不足。如何進(jìn)一步為國內(nèi)用戶提供適應(yīng)不同地形環(huán)境的多樣化穩(wěn)定高效的產(chǎn)品，提高青貯圓捆機(jī)對不同地塊的適應(yīng)性需要進(jìn)一步研究解決。

3.3 國產(chǎn)青貯圓捆機(jī)智能化程度不高，多功能性打捆設(shè)備有待改進(jìn)

從國外先進(jìn)的圓捆壓捆技術(shù)發(fā)展趨勢來看，在壓捆機(jī)構(gòu)作業(yè)實時監(jiān)測系統(tǒng)、GPS、液壓控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程遙感技術(shù)控制設(shè)備等智能化控制方面，國內(nèi)青貯圓捆機(jī)還有一定欠缺，應(yīng)廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化和自動化技術(shù)，加大對設(shè)備的研究改進(jìn)，使用單片機(jī)和PLC等手段開發(fā)更加智能化的設(shè)備控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)更加精細(xì)高效的打捆作業(yè)要求。

4 發(fā)展趨勢

由于我國作物秸稈用于飼喂家畜占比秸稈總量低于25%，焚燒處理加劇環(huán)境污染，秸稈利用問題引起廣泛關(guān)注，青貯圓捆機(jī)迎來黃金發(fā)展期。我國青貯圓捆機(jī)市場呈增長趨勢，銷量由2013年的幾百臺增加至2021年的2 000臺以上，年復(fù)增長率50%。青貯圓捆機(jī)作為牧草秸稈收獲打捆機(jī)械化必不可少的環(huán)節(jié)，因其較方捆打捆機(jī)結(jié)構(gòu)更簡單、打捆效率更高，勢必成為未來主要的青貯打捆機(jī)型。

通過研究分析鋼輥式青貯圓捆機(jī)和皮帶式青貯圓捆機(jī)的壓捆室結(jié)構(gòu)以及實際應(yīng)用中的各種問題，簡述國內(nèi)外學(xué)者、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)針對壓捆機(jī)構(gòu)的不同問題給出相應(yīng)解決方案，使得青貯圓捆機(jī)壓捆機(jī)構(gòu)向著更加高效智能化方向發(fā)展。

1） 壓捆室形成的草捆密度質(zhì)量優(yōu)劣受機(jī)器的動力及鋼輥、草捆之間的摩擦力影響，當(dāng)機(jī)器動力不變時，增加摩擦力能提高草捆密度。所以，研究提高輥筒皮帶等與牧草秸稈之間的摩擦力來提高草捆質(zhì)量密度，是壓捆機(jī)構(gòu)需要繼續(xù)完善的一方面。

2） 國內(nèi)目前大多數(shù)鋼輥式青貯圓捆機(jī)壓捆室體積大小固定，不能根據(jù)實際需要，打出不同直徑體積的草捆。研制可變直徑壓捆室并保證草捆密度質(zhì)量不受影響，方便用戶搬運儲存是鋼輥式青貯圓捆機(jī)的發(fā)展方向之一。

3） 成捆時，壓捆室前后倉之間在草捆壓力下無法緊密閉合會導(dǎo)致成捆密度不扎實。因此，草料成捆時前后倉穩(wěn)定的緊密閉合性亦是需要繼續(xù)研究改進(jìn)的方面。

4） 國外針對青貯圓捆機(jī)效率的研究比較領(lǐng)先，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)青貯圓捆機(jī)都需要在一個打捆完成后停機(jī)卸捆再開始下一個打捆，而如何提高打捆效率，研制不停機(jī)的高效打捆設(shè)備成為重要發(fā)展趨勢之一。

5 結(jié)語

我國牧草秸稈資源豐富，是非常寶貴的農(nóng)業(yè)可再生資源。畜牧業(yè)對青貯飼料需求量巨大，但我國青貯打捆機(jī)械化普及程度不高，造成一定程度上資源的浪費，快速發(fā)展推進(jìn)牧草秸稈打捆機(jī)械化作業(yè)進(jìn)程，是節(jié)約農(nóng)業(yè)資源的重要舉措。青貯圓捆機(jī)是青貯飼料回收、儲存的重要機(jī)械設(shè)備，對回收牧草秸稈資源，提高作物經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)環(huán)境有著重要意義。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)的青貯圓捆機(jī)在成捆機(jī)理、液壓控制等關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)有所突破，一些農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)研制出帶有液壓控制和機(jī)電一體化技術(shù)的更加智能的青貯圓捆機(jī)產(chǎn)品，有待進(jìn)一步大面積推廣應(yīng)用。更大的草捆直徑、更高的作業(yè)效率、更好的操控性能和可靠性將會是今后青貯圓捆機(jī)產(chǎn)品研發(fā)的主要方向。

參 考 文 獻(xiàn)

[ 1 ] 王娜. 養(yǎng)殖場青貯飼料生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)意見[J]. 中國畜牧業(yè)， 2022（11）： 16-18.

[ 2 ] 夏德. 紅苕藤的青貯技術(shù)[J]. 新農(nóng)民， 2019（15）： 90.

[ 3 ] Shang Y H， Meng Z J， Cong Y. Development of a control system with remote monitoring function for round baler [J]. Computers and Electronics in Agricuture， 2021： 182.

[ 4 ] 劉信鵬， 杜嵇華， 李尊香， 等. 甘蔗葉圓捆打捆機(jī)撿拾粉碎機(jī)構(gòu)設(shè)計與試驗[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報， 2023， 44（6）： 26-31.

Liu Xinpeng， Du Jihua， Li Zunxiang， et al. Design and experiment of picking up and crushing mechanism of sugarcane leaf round baler [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2023， 44（6）： 26-31.

[ 5 ] 吳磊. 鋼輥式圓捆機(jī)卷捆室力場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與試驗[D]. 呼和浩特： 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2022.

[ 6 ] 劉忠寬， 劉振宇， 李江， 等. 中國青貯飼料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J]. 草學(xué)， 2020（1）： 70-75.

Liu Zhongkuan， Liu Zhenyu， Li Jiang， et al. Analysis on the development status of Chinese silage feed industry [J]. Journal of Grassland and Forage Science， 2020（1）： 70-75.

[ 7 ] 佚名. 中國畜牧業(yè)統(tǒng)計[R]. 北京： 農(nóng)業(yè)部畜牧業(yè)司全國畜牧總站， 2018.

[ 8 ] 國家統(tǒng)計局農(nóng)村社會經(jīng)濟(jì)調(diào)查司. 中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒[M]. 北京： 中華人民共和國國家統(tǒng)計局， 2019.

[ 9 ] 蒲永鋒. 9YG-2.0型圓捆打捆機(jī)撿拾粉碎裝置參數(shù)設(shè)計與仿真分析[D]. 長春： 吉林大學(xué)， 2015.

[10] 華榮江， 唐遵峰， 葉紅艷， 等. 國內(nèi)外圓捆機(jī)械研究與發(fā)展趨勢[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報， 2012（3）： 23-26.

Hua Rongjiang， Tang Zunfeng， Ye Hongyan， et al. Research and development tendency about baler in domestic and overseas [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2012（3）： 23-26.

[11] 肖章， 劉亮東， 王光輝， 等. 基于PLC的青貯圓草捆打捆機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2013， 18（6）： 175-179.

Xiao Zhang， Liu Liangdong， Wang Guanghui， et al. Control system design of silage round baler based on PLC [J]. Journal of China Agricultural University， 2013， 18（6）： 175-179.

[12] 趙婉寧， 操子夫， 楊雨林， 等. 玉米秸稈打捆機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)， 2014， 34（9）： 39-40.

[13] 王國富. 青貯稻稈圓捆打捆機(jī)的設(shè)計與試驗研究[D]. 哈爾濱： 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2019.

Wang Guofu. Design and experimental study of round baler for silage rice straw [D]. Harbin： Northeastern Agricultural University， 2019.

[14] 孫錦繡. 黑龍江省秸稈圓捆打捆機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J]. 農(nóng)機(jī)使用與維修， 2023（5）： 47-49.

[15] 楊世昆， 蘇正范. 飼草生產(chǎn)機(jī)械與設(shè)備[M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社， 2009.

[16] 馬賽， 李鳳鳴， 張平. TRIZ理論在圓捆機(jī)創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 中國奶牛， 2016（3）： 45-48.

[17] 王春光， 敖恩查， 邢冀輝， 等. 鋼輥外卷式圓捆打捆機(jī)設(shè)計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報， 2010， 41（S1）： 103-106.

Wang Chunguang， Ao Encha， Xing Jihui， et al. Design and experiment on round baler with revolute steel roller [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2010， 41（S1）： 103-106.

[18] 杜韌， 張立志. 圓捆機(jī)成型室原理與發(fā)展趨勢[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械， 2007（9B）： 78-79.

[19] 王春光. 9YD-1. 2型短膠帶式圓捆機(jī)結(jié)構(gòu)與原理[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械， 2009（9）： 78-79.

[20] 李丹， 張晗， 杜韌. 圓捆機(jī)成型室的試驗與研究[J]. 北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報， 2010， 20（5）： 1-3.

Li Dan， Zhang Han， Du Ren. Experiment and research on forming box of wound bundler [J]. Journal of North China Institute of Aerospace Engineering， 2010， 20（5）： 1-3.

[21] Andy Collings. Krone unveils first?ever non?stop round baler [J]. Farmers Weekly， 2012（17）： 20-21.

[22] 萬建民. 圓草捆打捆機(jī)的優(yōu)化設(shè)計[EB/OL]. https： //www. xianjichina. com/special/Detail_292454. html， 2018-01-30.

[23] 萬其號， 布庫. 牧草機(jī)械使用維護(hù)與故障排除[M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社， 2016.

[24] Simmons S C， Chow M K， Schlotterbeck S C. Even bale block for monitoring bale shape in a round baler [P]. US Patent： 8935979， 2015-01-20.

[25] Dutertre M， Gresset P. Baling roller and round agricutural baler with such a roller [P]. US Patent： 10080331， 2018-09-25.

[26] 王成軍， 韓錳， 龔智強(qiáng). 可變壓捆室打捆機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真分析[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報， 2022， 43（9）： 1-6.

Wang Chengjun， Han Meng， Gong Zhiqiang. Structural design and simulation analysis of baler with variable bale chamber [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2022， 43（9）： 1-6.

[27] 趙小娟， 王強(qiáng)， 王馨， 等. 利用TRIZ理論對圓捆機(jī)成捆系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計[J]. 農(nóng)業(yè)工程， 2022， 12（1）： 87-90.

[28] 雷軍樂， 王德福， 李東紅， 等. 鋼輥式圓捆機(jī)旋轉(zhuǎn)草芯形成影響因素分析與優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報， 2015， 46（12）： 18-25.

Lei Junle， Wang Defu， Li Donghong， et al. Influence factors analysis and optimization of forming rotary straw core by steel?roll round baler [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2015， 46（12）： 18-25.

[29] 李葉龍， 王德福， 王沫， 等. 稻稈圓捆機(jī)輥盤式卷捆機(jī)構(gòu)的設(shè)計及參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2017（6）： 27-34.

Li Yelong， Wang Defu， Wang Mo， et al. Design and parameters optimization of roll?disk baling mechanism for rice straw round baler [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2017（6）： 27-34.

[30] 張澤林， 楊來運， 張振彪， 等. 4YZD-4型玉米收獲青貯黃貯圓捆打捆機(jī)研制[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械， 2021（12）： 69-72.

[31] 王勇. 玉米免耕播種機(jī)側(cè)深施肥播種部件設(shè)計與試驗[D]. 哈爾濱： 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2021.

[32] 盧琦， 劉立晶， 鄭德聰， 等. 燕麥生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)與裝備研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報， 2022， 53（S1）： 118-139.

Lu Qi， Liu Lijing， Zheng Decong， et al. Research progress of mechanization technology and equipment in whole process of oat production [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2022， 53（S1）： 118-139.

[33] 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司. 9YGJ-2.2B/2.2C型圓草捆打捆機(jī)[EB/OL]. http： //www. caamshb. org. cn/cpxxxx_6711_6_21. html， 2019-07-17.

[34] 邱燃， 李博， 程享曼， 等. 關(guān)于圓捆打捆機(jī)的現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]. 農(nóng)機(jī)使用與維修， 2018（12）： 6-7.

[35] 趙春花. 草業(yè)機(jī)械選型與使用[M]. 北京： 金盾出版社， 2010.

[36] 汪芙蓉. 約翰迪爾推動農(nóng)業(yè)科技發(fā)展[J]. 農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督， 2008（6）： 32-33.

[37] 唐遵峰. 大型內(nèi)纏繞式圓捆機(jī)的設(shè)計研究[J]. 中國奶牛， 2007（4）： 42-46.

[38] 韓緒明， 張姬， 耿愛軍， 等. 玉米秸稈機(jī)械化利用綜述[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報， 2018， 39（4）： 114-118.

Han Xuming， Zhang Ji， Geng Aijun， et al. Review on mechanization utilization of corn stalks [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2018， 39（4）： 114-118.

[39] 陳玉華， 田富洋， 閆銀發(fā)， 等. 國內(nèi)外牧草收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報， 2018， 39（3）： 1-5.

Chen Yuhua， Tian Fuyang， Yan Yinfa， et al. Development situation and trend of forage?mowing machinery at home and abroad [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2018， 39（3）： 1-5.

[40] 華榮江， 唐遵峰， 葉紅艷， 等. 國內(nèi)外圓捆機(jī)械研究與發(fā)展趨勢[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報， 2012（3）： 23-26.

Hua Rongjiang， Tang Zunfeng， Ye Hongyan， et al. Research and development tendency about baler in domestic and overseas [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2012（3）： 23-26.