崔佳鵬

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 綏化分院，黑龍江 綏化 152054)

0 引言

玉米作為世界主要糧食農(nóng)作物之一，隨著近年來其市場價格的穩(wěn)步攀升，廣大農(nóng)戶種植玉米的自發(fā)性被逐漸激發(fā)。目前,玉米聯(lián)合收獲機(jī)多以剝皮摘穗的收獲模式為主,而玉米秸稈則多以粉碎還田的形式進(jìn)行處置，但由于秸稈還田農(nóng)藝技術(shù)要求較為復(fù)雜，僅憑收獲機(jī)上配置的秸稈粉碎還田裝置往往無法實(shí)現(xiàn)對秸稈的有效處理，易出現(xiàn)粉碎效率低和效果差等問題，為后繼耕整地以及播種作業(yè)帶來極大困難,造成整地難、回收難、禁燒難。隨著玉米種植面積的逐年增加，玉米秸稈的總量也在不斷增加，面對如此巨大的秸稈總量，如何通過行之有效的手段對其進(jìn)行收集和利用成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 國內(nèi)外玉米收獲機(jī)的研究動態(tài)和趨勢

1.1 國外玉米收獲機(jī)研究趨勢

根據(jù)各國地域特點(diǎn)和氣候條件，收獲玉米的方式有以下兩種：一是籽粒收獲模式；二是果穗收獲模式。目前，美國、德國等國家，在玉米的收獲過程中已經(jīng)完全取締了非機(jī)械收獲，因多數(shù)歐美國家種植方式為一年一季，進(jìn)行玉米收獲作業(yè)時，玉米籽粒水分含量較低，可采用大型軸流滾筒式玉米聯(lián)合收獲機(jī)以直接脫粒的方式進(jìn)行收獲[1]。如美國的John Deere公司、Case公司和德國的DEUTZ等農(nóng)機(jī)公司生產(chǎn)的玉米收獲機(jī)基本都是在小麥?zhǔn)斋@機(jī)上安裝玉米割臺，通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和間隙來完成玉米收獲，并在收獲玉米籽粒的同時對玉米秸稈進(jìn)行粉碎和拋撒[2]。代表機(jī)型有John Deere公司生產(chǎn)的9670STS型聯(lián)合收割機(jī)配608C玉米割臺如圖1所示。在俄羅斯和烏克蘭等地區(qū)，玉米收獲時期籽粒含水率高導(dǎo)致無法直接收獲籽粒，因此多采用玉米果穗收獲模式。而這類收獲設(shè)備雖然在收獲方式上與籽粒收獲略有不同，但多數(shù)機(jī)型也具備同時完成籽粒收獲和秸稈集中處理的能力[3]。代表機(jī)型烏克蘭赫爾松聯(lián)合收割機(jī)廠KCKY-6系列玉米收獲機(jī)如圖2所示。

圖1 John Deere公司9670STS型聯(lián)合收割機(jī)

圖2 赫爾松聯(lián)合收割機(jī)KCKY-6系列

總結(jié)來看，許多國家依據(jù)其特有的種植模式對莖穗兼收型玉米收獲機(jī)進(jìn)行了不同程度的研究與探索。其中以美國為代表的發(fā)達(dá)國家，玉米收獲作業(yè)技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并通過提高設(shè)備制造精度、加工工藝、應(yīng)用新材料和先進(jìn)制造技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性，且在不斷向大型化、一體化和智能化方向發(fā)展。雖然上述典型機(jī)型并未完全實(shí)現(xiàn)莖穗兼收，但其在很大程度上對玉米秸稈進(jìn)行了一定程度的預(yù)處理，為進(jìn)一步進(jìn)行秸稈還田與秸稈回收再利用做了很好的鋪墊。

1.2 國內(nèi)莖穗兼收玉米收獲機(jī)研究動態(tài)

我國玉米收獲技術(shù)根據(jù)收獲模式可以分為青貯收獲、果穗收獲和莖穗兼收收獲等模式[4]。本部分主要論述我國莖穗兼收玉米收獲機(jī)的現(xiàn)狀。目前，我國玉米莖穗兼收收獲模式主要是將莖稈切碎回收裝置安裝在玉米收獲機(jī)上。該收獲模式不僅降低用戶作業(yè)成本，還能完成秸稈的處理[5]。根據(jù)收獲工藝的不同可分為3種方式。

1)在玉米收獲機(jī)上配裝秸稈切碎和回收裝置，其回收秸稈的流程包括切碎、輸送和拋送[6]。秸稈切碎回收裝置在收獲機(jī)的安裝位置有以下兩種：一是處于機(jī)身中部，切碎裝置為甩刀式，并通過配置在其后上方的輸送攪龍將莖稈拋送入車。該配置方式典型機(jī)型包括4YZ-4HS650、4YZ-4和4YZB-1800型玉米收獲機(jī)，如圖3所示。二是配置于機(jī)身后部，如圖4所示，采用莖稈切碎回收機(jī)懸掛后置，機(jī)具能夠同時完成玉米秸稈的粉碎、輸送，以及拋送作業(yè)，如圖4所示。

圖3 牧神4YZB-1800自走式玉米收獲機(jī)

圖4 秸稈切碎回收機(jī)

2)雙層割臺完成莖稈切割、收集、輸運(yùn)、粉碎和拋送作業(yè)。兩層割臺相互獨(dú)立，上層完成果穗的采摘和輸送作業(yè)，下層割臺負(fù)責(zé)秸稈回收。代表機(jī)型以4YZQ-4自走式莖穗兼收玉米收獲機(jī)和4YQW-4背負(fù)式玉米收獲機(jī)為主，如圖5所示。

圖5 海山4YZQ-4莖穗兼收玉米收獲機(jī)

3)莖稈切碎回收裝置位于割臺，摘穗輥兼做喂入輥，每行對應(yīng)一個切碎裝置，在采摘果穗的同時完成秸稈切碎工作[12]?；厥战斩捔鞒虨椋航斩捛懈?、果穗采摘、秸稈切碎和拋送[13]。代表機(jī)型有：4YQW-2、4YQ-2000和4YZQ-3玉米莖穗兼收收獲機(jī)，如圖6所示。

圖6 海山4YQW-2背負(fù)式莖穗兼收玉米收獲機(jī)

1.3 國內(nèi)玉米收獲機(jī)研究動態(tài)

郝付平等[9]在分析了切碎輸送裝置結(jié)構(gòu)、工作原理和實(shí)際工況的基礎(chǔ)上,選取設(shè)備作業(yè)速度為影響因子，莖稈切口夾角、切段長度以及輸送效率為試驗(yàn)指標(biāo)，通過田間試驗(yàn)測算與數(shù)據(jù)回歸分析，構(gòu)建了基于田間作業(yè)速度的莖稈切碎與輸送裝置工程設(shè)計(jì)模型,該模型可為同類裝置設(shè)計(jì)提供參考；黃繼承等[10]在充分分析了現(xiàn)有玉米機(jī)械收獲技術(shù)與秸稈打包技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了4LYZ-3K型穗莖兼收玉米收獲機(jī)，該機(jī)主要由穗莖兼收割臺、打捆裝置及打捆控制系統(tǒng)等組成，能夠在完成果穗收獲的同時進(jìn)行莖根的切斷、粉碎和集困等作業(yè)。經(jīng)田間性能測試表明,該機(jī)割茬高度≤91 mm、成捆率>96%、作業(yè)小時生產(chǎn)率0.4 hm2·h-1,各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,為我國穗莖兼收玉米收獲機(jī)的研發(fā)提供應(yīng)用實(shí)例和技術(shù)依據(jù)。辛尚龍等[11]在充分調(diào)研我國西北旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播種植模式的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款自走式穗莖兼收型玉米聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)采用對行式收割割臺莖、稈切碎裝置和粗輸出裝置，能夠解決玉米全膜雙壟溝種植模式下傳統(tǒng)玉米收獲機(jī)械收割過程不對行、玉米籽粒損失率高的問題。經(jīng)田間性能測試表明,該機(jī)具作業(yè)速度為34.5 km·h-1、籽粒損失率為1.8%、果穗損失率2.4%、籽粒破碎率0.77%、莖稈切碎合格率92.6%、苞葉剝凈率95.1%,能夠滿足玉米聯(lián)合收獲技術(shù)要求。

總結(jié)來看，國內(nèi)現(xiàn)有的莖穗兼收收獲技術(shù)尚有較大發(fā)展空間，就上述3種收獲工藝而言，其技術(shù)原理均是采用臥式拉莖輥進(jìn)行收獲作業(yè)，雖然臥式拉莖輥在收獲倒伏玉米和作業(yè)效率等方面具有較多優(yōu)勢，但其收獲后對玉米果穗籽粒和玉米莖稈的破壞性較強(qiáng)，尤其是臥輥式玉米收獲技術(shù)多采用等徑摘穗輥，等徑摘穗輥在進(jìn)行收獲時對玉米果穗的支反力方向無法確定，因此玉米果穗的運(yùn)動方向也無法確定，玉米籽粒總損失率相對較高。且國內(nèi)現(xiàn)有莖穗兼收型玉米收獲機(jī)對于秸稈的收集模式大同小異，真正具有創(chuàng)造性的產(chǎn)品并不多見，雖取得了一定的研究進(jìn)展，但其產(chǎn)品未能被市場所廣泛接受。

2 未來技術(shù)設(shè)想

綜合考量我國現(xiàn)有玉米種植模式、收獲模式，反思國內(nèi)外現(xiàn)有玉米機(jī)械收獲技術(shù)，提出以下幾點(diǎn)設(shè)想：

1)打破現(xiàn)有臥輥式玉米收獲技術(shù)模式，使用臥輥式玉米收獲機(jī)收獲后的玉米秸稈破損嚴(yán)重，不便于下一步玉米秸稈的機(jī)械收獲。

2)實(shí)現(xiàn)整稈保留，整稈保留是指機(jī)械收獲后的玉米秸稈自根莖底端割刀切割處至上端雄蕊以下部分基本保持完整，玉米秸稈的整稈保留，有利于提高秸稈撿拾率，減少秸稈殘留，整稈保留的玉米秸稈與土壤接觸較少，撿拾打包后的玉米秸稈中含土量少，秸稈品質(zhì)好，秸稈整稈保留技術(shù)對于秸稈回收再利用具有重要意義。

3 總結(jié)

玉米秸稈的綜合回收再利用已經(jīng)成為困擾北方地區(qū)玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要工作之一，秸稈綜合利用問題是一個系統(tǒng)性工程，它關(guān)乎了整個玉米產(chǎn)業(yè)體系的發(fā)展，未來如何打破傳統(tǒng)思維束縛，設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新性的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，是解決該問題的關(guān)鍵所在。