河北省農(nóng)林科學(xué)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(yuǎn)，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(guó)人。我們國(guó)家是最早種植谷子的國(guó)家，在我國(guó)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(qiáng)，但是其產(chǎn)量依舊受到了較為嚴(yán)重的影響。丘陵山地的谷子不僅產(chǎn)量受到影響，其收獲機(jī)械化的發(fā)展也受到了限制，如果在平地，大型機(jī)械很容易進(jìn)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(fù)雜地形影響，機(jī)械的作業(yè)會(huì)受到限制，從而影響機(jī)械化進(jìn)程。當(dāng)前我國(guó)山區(qū)的谷子收獲依舊以人工收割半機(jī)械化為主，如何解決該收獲的機(jī)械化問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)山區(qū)谷子收獲機(jī)械化的關(guān)鍵。

1 當(dāng)前我國(guó)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(jī)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(fù)擔(dān)，促進(jìn)整個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。當(dāng)前，我國(guó)谷子的收獲模式分為三種，分別是聯(lián)合收獲機(jī)械化模式、分段收獲機(jī)械化模式以及人工收割半機(jī)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(jī)械化模式

聯(lián)合收獲機(jī)械化模式可以極大提升谷子收獲的效率，同時(shí)也是一種谷子收獲工作高度機(jī)械化的模式，但是這種模式對(duì)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(dá)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(yùn)輸、脫粒、分離、清選等步驟都實(shí)現(xiàn)機(jī)械化運(yùn)作[2]。因?yàn)檫@些地區(qū)的機(jī)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(jī)械化模式

這種模式針對(duì)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(shí)都以各家為單位，不宜進(jìn)行大規(guī)模的聯(lián)合收獲機(jī)械化，所以需要進(jìn)行分段收獲機(jī)械化。每家每戶種植的面積并不大，單獨(dú)收獲時(shí)，并不滿足使用大規(guī)模機(jī)械的條件，針對(duì)這樣的情況，分段收獲機(jī)械化模式就可以良好適應(yīng)。與聯(lián)合收獲機(jī)械化模式有較大區(qū)別，分段收獲機(jī)械化模式將收割、晾曬、脫粒的步驟分開(kāi)進(jìn)行，由于地形的限制，所以只能讓手扶拖拉機(jī)或者小四輪拖拉機(jī)進(jìn)入場(chǎng)地工作，先利用手扶拖拉機(jī)配套的割曬機(jī)收割成熟的谷子，并將這些谷子進(jìn)行晾曬，之后再用脫粒機(jī)進(jìn)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(jī)械化模式也十分符合谷子的后熟特點(diǎn)。某些山區(qū)的谷子收獲也可以適用分段收獲機(jī)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(jiǎn)單，對(duì)于那些較為復(fù)雜的山區(qū)，即使分段收獲機(jī)械化的模式也難以適應(yīng)。

1.3 人工收割半機(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)進(jìn)入，但是由于山區(qū)地形復(fù)雜，距離遠(yuǎn)、耗油高，會(huì)帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)成本，農(nóng)戶種植谷子本來(lái)能夠收獲的利益較少，如果使用機(jī)械耗費(fèi)了大量成本，那么他們最終的收獲就會(huì)更少，于他們而言十分不劃算。所以這些地區(qū)進(jìn)行谷子收獲時(shí)，主要以人工收割的方式進(jìn)行，最后再使用機(jī)械進(jìn)行輔助脫?；蛘咔暹x。其流程一般為，首先先將谷子進(jìn)行人工收割，隨后進(jìn)行人工摘穗，隨后再通過(guò)人工進(jìn)行脫?；蛘呤褂脵C(jī)器進(jìn)行脫粒，這種收獲方式較為傳統(tǒng)，對(duì)人力的需求較高，即使實(shí)現(xiàn)了半機(jī)械化，但是也需要耗費(fèi)大量人力，工作效率也較低，農(nóng)民的工作強(qiáng)度非常高，于谷子種植業(yè)的發(fā)展不利。針對(duì)當(dāng)前我國(guó)山區(qū)谷子收獲人工收割半機(jī)械化的現(xiàn)狀，如何提升其機(jī)械化的覆蓋率，減少山區(qū)谷子收獲過(guò)程中的人力以及經(jīng)濟(jì)成本支出，是十分重要的研究課題。

2 當(dāng)前我國(guó)常用的谷子收獲機(jī)械

谷子收獲的機(jī)械化可以提升農(nóng)民的工作效率，但是當(dāng)前我國(guó)常用的谷子收獲機(jī)械較難處理山區(qū)的谷子收獲問(wèn)題，所以需要對(duì)這些機(jī)械的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合山區(qū)特點(diǎn)以及谷子本身存在的特點(diǎn)，給出相應(yīng)的創(chuàng)新改良意見(jiàn)。

2.1 谷子割曬機(jī)

谷子割曬機(jī)是專門進(jìn)行谷子收割晾曬的機(jī)械，其工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人工，并且使用該機(jī)械進(jìn)行作業(yè)時(shí)，谷稈的回收也十分容易。谷子割曬機(jī)可以與手扶拖拉機(jī)或者小四輪拖拉機(jī)進(jìn)行配套，從而適應(yīng)不同地理環(huán)境下的使用。谷子割曬機(jī)對(duì)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(diǎn)，所以農(nóng)戶在使用谷子割曬機(jī)進(jìn)行谷子的收割工作時(shí)，常常出現(xiàn)谷子喂入困難、纏繞、鋪放不整齊、籽粒損失等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)影響谷子的收獲，于農(nóng)戶而言可能會(huì)造成一定損失。

2.2 谷子脫粒機(jī)

當(dāng)前為我國(guó)的谷子脫粒機(jī)分為兩種，分別為谷穗脫粒機(jī)以及整株脫粒機(jī)，這兩種脫粒機(jī)由于價(jià)格低，使用起來(lái)方便快捷，所以受到了農(nóng)戶們的喜愛(ài)，但是這兩種脫粒機(jī)都存在一定的缺點(diǎn)，影響了其使用效果[3]。如果在進(jìn)行脫粒工作時(shí)，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(jī)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(wèn)題，農(nóng)戶可能因此而遭受損失，本來(lái)農(nóng)戶種植谷子的利潤(rùn)并不高，再加上這部分損失，他們的收益就會(huì)更少，也會(huì)打擊到農(nóng)戶種植谷子的積極性。

2.3 谷子聯(lián)合收獲機(jī)

谷子聯(lián)合收獲機(jī)也分為兩種類型，分別為軸流式聯(lián)合收獲機(jī)以及切流式聯(lián)合收獲機(jī)。兩種收獲機(jī)在進(jìn)行谷子的收割、脫粒、清選等工作時(shí)，常常會(huì)由于谷子谷穗大的特點(diǎn)，而出現(xiàn)谷稈喂入困難、脫粒困難、谷穗擊碎等問(wèn)題。當(dāng)前我國(guó)的谷子聯(lián)合收獲機(jī)主要通過(guò)擊打或者揉搓的方式實(shí)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(jī)并不適用，因?yàn)樵摍C(jī)械對(duì)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(huì)散戶種植，相互之間的距離比較遠(yuǎn)，規(guī)模也較小，所以谷子聯(lián)合收獲機(jī)并不適用于山區(qū)的谷子收獲。

3 當(dāng)前我國(guó)谷子收獲機(jī)械化發(fā)展存在的主要問(wèn)題

拋開(kāi)丘陵、山地等地形限制不談，谷子本身的一些特征也會(huì)嚴(yán)重影響收獲機(jī)械化的效果，即使通過(guò)機(jī)械，提升了谷子收獲的效率，但也會(huì)造成大量的谷子損耗，對(duì)于農(nóng)戶來(lái)說(shuō)，也有較大的損失，所以這些問(wèn)題都需要在谷子收獲機(jī)的創(chuàng)新中獲得解決。

3.1 地形限制問(wèn)題

雖然我國(guó)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(guó)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(jī)械的作業(yè)，即使是小型機(jī)械，在這樣復(fù)雜的地形之中，也難以發(fā)揮作用，或者會(huì)耗費(fèi)大量的經(jīng)濟(jì)成本，得不償失，對(duì)于農(nóng)戶來(lái)說(shuō)，僅有的一點(diǎn)方便并不足以彌補(bǔ)其經(jīng)濟(jì)損失，并且，山區(qū)種植谷子的農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)實(shí)力有限，他們更注重經(jīng)濟(jì)成本，如果谷子收獲的機(jī)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(jì)成本，對(duì)于他們而言也得不償失，這也給山區(qū)谷子收獲機(jī)械化的發(fā)展造成了一定的不利影響。

3.2 谷子特點(diǎn)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(yán)重，并且谷穗會(huì)相互絞纏在一起，在使用機(jī)械進(jìn)行谷子的收獲工作時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)清選方面的問(wèn)題，或者谷穗纏繞機(jī)器，脫粒不干凈等。這些都是谷子特點(diǎn)限制從而導(dǎo)致的問(wèn)題，在進(jìn)行谷子收獲機(jī)械化創(chuàng)新時(shí)，也需要充分考慮到谷子的特點(diǎn)，從而創(chuàng)新出更適宜收獲谷子的機(jī)器。

4 山區(qū)谷子收獲機(jī)械化的創(chuàng)新分析

針對(duì)山區(qū)環(huán)境以及谷子本身所具有的特點(diǎn)，在進(jìn)行收獲機(jī)械化的創(chuàng)新時(shí)，要盡量控制機(jī)械的運(yùn)輸難度，降低運(yùn)輸成本，同時(shí)提升機(jī)器的工作效率，讓機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)更充分的脫粒，為農(nóng)戶創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4.1 機(jī)械的創(chuàng)新需求

在山區(qū)中使用的谷子收獲機(jī)械，既要考慮到經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也要考慮到其工作成效。所以需要一種可以集收割、晾曬、運(yùn)輸、脫粒等功能于一體的機(jī)械，這樣可以在很大程度上提升山區(qū)農(nóng)戶收獲谷子時(shí)的機(jī)械化水平，讓他們擺脫原來(lái)的半機(jī)械化狀態(tài)，提升他們的工作效率，減輕他們的工作負(fù)擔(dān)[4]。再加上山區(qū)谷子種植分散、往來(lái)路途較遠(yuǎn)的特點(diǎn)，該機(jī)械不僅要適應(yīng)山區(qū)的復(fù)雜嚴(yán)苛環(huán)境，即使運(yùn)動(dòng)了較遠(yuǎn)距離，其耗費(fèi)的經(jīng)濟(jì)成本也應(yīng)該控制到一個(gè)較低的范圍，減少農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)支出。同時(shí)，還需要考慮到散戶種植時(shí)的勞力問(wèn)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(wù)工，所以一般農(nóng)戶家中的勞力少，所以該機(jī)械最好能夠單人操作。最后，針對(duì)谷子成熟后谷穗飽滿、下沉、絞纏等問(wèn)題，會(huì)影響到機(jī)械的運(yùn)行，并且會(huì)影響到機(jī)械工作的效果，所以還需要針對(duì)該特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升機(jī)械的脫粒、清選等工作效果。

4.2 技術(shù)創(chuàng)新

為了滿足以上創(chuàng)新需求，可以設(shè)計(jì)出一款能夠單人操作的手推式谷子收獲機(jī)，通過(guò)手推的形式，控制該機(jī)械的大小，從而滿足山區(qū)復(fù)雜道路的行進(jìn)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(jì)成本?，F(xiàn)在基本每家每戶都有電動(dòng)車，所以可以考慮將谷子收獲機(jī)的能源設(shè)置為電動(dòng)的形式，這樣農(nóng)戶可以使用電動(dòng)車的蓄電池給收獲機(jī)提供動(dòng)力，既滿足了控制成本的需求，同時(shí)也可以給予農(nóng)戶最大的使用方便[5]。針對(duì)谷穗飽滿、下沉的問(wèn)題，手推式谷子收獲機(jī)也可以較好應(yīng)對(duì)該情況，在遇到下沉現(xiàn)象較為嚴(yán)重的谷子時(shí)，農(nóng)戶可以先用機(jī)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(jī)部分進(jìn)行切割，剩下的谷稈則可以手動(dòng)放置在一旁的田地上。該機(jī)械應(yīng)該配備有兩個(gè)切割機(jī)，分別為谷穗切割機(jī)以及谷稈切割機(jī)，農(nóng)戶推動(dòng)收獲機(jī)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，谷穗切割機(jī)運(yùn)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將谷子底部的谷稈切斷，被切斷后的谷稈在導(dǎo)向桿的作用下，整齊有序地排列在田地中。面對(duì)倒伏程度較低的谷子時(shí)，農(nóng)戶可以手動(dòng)或者利用倒伏扶桿進(jìn)行扶正，隨后進(jìn)行正常的切割作業(yè)。這樣的設(shè)計(jì)也可以較好地解決谷穗絞纏問(wèn)題，即使不同谷子的谷穗相互絞纏在一起，但是農(nóng)戶的機(jī)械收割會(huì)依次序?qū)⒏鞴茸又仓晔崭?，絞纏在一起的谷穗也會(huì)掉入相同的收集袋，這樣其絞纏帶來(lái)的不利影響將會(huì)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(wèn)題，在避免出現(xiàn)電耗過(guò)快的同時(shí)也需要避免動(dòng)力不足的情況，所以收獲機(jī)的切割刀需要按照斜切原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓切割刀相對(duì)谷稈有一定的傾斜度，這樣的切割最省力，同時(shí)也要計(jì)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(yùn)輸?shù)郊抑羞M(jìn)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(jī)械的運(yùn)作負(fù)擔(dān)。如果需要在田地中完成脫粒清選時(shí)，那么勢(shì)必需要增加機(jī)械的體積，從能源損耗以及山區(qū)復(fù)雜道路的行進(jìn)方面進(jìn)行考慮，很顯然這樣是較為不科學(xué)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(yǔ)

機(jī)械化是提升勞動(dòng)效率的良好方式，對(duì)于谷子種植與收獲來(lái)說(shuō)，平原地區(qū)的大規(guī)模種植已經(jīng)可以較高程度地實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，這也促進(jìn)了這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。河北省作為我國(guó)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(fù)雜的地形以及散戶種植的形式，都給谷子收獲的機(jī)械化帶來(lái)了不少困難，再加上谷子本身的特征，也影響到當(dāng)前谷子收獲機(jī)械的運(yùn)行，所以對(duì)于山區(qū)的谷子收獲工作來(lái)說(shuō)，更需要?jiǎng)?chuàng)新的技術(shù)。針對(duì)以上情況，本文提出了手扶谷子收獲機(jī)的創(chuàng)新形式，并且將其能源改成蓄電池，通過(guò)電力的驅(qū)動(dòng)，可以節(jié)省農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)他們也可以利用家中的電動(dòng)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(jī)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(jìn)行脫離、清選，采用分段式的方式，可以在很大程度上避開(kāi)山區(qū)地形的影響限制。