顧 偉，顧 杰，王占飛，陸利強(qiáng)，章呈杰，王 杰

（1.星光農(nóng)機(jī)股份有限公司，浙江湖州 313017；2.湖州豐源農(nóng)業(yè)裝備制造有限公司，浙江湖州 313017；3.蘇州久富農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司，江蘇蘇州 215200）

0 引言

再生稻，亦稱稻孫子。利用中稻或早期收割后的稻茬，適當(dāng)?shù)厥┓?、灌水、中耕、除草，促使基?jié)上的側(cè)芽萌發(fā)再分蘗。若氣溫適宜，萌發(fā)的再生蘗經(jīng)20～30天即可抽穗，2個(gè)月左右成熟。由于再生稻具有省種、省肥、省工、增產(chǎn)增收等優(yōu)點(diǎn)，近年來農(nóng)業(yè)農(nóng)村部為緩解平湖區(qū)及雙季稻區(qū)勞力不足的問題，在經(jīng)過廣泛的市場(chǎng)調(diào)查和充分試驗(yàn)后作出大力發(fā)展再生稻的嘗試，然而，受再生稻生長(zhǎng)的生理特性及早期稻收獲的條件制約，目前尚未有合適的盡可能少的影響出芽率的專業(yè)再生稻頭季收獲機(jī)。因此開發(fā)配套再生稻頭季專業(yè)收獲機(jī)對(duì)提高再生稻收獲機(jī)械化水平具有重要意義。

1 再生稻收獲對(duì)機(jī)具的基本要求

再生稻因是利用頭季水稻稻樁重新發(fā)苗、長(zhǎng)穗，再收一季的水稻，故屬早稻或中稻，生長(zhǎng)期短，一般具有易脫粒特性，這對(duì)傳統(tǒng)聯(lián)合收割機(jī)來說作業(yè)性能不會(huì)有太大問題，目前市場(chǎng)上的聯(lián)合收割機(jī)基本上都能滿足，但正因?yàn)樵偕臼窃谠缙诘緲渡现匦掳l(fā)的苗，就不能對(duì)早期稻的稻茬有過多或過深的碾壓，但也做不到零碾壓，只能是盡可能少碾壓。那多少的碾壓率既能讓用戶可以接受，企業(yè)經(jīng)過努力也能達(dá)到呢？為此，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部最近正在制定的“再生水稻收獲機(jī)推廣鑒定大綱”（報(bào)批稿）就設(shè)置了直線碾壓率≤28% 這一指標(biāo)，這對(duì)兩條履帶總寬普遍為割幅40%～45% 即直線碾壓率40%～45% 的傳統(tǒng)聯(lián)合收割機(jī)來說還是有明顯差距的。為此，自然而然地就想到了采用加大割幅減少履帶寬度的“寬割幅窄履帶”方案來應(yīng)對(duì)。業(yè)內(nèi)周知，大幅減少履帶寬度的后果是會(huì)大幅增加機(jī)具接地比壓的，這對(duì)水田作業(yè)機(jī)具特別是收獲品種為第二第三節(jié)位分糵的頭季再生稻是不被允許的。那么機(jī)具接地比壓增加多少才能被接受呢？若還是按JB/T 5117《全喂入聯(lián)合收割機(jī) 技術(shù)條件》要求的平均接地比壓≤24 kPa顯然是很難做到的，于是又提出一個(gè)既適當(dāng)放寬，又能讓用戶可以接受的指標(biāo)：平均接地比壓≤30 kPa。除以上兩個(gè)主要指標(biāo)外，盡可能減少卸糧次數(shù)、減少田頭轉(zhuǎn)向碾壓、收后秸稈不能覆蓋在稻茬上等要求也被一一提出。那么再生稻收獲機(jī)到底要怎么設(shè)計(jì)？將采用什么結(jié)構(gòu)或采取什么措施才能滿足用戶的需求呢？

要回答這個(gè)問題，可以從以下幾條思路予以考慮：

1）機(jī)型大小。由于再生稻種植區(qū)主要在四川、湖北、重慶、福建、湖南、江西等丘陵山區(qū)，相對(duì)田塊較小，機(jī)型太大下不了地，且窄小的山邊道路通過性差；太小功效又低，喂入量小，一天也收不了多少面積，故需根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件設(shè)計(jì)選擇。總之，機(jī)型既不能太大也不能太小，宜選擇中型機(jī)為主，比如割幅1.8～2.3 m，喂入量3.0～4.0 kg。

2）機(jī)具輕量化。為提高再生稻的出芽率，早期稻收獲時(shí)田不能曬得太干，過分曬田會(huì)影響再生稻根、稈的活力，影響出芽率；同時(shí)成熟度要適中，一般會(huì)選莖稈帶青，莖稈含水率25%～30%時(shí)收獲。這就對(duì)機(jī)型的水田通過性提出了挑戰(zhàn)，既要滿足直線碾壓率≤28%，又要滿足平均接地比壓≤30 kPa，機(jī)型的輕量化就十分必要，但難度也不小。因履帶式聯(lián)合收割機(jī)本就屬水田機(jī)械，設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮了輕量化，要在此基礎(chǔ)上再大幅降低機(jī)重的可能性有限，只能是能降多少是多少，且還需注意應(yīng)在不能降低產(chǎn)品的適應(yīng)性、穩(wěn)定性、耐用性、可靠性的前提下進(jìn)行。

3）最小離地間隙。為能使再生稻有較好的再生能力，收割時(shí)稻茬通常被控制在280～380 mm之間，而傳統(tǒng)全喂入聯(lián)合收割機(jī)的最小離地間隙普遍在350 mm以內(nèi)，一旦作業(yè)時(shí)機(jī)器下陷50～100 mm，就有可能拖拽稻茬，故適當(dāng)提高機(jī)器的離地間隙很有必要，比如不低于400 mm。

4）盡可能少的田頭轉(zhuǎn)向碾壓。大綱上≤28%的碾壓率指的是直線碾壓率，但在田頭轉(zhuǎn)彎或掉頭時(shí)對(duì)稻茬的碾壓一點(diǎn)也不少于直線行走，這是因?yàn)楝F(xiàn)有聯(lián)合收割機(jī)的轉(zhuǎn)向都采用單邊制動(dòng)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向時(shí)被制動(dòng)的那條履帶有一個(gè)滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)碾壓的過程，這對(duì)稻茬的損傷遠(yuǎn)比直線行走的滾動(dòng)碾壓嚴(yán)重。為此，為盡可能減少滑動(dòng)碾壓而提出再生稻收獲機(jī)在調(diào)頭轉(zhuǎn)彎時(shí)應(yīng)具備左右履帶差速運(yùn)轉(zhuǎn)或反向運(yùn)轉(zhuǎn)的能力就非常必要。

5）盡可能少的卸糧次數(shù)。傳統(tǒng)聯(lián)合收割機(jī)的卸糧方式有人工和自動(dòng)兩種。發(fā)展至今，除小型機(jī)外幾乎都配備了高位360°自動(dòng)卸糧，因受JB/T 5117標(biāo)準(zhǔn)接地比壓≤24 kPa的限定及作業(yè)時(shí)不能因糧箱裝滿而左右傾斜過大，一般糧箱不會(huì)設(shè)計(jì)的太大，就以傳統(tǒng)幅寬 2 m、重3 t的機(jī)型來說，以500～600 kg為多。這對(duì)再生稻收獲機(jī)來說還是稍小了點(diǎn)，多一次卸糧就多一次行走碾壓，故盡可能減少卸糧次數(shù)也是需重點(diǎn)考慮的。那么多大的糧箱合適呢？筆者認(rèn)為在原有機(jī)型上再多裝50～100 kg即可。因?yàn)榍鹆晟絽^(qū)小于0.1 hm2的田塊占大多數(shù)，700 kg的糧箱已能基本滿足收獲機(jī)從下田作業(yè)至收割完成中途不需要卸糧。

6）秸稈粉碎拋撒排放。再生稻收獲機(jī)收獲后對(duì)秸稈的排放是有要求的，是不能覆蓋在收獲后稻茬上的，若不具備該功能而直接將脫后秸稈隨便拋撒機(jī)后會(huì)嚴(yán)重影響稻茬的出苗率的，故秸稈粉碎拋撒裝置應(yīng)屬再生稻收獲機(jī)的標(biāo)配。

歸納以上思路，再生稻收獲機(jī)需具備的基本要求是：機(jī)型適中，符合丘陵山區(qū)自然條件；直線碾壓率≤28%；平均接地比壓≤30 kPa；最小離地間隙 ≥400 mm；左右履帶能實(shí)現(xiàn)差速或反向運(yùn)轉(zhuǎn)；儲(chǔ)糧箱容量大于等于700 kg；具備秸稈粉碎拋撒功能。

2 3種技術(shù)路線及代表機(jī)型的主要結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)以上基本要求對(duì)本次演示測(cè)評(píng)會(huì)上出現(xiàn)的3種技術(shù)路線機(jī)型進(jìn)行分析，看看有哪些已經(jīng)具備以及還有哪些尚未實(shí)現(xiàn)。

1）寬割臺(tái)配窄履帶底盤。本次演示測(cè)評(píng)會(huì)上出現(xiàn)最多的技術(shù)路線是“寬割臺(tái)配窄履帶底盤”，即將傳統(tǒng)全喂入聯(lián)合收割機(jī)選配大割幅割臺(tái)、更換窄一號(hào)履帶、配秸稈粉碎裝置。比如有2款機(jī)型是在原2 m傳統(tǒng)機(jī)型的基礎(chǔ)上將割臺(tái)幅寬更換成2.6 m或2.8 m，將 400 mm或450 mm寬的履帶更換成350 mm。采用該方案雖直線碾壓率因割幅的增加及履帶寬度的減少而大幅降低，但同時(shí)也帶來平均接地比壓的大幅增加。為盡可能降低平均接地比壓，其中有1臺(tái)機(jī)還對(duì)割臺(tái)、脫粒部件進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。若以機(jī)重W為3 200 kg、割幅F為2 000 mm、履帶寬B為400 mm、行走方式為HST+機(jī)械變速箱的傳統(tǒng)全喂入機(jī)型改割幅為2 600 mm、履帶寬為350 mm為例，設(shè)W不變?nèi)詾? 200 kg，則產(chǎn)品的直線碾壓率N（=2B/F）將由原來的2×400/2 000=40%降低為2×350/2 600=26.92%；接地比壓Y 因履帶接地寬度減少了1/8，也將由原來的24 kpa上升至27.4 kPa。

從以上例子可看出，采用該技術(shù)路線改造的機(jī)型雖直線碾壓率有了很大的降低，接地比壓增加后也在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，確實(shí)是一種不錯(cuò)的選擇，但若從考慮丘陵山區(qū)道路通過性、掉頭方式、再生稻與傳統(tǒng)稻的收獲轉(zhuǎn)換適應(yīng)性，還是有一些不足存在：

①割幅的加大導(dǎo)致丘陵山區(qū)的道路通過性下降；②單邊制動(dòng)轉(zhuǎn)向模式產(chǎn)生的滑動(dòng)碾壓對(duì)稻茬的損傷較大；③轉(zhuǎn)收傳統(tǒng)水稻時(shí)適應(yīng)性下降。

2）雙脫粒配單傳統(tǒng)底盤。本次演示測(cè)評(píng)會(huì)上出現(xiàn)的第二種技術(shù)路線是“雙脫粒配單傳統(tǒng)底盤”，也稱“雙通道喂入式再生稻收割機(jī)”。該機(jī)相當(dāng)于將2套小型縱軸流聯(lián)合收割機(jī)的工作部件安裝于1套配置履帶寬400 mm的傳統(tǒng)聯(lián)合收割機(jī)行走底盤上而形成“一拖二”式機(jī)型。由于是將2套工作部件合二為一，則割幅勢(shì)必會(huì)大幅增加至3 m左右，直線碾壓率雖相應(yīng)減少至2×400/3 000=26.67%，低于再生稻收獲機(jī)直線碾壓率≤28%的基本條件。但3 m的幅寬也大大降低了丘陵山區(qū)小塊田收獲及窄小道路行走的適應(yīng)性。

再計(jì)算接地比壓Y，按GB/T 30965-2014《土方機(jī)械 履帶式機(jī)器平均接地比壓的確定》標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式Y(jié)=1 000×9.807×W/2×B×L。從該機(jī)的公開技術(shù)資料獲悉，其履帶接地長(zhǎng)度L=1 800 mm、履帶寬 B=400 mm、整機(jī)重W=3 250 kg，則接地比壓 Y=9 807×3 250/800×1 800=22.13 kPa，不僅滿足再生稻收割機(jī)接地比壓需≤27 kPa指標(biāo)，也滿足了 JB/T5117-2017《全喂入聯(lián)合收割機(jī) 技術(shù)條件》中接地比壓應(yīng)≤24 kPa的要求，非常適合南方水田作業(yè)。

該技術(shù)路線的優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯，優(yōu)點(diǎn)是接地比壓小，可適應(yīng)泥腳較深的水田作業(yè)。缺點(diǎn)是機(jī)型太寬不適應(yīng)丘陵山區(qū)小田塊作業(yè)及窄小道路行走。

3）傳統(tǒng)割臺(tái)配差速轉(zhuǎn)向高地隙底盤。本次演示測(cè)評(píng)會(huì)上還出現(xiàn)了一種全新的技術(shù)路線，即為提高丘陵山區(qū)道路通過性與多作物收獲適應(yīng)性，該機(jī)采用2 m幅寬傳統(tǒng)全喂入聯(lián)合收割機(jī)的工作部件與全新設(shè)計(jì)的雙泵雙馬達(dá)全液壓驅(qū)動(dòng)底盤組合，其基本參數(shù)及結(jié)構(gòu)：割幅2 000 mm、履帶寬280 mm、機(jī)重3 200 kg、軌距 1 600 mm、最小離地間隙500 mm、雙泵雙馬達(dá)全液壓驅(qū)動(dòng)、差速轉(zhuǎn)向、13齒大直徑驅(qū)動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪離地仰角6.7°。

首先計(jì)算直線碾壓率N，按N=2 B/F 計(jì)算，B=280 mm、F=2 000 mm，則N=560/2 000=28%，滿足再生稻收獲的28%基本指標(biāo)，但為盡可能降低直線碾壓率，提出一種新操作方法，即將軌距增加至 1 600 mm，使第二圈其左側(cè)履帶壓在上一圈右履帶壓痕上，以實(shí)現(xiàn)第一圈2條壓痕，第二圈3條壓痕，第三圈4條壓痕，以此類推，直線碾壓率從第一圈的28%，第二圈的21.53%，第三圈的20.36%，直至第四圈后的20%以下。但該方法對(duì)機(jī)手的操作技術(shù)要求較高，須確保每增加1圈只增加1條壓痕。

再計(jì)算接地比壓Y，由于采用大直徑驅(qū)動(dòng)輪+低仰角結(jié)構(gòu)，同樣節(jié)數(shù)的履帶接地長(zhǎng)度可增加10%以上。按GB/T 30965-2014《土方機(jī)械 履帶式機(jī)器平均接地比壓的確定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，原51節(jié)傳統(tǒng)機(jī)型接地長(zhǎng)度1 531 mm（第一個(gè)支重輪中心至履帶張緊輪中心水平距離），采用該結(jié)構(gòu)后可增加至1 750 mm（驅(qū)動(dòng)輪中心至履帶張緊輪中心水平距離），也就是接地長(zhǎng)度增加了14%。為進(jìn)一步加長(zhǎng)，履帶選用61節(jié)即又增加了225 mm，達(dá)到了1 975 mm，按公式 Y=1 000×9.807×W/2×B×L，Y=9 807W/2BL=28.5 kPa。

歸納該技術(shù)路線的機(jī)型也可以看出，優(yōu)點(diǎn)是：①幅寬小、軌距大，道路通過性好；②較大田塊作業(yè)時(shí)，直線碾壓率有望降至20%以下；③履帶差速轉(zhuǎn)向能有效減少調(diào)頭時(shí)的滑動(dòng)碾壓，④采用傳統(tǒng)工作部件，再生稻、傳統(tǒng)稻、小麥均可收獲，無需更換零部件。但不足的是：①產(chǎn)品的接地比壓略顯過大；②過長(zhǎng)的接地長(zhǎng)度增加了轉(zhuǎn)向阻力。為此，該機(jī)型還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

3 3種技術(shù)路線的優(yōu)化潛力分析

第一種技術(shù)路線的優(yōu)化潛力已被充分挖掘，若再將履帶也換成280 mm，雖割幅可降低至2 100 mm，但在機(jī)重不變的前提下，接地比壓將大幅增加至 34 kPa，基本就下不了水田了，除非增加履帶節(jié)數(shù)和減輕機(jī)重，但履帶節(jié)數(shù)是不能隨便增加的，為減少轉(zhuǎn)向阻力，軌距也要相應(yīng)增加。比如由原51節(jié)增加至56節(jié)，接地比壓雖可由34 kPa下降至30 kPa，但已到極限。再說機(jī)具的割臺(tái)、脫粒部件已經(jīng)過了一輪輕量化，再要在底盤及其他方面輕量化的余地不大，除非更改原材料或犧牲適應(yīng)性、可靠性。

第二種技術(shù)路線的優(yōu)化潛力似乎也不大，因?yàn)椴捎?套工作部件配1臺(tái)行走底盤的“一拖二”結(jié)構(gòu)，機(jī)型幅寬必然較大且很難小型化。雖然其接地比壓大幅優(yōu)于另2種技術(shù)路線，但過大的幅寬也嚴(yán)重影響了丘陵山區(qū)的小田塊適應(yīng)性、道路通過性，很難讓用戶所接受。

第三種技術(shù)路線的優(yōu)化潛力相對(duì)上2種大，雖接地比壓偏重、轉(zhuǎn)向阻力偏大，但只需通過降低機(jī)重至2 800 kg，61節(jié)280 mm履帶換成56節(jié)即可基本解決。更換后履帶接地長(zhǎng)度雖減少了225 mm，但接地比壓Y=9 807×2 800/2×280×1 795=27.3 kPa，小于大綱要求的≤30 kPa指標(biāo)。若采用350 mm履帶，除幅寬需相應(yīng)加大至2 500 mm外，接地比壓還可大幅減小。

4 結(jié)論

1）從降低再生稻直線碾壓率的效果來看，3種技術(shù)路線都能實(shí)現(xiàn)。

2）從丘陵山區(qū)小田塊作業(yè)適應(yīng)性及道路通過性來說，采用“傳統(tǒng)割臺(tái)配差速轉(zhuǎn)向高地隙底盤”技術(shù)路線的效果最好，采用“寬割臺(tái)配窄履帶底盤”技術(shù)路線其次，采用“雙脫粒配單傳統(tǒng)底盤”最差。

3）從降低產(chǎn)品接地比壓來說，“雙脫粒配單傳統(tǒng)底盤”技術(shù)路線的效果最好，“寬割臺(tái)配窄履帶底盤”技術(shù)路線和“傳統(tǒng)割臺(tái)配差速轉(zhuǎn)向高地隙底盤”技術(shù)路線雖也能實(shí)現(xiàn)，但有一定難度。

4）從產(chǎn)品是否具有差速轉(zhuǎn)向功能來說，只有“傳統(tǒng)割臺(tái)配差速轉(zhuǎn)向高地隙底盤”技術(shù)路線具備，其余2種均不具備。

5）從能否配備大于700 kg容量?jī)?chǔ)糧箱來說，采用“雙脫粒配單傳統(tǒng)底盤”技術(shù)路線最容易，其余2種相對(duì)難度大些。

6）從是否配備秸稈粉碎裝置來說，3種技術(shù)路線都能實(shí)現(xiàn)（詳見表1）。

表1 三種技術(shù)路線再生稻機(jī)型已實(shí)現(xiàn)再生稻頭季收獲的基本要求歸納表