制種玉米機械去雄機械的應用與展望*

王 濤，李亞雄，胡 斌，劉 洋，李 斌，李 帆

（1.石河子大學，新疆 石河子 832003，2.新疆農墾科學院機械裝備研究所）

制種玉米機械去雄機械的應用與展望*

王 濤1，李亞雄1，胡 斌2，劉 洋1，李 斌1，李 帆1

（1.石河子大學，新疆 石河子 832003，2.新疆農墾科學院機械裝備研究所）

本文對農業機械在制種玉米上的應用研究進行了綜述。介紹了國內外玉米機械去雄的機理，重點闡述了自主研制的玉米去雄機與國外機型的差距，并對今后進一步深入研究提出建議。

制種玉米；去雄；機械化

玉米機械去雄技術是指應用農業機械，通過機械代替人工將適時玉米的雄穗去除，避免自花授粉，以提高玉米制種的質量和產量。

1 國外玉米機械去雄技術發展現狀

1.1 美國玉米去雄機

1.1.1 早期玉米去雄機

美國早在1937年開始研究玉米去雄機械，首先研究的機型為具有自走能力，在高地隙地盤上安裝6個載人支架平臺，該機型傳動系統為皮帶、鏈條傳動，有3個行走輪，只可進行低速行走；較人工去雄相比，增加的機車可在玉米地中跨行行走，人站在機車支架平臺隨車進行手工去雄作業 （圖1）。1950年，美國設計了第2代去雄機（圖2），該機與腿，地隙1.85 m。

液壓驅動系統：主要有4個回路，即抽雄切雄回路、升降回路、轉向助力回路和行走回路。采用電液第一代機型相比，動力系統配備大馬力柴油發動機，行走系統為高地隙拖拉機底盤和四輪行走機構，且設計了防曬頂棚，該機型在機具行走的穩定、安全性和工作效率上都有了大幅提高。

1.1.2 自動化玉米去雄機

隨著科技的不斷發展，農業機械也向自動化方向發展。1981年前后，美國研究出可以基本代替人工的去雄機械 （見圖3～8）。經過幾十年的改進優化，主要由美國Hagie、Big John和Modern Flow等公司制造生產，該類機型主要由高地隙動力行走底盤、液壓驅動系統、玉米去雄組件、自動仿形控制系統4部分組成，該機型還配備噴藥組件。

高地隙動力行走底盤：由行走底盤、駕駛室、發動機、變速箱、液壓泵、液壓馬達、液壓管路、操控系統、前懸掛系統等部件組成。兩輪驅動拖拉機在公路運輸時最大行駛速度為30km/h。前橋帶減震系統，前后輪輪距2.0～2.6 m，可調，前后輪胎面寬度28.5 cm，適應新疆地區的密植作物。采用窄鋼性固定V型加高支聯合控制，前進、停車、倒車均由電子開關控制，操作靈敏、簡便。液壓傳動裝置運動平穩、反應快、慣性小，能高速啟動、制動和換向。行走系統采用液壓系統，能在運行中方便地實現無級變速；在田間作業時靈敏度高，易控制，易于實現過載保護。

圖1 美國早期玉米去雄機

圖2 改進型美國早期玉米去雄機

玉米去雄組件：為平整玉米高度，第1次用割雄工具，切割高度在抽出的玉米雄穗位置以下8～10 cm，切割至玉米高度整齊。待24～48 h后，玉米雄穗達到4 cm，使用抽雄輪進行第2次抽雄作業。雖然用抽雄輪去雄更快、更容易，但玉米葉子被切割更多。該組件由重型懸掛架、切刀組合、抽雄穗組合等部件組成。

自動仿形控制系統：可根據作物生長的高低自動仿形，抽凈率可達95%以上；抽取的葉片數可根據不同品種的要求和玉米生長情況隨意調整，避免作業時損傷營養葉；去雄組件可適應不同的播種行距，從30～80 cm，可調。

噴藥組件：由20 m噴桿、2 500 L水罐、藥液噴灑程序設定儀等部件組成。噴桿為折疊式，由液壓油缸操控，伸展靈活。根據作業地塊情況，左架、右架、中間架均可單獨進行噴藥作業。該機配備了藥液噴灑程序設定儀，可根據作物的噴液量、使用噴頭種類等對噴灑壓力、行走速度進行設定，從而實現準確的噴灑量。

主要性能參數：

1.1.3 主要工作原理

自動化玉米抽雄機采用高架自走結構，前后輪由安裝在輪軸上的液壓馬達驅動，可一次性完成4膜8行制種玉米的抽雄作業，通過前端的電子眼高度識別裝置，根據作物生長的高度自動仿形，抽凈率可達92%以上，去雄裝置可單獨控制其升降。工作效率為23.3～26.7 hm2/d。安裝去雄裝置的機架可以折疊，以便于轉場運輸。

1.2 歐洲玉米去雄機

歐洲去雄機發展時間較早，但只有法國Bourgoin公司制種玉米機型較成熟，該公司有去雄噴藥多功能機型和去雄機型 （如圖8所示），2種機型均為液壓驅動行走、去雄工作，多功能機型可以噴藥去雄同時進行，減少進地次數；另一種機型增加了測高仿形裝置，在去雄生產率上較前一機型高，但因為歐洲與我國玉米種植模式的差異，這2種機型都只能進行4行去雄作業，與同類型美國機型相比價格較高。意大利馬斯奇奧URAGANO超高地隙噴藥去雄機主要用于高桿作物噴藥（如圖9所示），其玉米去雄功能較美國機型相比，在制作工藝和自動化水平上有了進一步的提高。

2 玉米去雄機械國內研究現狀

2.1 引進機型

圖3 玉米去雄抽雄輪組件

圖4 玉米去雄割刀組件

圖5 美國公司Big John玉米去雄機

圖6 美國Hagie公司玉米去雄噴霧機

圖7 美國Modern Flow公司玉米去雄機

圖8 意大利馬斯奇奧URAGANO超高地隙噴藥去雄機

新疆兵團第四師六十六團和黑龍江省寧安農場分別于2006年、2007年從法國BOURGOIN公司各引進1臺4WD 2204 TURBO型玉米抽雄機。該機采用78馬力道依茨風冷式柴油發動機，去雄部分分為切雄和抽雄，整機完全由液壓驅動行走和去雄工作，一次作業可以完成8行去雄工作。首先切削，當母本雄穗臨近抽穗時，根據玉米植株生長整齊程度用去雄機的切削刀具，進行1～2次切削作業，使植株高矮整齊一致，便于抽雄作業，提高抽出率；切削后3～5 d待雄穗長出頂部葉片3～5 cm時，進行第2道工序—去雄。去雄裝置為2片橡膠圓盤，在高速旋轉下將雄穗夾起拋出，達到去雄效果。由于受制種玉米的種植模式、農藝要求等因素影響，這種玉米抽雄機使用效果并不理想。

隨著玉米全程機械化的推進，在2012—2014年，新疆伊犁地區、昌吉地區等多地從美國引進多臺Big John玉米去雄機（圖10）。國內制種玉米機械去雄市場逐漸被美國玉米去雄機占領。

2.2 研發機型

為填補國內空白，根據新疆制種玉米種植農藝要求，新疆農墾科學院機械裝備研究所研制出3QXZ-8型玉米去雄機，該機由行走輪、機架、柴油發動機、轉向機構、液壓驅動系統、液壓控制系統、電路控制系統、抽雄工作部件控制平臺、對滾式抽雄部件及操控機構等零部件組成（如圖11所示）。

2.2.1 結構原理

整機為自走式結構，以柴油發動機為原動力，通過動力轉換系統（圖12）帶動液壓系統（圖13），整機以液壓油泵為動力源，通過管路系統帶動各執行機構上的液壓馬達，完成機構驅動。同時，控制駕駛系統（圖14）驅動行走輪中軸上的液壓馬達使后輪行進，然后推動前輪導向軸完成整機行走導向，在抽雄工作部件控制平臺（圖15）通過液壓油缸控制作業高度，抽雄工作部件通過控制液壓馬達驅動，完成抽雄作業［1-3］。

圖9 法國Bourgoin公司的兩種去雄機

圖10 引進美國的去雄噴藥機

圖11 3QXZ—8型自走跨越式玉米去雄機

圖12 動力轉換系統

圖13 液壓系統

圖14 駕駛系統

圖15 抽雄工作部件控制平臺

圖16 液壓升降單組對輥式抽雄裝置

圖17 可調整的輪距支撐臂

2.2.2 工作過程

去雄裝置包括滾輪抽雄裝置和盤刀切雄裝置2種。滾輪抽雄裝置（圖16）為在連接桿安裝的支承座上通過軸承安裝著主動輪軸和從動輪軸，由液壓馬達驅動的主動輪軸其端部固裝著主動滾輪，在從動輪軸的端部轉動配合安裝著從動滾輪，從動滾輪與主動滾輪相對稱，并且其輪面相互摩擦配合，緊緊地接觸在一起，在摩擦力作用下，主動滾輪帶動從動滾輪轉動。作業時，當玉米雄穗接觸到每對滾輪接觸面時，2個輪子擠壓摩擦把玉米雄蕊拔出，完成抽雄作業。在每個連接桿上安裝著2套滾輪抽雄裝置；盤刀切雄裝置為在連接桿連接的支撐座上安裝著液壓馬達驅動的水平切雄刀盤，在切割刀盤上均布設置著伸出刀盤的刀片，刀片為銳角形的雙面刀片，在切割刀盤上均布到刀片的數量為2～4只，作業時，當旋轉的刀盤接觸到玉米雄蕊時，高速旋轉的刀片切掉雄蕊，完成切雄作業。在每個連接桿上安裝著2套盤刀切雄裝置。在滾輪抽雄裝置或盤刀切雄裝置的下方通過支承座設置著對稱的撥桿，對稱撥桿的開口呈八字形［4－12］。

通過支撐臂（圖17）安裝的前大梁為可伸縮結構，其結構為固接著支撐臂的活動梁插入套管主梁內，與套管主梁動配合，并且通過套管主梁上的螺栓鎖緊定位，通過調整活動梁在套管主梁內的插入深度，以調整對稱支撐臂之間的距離，然后用螺栓緊固鎖定來實現前輪輪距的調整；安裝后輪的支撐臂其上端焊接著帶連接耳的U形板，U形板和其上的蓋板通過四個螺栓緊固在后主梁上，使安裝后輪的支撐臂定位，當需要調整后輪支撐臂的位置時，擰松螺栓，調整后輪支撐臂的位置，然后再緊固螺栓即可，來實現后輪輪距的調整，以滿足玉米抽雄機行走在不同行距的玉米田間。

3 國內玉米去雄機械存在的技術難點

玉米去雄機械逐漸成熟應用于農業生產，但是主要依靠國外成熟技術及機具，根據國外機型在去雄作業的使用，主要存在以下技術難點：（1）液壓系統可靠性需要進一步提高；（2）自動控制系統的研究還局限在試驗室階段，農田不可控因素較多，系統穩定性難以保證；（3）去雄裝置的單組自動仿形控制系統的研究還在進行，國內研制的機型在自動化程度和動力性上與國外機型還存在很大差距。

4 前景與展望

隨著社會進步和科學技術的發展，人類對糧食產量和品質的要求越來越高，糧食資源的短缺將嚴重制約人類社會的發展。通過農業機械等手段提高農作物產量及品質，將對解決我國糧食資源短缺和提高農作物生產的經濟效益具有重要意義。但是，雖然農業機械在農作物生產中的應用具有巨大革新潛能，這也并不意味它在農業生產中作用的絕對。通過以上研究發現：機械去雄對不同玉米品質影響的大小與玉米本身的生物性狀是否適合機械作業有關；國外玉米去雄機械的壟斷性對國內該機械的研制具有一定阻礙性；國內相關研究的可實施性依賴國內液壓、自動控制等技術的穩定性和可靠性，在電氣、液壓、自動控制技術逐漸應用在農業機械的今天，國內玉米去雄機械的發展必定會縮小與國外同類機型的差距，中國制種玉米產業也將必定是國內糧食的新增長點。

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2015—03—09

新疆農墾科學院科技引導計劃項目，項目編號：55YYD201303。