國內外秸稈打捆機發展現狀與趨勢分析

于興瑞 耿端陽 王傳申 張國棟 趙娜

摘?要：針對我國近年來秸稈焚燒造成的環境污染以及秸稈資源量豐富但利用率較低的問題，分析其根本原因在于我國秸稈綜合利用機械化程度較低，以及打捆機發展水平相對落后。通過調查研究國內外市場打捆機發展現狀，分析其主要結構特點，并將國內機型與國外機型分析比較，結合我國出臺的一系列政策與基本國情得出國內打捆機存在的問題及發展建議。

關鍵詞：打捆機;主要結構;發展現狀;分析

中圖分類號：S233.4文獻標識碼：A開放科學（資源服務）標識碼

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.06.001Open Science Identity（OSID）

0?引言

我國作為農業大國，地域廣闊，農業活動在生產了大量糧食的同時，也產生了大量的秸稈，因此我國是世界上秸稈資源最豐富的國家之一。我國秸稈種類以水稻、小麥、玉米等為主，其中，稻草占比為25.1%，麥秸占比為18.3%，玉米秸稈占比約為32.5%，棉稈占比為3.1%，油料作物秸稈（主要為油菜和花生）占比為4.4%（如圖1）[1-5]。據相關數據統計，2010年全國秸稈理論資源量為8.4億t，可收集資源量約為7億t;2017年全國秸稈理論資源量約為為9億t，可收集資源量約為7.4億t[1-5]。

由此可見，我國秸稈資源較為豐富，具有很大的經濟效益和社會效益。但是我國大部分地區的秸稈綜合利用情況并不樂觀，大部分秸稈資源直接在田里進行粉碎還田，制約了秸稈資源潛力的發揮，造成了資源的浪費;還有地區將秸稈進行焚燒，造成了嚴重的空氣污染。實際上，秸稈是一種重要的可再生生物質資源，當前我國秸稈綜合利用途徑主要有“肥料化、飼料化、燃料化、基料化和原料化”5大類[1-5]。 2016年以來，原農業部會同財政部在12省（區）開展了秸稈綜合利用試點。截至目前，全國共建設試點縣143個，各試點縣秸稈綜合利用率均提高5%以上，部分已達90%以上，秸稈處理技術模式初步構建，區域秸稈處理能力顯著提升。2017年，全國秸稈綜合利用率超82%，基本形成肥料化利用為主，飼料化、燃料化穩步推進，基料化、原料化為輔的綜合利用格局。力爭到2020年，全國秸稈綜合利用率達85%以上，東北地區秸稈綜合利用率達80%以上，新增秸稈利用能力2700多萬t。下一步，農業農村部將繼續堅持秸稈肥料化、飼料化和燃料化三大利用方向，不斷提升秸稈利用水平[6]。

進行秸稈綜合利用的前提是必須先將這些秸稈資源收集起來，但是另一方面，這些秸稈物料松散，如不進行壓實打捆，那么在收集、貯藏、運輸等過程中會面臨巨大困難。所以，根據我國實際國情設計出結構合理、高效實用的秸稈打捆機，能夠實現秸稈資源的高效率貯存、低成本運輸，這對我國秸稈綜合利用率的提高，以及推動農業機械化水平有著舉足輕重的作用。

1?國內外研究現狀

秸稈打捆機是秸稈資源綜合利用過程中必不可少的裝備。秸稈打捆機的作用是將作物收獲后田間的秸稈進行撿拾粉碎，再壓縮成捆，便于儲存和運輸。按照成捆的形狀分，主要有方捆打捆機和圓捆打捆機兩種;其中方捆機按照成捆的大小又分為大方捆和小方捆。此外，按照牽引方式分，又可分為自走式打捆機和牽引式打捆機。

1.1?國外研究現狀

國外對于打捆機的研究較早，距今已有200多年的歷史。18世紀時期，許多國家的交通運輸、農業生產都以馬為動力，這樣在廣大的城市和農村都需要大量的干草來飼養馬匹，在運輸這些干草時草要壓緊、捆實。1870年美國人Dederic發明了世界上第一臺固定式方草捆打捆機，但是直到20世紀30—40年代才成功研制出第一臺具有真正意義的田間撿拾打捆機;20世紀50—70年代，各國開始爭相研制此機型并逐漸推廣開來，使得國外發達國家的農業秸稈再生利用率接近100%。

國外發達國家生產的打捆機種類齊全，功能多樣，能夠滿足多種作業條件下的多種作業要求，主要生產廠家有約翰迪爾、凱斯、庫恩、克拉斯等。這些廠家生產的打捆機多為大中型打捆機，配套動力多在150馬力以上。另外，其自動化、智能化、機電液一體化程度較高，相對國內較為先進，售價多在100萬～300萬元之間。

紐荷蘭公司生產打捆機已有70多年的歷史，在市場中有很高的占有率。其生產的小方捆打捆機可以根據作物種類、運輸和貯存要求來調整草捆的密度和長度。打捆機操作簡單，性能穩定，維護方便，配套動力范圍廣。打出的草捆尺寸規整、密度大、成捆率高，能夠方便撿拾車撿拾，容易堆垛。其生產的大方捆打捆機需要與大中型拖拉機配套，采用紐荷蘭專利技術的預壓室和重型壓實器，在打捆前能夠對草捆進行預壓，提高了工作效率，提升了打捆效果，草捆密度更大，草捆質量最多可達1 t[7]（如圖2所示）。

庫恩LSB1270型方捆機是法國庫恩公司生產的一款適用于多種作業條件的大型智能化方捆打捆機。其喂入系統采用了整體轉子式（如圖3所示）的結構，縮短了撿拾

器和轉子之間的距離，確保了在任何條件下，均能夠強制勻速喂入秸稈或牧草，這種設計簡化了機構，不僅易于維護，還能夠顯著降低功率需求;另外該打捆機還加裝了預壓室，即先將收集的草料在預壓室內進行預壓縮，當預壓室內的楔形塊上的壓力達到預定值時，便能夠觸發單撥草叉增大動作行程，從而將預壓成型的草片喂入打捆室，然后在打捆活塞的作用下，便可形成一個緊密平整的草捆。其配備有先進的密度加強系統（如圖4所示），可根據不斷變化的草條狀況而持續作出相應的變化調整，確保打捆均勻、密度較高。

約翰迪爾F441R圓捆機是約翰迪爾公司生產的一款適用于多種作物秸稈撿拾打捆的圓捆打捆機（如圖5所示）。這款打捆機的撿拾器安裝了5排撿拾彈齒，提高了其撿拾作業效率。采用了推進攪龍和喂入輥同軸的設計，縮短了撿拾器與喂入輥之間的距離，其喂入輥的材料采用了不銹鋼刮輥，減少了作業過程中粘草問題的發生，提高了作物喂入順暢度，同時降低了故障率，并大大降低了堵塞的風險。該機型還采用了液壓快速排堵技術（如圖6所示），當發生堵塞時可通過駕駛室內的控制面板，控制液壓系統增大喂入輥之間的間隙進行排堵作業，減小駕駛員勞動強度，提高了工作效率。另外，與該打捆機配套的拖拉機內還配備有打捆控制及監視系統，可以直接控制牧草撿拾、打捆、成型、草捆直徑調節、草捆拋出等操作。

1.2?國內研究現狀

我國打捆機的研究起步相對較晚，20世紀50年代末才開始研究固定式打捆機;于20世紀60年代初期從國外引進小方捆撿拾壓捆機;20世紀70年代中期，國內部分企業相繼開始仿制國外方捆機并開始了批量生產[8、9、10]。我國的打捆機研究歷程進展較慢，主要還是從測繪、仿制國外成熟機型入手。但是由于我國的制造工藝相對落后，基礎理論的缺乏，所以研制的主要機型為牽引式小方捆打捆機。小型牽引式打捆機按照牽引方式又可分為正牽引式和側牽引式。其中正牽引式小方捆打捆機結構如圖7所示，打捆機動力連接桿設置在打捆機中間。側牽引式小方捆打捆機結構如圖8所示，打捆機動力連接桿在打捆機側面[8]。

我國最初的打捆機比較經典的機型如中國農機院研制的 9YFQ 系列小方捆打捆機，其它的一些比較知名的，如農裝公司的 1600 系列小方捆打捆機等[11、12]，但是結構比較類似，如圖9所示。

當前在我國各企業對于國外先進打捆技術的消化和吸收過程中，結合了國內市場經驗以及種植戶使用情況反饋，逐漸開發出了適宜我國國情的農業生產配套打捆機械，目前形成了以福田雷沃、東方紅、華德農機等為代表的打捆機生產制造企業。

中國農業機械化科學研究院呼和浩特分院生產的華德9YFSZ-2.2型直連方草捆撿拾壓捆機（如圖10所示）既適合天然種植草場的牧草收獲作業，也可適用于長秸稈作物直接或切碎后進行打捆作業，具有工作穩定可靠、撿拾速度快、喂入量大、維修簡單、草捆密度高以及儲運成本低等特點，該撿拾壓捆機采用3個原裝進口重型打結器，打出的草捆密度高、草捆規則、成捆率較高。

上海世達爾公司生產的9YFQ-2.2ZS方草捆打捆機（如圖11所示）主要適用于收獲玉米秸稈等高大粗壯型秸稈，既可適用于田間站立秸稈的直接收獲打捆，也能應用于撿拾鋪放于田間的秸稈，同時具有秸稈的切碎、揉搓、喂入、打捆等功能。該機型還裝配有雙軸甩刀撿拾破碎機構，可以對秸稈經過二次破碎，從而使秸稈更細化。另外，其還采用了彈簧裝置將牽引臂和撿拾破碎機構進行聯接，達到了地面仿形的效果。

福田雷沃公司生產的MF3040型秸稈打捆機[13]，整機設計為中置牽引的方式，并且采用了縱軸線對稱結構設計（如圖12所示），使得行駛性能更加穩定，同時減小了轉彎半徑，更適合我國的小地塊和不規則地塊作業。打結器采用了德國進口D型打結器，保證了捆繩打結的高效率和高質量。其通過系統優化彈齒強度和線速度，使作物喂入更流暢、降低了堵塞率的同時也降低了漏檢率。

雖然我國生產的小型打捆機與國外產品在功能和外形上很接近，但是由于國產打捆機技術不成熟，設計理論不完善，長期處于模仿國外打捆機階段，因此國產打捆機在打捆成功率、秸稈壓縮密度和打結成功率上，都和國外產品有著不小差距，另外一些關鍵技術，例如打結器，還依賴于進口。使得我國打捆機的最終成捆率、草捆產品密度都比國外先進產品低，這直接造成了秸稈、草物料壓縮成捆時密度不能精確的調節控制，草捆與草捆之間的密度、尺寸等差異較大、散捆率較高[1、4]。

2?發展趨勢

2.1?國外發展趨勢

國外的打捆機技術經過多年的發展，在結構方面都較為完善，技術已經成熟，會向著大型化、智能化、機電液一體化等多方面發展，依靠其先進的制造業水平，生產性能更加優越的產品。另外，隨著“互聯網+”以及無人駕駛技術的興起，這些先進技術也會逐漸應用到打捆機械中來。

2.2?國內發展趨勢

近年來，由于國家“糧改飼”、二元經濟向三元經濟轉變，加上養殖業快速發展導致的草料短缺等因素的影響，以及秸稈焚燒帶來的大氣污染和資源的浪費等，政府開始扶持對打捆機械的研發，將打捆機列入農機補貼項目，國內一些科研院所和企業開始加大了對打捆機械的研發力度，給打捆機的發展帶來了一定的契機。

（1）隨著國家不斷推行土地集約化經營，秸稈資源潛在利用價值的開發，以及我國制造業水平的不斷提升，打捆機械會向著大型化和高效化的方向發展。

（2）隨著我國科技發展，制造業智能化水平的不斷提高，為減輕操作人員的負擔，簡化操作以及復雜系統故障的實時監測的需要，對于機器的智能化水平的要求越來越高，因此，我國的打捆機械會向著不斷提升其智能化水平的方向發展。

（3）另外，我國的丘陵山地地區較多，不利于大型的機械化作業，因此，小型打捆機還會長期存在于市場。這就要求小型打捆機向著提高其自身工作效率以及可靠性等方向發展。

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