秸稈打捆機的研究現狀及發展趨勢

劉曉亮

(哈爾濱市阿城區亞溝街道辦事處，哈爾濱 150321)

0 引言

我國作為農業大國，玉米與水稻為主要種植作物，產生的秸稈量也是非常豐富的。我國地理遼闊，農作物種植面積廣泛，針對的秸稈處理方式也不盡相同。一些地區在農作物收獲后，將秸稈進行粉碎，鋪撒在田間(圖1)，還有地區主要采用就地焚燒的方式，造成秸稈資源的浪費及環境的污染(圖2)。事實上，秸稈不僅可以當作燃料還有很多用途，例如，進行發酵產生酒精、轉化為液體燃料、制備成青貯飼料、培養可食用菌類。

圖1 秸稈還田

圖2 秸稈焚燒現場

目前，環境保護問題得到了國家的高度重視，已經嚴格禁止秸稈的焚燒，對于秸稈利用率較低的問題也采取了相關政策，但是由于秸稈分布較廣，對秸稈進行收集耗時耗力，所以打捆機的出現解決了秸稈收集工作的問題。

1 秸稈打捆機研究現狀

我國對于秸稈打捆機的研究工作也是近些年才開始的，1970年我國才開始對引進的秸稈打捆機進行相關的科學研究，分析內部結構、生產工藝等[1]。經過數十年的研究工作，正式成功研制出第一臺秸稈打捆機，并在各地開始投放使用。實際上，我國在2000年才開始大面積普及使用秸稈打捆機械，在引進使用德國和美國進口秸稈還田機后，目前已經研發出各類小型打捆機，主要應用二次打捆技術、側向牽引技術等。

2006年，中國農業機械化研究院成功研制出了9YFQ-1.9型打捆機，該機器在打捆工作進行時，秸稈在機器內移動順滑，致使生產效率大大提高。并針對該系列的機器不斷地進行優化，將優化后的新系列產品不斷向市場投放。上海世達爾農業機械公司研制出9YFQ-2.2ZS型打捆機(圖3)，適用于高強度秸稈的切割、破碎、拾取和打捆。主要用于收獲玉米、棉花等秸稈。其工作流程主要包括將秸稈進行揉搓并輸送，隨即喂入打捆機內進行壓縮、捆扎等步驟。自動截取、切割秸稈，放在田間或攤鋪，形成形狀有序、密度均勻的矩形捆。

黑龍江德沃公司研制的9Y-2200型方捆打捆機(圖4)。該機器主要采用正向牽引操作，采用軸對稱結構方式，打捆軸采用大直徑軸，最大程度上提高機器運行工作的穩定性能與可靠性，轉彎半徑較短且靈活，非常適合小地塊作業。

我國秸稈打捆機技術經過多年發展，打捆機的工業制造技術與質量都在穩步提升，同時機器工作穩定性也有較大提高，與進口打捆機械的差距逐漸縮小。但打捆機技術仍沒有掌握重要的核心技術，還是依靠制造還原先進機械，自主研發的技術很少，這樣就進一步的限制了我國打捆機的產業發展。許多企業為了擴大產品的經營范圍，導致類似機型越來越多，各個品牌之間差異性較小，沒有品牌特征，所以這些企業不得不進行價格戰，通過降低產品價格，來爭奪市場的主導權，這樣非常不利于該產業的未來發展。目前，我國農田秸稈產量巨大，但是僅有極少部分秸稈進行打捆并運輸出農田，秸稈打捆率遠遠低于發達國家，那么秸稈打捆機械就會成為未來農業機械化發展的重要方向，隨著秸稈資源方式與后續產業逐步完善，也會促進提高秸稈打捆機的發展與研制。

2 秸稈打捆機關鍵部件研究現狀

2.1 撿拾器的研究

撿拾裝置主要作用是將地面上的秸稈進行撿拾工作并運送到指定位置。但是在作業時，很容易出現漏撿現象，因此有關研究人員增加了滾筒式撿拾裝置的作業幅寬，并通過設置偏心輪的結構來控制彈簧齒，并將撿拾器兩端設置了螺旋輸送裝置，形成了水平運輸系統，極大地降低了撿拾裝置的漏撿率。在秸稈打捆機的研究過程中已經將撿拾器的創新發展作為主要研究對象，已出現雙凸輪式及弓形撿拾齒，撿拾齒的密度增加，有效的增加了撿拾效果[2]。

2.2 喂入系統的研究

喂入系統主要位于打捆室與撿拾裝置之間，主要作用是將撿拾的秸稈順利平滑地運輸到打捆室內。經過研究，將曲柄連桿機構應用在喂入系統中，在工作過程中，曲柄連桿的兩端分別為鏈輪與進料叉，通過鏈輪的帶動，進料叉做往復周期運動，物料隨著進料叉進入到打捆室內，但是在作業過程中易造成秸稈堵塞進料口的現象。

為了避免該現象的發生，在研制玉米青儲飼料打捆機時，在喂入系統中安裝多個撥料裝置，并且加大了進料口的尺寸，將整個喂入系統仿照皮帶輸送機的輸送方式，不僅解決秸稈物料堵塞的問題，還增加了喂入系統的作業效率[3]。

2.3 打捆室的研究

打捆室是主要工作部件。在進行秸稈打捆時，首先需要對喂入的秸稈進行打包和儲藏，對秸稈進行壓實成形。其中，打捆室主要分為方形和圓形。按照打捆機械在田間的工作形式，主要分為機械式打捆機械和液壓行進式打捆機械。機械式打捆機械在田間工作效率高，行進速度快，但是由于打捆壓力小，經常導致秸稈捆不成型；液壓打捆機對秸稈打捆壓力大但是田間行進速度慢，工作效率較低。目前，隨著農業機械化程度的提高，逐漸將二者進行優點互融，提高田間秸稈打捆效率。可以將秸稈物料的壓縮密度大大提高，同時也可以提高物料壓縮的工作效率，但是在機械式與液壓式打捆之間進行轉換便成為該技術的難點。雷軍樂等[4]對鋼輥式打包機進行研究，發現該機器在打包完整水稻秸稈時，容易出現堵塞現象。通過研究發現主要原因在于鋼輥式打捆機無法及時形成旋轉草芯，而旋轉草芯的形成會帶動后續秸稈，因此要促使機器快速形成旋轉草芯[5]。

2.4 纏網包膜的研究

纏網包膜主要是將一層薄膜或者絲網包裹在已經壓縮好的秸稈捆上，主要作用是防止草捆散落，便于運輸與貯存。所以纏網包膜作為打捆機的最后一道打捆工序，捆扎機的質量與其密切相關，具有非常重要的作用。但是在纏網包膜過程中，經常會出現下網與切網不夠準確的現象。為了改善這一問題，研究人員設計一種自動纏網裝置，該裝置主要通過凸輪機構進行傳動與控制，連桿機構在凸輪機構的帶動下完成纏網與切網工作，從而實現自動化作業。

2.5 卸載系統的研究

秸稈壓實后要對壓實秸稈進行運輸。打捆秸稈質量直接影響后續秸稈的運輸與儲藏，打捆秸稈的卸載系統需要對目標秸稈進行在線檢測，檢查打捆秸稈的質量是否滿足壓實程度，滿足對打捆秸稈進行卸載運輸，否則卸載系統拒絕卸載秸稈。首先，要針對秸稈拾撿器加裝檢測警報系統，該系統主要由自由輥系統與小型旋轉探測器組成，可以對進入打捆室內的秸稈進行監測，當進入到打捆室的秸稈到達一定量后，自由輥便會勻速旋轉，并產生一定的摩擦力，同時探測器會將信息通知操作人員，停止進行加料的工作。

為了滿足不同用戶需求，針對秸稈打捆量少的用戶設計了一種小型秸稈打捆設備，該打捆機是手動進行操作，將秸稈放在打捆機上，通過用腳踩動踏板，帶動機械連桿工作將秸稈進行壓實，作業完成后，手動將打好捆的秸稈從設備上取下來。該設備結構簡單，成本低廉，并且具備一定的操作安全性。

3 秸稈打捆機存在的問題

3.1 理論研究欠缺

目前，國內企業和研究單位在秸稈打捆機上的研究主要還是采用針對先進機器，進行拆解研究原理，再進行創新研制。但是由于時間和資金的問題，引進的機型并沒有完全掌握其核心技術，就對其進行仿制，導致在實際作業中會出現各種各樣的問題。目前，在秸稈打捆機研究工作存在的主要問題是，理論研究欠缺，以及在秸稈成捆成型、秸稈撿拾動力學方面研究不足。

3.2 機型較單一

目前，大部分秸稈打捆機主要還是針對玉米秸稈與水稻秸稈，對于其他作物的秸稈打捆機研究較少。針對不同作物的打捆機主要不同在于撿拾器的設計，要根據不同作物的物理性狀進行設計，現在仍然缺乏針對特定品種的打捆機。

3.3 缺少自主行走打捆機械

目前，田間秸稈打捆機械行走系統為牽引式，缺乏自主行走打捆機械。牽引式機械田間行走耗費高，技術復雜，配套系統配合程度低，嚴重影響田間作業效率。自走式打捆機械作業效率高，田間作業占地面積小，行走便捷。應該進一步加大對自主行走打捆機械的研制，并且提高工作效率與智能控制水平。

4 秸稈打捆機發展趨勢

近年來，由于國家逐步從二元經濟結構向三元經濟結構轉變，存在畜牧養殖業的發展造成飼料供給不足，焚燒秸稈對環境造成的污染，遺棄秸稈造成的資源浪費等問題。政府已經對打捆機的研發進行積極扶持，并將秸稈打捆機列入了國家對農業生產的大力補貼，也為秸稈打捆機的發展奠定了基礎。

4.1 向大型化發展

對土地集約化經營的政策不斷推行，致使秸稈資源的價值逐漸被開發出來，伴隨著我國在制造產業上的快速發展與取得的成就，秸稈打捆機已經向大型化與高效高質化方向發展。

4.2 向智能化發展

伴隨著科技水平的飛速發展，將智能化技術完全應用在制造業中。在秸稈打捆機的研究中，提高其智能化水平，對其拾撿狀態、輸送狀態、打捆狀態，以及卸載狀態進行實時監控，簡化機器操作的流程，實現遠程操作。

4.3 提高小型打捆機的研究

我國農業種植產業分布遼闊，且山地丘陵分布較多，大型機械不適用于在該地形進行操作，小型秸稈打捆機仍會在這些地區長期使用，這樣針對小型打捆機的研究還應向提高工作效率與工作穩定性方向發展。

5 總結

綜上所述，目前我國農業機械生產中秸稈打捆技術較為落后，與發達國家農業機械技術相差甚遠，無法滿足大面積田間作業，效率較低，有待提高工作效率與速度。應該進行積極探索，努力提高我國自主研發水平，加快秸稈打捆機的研發。

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