穗莖兼收玉米收獲機(jī)技術(shù)原理與收獲質(zhì)量影響因素分析

楊 菁，王愛民

(東營市墾利區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 東營 257500)

0 引言

玉米產(chǎn)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，玉米更是我國三大主要糧食作物之一，在社會生產(chǎn)和生活中，玉米不僅作為社會糧食供給，更是重要的工業(yè)、化學(xué)及養(yǎng)殖業(yè)原料。隨著我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化的快速發(fā)展，玉米生產(chǎn)在很多地區(qū)都實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化，玉米的耕作、播種、植保、收獲能夠通過農(nóng)業(yè)機(jī)械快速完成的同時，玉米的秸稈處理卻成為了亟待解決的問題。在國家秸稈回收利用的政策支持下，玉米秸稈的利用形式呈現(xiàn)了多樣化發(fā)展。穗莖兼收是玉米收獲的一種常見形式，也是秸稈回收利用的有效手段之一，現(xiàn)代化穗莖兼收玉米收獲機(jī)的有效應(yīng)用能夠?yàn)樾竽翗I(yè)飼料供給及秸稈多樣化利用提供有效保障。

1 穗莖兼收玉米收獲機(jī)研究現(xiàn)狀

作為重要的畜牧業(yè)飼料作物，玉米生產(chǎn)對畜牧業(yè)的有序開展意義重大，玉米秸稈中富含營養(yǎng)物質(zhì)與能量，且質(zhì)地柔軟、適口性好，十分適合作為牲畜飼料。利用穗莖兼收的形式將玉米果穗與秸稈進(jìn)行同步收獲，能夠利用秸稈替代傳統(tǒng)的稻草，形成營養(yǎng)更豐富的青貯飼料，有效提升牛羊等牲畜的產(chǎn)出質(zhì)量。從玉米收獲機(jī)的應(yīng)用來看，現(xiàn)階段我國使用的收獲機(jī)以收獲玉米果穗為主，大部分機(jī)型能夠在收獲的過程中將秸稈粉碎散落于田間，這造成了秸稈資源回收利用困難。而從國外的玉米生產(chǎn)來看，收獲環(huán)節(jié)穗莖兼收的玉米收獲機(jī)使用比例很大，且大多采用籽粒直收技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對大面積農(nóng)田的快速收獲。而我國現(xiàn)階段使用的穗莖兼收玉米收獲機(jī)仍較少。隨著玉米秸稈利用政策的實(shí)施與推廣，穗莖兼收玉米收獲機(jī)的價值得到凸顯，國內(nèi)相關(guān)的研究也逐步增加。

張宗玲等[1]針對玉米穗莖兼收割臺切碎裝置展開了研究，明確了拉莖速度與切碎滾筒轉(zhuǎn)速比值對果穗損失率、籽粒破碎率、籽粒損失率等眾多參數(shù)的影響關(guān)系，并進(jìn)行了水平正交旋轉(zhuǎn)組合田間試驗(yàn)，得出了割臺切碎裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化可行方案，為穗莖兼收玉米收獲機(jī)的技術(shù)升級提供了理論支持。吳瑕等[2]針對穂莖兼收型玉米收割機(jī)傳動與輸送裝置進(jìn)行了產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計，對動力傳動與秸稈輸送裝置進(jìn)行了技術(shù)優(yōu)化，對粉碎裝置升降位置、粉碎刀軸等關(guān)鍵部位設(shè)計了傳感器監(jiān)測裝置，并利用有限元分析軟件進(jìn)行可合理性驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動參數(shù)的優(yōu)化。馬曉榮等[3]研究開發(fā)了型號為4YZB-3A的自走式穗莖兼收玉米收獲機(jī)，在傳統(tǒng)收獲機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)組成、工作原理、主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使國產(chǎn)穗莖兼收機(jī)型在技術(shù)上得到了顯著優(yōu)化提升。

2 穗莖兼收玉米收獲機(jī)的種類與原理

穗莖兼收玉米收獲機(jī)是能夠?qū)⒂衩着c秸稈進(jìn)行一次性收獲處理的現(xiàn)代化機(jī)型，具有高效、高利用率的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)階段應(yīng)用的穗莖兼收玉米收獲機(jī)主要包括兩種類型，分別為青貯玉米收獲機(jī)和帶秸稈打捆裝置的玉米收獲機(jī)。

2.1 青貯玉米收獲機(jī)

青貯玉米收獲機(jī)是能夠?qū)⒂衩坠肱c秸稈實(shí)現(xiàn)一次性收獲、秸稈切碎、果穗收集、秸稈裝車的農(nóng)業(yè)機(jī)械。青貯玉米是畜牧業(yè)飼料的一種常見原料，通過機(jī)械收獲的玉米和秸稈在40天左右的發(fā)酵后，能夠形成優(yōu)質(zhì)的牲畜飼料。

2.1.1 主體結(jié)構(gòu)

自走式青貯玉米收獲機(jī)的主體結(jié)構(gòu)主要包括割臺、玉米及秸稈切碎裝置、輸送排出裝置、駕駛控制室、糧倉等功能結(jié)構(gòu)。

2.1.2 主要功能部件與工作原理

1)割臺裝置是青貯玉米收獲機(jī)的最前端裝置，與大多數(shù)玉米收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)功能類似，主要用于玉米秸稈的切斷和果穗的采摘。割臺部位主要包括分禾器、割刀、立式滾筒切割裝置、輸送裝置等功能部件。分禾器位于割臺最前端，其外形能夠?qū)⒂衩捉斩捯敫钆_內(nèi)部，并將傾倒的秸稈扶正，分禾器的下方多安裝有喂入鏈，能夠輔助秸稈進(jìn)入割臺，并防止秸稈反向傾倒；秸稈到達(dá)立式滾筒切割裝置后，秸稈與玉米一同被切斷，并在滾筒及輸送裝置的作用下運(yùn)送到切碎裝置進(jìn)行切碎。

2)切碎裝置是將秸稈與玉米切碎的裝置，切碎裝置多采用切碎和拋送一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖1所示，為山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院研制的4YZQK-4型青貯收割機(jī)的切碎裝置結(jié)構(gòu)示意圖[4]。能夠通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生切割力，將玉米植株整體切碎，并在拋送葉片離心力的作用下將切碎后的玉米秸稈和果穗拋離切碎裝置，進(jìn)入輸送排出裝置。

1.切碎刀片；2.護(hù)罩；3.傳動軸；4.拋送葉片

3)輸送排出裝置是將切碎后的青貯玉米輸出玉米收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)裝置，主要包括了風(fēng)機(jī)和噴料筒兩大組件，通常情況下，風(fēng)機(jī)位于切碎裝置的下方，青貯玉米排出的動力由風(fēng)機(jī)提供，在風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)下，粉碎的青貯玉米隨氣流一同運(yùn)動，噴料筒為青貯玉米排出建立路徑和管道，使玉米沿著噴料筒的形狀運(yùn)動到出料口，并以一定的慣性落入糧倉或接料車中。

4)其他功能。部分青貯玉米收獲機(jī)也能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)的玉米果穗收獲、剝皮、集中儲存等功能，并能將粉碎的秸稈利用切碎和排出裝置排出，接料車集中接收粉碎秸稈，以利于秸稈的集中回收利用。新生產(chǎn)的自走式青貯玉米收獲機(jī)的自動化程度實(shí)現(xiàn)了明顯提升，很多機(jī)械具備了工況檢測、緊急停機(jī)等功能，使作業(yè)可靠性明顯提升。

2.1.3 應(yīng)用情況

隨著2015年中央一號文件強(qiáng)調(diào)：“支持青貯玉米和苜蓿等飼草料的種植”，國內(nèi)的青貯玉米收獲機(jī)產(chǎn)業(yè)得到了較快的發(fā)展，青貯玉米收獲機(jī)在我國的大中型農(nóng)場得到了廣泛應(yīng)用。現(xiàn)階段使用的大部分機(jī)型以中大型的自走機(jī)型為主，其中進(jìn)口機(jī)型居多，但近年來中機(jī)美諾、山東巨明、新疆牧神等國產(chǎn)青貯收獲機(jī)也占據(jù)了較大的市場，但總體上看技術(shù)先進(jìn)性和創(chuàng)新性仍不足，仍有較大的發(fā)展空間[5]。

2.2 秸稈打捆收獲機(jī)

秸稈打捆收獲機(jī)是在玉米收獲過程中同時對玉米秸稈進(jìn)行切斷、收集、打捆的新機(jī)型，這類機(jī)型近年來得到了重點(diǎn)研究，現(xiàn)已有少量產(chǎn)品在生產(chǎn)中應(yīng)用。如圖2所示為秸稈打捆收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其有效整合了傳統(tǒng)玉米收獲機(jī)與秸稈打捆機(jī)的功能特點(diǎn)，屬于玉米收獲與秸稈打捆的復(fù)合型機(jī)型。能夠在完成玉米摘穗、剝皮、收集的同時對秸稈進(jìn)行粉碎制捆，有效提高生產(chǎn)效率。

1.分禾器；2.摘穗裝置；3.駕駛室；4.秸稈粉碎與輸送裝置；5.升運(yùn)器；6.剝皮機(jī)；7.壓捆機(jī)；8.糧倉

2.2.1 工作流程

秸稈打捆玉米收獲機(jī)在工作時，首先在機(jī)具向前方行駛的過程中，玉米植株沿壟向進(jìn)入分禾器后被割臺割斷，摘穗輥將玉米果穗摘下，并將果穗送至輸送攪龍，攪龍將玉米橫向輸送至升運(yùn)器再由升運(yùn)器輸送至剝皮機(jī)進(jìn)行剝皮；與此同時摘穗后的秸稈被向下輸送，并進(jìn)入粉碎裝置粉碎，粉碎完成后進(jìn)入拋送裝置，在氣流的作用下輸送進(jìn)入壓捆機(jī)。經(jīng)剝皮后的玉米果穗在二級升運(yùn)器的輸送下進(jìn)入糧倉存儲，而被壓制成捆的秸稈則在被繞繩和捆扎后由收獲機(jī)后方被釋放到田間。

2.2.2 機(jī)型特點(diǎn)

1)由于對玉米收獲和秸稈打捆兩種機(jī)械進(jìn)行了功能整合，這類穗莖兼收的機(jī)械割臺常采用上下兩層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，上層主要用于玉米果穗采摘、果穗輸送；下層主要用于秸稈切斷、喂入、切碎、拋送。使玉米果穗與秸稈在摘穗后實(shí)現(xiàn)同步處理。

2)所配套的壓捆機(jī)主要針對粉碎秸稈進(jìn)行壓制，所采用的活塞結(jié)構(gòu)將秸稈陸續(xù)壓實(shí)成為矩形塊，相對于傳統(tǒng)的自走式玉米收獲機(jī)，其配套動力根據(jù)收獲行數(shù)的不同需增加17.65～29.41 kW，以滿足復(fù)合式作業(yè)的需求[6]。

3)利用收獲的過程同步進(jìn)行秸稈撿拾和處理，避免了收獲后秸稈撿拾率不高的問題，也有效減少了秸稈中混雜砂石、泥土等污物，有利于保證秸稈的收集質(zhì)量。

2.2.3 應(yīng)用情況

目前，秸稈打捆玉米收獲機(jī)的大部分產(chǎn)品仍處于研發(fā)階段，秸稈打捆收獲機(jī)的研制和應(yīng)用有利于進(jìn)一步豐富秸稈的應(yīng)用形式，使穗莖兼收的玉米收獲機(jī)不再僅局限于畜牧飼料產(chǎn)業(yè)使用，有利于秸稈的多種形式應(yīng)用。目前市場上應(yīng)用的秸稈打捆收獲機(jī)僅有豫農(nóng)-4PLY3045-B型等少量機(jī)型，該機(jī)型產(chǎn)品仍需要一定的試驗(yàn)改造周期，但該機(jī)型屬于功能復(fù)合型產(chǎn)品，符合農(nóng)機(jī)發(fā)展的未來趨勢。

2.3 性能指標(biāo)關(guān)鍵項(xiàng)

就目前來看，穗莖兼收玉米收獲機(jī)很多生產(chǎn)指標(biāo)僅受到玉米收獲機(jī)的國家(GB/T21962—2020)和地方標(biāo)準(zhǔn)制約，專用的標(biāo)準(zhǔn)和性能驗(yàn)收指標(biāo)缺失，因此，應(yīng)針對穗莖兼收玉米收獲機(jī)，在嚴(yán)格準(zhǔn)守國家標(biāo)準(zhǔn)的一般要求和可靠性、噪聲、性能測試要求外，還應(yīng)從基本特征和技術(shù)特征方面出發(fā)，將青貯玉米收獲機(jī)與秸稈打捆玉米收獲機(jī)進(jìn)行區(qū)分，明確性能指標(biāo)的關(guān)鍵項(xiàng)，性能指標(biāo)參數(shù)如表1所示，相關(guān)參數(shù)設(shè)計參照GB/T21962—2020標(biāo)準(zhǔn)。

表1 穗莖兼收玉米收獲機(jī)關(guān)鍵性能指標(biāo)

3 作業(yè)質(zhì)量的影響因素

3.1 作業(yè)時機(jī)選擇

玉米收獲的時機(jī)對于收獲質(zhì)量影響很大，尤其對于穗莖兼收機(jī)型來說，適當(dāng)?shù)氖斋@時機(jī)能保證玉米具有良好的成熟狀態(tài)，秸稈的含水率也更適宜破碎、打捆，收獲時機(jī)過早或過晚都會影響收獲質(zhì)量。

3.2 作業(yè)機(jī)具先進(jìn)性

收獲機(jī)的可靠性、先進(jìn)性是收獲質(zhì)量的重要保證，合理的機(jī)械設(shè)計和動力匹配能更好保證收獲玉米和秸稈的效率，降低損失率和含雜率，提高機(jī)收品質(zhì)。

3.3 駕駛操作技術(shù)

駕駛員的操作技術(shù)是收獲機(jī)性能發(fā)揮的關(guān)鍵，尤其對于穗莖兼收機(jī)型而言，其機(jī)械結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，駕駛過程中的行駛速度、行駛直線度、機(jī)具狀態(tài)調(diào)試等都對收獲質(zhì)量影響很大。因此，駕駛員必須掌握專業(yè)的駕駛技能，并了解機(jī)具原理和維修保養(yǎng)要求。

3.4 玉米植株?duì)顟B(tài)

機(jī)械收獲必須保證玉米植株處于適宜機(jī)收的狀態(tài)，通常要求秸稈的倒伏率低于5%，接穗高度大于350 mm，果穗下垂率低于5%，才能保證玉米穗莖兼收質(zhì)量。

4 結(jié)語

穗莖兼收玉米收獲機(jī)作為玉米全程機(jī)械化發(fā)展的重要機(jī)型，能夠在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中發(fā)揮重要的作用。為完善我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展體系，應(yīng)加強(qiáng)穗莖兼收玉米收獲機(jī)的使用與推廣力度，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，確保穗莖兼收玉米收獲機(jī)發(fā)揮出應(yīng)有功能。