莖穗兼收型玉米機收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀與展望

崔佳鵬

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院 綏化分院，黑龍江 綏化 152054)

0 引言

玉米作為世界主要糧食農(nóng)作物之一，隨著近年來其市場價格的穩(wěn)步攀升，廣大農(nóng)戶種植玉米的自發(fā)性被逐漸激發(fā)。目前,玉米聯(lián)合收獲機多以剝皮摘穗的收獲模式為主,而玉米秸稈則多以粉碎還田的形式進行處置，但由于秸稈還田農(nóng)藝技術要求較為復雜，僅憑收獲機上配置的秸稈粉碎還田裝置往往無法實現(xiàn)對秸稈的有效處理，易出現(xiàn)粉碎效率低和效果差等問題，為后繼耕整地以及播種作業(yè)帶來極大困難,造成整地難、回收難、禁燒難。隨著玉米種植面積的逐年增加，玉米秸稈的總量也在不斷增加，面對如此巨大的秸稈總量，如何通過行之有效的手段對其進行收集和利用成為了人們關注的焦點。

1 國內外玉米收獲機的研究動態(tài)和趨勢

1.1 國外玉米收獲機研究趨勢

根據(jù)各國地域特點和氣候條件，收獲玉米的方式有以下兩種：一是籽粒收獲模式；二是果穗收獲模式。目前，美國、德國等國家，在玉米的收獲過程中已經(jīng)完全取締了非機械收獲，因多數(shù)歐美國家種植方式為一年一季，進行玉米收獲作業(yè)時，玉米籽粒水分含量較低，可采用大型軸流滾筒式玉米聯(lián)合收獲機以直接脫粒的方式進行收獲[1]。如美國的John Deere公司、Case公司和德國的DEUTZ等農(nóng)機公司生產(chǎn)的玉米收獲機基本都是在小麥收獲機上安裝玉米割臺，通過調節(jié)機構調節(jié)脫粒滾筒轉速和間隙來完成玉米收獲，并在收獲玉米籽粒的同時對玉米秸稈進行粉碎和拋撒[2]。代表機型有John Deere公司生產(chǎn)的9670STS型聯(lián)合收割機配608C玉米割臺如圖1所示。在俄羅斯和烏克蘭等地區(qū)，玉米收獲時期籽粒含水率高導致無法直接收獲籽粒，因此多采用玉米果穗收獲模式。而這類收獲設備雖然在收獲方式上與籽粒收獲略有不同，但多數(shù)機型也具備同時完成籽粒收獲和秸稈集中處理的能力[3]。代表機型烏克蘭赫爾松聯(lián)合收割機廠KCKY-6系列玉米收獲機如圖2所示。

圖1 John Deere公司9670STS型聯(lián)合收割機

圖2 赫爾松聯(lián)合收割機KCKY-6系列

總結來看，許多國家依據(jù)其特有的種植模式對莖穗兼收型玉米收獲機進行了不同程度的研究與探索。其中以美國為代表的發(fā)達國家，玉米收獲作業(yè)技術已經(jīng)相對成熟，并通過提高設備制造精度、加工工藝、應用新材料和先進制造技術來提高產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性，且在不斷向大型化、一體化和智能化方向發(fā)展。雖然上述典型機型并未完全實現(xiàn)莖穗兼收，但其在很大程度上對玉米秸稈進行了一定程度的預處理，為進一步進行秸稈還田與秸稈回收再利用做了很好的鋪墊。

1.2 國內莖穗兼收玉米收獲機研究動態(tài)

我國玉米收獲技術根據(jù)收獲模式可以分為青貯收獲、果穗收獲和莖穗兼收收獲等模式[4]。本部分主要論述我國莖穗兼收玉米收獲機的現(xiàn)狀。目前，我國玉米莖穗兼收收獲模式主要是將莖稈切碎回收裝置安裝在玉米收獲機上。該收獲模式不僅降低用戶作業(yè)成本，還能完成秸稈的處理[5]。根據(jù)收獲工藝的不同可分為3種方式。

1)在玉米收獲機上配裝秸稈切碎和回收裝置，其回收秸稈的流程包括切碎、輸送和拋送[6]。秸稈切碎回收裝置在收獲機的安裝位置有以下兩種：一是處于機身中部，切碎裝置為甩刀式，并通過配置在其后上方的輸送攪龍將莖稈拋送入車。該配置方式典型機型包括4YZ-4HS650、4YZ-4和4YZB-1800型玉米收獲機，如圖3所示。二是配置于機身后部，如圖4所示，采用莖稈切碎回收機懸掛后置，機具能夠同時完成玉米秸稈的粉碎、輸送，以及拋送作業(yè)，如圖4所示。

圖3 牧神4YZB-1800自走式玉米收獲機

圖4 秸稈切碎回收機

2)雙層割臺完成莖稈切割、收集、輸運、粉碎和拋送作業(yè)。兩層割臺相互獨立，上層完成果穗的采摘和輸送作業(yè)，下層割臺負責秸稈回收。代表機型以4YZQ-4自走式莖穗兼收玉米收獲機和4YQW-4背負式玉米收獲機為主，如圖5所示。

圖5 海山4YZQ-4莖穗兼收玉米收獲機

3)莖稈切碎回收裝置位于割臺，摘穗輥兼做喂入輥，每行對應一個切碎裝置，在采摘果穗的同時完成秸稈切碎工作[12]。回收秸稈流程為：秸稈切割、果穗采摘、秸稈切碎和拋送[13]。代表機型有：4YQW-2、4YQ-2000和4YZQ-3玉米莖穗兼收收獲機，如圖6所示。

圖6 海山4YQW-2背負式莖穗兼收玉米收獲機

1.3 國內玉米收獲機研究動態(tài)

郝付平等[9]在分析了切碎輸送裝置結構、工作原理和實際工況的基礎上,選取設備作業(yè)速度為影響因子，莖稈切口夾角、切段長度以及輸送效率為試驗指標，通過田間試驗測算與數(shù)據(jù)回歸分析，構建了基于田間作業(yè)速度的莖稈切碎與輸送裝置工程設計模型,該模型可為同類裝置設計提供參考；黃繼承等[10]在充分分析了現(xiàn)有玉米機械收獲技術與秸稈打包技術的基礎上，設計了4LYZ-3K型穗莖兼收玉米收獲機，該機主要由穗莖兼收割臺、打捆裝置及打捆控制系統(tǒng)等組成，能夠在完成果穗收獲的同時進行莖根的切斷、粉碎和集困等作業(yè)。經(jīng)田間性能測試表明,該機割茬高度≤91 mm、成捆率>96%、作業(yè)小時生產(chǎn)率0.4 hm2·h-1,各項性能指標均達到設計要求,為我國穗莖兼收玉米收獲機的研發(fā)提供應用實例和技術依據(jù)。辛尚龍等[11]在充分調研我國西北旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播種植模式的基礎上，設計了一款自走式穗莖兼收型玉米聯(lián)合收獲機，該機采用對行式收割割臺莖、稈切碎裝置和粗輸出裝置，能夠解決玉米全膜雙壟溝種植模式下傳統(tǒng)玉米收獲機械收割過程不對行、玉米籽粒損失率高的問題。經(jīng)田間性能測試表明,該機具作業(yè)速度為34.5 km·h-1、籽粒損失率為1.8%、果穗損失率2.4%、籽粒破碎率0.77%、莖稈切碎合格率92.6%、苞葉剝凈率95.1%,能夠滿足玉米聯(lián)合收獲技術要求。

總結來看，國內現(xiàn)有的莖穗兼收收獲技術尚有較大發(fā)展空間，就上述3種收獲工藝而言，其技術原理均是采用臥式拉莖輥進行收獲作業(yè)，雖然臥式拉莖輥在收獲倒伏玉米和作業(yè)效率等方面具有較多優(yōu)勢，但其收獲后對玉米果穗籽粒和玉米莖稈的破壞性較強，尤其是臥輥式玉米收獲技術多采用等徑摘穗輥，等徑摘穗輥在進行收獲時對玉米果穗的支反力方向無法確定，因此玉米果穗的運動方向也無法確定，玉米籽粒總損失率相對較高。且國內現(xiàn)有莖穗兼收型玉米收獲機對于秸稈的收集模式大同小異，真正具有創(chuàng)造性的產(chǎn)品并不多見，雖取得了一定的研究進展，但其產(chǎn)品未能被市場所廣泛接受。

2 未來技術設想

綜合考量我國現(xiàn)有玉米種植模式、收獲模式，反思國內外現(xiàn)有玉米機械收獲技術，提出以下幾點設想：

1)打破現(xiàn)有臥輥式玉米收獲技術模式，使用臥輥式玉米收獲機收獲后的玉米秸稈破損嚴重，不便于下一步玉米秸稈的機械收獲。

2)實現(xiàn)整稈保留，整稈保留是指機械收獲后的玉米秸稈自根莖底端割刀切割處至上端雄蕊以下部分基本保持完整，玉米秸稈的整稈保留，有利于提高秸稈撿拾率，減少秸稈殘留，整稈保留的玉米秸稈與土壤接觸較少，撿拾打包后的玉米秸稈中含土量少，秸稈品質好，秸稈整稈保留技術對于秸稈回收再利用具有重要意義。

3 總結

玉米秸稈的綜合回收再利用已經(jīng)成為困擾北方地區(qū)玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要工作之一，秸稈綜合利用問題是一個系統(tǒng)性工程，它關乎了整個玉米產(chǎn)業(yè)體系的發(fā)展，未來如何打破傳統(tǒng)思維束縛，設計出具有創(chuàng)新性的農(nóng)機產(chǎn)品，是解決該問題的關鍵所在。