國內(nèi)農(nóng)作物秸稈收獲打捆裝備典型機具

張 麗，王 強，鮑志亮，翟改霞，賀 剛，高 磊，孟玉剛，張 寧

(中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，也是農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)大國，全國每年生產(chǎn)的各類農(nóng)作物秸稈總量約8億t[1]。農(nóng)作物秸稈是很好的清潔可再生資源，可以作為飼料、肥料、燃料及工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物發(fā)電和建筑材料等多個領(lǐng)域。然而，我國的秸稈綜合利用率較低，秸稈被焚燒、丟棄，造成嚴(yán)重浪費和環(huán)境污染等問題。

在一些畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國家，作物秸稈的青貯轉(zhuǎn)化率已達(dá)到90%以上，這其中秸稈打捆機扮演了主要角色，發(fā)揮了重要作用。為推動秸稈的收集綜合利用，國內(nèi)農(nóng)業(yè)科研院所、企業(yè)和高校的專家學(xué)者們對國外打捆機進(jìn)行引進(jìn)消化再吸收，研制了符合我國國情的秸稈打捆機[2-9]。還有一些企業(yè)研制出了國內(nèi)獨有的秸稈切割揉碎打捆機和清潔除塵方捆機，使我國秸稈打捆裝備逐漸走向成熟并不斷向多品種、多規(guī)格、系列化發(fā)展。本文主要對國內(nèi)農(nóng)作物秸稈收獲打捆裝備的幾款典型機具進(jìn)行簡要分析。

1 打捆裝備分類

秸稈收獲打捆裝備根據(jù)所打草捆的形狀不同，分為方草捆壓捆機和圓草捆卷捆機。

方草捆壓捆機按機組型式可分為固定式、牽引式和自走式，其中牽引式和自走式都帶有撿拾器，稱為撿拾壓捆機。方草捆壓捆機按草捆密度分為3種：低(<100 kg/m3)、中(100～200 kg/m3)、高(200～300 kg/m3)。目前以中、高密度居多[10]。

圓草捆卷捆機從成形原理上分為外纏繞式和內(nèi)纏繞式。從結(jié)構(gòu)形式上，外纏繞式又可分為輥筒式、短膠帶式、輥杠式，內(nèi)纏繞式又可分為長膠帶式和鏈桿式[11]。

目前市場上還出現(xiàn)了秸稈粉碎型收獲打捆裝備，對站立秸稈和人工割倒的多種狀態(tài)秸稈進(jìn)行粉碎打捆作業(yè)，更好地實現(xiàn)了硬稈作物的回收利用，主要包括秸稈切割揉碎方捆壓捆機、秸稈切割揉碎圓捆卷捆機和新型清潔除塵方捆壓捆機。新型清潔除塵方捆壓捆機加入除塵土功能，大大提高草捆清潔度，滿足高質(zhì)量飼喂需求。

2 方草捆壓捆機

2.1 方草捆撿拾壓捆機

方草捆撿拾壓捆機通常由牽引架、撿拾器、輸送喂入機構(gòu)、活塞、壓捆室、打捆機構(gòu)和傳動系統(tǒng)等部分組成，在壓捆機上普遍采用彈齒滾筒式撿拾器[11]。目前市場上方草捆撿拾壓捆機的撿拾器寬度有1.5、1.9和2.2 m。

(1)華德9YFQ系列正牽引方草捆撿拾壓捆機。

中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司生產(chǎn)的華德9YFQ系列方草捆撿拾壓捆機有撿拾器寬度為1.5、1.9和2.2 m的3種型號。9YFQ-1.9型方草捆撿拾壓捆機如圖1所示。與傳統(tǒng)方捆機(側(cè)牽引)相比，該系列方捆機具有對稱縱軸線，行駛穩(wěn)定性好，容易牽引，能適應(yīng)在小塊和不規(guī)則地塊上作業(yè)[12]。此機型的用戶口碑較高，2020年農(nóng)機補貼公示銷量數(shù)據(jù)顯示，9YFQ-2.2型方草捆撿拾壓捆機的銷量位居撿拾方捆機總銷量第3名，市場占比為6.28%。

圖1 華德9YFQ-1.9型方草捆撿拾壓捆機Fig.1 Huade 9YFQ-1.9 square baler

(2)花溪玉田開拓者三道繩方捆機。

新鄉(xiāng)市花溪科技股份有限公司開發(fā)的開拓者三道繩方捆機如圖2所示。其主要技術(shù)參數(shù)：撿拾寬度2.2 m；打結(jié)器數(shù)量3個；壓縮室截面尺寸(寬×高)為540 mm×370 mm。采用3組德國拉斯柏重型打結(jié)器。草捆密度采用4向液壓加壓，電控調(diào)節(jié)，保證草捆密度恒定，捆形方正。全車運用智能化設(shè)計，采用北斗導(dǎo)航智能定位系統(tǒng)，配備雙高清攝像頭、高清顯示器，作業(yè)狀態(tài)和故障可以實時顯示，并且歷史作業(yè)狀態(tài)可追溯。精準(zhǔn)作業(yè)定位和作業(yè)量顯示，并可實時軌跡回放。全部采用與汽車相同工藝的電泳涂裝，耐久防銹，圓潤光滑，整機做工精細(xì)，造型獨特。

圖2 花溪玉田開拓者三道繩方捆機Fig.2 Huaxiyutian pioneer three-rope square baler

(3)花溪玉田9YFZ-1.9型履帶自走式方草捆打捆機。

新鄉(xiāng)市花溪科技股份有限公司開發(fā)的9YFZ-1.9型履帶自走式方草捆打捆機如圖3所示，撿拾寬度1.9 m，壓縮室截面尺寸(寬×高)為480 mm×360 mm。其采用中日合資行走底盤，性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠，在黑龍江嚴(yán)寒區(qū)域?qū)崿F(xiàn)66.67 hm2(1 000畝)地連續(xù)作業(yè)零故障；壓縮室寬度加大，喂入量增大，效率提高10%以上；更適用于水田、丘陵山區(qū)及小地塊的秸稈收集打捆作業(yè)。

圖3 花溪玉田9YFZ-1.9履帶自走式方草捆打捆機Fig.3 Huaxiyutian 9YFZ-1.9 crawler self-propelled baler

(4)星光玉龍9YFL-1.9型履帶自走式打捆機。

星光玉龍機械(湖北)有限公司研制的9YFL-1.9型履帶自走式打捆機如圖4所示，撿拾寬度1.9 m，壓縮室截面尺寸(寬×高)為460 mm×360 mm。主要特點：無級變速、橡膠履帶行走、水田通過能力強；結(jié)構(gòu)緊湊、重心低、前后尺寸短、轉(zhuǎn)彎半徑小；側(cè)面膠帶柔性輸入，傳動平穩(wěn)、可靠性高，無需超越離合器；工作效率高(最大工作前進(jìn)速度1.8 m/s)、能耗低；撿拾裝置前置，田角地頭撿拾干凈徹底；裝車運輸方便，便于轉(zhuǎn)場及跨區(qū)作業(yè)[13]。

國內(nèi)方草捆撿拾壓捆機典型機型技術(shù)參數(shù)對比如表1所示。從撿拾寬度、壓縮室尺寸、掛接方式來看，我國方草捆撿拾壓捆機的發(fā)展已成系列化，小方草捆打捆機發(fā)展已趨成熟，逐漸向高密度、大截面方草捆壓捆機方向發(fā)展。然而，仍存在國產(chǎn)打結(jié)器可靠性低需依賴進(jìn)口，關(guān)鍵零部件可靠性差等問題。

圖4 星光玉龍9YFL-1.9履帶自走式打捆機Fig.4 Thinker Arrow 9YFL-1.9 crawler self-propelled baler

2.2 粉碎型方捆壓捆機

粉碎型方捆壓捆機通常由牽引架、粉碎割臺、輸送喂入機構(gòu)、活塞、壓捆室、打捆機構(gòu)和傳動系統(tǒng)等部分組成。帶有除塵功能的粉碎型方捆壓捆機還有除塵裝置。粉碎刀的結(jié)構(gòu)型式分為甩刀式、Y型錘爪式和直刀式等。撿拾器寬度以2.2 m為主。

(1)雷沃MF60系列秸稈粉碎型壓捆機。

濰柴雷沃重工股份有限公司生產(chǎn)的雷沃MF60系列秸稈粉碎型壓捆機包括MF6032、MF6040、MF6045、MF6045A，撿拾寬度分別為1.6、2.0、2.2和2.2 m。雷沃MF6045型秸稈粉碎型壓捆機如圖5所示。其主要特點：采用高強度鏈條、雙排鏈結(jié)構(gòu)，傳動能力強，故障率低；強化安全螺栓，傳動強勁，安全螺栓斷裂次數(shù)顯著降低；雙用放捆可實現(xiàn)草捆不同擺放方式，滿足不同用戶需求；軸承密封性能高，且增加沖壓軸承座厚度，對多塵土的作業(yè)環(huán)境適應(yīng)更強，軸承使用壽命更長；打結(jié)器采用集中潤滑，用戶潤滑操作方便，可靠性高。

圖5 雷沃MF6045型秸稈粉碎型壓捆機Fig.5 LOVOL MF6045 flail-type baler

(2)華德粉碎型秸稈壓捆機。

中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司生產(chǎn)的華德粉碎型秸稈壓捆機包括9YFG-2.2型單刀軸切割揉碎壓捆機(圖6)和9YJS-2.2型雙刀軸切割揉碎壓捆機(圖7)，工作幅寬均為2.2 m。9YFG-2.2型單刀軸切割揉碎壓捆機的粉碎刀是甩刀式，割臺可與彈齒滾筒式撿拾器互換。9YJS-2.2型雙刀軸切割揉碎壓捆機的割臺采用前錘爪式+后甩刀式，揉碎效果更好，可以達(dá)到直接飼喂要求；采用獨立減振裝置，降低作業(yè)時割臺振動強度，延長整機使用壽命[14]。

圖6 華德9YFG-2.2型單刀軸粉碎壓捆機Fig.6 Huade 9YFG-2.2 flail-type baler

(3)順邦粉碎型除塵壓捆機。

四平市順邦農(nóng)機制造有限公司生產(chǎn)的粉碎型除塵壓捆機有9YFZ-2.2型秸稈飼料半自動打捆機(圖8)和9YFZ-2.2A型秸稈飼料全自動打捆機(圖9)，撿拾寬度2.2 m[15]。

9YFZ-2.2型秸稈飼料半自動打捆機可將不同類型的秸稈(臥稈、立稈、聯(lián)合收割機收獲后的秸稈)進(jìn)行撿拾、粉碎、除土、打捆、人工套袋，除駕駛員外還需人工套袋。缺點是增加人工成本，套袋操作人員勞動強度大。此機型逐漸被全自動打捆機替代。

表1 國內(nèi)方草捆撿拾壓捆機典型機型技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of typical models of domestic square baler

圖7 華德9YJS-2.2型雙刀軸粉碎壓捆機Fig.7 Huade 9YJS-2.2 double-chop baler

圖8 順邦9YFZ-2.2型秸稈飼料半自動打捆機Fig.8 Shunbang 9YFZ-2.2 semi-automatic baler

圖9 順邦9YFZ-2.2A型秸稈飼料全自動打捆機Fig.9 Shunbang 9YFZ-2.2A fully automatic baler

9YFZ-2.2A型秸稈飼料全自動打捆機對秸稈進(jìn)行撿拾、粉碎、除土、打捆、自動捆繩打包，只需駕駛員一人操作。生產(chǎn)效率2～3捆/min，每包質(zhì)量20～25 kg，配套動力≥132.3 kW。優(yōu)點：較半自動打捆機節(jié)約人工成本，效率高；收獲后秸稈的清潔度高，揉絲可調(diào)，滿足直接飼喂要求；高密捆包可以降低運輸成本；自動纏網(wǎng)裝置可以避免秸稈太碎造成的不成捆現(xiàn)象。缺點：液壓壓包系統(tǒng)限制了打捆機的收獲效率；夏季作業(yè)時液壓易發(fā)熱，影響作物的收獲；整機質(zhì)量大，能耗高，電控和液壓系統(tǒng)較多，維修困難，維護(hù)成本高。2020年農(nóng)機補貼公示銷量數(shù)據(jù)顯示，9YFZ-2.2A型秸稈飼料全自動打捆機銷量第1名，市場占比為13.35%。

國內(nèi)粉碎型方捆機典型機型技術(shù)參數(shù)對比如表2所示。粉碎型方捆機代表廠家有雷沃公司、華德公司和順邦公司等。

3 圓草捆卷捆機

3.1 撿拾圓捆卷捆機

(1)優(yōu)牧達(dá)圓捆機。

呼倫貝爾市瑞豐農(nóng)牧業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的優(yōu)牧達(dá)圓捆機包括3種機型：9YD-1.0型、9YG-1.2型和9YG-1.4型。其撿拾寬度分別為1 720、2 030和2 260 mm，成捆室尺寸(直徑×寬度)分別是900 mm×1 000 mm、1 200 mm×1 200 mm和1 200 mm×1 400 mm。9YG-1.4型圓捆機(圖10)特點：可連續(xù)螺旋喂入，喂入量大；集中潤滑，省時省力；采用全自動控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程定位和遠(yuǎn)程控制功能；成捆質(zhì)量大，捆型規(guī)則。

(2)遼寧海闊全齒輪傳動圓捆機。

遼寧海闊機械設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的9YH-1.25A型圓捆打捆機(圖11)，采用齒輪傳動取代鏈條傳動，齒輪全封閉，運行平穩(wěn)、操作安全，結(jié)構(gòu)簡單、故障率低，作業(yè)效率高。撿拾寬度為2.2 m，成捆室尺寸(直徑×寬度)為1 250 mm×1 250 mm。

表2 國內(nèi)粉碎型方捆機典型機型技術(shù)參數(shù)Tab.2 Technical parameters of typical models of domestic crushing square baler

圖10 優(yōu)牧達(dá)9YG-1.4型圓捆機Fig.10 YOMUDA 9YG-1.4 roll baler

圖11 海闊9YH-1.25A型圓捆打捆機Fig.11 Haikou 9YH-1.25A roll baler

(3)蒙拓9YT-1180型不停車圓捆機。

呼倫貝爾市蒙拓農(nóng)機科技股份有限公司生產(chǎn)的9YT-1180型不停車圓捆機(圖12)實現(xiàn)了不間斷打捆作業(yè)，以往的圓捆機捆包完成后，需要停車后進(jìn)行捆網(wǎng)，該機型完全不用停車等待，撿拾、捆網(wǎng)、吐捆等動作全部在設(shè)備行走中同步進(jìn)行，該機型大大提高了作業(yè)效率。該機撿拾寬度2.2 m，成捆室尺寸(直徑×寬度)為1 400 mm×1 700 mm。

國內(nèi)撿拾圓捆機典型機型技術(shù)參數(shù)對比如表3所示。現(xiàn)階段國內(nèi)圓捆機還處在發(fā)展階段，撿拾圓捆機種類較齊全，液壓控制、電子監(jiān)控及自動化技術(shù)在圓捆機的應(yīng)用還不成熟，田間作業(yè)時易發(fā)生故障。國內(nèi)圓捆機逐漸向高可靠性、智能化方向發(fā)展。

圖12 蒙拓9YT-1180型不停車圓捆機Fig.12 Mengtuo 9YT-1180 non-stop roll baler

3.2 粉碎型圓捆卷捆機

(1)蒙力ML8218型秸稈切割揉碎圓捆機。

呼倫貝爾市蒙力農(nóng)牧業(yè)機械制造有限公司生產(chǎn)的蒙力ML8218型秸稈切割揉碎圓捆機(圖13)，撿拾寬度為1 844 mm，成捆室尺寸(直徑×寬度)為1 100 mm×1 250 mm，撿拾器結(jié)構(gòu)型式為甩刀式，滾筒數(shù)量為16個。該機粉碎裝置和撿拾器可以實現(xiàn)互換，不但可以收獲割倒鋪放后的秸稈，還可以收獲站立的玉米等高稈農(nóng)作物秸稈，滿足不同客戶群體的需求。駕駛室內(nèi)配置終端控制手柄，手動即可完成全部功能。根據(jù)客戶不同需求，可以選裝互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制器，可在線檢測打捆機的作業(yè)信息、地理位置信息等參數(shù)并可通過手機APP推送售后服務(wù)[16]。

(2)華德9YGR-2.2型切割揉碎圓草捆打捆機。

中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司生產(chǎn)的華德9YGR-2.2型切割揉碎圓草捆打捆機(圖14)，撿拾器寬度2 220 mm，成捆室尺寸(直徑×寬度)為1 200 mm×1 400 mm，撿拾器結(jié)構(gòu)型式為甩刀式，卷壓滾筒數(shù)量18個。采用智能控制系統(tǒng)，減少人力操作，方便用戶使用，具有故障診斷報警功能，可選裝GPS模塊實現(xiàn)實時監(jiān)控圓捆機作業(yè)[17]。

國內(nèi)粉碎型圓捆機典型機型技術(shù)參數(shù)對比如表4所示。粉碎型圓捆機是近幾年的新型機型，對于收獲高稈、硬質(zhì)秸稈有其突出的優(yōu)勢，越來越受到用戶的青睞。捆包易散捆是粉碎型圓捆機比較突出的問題。

表3 國內(nèi)撿拾圓捆機典型機型技術(shù)參數(shù)Tab.3 Technical parameters of typical models of domestic round balers

圖13 蒙力ML8218秸稈切割揉碎圓捆機Fig.13 Mengli ML8218 flail-type roll baler

圖14 華德9YGR-2.2型切割揉碎圓草捆打捆機Fig.14 Huade 9YGR-2.2 flail-type roll baler

表4 國內(nèi)粉碎型圓捆機典型機型技術(shù)參數(shù)Tab.4 Technical parameters of typical models of domestic crushing round baler

4 結(jié)束語

經(jīng)過多年引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的發(fā)展模式，國內(nèi)中、小型撿拾方捆機逐漸成系列化，可靠性不斷提高，品牌發(fā)展眾多，如“華德”、“順邦”等品牌公司不斷創(chuàng)新，研制出國內(nèi)獨有的秸稈粉碎型打捆機和清潔除塵壓捆機，為我國秸稈收集利用提供有力的裝備支持。不可否認(rèn)的是，國內(nèi)方捆機仍存在中低端產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，關(guān)鍵核心零部件如打結(jié)器還需依賴進(jìn)口的問題。對于國內(nèi)圓捆機的研究，多停留在某一固定機型的某些關(guān)鍵裝置的優(yōu)化與改進(jìn)上，而對于基礎(chǔ)理論的研究較少，無法從實質(zhì)上對機具進(jìn)行創(chuàng)新與突破。針對圓捆機作業(yè)過程中需停機纏網(wǎng)卸捆、無法連續(xù)作業(yè)這一問題，國內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)研制了不停機作業(yè)圓捆機，然而由于其可靠性較低、價格昂貴，用戶接受度不高。