山區谷子收獲機械化的創新分析

河北省農林科學院糧油作物研究所 籍俊杰 張峰 李謙

作為世界上最古老的農作物之一，谷子的種植歷史十分久遠，這種耐干旱、易存活的農作物養活了一代又一代的中國人。我們國家是最早種植谷子的國家，在我國的河北、河南、內蒙古、陜西等地都廣泛種植谷子[1]。但是這些地方的谷子大多種植在丘陵、山地，雖然谷子的存活能力強，但是其產量依舊受到了較為嚴重的影響。丘陵山地的谷子不僅產量受到影響，其收獲機械化的發展也受到了限制，如果在平地，大型機械很容易進行作業，可以大大提升谷子的收獲效率，但是在丘陵以及山地中，受復雜地形影響，機械的作業會受到限制，從而影響機械化進程。當前我國山區的谷子收獲依舊以人工收割半機械化為主，如何解決該收獲的機械化問題，是實現山區谷子收獲機械化的關鍵。

1 當前我國谷子收獲模式

受到谷子種植規模、地形等方面的影響，所以也形成了不同的谷子收獲模式，機械化的谷子收獲可以大大提升谷子收獲的效率，減輕農民的工作負擔，促進整個地區的經濟發展。當前，我國谷子的收獲模式分為三種，分別是聯合收獲機械化模式、分段收獲機械化模式以及人工收割半機械化模式，三種模式適用的地形以及種植規模不同。

1.1 聯合收獲機械化模式

聯合收獲機械化模式可以極大提升谷子收獲的效率，同時也是一種谷子收獲工作高度機械化的模式，但是這種模式對于地形、種植規模等要求較高，在山區并不適用。這種模式適用于大面積種植的農戶或者農業合作社等，并且要求是66 公頃以上面積的較為平坦的地形，一般的散戶種植達不到這樣的規模，所以也不適用這種收獲模式。這種模式可以將谷子的收割、運輸、脫粒、分離、清選等步驟都實現機械化運作[2]。因為這些地區的機械化程度高，種植規模也較大，所以谷子種植產業的發展也較好，農戶有著較高的收益。

1.2 分段收獲機械化模式

這種模式針對的是一家一戶的種植模式，雖然看上去谷子種植的總規模較大，但是由于農戶較為分散，并且收獲時都以各家為單位，不宜進行大規模的聯合收獲機械化，所以需要進行分段收獲機械化。每家每戶種植的面積并不大，單獨收獲時，并不滿足使用大規模機械的條件，針對這樣的情況，分段收獲機械化模式就可以良好適應。與聯合收獲機械化模式有較大區別，分段收獲機械化模式將收割、晾曬、脫粒的步驟分開進行，由于地形的限制，所以只能讓手扶拖拉機或者小四輪拖拉機進入場地工作，先利用手扶拖拉機配套的割曬機收割成熟的谷子，并將這些谷子進行晾曬，之后再用脫粒機進行脫粒。由于谷子存在著后熟的現象，所以利用分段收獲機械化模式也十分符合谷子的后熟特點。某些山區的谷子收獲也可以適用分段收獲機械化模式，可以極大提升農民的工作效率，但是這樣的山區地形較為簡單，對于那些較為復雜的山區，即使分段收獲機械化的模式也難以適應。

1.3 人工收割半機械化模式

山區受到地形的限制，有些地方不適合手扶拖拉機進入，并且，山區種植的谷子較為分散，即使有些地方允許手扶拖拉機進入，但是由于山區地形復雜，距離遠、耗油高，會帶來較高的經濟成本，農戶種植谷子本來能夠收獲的利益較少，如果使用機械耗費了大量成本，那么他們最終的收獲就會更少，于他們而言十分不劃算。所以這些地區進行谷子收獲時，主要以人工收割的方式進行，最后再使用機械進行輔助脫粒或者清選。其流程一般為，首先先將谷子進行人工收割，隨后進行人工摘穗，隨后再通過人工進行脫粒或者使用機器進行脫粒，這種收獲方式較為傳統，對人力的需求較高，即使實現了半機械化，但是也需要耗費大量人力，工作效率也較低，農民的工作強度非常高，于谷子種植業的發展不利。針對當前我國山區谷子收獲人工收割半機械化的現狀，如何提升其機械化的覆蓋率，減少山區谷子收獲過程中的人力以及經濟成本支出，是十分重要的研究課題。

2 當前我國常用的谷子收獲機械

谷子收獲的機械化可以提升農民的工作效率，但是當前我國常用的谷子收獲機械較難處理山區的谷子收獲問題，所以需要對這些機械的優缺點進行分析，并結合山區特點以及谷子本身存在的特點，給出相應的創新改良意見。

2.1 谷子割曬機

谷子割曬機是專門進行谷子收割晾曬的機械，其工作效率遠遠大于人工，并且使用該機械進行作業時，谷稈的回收也十分容易。谷子割曬機可以與手扶拖拉機或者小四輪拖拉機進行配套，從而適應不同地理環境下的使用。谷子割曬機對地形的要求較小，因而受到農戶的廣泛歡迎，但是由于谷子具有秸稈高、谷穗較大、籽粒容易散落等特點，所以農戶在使用谷子割曬機進行谷子的收割工作時，常常出現谷子喂入困難、纏繞、鋪放不整齊、籽粒損失等問題，這些問題會影響谷子的收獲，于農戶而言可能會造成一定損失。

2.2 谷子脫粒機

當前為我國的谷子脫粒機分為兩種，分別為谷穗脫粒機以及整株脫粒機，這兩種脫粒機由于價格低，使用起來方便快捷，所以受到了農戶們的喜愛，但是這兩種脫粒機都存在一定的缺點，影響了其使用效果[3]。如果在進行脫粒工作時，人工喂養谷子秸稈存在不均勻的現象，那么就容易出現機械的纏繞、堵塞等，并且還可能出現谷粒破損、漏籽量大、清選效果差等問題，農戶可能因此而遭受損失，本來農戶種植谷子的利潤并不高，再加上這部分損失，他們的收益就會更少，也會打擊到農戶種植谷子的積極性。

2.3 谷子聯合收獲機

谷子聯合收獲機也分為兩種類型，分別為軸流式聯合收獲機以及切流式聯合收獲機。兩種收獲機在進行谷子的收割、脫粒、清選等工作時，常常會由于谷子谷穗大的特點，而出現谷稈喂入困難、脫粒困難、谷穗擊碎等問題。當前我國的谷子聯合收獲機主要通過擊打或者揉搓的方式實現谷子的脫粒，這種方式的脫粒效果有些不盡人意。在山區地域，谷子聯合收獲機并不適用，因為該機械對于地形的要求較高，還需要擁有較為寬闊的地方，并且其收獲的規模也較大，山區一般都會散戶種植，相互之間的距離比較遠，規模也較小，所以谷子聯合收獲機并不適用于山區的谷子收獲。

3 當前我國谷子收獲機械化發展存在的主要問題

拋開丘陵、山地等地形限制不談，谷子本身的一些特征也會嚴重影響收獲機械化的效果，即使通過機械，提升了谷子收獲的效率，但也會造成大量的谷子損耗，對于農戶來說，也有較大的損失，所以這些問題都需要在谷子收獲機的創新中獲得解決。

3.1 地形限制問題

雖然我國大部分種植谷子的地區都位于平原，但是也有部分谷子種植在山區，河北省是我國谷子的主要種植區域之一，在該地區，就有大部分山區種植谷子，山區固有的地形限制了大型機械的作業，即使是小型機械，在這樣復雜的地形之中，也難以發揮作用，或者會耗費大量的經濟成本，得不償失，對于農戶來說，僅有的一點方便并不足以彌補其經濟損失，并且，山區種植谷子的農戶經濟實力有限，他們更注重經濟成本，如果谷子收獲的機械化可以給他們提供一定便利，但是需要他們付出較大的經濟成本，對于他們而言也得不償失，這也給山區谷子收獲機械化的發展造成了一定的不利影響。

3.2 谷子特點限制

與別的農作物不同，谷子在成熟之后，其谷穗較為飽滿，下沉現象較為嚴重，并且谷穗會相互絞纏在一起，在使用機械進行谷子的收獲工作時，常常會出現清選方面的問題，或者谷穗纏繞機器，脫粒不干凈等。這些都是谷子特點限制從而導致的問題，在進行谷子收獲機械化創新時，也需要充分考慮到谷子的特點，從而創新出更適宜收獲谷子的機器。

4 山區谷子收獲機械化的創新分析

針對山區環境以及谷子本身所具有的特點，在進行收獲機械化的創新時，要盡量控制機械的運輸難度，降低運輸成本，同時提升機器的工作效率，讓機器可以實現更充分的脫粒，為農戶創造出更大的經濟價值。

4.1 機械的創新需求

在山區中使用的谷子收獲機械，既要考慮到經濟效益，同時也要考慮到其工作成效。所以需要一種可以集收割、晾曬、運輸、脫粒等功能于一體的機械，這樣可以在很大程度上提升山區農戶收獲谷子時的機械化水平，讓他們擺脫原來的半機械化狀態，提升他們的工作效率，減輕他們的工作負擔[4]。再加上山區谷子種植分散、往來路途較遠的特點，該機械不僅要適應山區的復雜嚴苛環境，即使運動了較遠距離，其耗費的經濟成本也應該控制到一個較低的范圍，減少農戶的經濟支出。同時，還需要考慮到散戶種植時的勞力問題，散戶種植的種植面積小，再加上大部分農村勞力都選擇外出務工，所以一般農戶家中的勞力少，所以該機械最好能夠單人操作。最后，針對谷子成熟后谷穗飽滿、下沉、絞纏等問題，會影響到機械的運行，并且會影響到機械工作的效果，所以還需要針對該特點進行設計，提升機械的脫粒、清選等工作效果。

4.2 技術創新

為了滿足以上創新需求，可以設計出一款能夠單人操作的手推式谷子收獲機，通過手推的形式，控制該機械的大小，從而滿足山區復雜道路的行進條件，再加上手推的形式，可以盡量減少其能量消耗，節約經濟成本。現在基本每家每戶都有電動車，所以可以考慮將谷子收獲機的能源設置為電動的形式，這樣農戶可以使用電動車的蓄電池給收獲機提供動力，既滿足了控制成本的需求，同時也可以給予農戶最大的使用方便[5]。針對谷穗飽滿、下沉的問題，手推式谷子收獲機也可以較好應對該情況，在遇到下沉現象較為嚴重的谷子時，農戶可以先用機械將谷字底部的谷稈切斷，然后撿起整株谷子，將谷穗頭送入谷穗切割機部分進行切割，剩下的谷稈則可以手動放置在一旁的田地上。該機械應該配備有兩個切割機，分別為谷穗切割機以及谷稈切割機，農戶推動收獲機進行作業時，谷穗切割機運轉將谷穗下方的谷稈切斷，隨后谷穗掉入收集袋，而谷稈切割機運轉，將谷子底部的谷稈切斷，被切斷后的谷稈在導向桿的作用下，整齊有序地排列在田地中。面對倒伏程度較低的谷子時，農戶可以手動或者利用倒伏扶桿進行扶正，隨后進行正常的切割作業。這樣的設計也可以較好地解決谷穗絞纏問題，即使不同谷子的谷穗相互絞纏在一起，但是農戶的機械收割會依次序將各谷子植株收割，絞纏在一起的谷穗也會掉入相同的收集袋，這樣其絞纏帶來的不利影響將會降到最低。由于能源采用了蓄電池，所以還需要考慮到其電耗以及效能問題，在避免出現電耗過快的同時也需要避免動力不足的情況，所以收獲機的切割刀需要按照斜切原理進行設計，讓切割刀相對谷稈有一定的傾斜度，這樣的切割最省力，同時也要計算出切割刀的最佳旋轉速度，從而保障切割效率與能耗之間的平衡。

4.3 脫粒、清選

在完成了切割工作之后，農戶可以將收集到的谷穗運輸到家中進行脫粒、清選，即在田地中主要完成切割收集部分，這樣可以減少機械的運作負擔。如果需要在田地中完成脫粒清選時，那么勢必需要增加機械的體積，從能源損耗以及山區復雜道路的行進方面進行考慮，很顯然這樣是較為不科學的，所以可以將脫粒、清選等步驟放到農戶家中或者別的地方完成。

5 結語

機械化是提升勞動效率的良好方式，對于谷子種植與收獲來說，平原地區的大規模種植已經可以較高程度地實現機械化，這也促進了這些地區的經濟發展。河北省作為我國谷子種植的大省之一，該地區中有不少谷子種植在山區，山區復雜的地形以及散戶種植的形式，都給谷子收獲的機械化帶來了不少困難，再加上谷子本身的特征，也影響到當前谷子收獲機械的運行，所以對于山區的谷子收獲工作來說，更需要創新的技術。針對以上情況，本文提出了手扶谷子收獲機的創新形式，并且將其能源改成蓄電池，通過電力的驅動，可以節省農戶的經濟成本，同時他們也可以利用家中的電動車蓄電池作為能源，極大地方便了他們的使用，可以滿足山區環境下谷子的機械化收獲需求，農戶在田地中完成谷子的收割工作，然后到別的地方進行脫離、清選，采用分段式的方式，可以在很大程度上避開山區地形的影響限制。