再生稻收獲機的設計思路及技術路線探討

顧 偉，顧 杰，王占飛，陸利強，章呈杰，王 杰

（1.星光農機股份有限公司，浙江湖州 313017；2.湖州豐源農業裝備制造有限公司，浙江湖州 313017；3.蘇州久富農業機械有限公司，江蘇蘇州 215200）

0 引言

再生稻，亦稱稻孫子。利用中稻或早期收割后的稻茬，適當地施肥、灌水、中耕、除草，促使基節上的側芽萌發再分蘗。若氣溫適宜，萌發的再生蘗經20～30天即可抽穗，2個月左右成熟。由于再生稻具有省種、省肥、省工、增產增收等優點，近年來農業農村部為緩解平湖區及雙季稻區勞力不足的問題，在經過廣泛的市場調查和充分試驗后作出大力發展再生稻的嘗試，然而，受再生稻生長的生理特性及早期稻收獲的條件制約，目前尚未有合適的盡可能少的影響出芽率的專業再生稻頭季收獲機。因此開發配套再生稻頭季專業收獲機對提高再生稻收獲機械化水平具有重要意義。

1 再生稻收獲對機具的基本要求

再生稻因是利用頭季水稻稻樁重新發苗、長穗，再收一季的水稻，故屬早稻或中稻，生長期短，一般具有易脫粒特性，這對傳統聯合收割機來說作業性能不會有太大問題，目前市場上的聯合收割機基本上都能滿足，但正因為再生稻是在早期稻樁上重新發的苗，就不能對早期稻的稻茬有過多或過深的碾壓，但也做不到零碾壓，只能是盡可能少碾壓。那多少的碾壓率既能讓用戶可以接受，企業經過努力也能達到呢？為此，農業農村部最近正在制定的“再生水稻收獲機推廣鑒定大綱”（報批稿）就設置了直線碾壓率≤28% 這一指標，這對兩條履帶總寬普遍為割幅40%～45% 即直線碾壓率40%～45% 的傳統聯合收割機來說還是有明顯差距的。為此，自然而然地就想到了采用加大割幅減少履帶寬度的“寬割幅窄履帶”方案來應對。業內周知，大幅減少履帶寬度的后果是會大幅增加機具接地比壓的，這對水田作業機具特別是收獲品種為第二第三節位分糵的頭季再生稻是不被允許的。那么機具接地比壓增加多少才能被接受呢？若還是按JB/T 5117《全喂入聯合收割機 技術條件》要求的平均接地比壓≤24 kPa顯然是很難做到的，于是又提出一個既適當放寬，又能讓用戶可以接受的指標：平均接地比壓≤30 kPa。除以上兩個主要指標外，盡可能減少卸糧次數、減少田頭轉向碾壓、收后秸稈不能覆蓋在稻茬上等要求也被一一提出。那么再生稻收獲機到底要怎么設計？將采用什么結構或采取什么措施才能滿足用戶的需求呢？

要回答這個問題，可以從以下幾條思路予以考慮：

1）機型大小。由于再生稻種植區主要在四川、湖北、重慶、福建、湖南、江西等丘陵山區，相對田塊較小，機型太大下不了地，且窄小的山邊道路通過性差；太小功效又低，喂入量小，一天也收不了多少面積，故需根據當地自然條件設計選擇。總之，機型既不能太大也不能太小，宜選擇中型機為主，比如割幅1.8～2.3 m，喂入量3.0～4.0 kg。

2）機具輕量化。為提高再生稻的出芽率，早期稻收獲時田不能曬得太干，過分曬田會影響再生稻根、稈的活力，影響出芽率；同時成熟度要適中，一般會選莖稈帶青，莖稈含水率25%～30%時收獲。這就對機型的水田通過性提出了挑戰，既要滿足直線碾壓率≤28%，又要滿足平均接地比壓≤30 kPa，機型的輕量化就十分必要，但難度也不小。因履帶式聯合收割機本就屬水田機械，設計時已充分考慮了輕量化，要在此基礎上再大幅降低機重的可能性有限，只能是能降多少是多少，且還需注意應在不能降低產品的適應性、穩定性、耐用性、可靠性的前提下進行。

3）最小離地間隙。為能使再生稻有較好的再生能力，收割時稻茬通常被控制在280～380 mm之間，而傳統全喂入聯合收割機的最小離地間隙普遍在350 mm以內，一旦作業時機器下陷50～100 mm，就有可能拖拽稻茬，故適當提高機器的離地間隙很有必要，比如不低于400 mm。

4）盡可能少的田頭轉向碾壓。大綱上≤28%的碾壓率指的是直線碾壓率，但在田頭轉彎或掉頭時對稻茬的碾壓一點也不少于直線行走，這是因為現有聯合收割機的轉向都采用單邊制動轉向，轉向時被制動的那條履帶有一個滑動旋轉碾壓的過程，這對稻茬的損傷遠比直線行走的滾動碾壓嚴重。為此，為盡可能減少滑動碾壓而提出再生稻收獲機在調頭轉彎時應具備左右履帶差速運轉或反向運轉的能力就非常必要。

5）盡可能少的卸糧次數。傳統聯合收割機的卸糧方式有人工和自動兩種。發展至今，除小型機外幾乎都配備了高位360°自動卸糧，因受JB/T 5117標準接地比壓≤24 kPa的限定及作業時不能因糧箱裝滿而左右傾斜過大，一般糧箱不會設計的太大，就以傳統幅寬 2 m、重3 t的機型來說，以500～600 kg為多。這對再生稻收獲機來說還是稍小了點，多一次卸糧就多一次行走碾壓，故盡可能減少卸糧次數也是需重點考慮的。那么多大的糧箱合適呢？筆者認為在原有機型上再多裝50～100 kg即可。因為丘陵山區小于0.1 hm2的田塊占大多數，700 kg的糧箱已能基本滿足收獲機從下田作業至收割完成中途不需要卸糧。

6）秸稈粉碎拋撒排放。再生稻收獲機收獲后對秸稈的排放是有要求的，是不能覆蓋在收獲后稻茬上的，若不具備該功能而直接將脫后秸稈隨便拋撒機后會嚴重影響稻茬的出苗率的，故秸稈粉碎拋撒裝置應屬再生稻收獲機的標配。

歸納以上思路，再生稻收獲機需具備的基本要求是：機型適中，符合丘陵山區自然條件；直線碾壓率≤28%；平均接地比壓≤30 kPa；最小離地間隙 ≥400 mm；左右履帶能實現差速或反向運轉；儲糧箱容量大于等于700 kg；具備秸稈粉碎拋撒功能。

2 3種技術路線及代表機型的主要結構分析

根據以上基本要求對本次演示測評會上出現的3種技術路線機型進行分析，看看有哪些已經具備以及還有哪些尚未實現。

1）寬割臺配窄履帶底盤。本次演示測評會上出現最多的技術路線是“寬割臺配窄履帶底盤”，即將傳統全喂入聯合收割機選配大割幅割臺、更換窄一號履帶、配秸稈粉碎裝置。比如有2款機型是在原2 m傳統機型的基礎上將割臺幅寬更換成2.6 m或2.8 m，將 400 mm或450 mm寬的履帶更換成350 mm。采用該方案雖直線碾壓率因割幅的增加及履帶寬度的減少而大幅降低，但同時也帶來平均接地比壓的大幅增加。為盡可能降低平均接地比壓，其中有1臺機還對割臺、脫粒部件進行了輕量化設計。若以機重W為3 200 kg、割幅F為2 000 mm、履帶寬B為400 mm、行走方式為HST+機械變速箱的傳統全喂入機型改割幅為2 600 mm、履帶寬為350 mm為例，設W不變仍為3 200 kg，則產品的直線碾壓率N（=2B/F）將由原來的2×400/2 000=40%降低為2×350/2 600=26.92%；接地比壓Y 因履帶接地寬度減少了1/8，也將由原來的24 kpa上升至27.4 kPa。

從以上例子可看出，采用該技術路線改造的機型雖直線碾壓率有了很大的降低，接地比壓增加后也在標準范圍內，確實是一種不錯的選擇，但若從考慮丘陵山區道路通過性、掉頭方式、再生稻與傳統稻的收獲轉換適應性，還是有一些不足存在：

①割幅的加大導致丘陵山區的道路通過性下降；②單邊制動轉向模式產生的滑動碾壓對稻茬的損傷較大；③轉收傳統水稻時適應性下降。

2）雙脫粒配單傳統底盤。本次演示測評會上出現的第二種技術路線是“雙脫粒配單傳統底盤”，也稱“雙通道喂入式再生稻收割機”。該機相當于將2套小型縱軸流聯合收割機的工作部件安裝于1套配置履帶寬400 mm的傳統聯合收割機行走底盤上而形成“一拖二”式機型。由于是將2套工作部件合二為一，則割幅勢必會大幅增加至3 m左右，直線碾壓率雖相應減少至2×400/3 000=26.67%，低于再生稻收獲機直線碾壓率≤28%的基本條件。但3 m的幅寬也大大降低了丘陵山區小塊田收獲及窄小道路行走的適應性。

再計算接地比壓Y，按GB/T 30965-2014《土方機械 履帶式機器平均接地比壓的確定》標準計算公式Y=1 000×9.807×W/2×B×L。從該機的公開技術資料獲悉，其履帶接地長度L=1 800 mm、履帶寬 B=400 mm、整機重W=3 250 kg，則接地比壓 Y=9 807×3 250/800×1 800=22.13 kPa，不僅滿足再生稻收割機接地比壓需≤27 kPa指標，也滿足了 JB/T5117-2017《全喂入聯合收割機 技術條件》中接地比壓應≤24 kPa的要求，非常適合南方水田作業。

該技術路線的優缺點非常明顯，優點是接地比壓小，可適應泥腳較深的水田作業。缺點是機型太寬不適應丘陵山區小田塊作業及窄小道路行走。

3）傳統割臺配差速轉向高地隙底盤。本次演示測評會上還出現了一種全新的技術路線，即為提高丘陵山區道路通過性與多作物收獲適應性，該機采用2 m幅寬傳統全喂入聯合收割機的工作部件與全新設計的雙泵雙馬達全液壓驅動底盤組合，其基本參數及結構：割幅2 000 mm、履帶寬280 mm、機重3 200 kg、軌距 1 600 mm、最小離地間隙500 mm、雙泵雙馬達全液壓驅動、差速轉向、13齒大直徑驅動輪、驅動輪離地仰角6.7°。

首先計算直線碾壓率N，按N=2 B/F 計算，B=280 mm、F=2 000 mm，則N=560/2 000=28%，滿足再生稻收獲的28%基本指標，但為盡可能降低直線碾壓率，提出一種新操作方法，即將軌距增加至 1 600 mm，使第二圈其左側履帶壓在上一圈右履帶壓痕上，以實現第一圈2條壓痕，第二圈3條壓痕，第三圈4條壓痕，以此類推，直線碾壓率從第一圈的28%，第二圈的21.53%，第三圈的20.36%，直至第四圈后的20%以下。但該方法對機手的操作技術要求較高，須確保每增加1圈只增加1條壓痕。

再計算接地比壓Y，由于采用大直徑驅動輪+低仰角結構，同樣節數的履帶接地長度可增加10%以上。按GB/T 30965-2014《土方機械 履帶式機器平均接地比壓的確定》標準測量，原51節傳統機型接地長度1 531 mm（第一個支重輪中心至履帶張緊輪中心水平距離），采用該結構后可增加至1 750 mm（驅動輪中心至履帶張緊輪中心水平距離），也就是接地長度增加了14%。為進一步加長，履帶選用61節即又增加了225 mm，達到了1 975 mm，按公式 Y=1 000×9.807×W/2×B×L，Y=9 807W/2BL=28.5 kPa。

歸納該技術路線的機型也可以看出，優點是：①幅寬小、軌距大，道路通過性好；②較大田塊作業時，直線碾壓率有望降至20%以下；③履帶差速轉向能有效減少調頭時的滑動碾壓，④采用傳統工作部件，再生稻、傳統稻、小麥均可收獲，無需更換零部件。但不足的是：①產品的接地比壓略顯過大；②過長的接地長度增加了轉向阻力。為此，該機型還有進一步優化的空間。

3 3種技術路線的優化潛力分析

第一種技術路線的優化潛力已被充分挖掘，若再將履帶也換成280 mm，雖割幅可降低至2 100 mm，但在機重不變的前提下，接地比壓將大幅增加至 34 kPa，基本就下不了水田了，除非增加履帶節數和減輕機重，但履帶節數是不能隨便增加的，為減少轉向阻力，軌距也要相應增加。比如由原51節增加至56節，接地比壓雖可由34 kPa下降至30 kPa，但已到極限。再說機具的割臺、脫粒部件已經過了一輪輕量化，再要在底盤及其他方面輕量化的余地不大，除非更改原材料或犧牲適應性、可靠性。

第二種技術路線的優化潛力似乎也不大，因為采用2套工作部件配1臺行走底盤的“一拖二”結構，機型幅寬必然較大且很難小型化。雖然其接地比壓大幅優于另2種技術路線，但過大的幅寬也嚴重影響了丘陵山區的小田塊適應性、道路通過性，很難讓用戶所接受。

第三種技術路線的優化潛力相對上2種大，雖接地比壓偏重、轉向阻力偏大，但只需通過降低機重至2 800 kg，61節280 mm履帶換成56節即可基本解決。更換后履帶接地長度雖減少了225 mm，但接地比壓Y=9 807×2 800/2×280×1 795=27.3 kPa，小于大綱要求的≤30 kPa指標。若采用350 mm履帶，除幅寬需相應加大至2 500 mm外，接地比壓還可大幅減小。

4 結論

1）從降低再生稻直線碾壓率的效果來看，3種技術路線都能實現。

2）從丘陵山區小田塊作業適應性及道路通過性來說，采用“傳統割臺配差速轉向高地隙底盤”技術路線的效果最好，采用“寬割臺配窄履帶底盤”技術路線其次，采用“雙脫粒配單傳統底盤”最差。

3）從降低產品接地比壓來說，“雙脫粒配單傳統底盤”技術路線的效果最好，“寬割臺配窄履帶底盤”技術路線和“傳統割臺配差速轉向高地隙底盤”技術路線雖也能實現，但有一定難度。

4）從產品是否具有差速轉向功能來說，只有“傳統割臺配差速轉向高地隙底盤”技術路線具備，其余2種均不具備。

5）從能否配備大于700 kg容量儲糧箱來說，采用“雙脫粒配單傳統底盤”技術路線最容易，其余2種相對難度大些。

6）從是否配備秸稈粉碎裝置來說，3種技術路線都能實現（詳見表1）。

表1 三種技術路線再生稻機型已實現再生稻頭季收獲的基本要求歸納表