玉米收獲方式思考

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本文作者：陳志、郝付平、王鋒德、蘇文鳳、崔俊偉 單位：中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院

中國(guó)玉米有一熟、兩熟等種植農(nóng)藝，種植行距不統(tǒng)一，收獲時(shí)籽粒含水率較高，各產(chǎn)區(qū)對(duì)玉米收獲的要求不同，發(fā)達(dá)國(guó)家的玉米收獲工藝及裝備只能適用于中國(guó)部分地區(qū)玉米的收獲。20世紀(jì)60年代初，中國(guó)開(kāi)始進(jìn)行玉米聯(lián)合收獲技術(shù)與裝備研發(fā)，1967年中國(guó)農(nóng)機(jī)院研制了YS-3型牽引式玉米收獲機(jī)，可進(jìn)行摘穗、果穗集箱聯(lián)合作業(yè);1979年中國(guó)農(nóng)機(jī)院與黑龍江省農(nóng)機(jī)所、趙光機(jī)械廠(chǎng)聯(lián)合研制了4YL-2型和4YW-2型牽引式玉米收獲機(jī)，是我國(guó)玉米收獲機(jī)最早的定型產(chǎn)品;1988年中國(guó)農(nóng)機(jī)院與北京市、黑龍江省合作引進(jìn)蘇聯(lián)可進(jìn)行摘穗—果穗剝皮—青貯聯(lián)合作業(yè)的KCKY-6型玉米聯(lián)合收獲機(jī)，能基本適應(yīng)北方地區(qū)的農(nóng)藝要求，但由于價(jià)格昂貴未能大面積推廣;1991～1999年中國(guó)農(nóng)機(jī)院與北京、新疆、四平和佳木斯聯(lián)合收割機(jī)廠(chǎng)合作開(kāi)發(fā)了4YZ-3型和4YZ-4型自走式玉米收獲機(jī)，為中國(guó)玉米收獲機(jī)械的發(fā)展提供基礎(chǔ)機(jī)型。近年，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移和用工成本增加，玉米收獲機(jī)械化需求的日趨迫切和國(guó)家扶持力度的加大，從事玉米聯(lián)合收獲機(jī)械研發(fā)與生產(chǎn)單位已有上百家，生產(chǎn)的機(jī)型涵蓋摘穗—?jiǎng)兤ぁ胧占o稈粉碎還田(或切碎回收)、摘穗—果穗收集—莖稈粉碎還田(或切碎回收)、摘穗—果穗脫粒—籽粒收集—莖稈粉碎還田(或切碎回收)等多種收獲工藝，截至2011年，玉米收獲機(jī)保有量已達(dá)到18.9萬(wàn)臺(tái)，當(dāng)年新增玉米收獲機(jī)6.1萬(wàn)臺(tái)，詳見(jiàn)表1。

玉米收獲機(jī)械化通用技術(shù)與裝置

1摘穗技術(shù)與裝置

摘穗輥式，由一對(duì)斜置的摘穗輥組成，摘穗輥表面帶有龍爪形凸起，作業(yè)時(shí)相向旋轉(zhuǎn)，將玉米莖稈向下拉動(dòng)，粗大的玉米果穗在摘穗輥的擠壓下與玉米莖稈脫離，摘下的玉米果穗在輸送鏈條的作用下，進(jìn)入橫向螺旋輸送器并向后輸送，該種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摘穗時(shí)斷莖稈少，但莖稈粗大、含水率較高時(shí)摘穗輥易堵塞，由于摘下的玉米果穗與旋轉(zhuǎn)的摘穗輥接觸，果穗含水率較低時(shí)啃穗嚴(yán)重，該種摘穗裝置多應(yīng)用于我國(guó)背負(fù)式玉米收獲機(jī)［5～7］。摘穗板與拉莖輥組合式［8～9］，由摘穗板和拉莖輥組成，拉莖輥一般為4棱或6棱輥，作業(yè)時(shí)相向旋轉(zhuǎn)的拉莖輥將玉米莖稈向下拉動(dòng)，在摘穗板的作用下果穗脫離玉米莖稈，輸送鏈條將摘下的玉米果穗送進(jìn)橫向螺旋輸送器，該種形式摘下的果穗不與旋轉(zhuǎn)的拉莖輥接觸，果穗損傷小，籽粒破碎率低，但莖稈含水率較高時(shí)斷莖稈較多，需配置專(zhuān)門(mén)的排雜裝置。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，谷物聯(lián)合收獲機(jī)配置玉米收獲臺(tái)直接收獲玉米籽粒［10］，斷莖稈可直接進(jìn)入脫粒裝置，玉米收獲臺(tái)基本采用摘穗板與拉莖輥組合式摘穗裝置;我國(guó)自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)基本都配置了排雜剝皮裝置，收獲臺(tái)也多采用摘穗板與拉莖輥組合式摘穗裝置。

2剝皮技術(shù)與裝置

果穗剝皮是玉米收獲中的重要環(huán)節(jié)。收獲期遇陰雨天，若不能剝除玉米苞葉，玉米籽粒容易發(fā)霉。玉米收獲時(shí)，果穗成熟度、苞葉緊實(shí)度、含水率等生理特性各不相同，往往不能兼顧剝凈率與啃穗率，果穗剝皮是目前尚未解決的技術(shù)難題。剝皮裝置多采用輥式剝皮原理，依靠剝皮輥對(duì)果穗苞葉的摩擦力，將苞葉剝除［11～16］。摩擦力增大，果穗剝凈率增高，啃穗掉粒現(xiàn)象也隨之嚴(yán)重;反之，啃穗掉粒少，但果穗剝凈率降低。剝皮裝置主要由若干對(duì)相向回轉(zhuǎn)的剝皮輥和壓送器組成，剝皮輥軸線(xiàn)與水平呈100°～120°傾角，以利于果穗沿軸向下滑，壓送器設(shè)置在剝皮輥的上方，工作時(shí)壓送器將玉米果穗壓向剝皮輥并向后推送，旋轉(zhuǎn)的剝皮輥將玉米果穗苞葉撕開(kāi)，并從剝輥的間隙中拉出。剝皮輥布置方式有高低輥式(圖3)和平輥式(圖4)兩種，高低輥式剝皮裝置由幾對(duì)軸心高度不等的剝皮輥組成，呈V形或槽形布置，V形配置的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但果穗容易向一側(cè)流動(dòng)(因上層剝皮輥的回轉(zhuǎn)方向相同)，槽形配置果穗橫向分布較均勻，性能較好。高低輥式剝皮輥?zhàn)鳂I(yè)時(shí)由于每對(duì)剝皮輥對(duì)果穗的摩擦力大小不同(上輥較小，下輥較大)，果穗產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，剝凈率較高，但啃穗嚴(yán)重。平輥式剝皮裝置剝皮輥軸心處在同一平面內(nèi)，降低了啃穗，但也降低了果穗剝凈率，該種布置形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。

3秸稈處理技術(shù)與裝置

針對(duì)各玉米產(chǎn)區(qū)對(duì)玉米秸稈的不同需求，在玉米收獲機(jī)上配置粉碎還田裝置或切碎回收裝置，在收獲玉米果穗的同時(shí)，將秸稈粉碎還田或切碎回收。(1)秸稈粉碎還田［17～20］:主要有甩刀式、滾刀式、滾刀甩刀組合式切碎裝置，以及滅茬還田機(jī)，如圖5所示。甩刀式:高速旋轉(zhuǎn)的甩刀設(shè)置在拉莖輥下方，通過(guò)無(wú)支撐切割將玉米莖稈切成段狀還田。滾刀式:在摘穗板下方設(shè)有一個(gè)拉莖切碎輥和與之配套的圓弧凹板，在圓弧凹板支撐下拉莖切碎輥將莖稈拉下并切成段狀還田。滾刀甩刀組合式:6棱拉莖輥與4棱拉莖輥配合使用，兩拉莖輥的下方設(shè)有一圓盤(pán)滾刀將莖稈壓扁、破裂，設(shè)置在圓盤(pán)滾刀下方的高速旋轉(zhuǎn)甩刀將裂開(kāi)的莖稈進(jìn)一步切斷，提高切碎質(zhì)量。滅茬還田機(jī):通過(guò)一組高速旋轉(zhuǎn)的甩刀將田間玉米秸稈粉碎并滅茬。(2)秸稈切碎回收［21～24］:玉米聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)時(shí)，配置在收獲臺(tái)下方(或機(jī)器中部)的秸稈切碎回收裝置，將秸稈切下并切碎拋送裝箱或裝車(chē)，作為飼料或燃料，如圖6所示。

玉米收獲機(jī)械化新技術(shù)探索———不分行玉米收獲技術(shù)

黃淮海玉米區(qū)，多為一年兩熟制，種植模式復(fù)雜，種植行距不統(tǒng)一，而目前中國(guó)玉米機(jī)械化收獲以對(duì)行收獲為主，不能適應(yīng)不同種植行距的玉米收獲。因此，相關(guān)企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)積極開(kāi)展了不分行玉米收獲機(jī)械技術(shù)的研究與探索，以提高玉米聯(lián)合收獲機(jī)對(duì)種植行距的適應(yīng)性，促進(jìn)玉米收獲機(jī)械化發(fā)展。

1窄行距式

普通玉米收獲機(jī)相鄰分禾器間距為600mm左右，玉米植株在分禾器高度的橫向最大偏移量為300mm;采用窄分禾器，相鄰分禾器間距為450mm左右，玉米植株在分禾器高度的橫向最大偏移量為225mm，玉米植株進(jìn)入摘穗裝置后的偏移量減小，如圖7a所示。但該型式雖能減小玉米植株進(jìn)入摘穗裝置的彎曲量而提高摘穗質(zhì)量，但在相同幅寬下，增加了摘穗單元個(gè)數(shù)，增加了生產(chǎn)成本，故未能大批量進(jìn)入市場(chǎng)。

2錐螺旋喂入式

收獲臺(tái)采用錐螺旋分禾器，模仿單手抓取動(dòng)作，分禾同時(shí)向后推送玉米植株，提高了行距適應(yīng)性，如圖7b所示。該種型式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用于株高2m以下的玉米收獲，目前只在山西玉米區(qū)得到小批量推廣應(yīng)用。

3喇叭口形雙鏈條喂入式

收獲臺(tái)喂入鏈條前伸呈“喇叭口”形，模仿雙手抓取動(dòng)作，主動(dòng)抓取玉米植株，部分機(jī)型在相鄰分禾器中間還配置了扶禾桿［25］，如圖7c所示。喂入鏈條擴(kuò)大了強(qiáng)制喂入?yún)^(qū)域，提高了機(jī)器行距適應(yīng)性;扶禾桿減小了玉米植株進(jìn)入摘穗裝置的偏移量，并扶起傾斜的玉米，提高摘穗質(zhì)量。該種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于株高3m以下的玉米收獲，目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多。

4指狀撥禾星輪式

中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制的指狀撥禾星輪式不分行玉米收獲臺(tái)，模仿人工一手扶持、一手摘穗的收獲過(guò)程，主要由摘穗板、拉莖輥、分禾器、撥禾星輪、扶禾導(dǎo)入輥等組成，如圖7d所示。作業(yè)時(shí)，扶禾導(dǎo)入輥、撥禾星輪、螺旋拉莖輥形成上、中、下3點(diǎn)動(dòng)態(tài)扶持，實(shí)現(xiàn)傾斜玉米的扶起、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定喂入、單株連續(xù)直立喂入，能夠適應(yīng)任意種植行距玉米的收獲［26～27］。由于該種收獲臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高，尚未批量生產(chǎn)。

制約玉米收獲機(jī)械化推廣的因素

中國(guó)玉米機(jī)械化收獲技術(shù)歷經(jīng)50多年的發(fā)展，技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，作業(yè)性能與國(guó)外機(jī)型相差不大，但是玉米機(jī)械化收獲水平依然很低，制約中國(guó)玉米收獲機(jī)械化推廣的因素主要有以下幾個(gè)方面:(1)玉米生物特性差異較大增加機(jī)收難度玉米品種多而雜，其生長(zhǎng)期、植株形態(tài)、結(jié)穗高度、果穗大小及苞葉緊密度等生物特性差異較大，同一品種的玉米，在成熟的早、中、晚期生物特性差異性大，早期收獲造成斷稈過(guò)多，而晚期收獲又極易啃穗，很難實(shí)現(xiàn)在4葉黃的最佳收獲期收獲，給玉米機(jī)械化收獲帶來(lái)很大困難。(2)多種栽培模式制約玉米機(jī)械化收獲的發(fā)展由于各地區(qū)土質(zhì)、氣候、耕作習(xí)慣等差異，導(dǎo)致玉米種植的壟距、行距差異性較大，甚至還有間作、套作等栽培方式，而目前玉米收獲以對(duì)行收獲為主，多樣的種植模式已成為制約我國(guó)玉米收獲機(jī)械化發(fā)展的主要因素之一。(3)收獲模式制約玉米機(jī)收獲械化的發(fā)展國(guó)內(nèi)以收獲玉米果穗為主，采用摘穗—?jiǎng)兤ぁ斩捛兴榛厥栈蚍鬯檫€田的收獲模式。這一模式下的早期收獲若使用板式摘穗則斷莖稈較多，排雜處理難度大，后期收獲輥式摘穗和剝皮裝置又啃穗較多，致使我國(guó)玉米收獲機(jī)械化推廣較慢。若采用摘穗—脫?！斩挿鬯檫€田或回收的收獲模式直接收獲玉米籽粒，若含水率較高，籽粒破碎嚴(yán)重，烘干不及時(shí)則會(huì)霉?fàn)€，通用性不強(qiáng)。(4)玉米收獲機(jī)械化技術(shù)裝備尚不成熟，制造水平有待提高近幾年，國(guó)內(nèi)玉米收獲機(jī)保有量逐年增加，僅2011年新增玉米收獲機(jī)就超過(guò)6萬(wàn)臺(tái)，但玉米收獲機(jī)械仍不成熟，不分行玉米收獲、果穗剝皮等關(guān)鍵技術(shù)與裝置仍需進(jìn)一步提高。目前，從事玉米聯(lián)合收獲機(jī)械研發(fā)與生產(chǎn)單位雖不少，但普遍存在企業(yè)規(guī)模小、資金投入少、效益差等問(wèn)題，致使技術(shù)改造和更新緩慢，難以在保證機(jī)器可靠性的同時(shí)持續(xù)提高機(jī)器性能。