河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所有限公司 張秀平 陳林 張亞振 袁興茂 郝金魁 王惠新

1 引言

我國(guó)年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈6億噸以上，資源擁有量居世界首位，麥稻秸稈是其重要組成部分[1]。2013年全國(guó)小麥播種面積3.62億畝，總產(chǎn)1.219億噸，按照農(nóng)作物秸稈折算比例1:1.10計(jì)算，2013年全國(guó)小麥秸稈產(chǎn)量在1.34億噸左右。2013年全國(guó)稻谷播種面積為4.57億畝，產(chǎn)量為2.036億噸，按照農(nóng)作物秸稈折算比例1:0.90計(jì)算，2013年全國(guó)稻谷秸稈產(chǎn)量在1.83億噸左右。根據(jù)預(yù)測(cè)，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，秸稈產(chǎn)量將呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

農(nóng)作物秸稈折算比例表

麥稻秸稈是重要的生物質(zhì)能源，主要含有纖維、木質(zhì)素、淀粉、粗蛋白、酶等有機(jī)物，還含有氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素[2]。秸稈除了作肥料、飼料，還可以作工業(yè)原料，廣泛用于造紙、發(fā)電、制板、制碳等領(lǐng)域，具有一定的商業(yè)價(jià)值，但是由于秸稈的收集和運(yùn)輸成本過高，阻礙了其商品化發(fā)展。如果能充分利用好麥稻秸稈，不僅能夠改善環(huán)境，還能增加農(nóng)民的收入，提高農(nóng)民生活水平，符合科學(xué)發(fā)展觀的發(fā)展要求，符合建設(shè)資源節(jié)約型國(guó)家的實(shí)際需要。

2 麥稻秸稈收獲現(xiàn)狀

在機(jī)械化收獲普及以前，麥稻秸稈作為重要的農(nóng)村日常燃料和干飼料被廣泛使用，但是隨著社會(huì)進(jìn)步和機(jī)械化收獲技術(shù)的普及，秸稈被棄之不用、遍地焚燒，造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和火災(zāi)事故頻發(fā)等問題日益突出。一方面，其直接作為日常燃料的功能逐漸消失，農(nóng)民沒有收集秸稈的積極性；另一方面，收獲機(jī)械通常把麥稻秸稈拋撒或粉碎在田間，不僅浪費(fèi)資源，且不利于下茬作物的種植和田間管理，并由此引發(fā)了秸稈焚燒等社會(huì)問題。

為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局、農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部、鐵道部、交通部、國(guó)家民航總局聯(lián)合制定了《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》[3]，禁止露天焚燒秸稈。該辦法正式發(fā)布實(shí)施之后，清理麥稻秸稈成為農(nóng)民面臨的一個(gè)新的棘手問題。一般農(nóng)民會(huì)采用以下幾種方式進(jìn)行秸稈清理工作。

2.1 麥稻秸稈直接還田

現(xiàn)在稻麥聯(lián)合收割機(jī)一般都設(shè)有秸稈粉碎裝置，在籽粒收獲的同時(shí)對(duì)小麥秸稈進(jìn)行直接切碎，并均勻拋撒在田間，這種方式為搶種下茬作物節(jié)約了大量時(shí)間。但是這種方式是直接將秸稈拋灑在地面，給下茬作物的播種帶來不便，同時(shí)也會(huì)增加一些新的麻煩，如與玉米苗爭(zhēng)奪氮素營(yíng)養(yǎng)、病蟲害加重等[4]。

2.2 人工清理

很多農(nóng)民為了便于下茬作物的種植，避免秸稈直接還田帶來的困擾，在聯(lián)合收割機(jī)收獲完成后，人工清理鋪灑在田間的秸稈。但是，對(duì)于種植面積較大的農(nóng)戶來說，人工清理勞動(dòng)強(qiáng)度大，且耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，耽誤農(nóng)時(shí)；如果雇傭勞動(dòng)力進(jìn)行清理，則還會(huì)增加更多的生產(chǎn)投入。有些農(nóng)民為了省時(shí)省力，還是會(huì)偷偷焚燒秸稈。

2.3 撿拾打捆

秸稈收集打捆可以有效解決上述問題。在麥稻聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)時(shí)，配備一臺(tái)或多臺(tái)秸稈撿拾打捆機(jī)，將聯(lián)合收割機(jī)拋灑出來的秸稈撿拾打捆，然后裝車運(yùn)出地塊。這種方式明顯減輕了農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度，相對(duì)于人工清理也趕搶了農(nóng)時(shí)，但是需要機(jī)械二次進(jìn)地，造成耕地被二次碾壓，同時(shí)也會(huì)增加動(dòng)力消耗；同時(shí)，傳統(tǒng)的打捆機(jī)多為牽引式和懸掛式，需要單獨(dú)的動(dòng)力牽引，價(jià)格較高，在經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的牧草、青飼料收獲中應(yīng)用較多，鑒于麥稻秸稈的相對(duì)利用價(jià)值和經(jīng)

3 麥稻聯(lián)合收割機(jī)配套打捆機(jī)的研制

3.1 研究目的

根據(jù)目前實(shí)際生產(chǎn)需求，從滿足農(nóng)藝要求、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、減少環(huán)境污染以及解決秸稈焚燒問題、促進(jìn)秸稈合理利用和商品化發(fā)展的目的出發(fā)，研制與麥稻聯(lián)合收割機(jī)配套的秸稈打捆機(jī)。

與傳統(tǒng)的牽引式或懸掛式打捆機(jī)相比，該秸稈打捆機(jī)與聯(lián)合收割機(jī)配套使用，采用固定連接方式，不設(shè)秸稈撿拾機(jī)構(gòu)，打捆機(jī)的進(jìn)料口與聯(lián)合收割機(jī)的秸稈拋出口對(duì)接，邊收割邊打捆，收割完成的同時(shí)，秸稈打捆工作隨之結(jié)束，避免二次下地，節(jié)省人力、物力、財(cái)力，并且造價(jià)低、易推廣，可為廣大農(nóng)民提供方便合理的麥稻秸稈處理方案，解決秸稈焚燒的社會(huì)難題。

3.2 研究?jī)?nèi)容

3.2.1 性能匹配

合理的性能參數(shù)匹配，是其實(shí)現(xiàn)配套作業(yè)的基礎(chǔ)。根據(jù)麥稻聯(lián)合收割機(jī)的工作參數(shù)，制定打捆機(jī)的工作性能要求，實(shí)現(xiàn)其與聯(lián)合收割機(jī)配套后邊收割邊打捆的連貫作業(yè)。根據(jù)性能比較穩(wěn)定的“新疆-2A先鋒2006麥稻聯(lián)合收割機(jī)”的工作參數(shù)，即“行進(jìn)速度1.70～22.44km/h，收割效率 8～10畝/h（直接影響秸稈產(chǎn)出速率）等”，設(shè)定打捆機(jī)的打捆效率為5～8畝/h。打捆密度符合“GB/T 25423-2010方草捆打捆機(jī)”規(guī)定的稻麥秸稈草捆密度≥l00kg/m3。受到整機(jī)尺寸的限制，草捆尺寸為300×400×（300～1000）mm。

3.2.2 連接結(jié)構(gòu)和動(dòng)力匹配

作為配套的秸稈打捆機(jī)，其與聯(lián)合收割機(jī)的安裝連接和外形結(jié)構(gòu)也是重要的研究?jī)?nèi)容。為保證配套后的整體美觀性，配套打捆機(jī)的整體尺寸限制在聯(lián)合收割機(jī)整體尺寸范圍內(nèi)，且采用可拆式固定連接方式，將打捆機(jī)固定連接于聯(lián)合收割機(jī)上，其進(jìn)料口與聯(lián)合收割機(jī)的秸稈拋出口對(duì)接，從而不必設(shè)置秸稈撿拾機(jī)構(gòu)。由于圓捆打捆機(jī)和方捆打捆機(jī)具有不同的尺寸特征和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，壓制相同體積的草捆，圓捆打捆機(jī)的外形尺寸要更大，且圓捆打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，因此，采用方捆打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)形式更易于實(shí)現(xiàn)與聯(lián)合收割機(jī)的配套安裝。

打捆機(jī)與動(dòng)力為50～80kW的麥稻聯(lián)合收割機(jī)配套使用，為減少動(dòng)力消耗和額外動(dòng)力機(jī)械的配備，秸稈打捆機(jī)的動(dòng)力由聯(lián)合收割機(jī)滾筒軸提供，在滾筒軸外端加裝動(dòng)力傳動(dòng)鏈輪，通過鏈傳動(dòng)，將滾筒軸輸出動(dòng)力傳送至打捆機(jī)的減速機(jī)。

這樣的安裝連接和動(dòng)力配備方式能夠使配套后的整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，并降低打捆機(jī)的制造成本。

3.2.3 關(guān)鍵部件

目前，國(guó)內(nèi)已有多個(gè)廠家研制生產(chǎn)小型方捆打捆機(jī)，秸稈撿拾打捆技術(shù)已趨于成熟。但對(duì)于這種不設(shè)撿拾機(jī)構(gòu)和動(dòng)力機(jī)構(gòu)的小方捆打捆機(jī)來說，還有很多新的問題需要解決。

打結(jié)器是打捆機(jī)的核心部件，其可靠性決定了打捆機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益。但由于打結(jié)器的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，加工難度大，目前國(guó)內(nèi)的打捆機(jī)大都依靠進(jìn)口打結(jié)器。進(jìn)口打結(jié)器采用耐磨鑄鐵件，加工成本低、質(zhì)量輕，但是市場(chǎng)價(jià)格昂貴，且鑄鐵件易碎、不耐用?；诖朔N情況，國(guó)內(nèi)也開始對(duì)打結(jié)器進(jìn)行研究，但國(guó)產(chǎn)打結(jié)器在工作性能和制造質(zhì)量上存在不少問題，如精度不夠、使用壽命較短、成結(jié)率較低等。將打結(jié)器材料改為耐磨鑄鋼，并加厚齒輪盤，在保證加工精度的前提下，可有效增加打結(jié)器的耐用性。

草捆密度是打捆機(jī)最重要的技術(shù)參數(shù)之一，在草捆密度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提高草捆密度可以有效的節(jié)約存儲(chǔ)空間和運(yùn)輸成本。秸稈輸送到成捆室進(jìn)行一次打捆，草捆密度相對(duì)較低，且草捆較為松散。在秸稈進(jìn)入成捆室之前進(jìn)行一次預(yù)壓緊，不僅可以增加草捆的緊實(shí)度，有效防止因草捆松散而造成的散捆現(xiàn)象，還能提高秸稈的成捆率。

秸稈喂入裝置是打捆機(jī)的一個(gè)重要組成部分。由于配套打捆機(jī)沒有撿拾機(jī)構(gòu)，秸稈的喂入僅僅依靠聯(lián)合收割機(jī)上風(fēng)機(jī)的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如果不設(shè)置喂入機(jī)構(gòu)就會(huì)導(dǎo)致大量秸稈在打捆機(jī)入料口處堆積，造成堵塞，影響秸稈進(jìn)入成捆室，阻礙活塞的正常往復(fù)運(yùn)動(dòng)。將喂入機(jī)構(gòu)設(shè)置在聯(lián)合收割機(jī)出草口和打捆機(jī)入料口連接處，其作用是在活塞運(yùn)動(dòng)至入料口后下方時(shí)將秸稈壓入到入料口中，協(xié)助活塞將這部分秸稈送入成捆室；當(dāng)活塞離開入料口時(shí)，擋住聯(lián)合收割機(jī)噴出的秸稈，避免在活塞后方存有秸稈，影響其運(yùn)動(dòng)。

4 結(jié)束語

麥稻聯(lián)合收割機(jī)配套打捆機(jī)的推廣使用，不僅能夠有效解決麥稻秸稈處理的社會(huì)難題，避免資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，還能促進(jìn)麥稻秸稈的商品化發(fā)展，為麥稻聯(lián)合收割機(jī)機(jī)手和廣大農(nóng)民提供新的增收商機(jī)。

[1]陳清.我國(guó)農(nóng)作物秸稈收獲機(jī)械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) [J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備,2010（04）:19-20.

[2]范唯艷.生態(tài)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)作物秸稈綜合利用[J].園藝與種苗,2011（3）:9-101.

[3]國(guó)家環(huán)保總局文件,環(huán)發(fā)[1999]98號(hào),關(guān)于發(fā)布《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》的通知.

[4]劉長(zhǎng)躍.秸稈還田的利與弊[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展,2004（5）：37-38.