肖戟　姜彩宇　馬巍

摘 要：為設(shè)計(jì)人員提供參考，介紹了國(guó)內(nèi)外的幾種玉米收獲機(jī)的作業(yè)工藝，綜合分析了玉米收獲工藝的對(duì)比試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：玉米；收獲機(jī)械；工藝

中圖分類號(hào)：S233 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160332027

前言

我國(guó)人工收獲工藝大致有3種形式：站稈摘穗，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上集中剝皮，果穗上垛自然風(fēng)干；割稈集鋪，捆束堆垛存放；割稈放鋪、田間剝皮摘穗、光棒運(yùn)回上垛、莖稈捆束存放。3種工藝的核心是收獲果穗、保留莖稈作燃料或作飼料。近年來(lái)，很多地方，尤其在中原地區(qū)不收莖稈，而是用莖稈還田機(jī)粉碎還田肥地，此種粉碎還田工藝不適合東北田間耕地保墑[1]（保墑，抑制水分不揮發(fā)，不滲漏，以“表層干燥化”來(lái)防止“深層干燥化”。）這是由于秸稈粉碎還田后得不到充分壓實(shí)，使上層密實(shí)的土壤與下層土壤的水分不受抑制，從而使水分沿毛細(xì)管上行至地表蒸發(fā)和直接經(jīng)裂縫蒸發(fā)。

1 玉米機(jī)械收獲作業(yè)工藝

1.1 國(guó)外玉米收獲機(jī)械作業(yè)工藝

1.1.1 田間一次收獲直接脫粒

如用自走式聯(lián)合收獲機(jī)配玉米割臺(tái)，直接脫粒。又如南斯拉夫ZMAJ-2KR牽引式兩行玉米收獲機(jī)[2]，也是在田間直接收獲玉米籽粒。

1.1.2 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)摘穗

場(chǎng)上剝皮，或直接摘穗剝皮，在場(chǎng)上風(fēng)干后脫粒的兩段或三段收獲工藝。以國(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)北美地區(qū)為例，從20世紀(jì)50、60年代開始，普及到以大型聯(lián)合收獲機(jī)更換專業(yè)玉米割臺(tái)，在農(nóng)田作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)直接脫粒烘干。20世紀(jì)80年代中期，能源危機(jī)后（玉米發(fā)酵可制成乙醇），玉米收獲工藝也發(fā)生改變，因此，玉米收獲機(jī)械得到了迅速發(fā)展。

1.1.3 我國(guó)收獲時(shí)玉米籽粒水份較高

田間直接脫粒的損失和破碎嚴(yán)重，降低了糧食等級(jí)。因此，種收獲工藝目前還不能為我國(guó)市場(chǎng)接受。

1.2 國(guó)內(nèi)玉米收獲機(jī)械基本上有以下4種作業(yè)工藝形式

1.2.1 牽引式玉米收獲機(jī)械

牽引式玉米收獲機(jī)是我國(guó)最早研制和開發(fā)的機(jī)型。該機(jī)型與拖拉機(jī)配套使用，適合在大面積地塊作業(yè)。一般為 2～3行側(cè)牽引。行數(shù)增加，偏牽引量增大，影響極其作業(yè)。由于機(jī)器為側(cè)牽引，所以在作業(yè)前需人工收割開道。加之機(jī)組較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)彎半徑大，收獲作業(yè)地塊的地頭要開闊。該機(jī)型與壟距匹配性較差，易推倒或側(cè)向壓倒秸稈。其優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)配置方便，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。由于動(dòng)力可與整機(jī)分離，在非工作時(shí)間動(dòng)力機(jī)可另行它用，從而提高了動(dòng)力的利用率，也就降低了使用成本。存在問題是夾持輸送部分不可靠，莖稈倒伏使機(jī)具易堵塞，而且莖稈是順壟拋送，不利于人工或自動(dòng)撿拾打捆機(jī)二次回收。

1.2.2 懸掛式玉米收獲機(jī)械

懸掛式玉米聯(lián)合收獲機(jī)是我國(guó)特有的一種玉米收獲機(jī)械，它充分地利用了拖拉機(jī)的動(dòng)力和行走裝置，提高了拖拉機(jī)的利用率。該種機(jī)具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、操作方便、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。與大型自走式玉米收獲機(jī)相比，具有價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，農(nóng)民購(gòu)買投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)效益顯著，是一種適合我國(guó)國(guó)情的玉米收獲機(jī)械。其缺點(diǎn)是與拖拉機(jī)組裝工作量大，機(jī)組作業(yè)時(shí)駕駛?cè)藛T舒適性差。目前我國(guó)開發(fā)的懸掛式玉米收獲機(jī)型號(hào)有20多種，其配套動(dòng)力為36.7kW以上四輪拖拉機(jī)。

1.2.3 自走式玉米收獲機(jī)械

自走式玉米收獲機(jī)是一種高級(jí)收獲機(jī)型。具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能較為完善、作業(yè)效率高、作業(yè)質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)展潮流方面，具有代表性。其不足是售價(jià)較高，投資回收期長(zhǎng)，構(gòu)造較復(fù)雜，故障率高。因此，該機(jī)型目前在我國(guó)還沒有大量推廣使用。

1.2.4 互換割臺(tái)式收獲機(jī)械

該類機(jī)型利用自走式小麥聯(lián)合收獲機(jī)的動(dòng)力、行走和操控系統(tǒng)，將小麥?zhǔn)斋@機(jī)的割臺(tái)換裝成玉米割臺(tái)進(jìn)行玉米收獲作業(yè)。該類機(jī)型提高了小麥聯(lián)合收獲機(jī)的利用率，縮短了投資回收期。應(yīng)用該機(jī)型可實(shí)現(xiàn)2種收獲方式：利用大型小麥聯(lián)合收獲機(jī)的工作裝置直接收獲玉米籽粒，但要求玉米成熟期一致、籽粒含水率較低的情況下進(jìn)行作業(yè)；通過(guò)換裝果穗箱完成果穗收集，但結(jié)構(gòu)配置不盡合理。

1.3 機(jī)械收獲工藝

國(guó)內(nèi)、外分段作業(yè)的玉米收獲機(jī)械[3]，由于機(jī)型不同，其功能也不同，因此完成的工藝內(nèi)容也不同，綜合摘除果穗過(guò)程如下幾種工藝：

1.3.1田間摘穗直接撥剝皮莖稈粉碎還田

這種工藝的機(jī)型如大豐集團(tuán)的自走式玉米收獲機(jī)和趙光機(jī)械廠生產(chǎn)的時(shí)風(fēng)4YW-2牽引式玉米收獲機(jī)械。

1.3.2田間摘穗剝皮莖稈粉碎回收作飼料

其機(jī)型有俄羅斯的KKY-3牽引玉米收獲機(jī)和XepcoheII-2000型六行自走型玉米收獲機(jī)械。

1.3.3國(guó)內(nèi)大多采用在田間摘穗

場(chǎng)上集中剝皮、莖稈粉碎直接還田。

只有最新機(jī)型，如4YB-3Ⅱ型玉米收獲機(jī)系列產(chǎn)品才具有多種收獲工藝為割稈、摘穗，以及3種不同的莖稈回收處理方法。

作業(yè)工藝流程如圖1。

2 玉米機(jī)械收獲工藝試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)對(duì)幾種玉米收獲機(jī)進(jìn)行了大面積生產(chǎn)試驗(yàn)，其中1臺(tái)玉米收獲機(jī)作業(yè)100hm2，1臺(tái)牽引式玉米收獲機(jī)作業(yè)85hm2，并作了10個(gè)班次生產(chǎn)查定。

2.1 莖稈粉碎還田工藝試驗(yàn)

參加作業(yè)試驗(yàn)的機(jī)型有3種試驗(yàn)機(jī)器情況，如表1所示。

2.1.1 試驗(yàn)田標(biāo)準(zhǔn)

垅寬為600～650mm，產(chǎn)量480～550kg/ha，用15～25Ps小四輪拖拉機(jī)裝運(yùn)果穗，收獲1.2～1.5hm2玉米所用的時(shí)間、耗油量，如表2所示。

表中耗油量按拖拉機(jī)耗油量0.41/kw.h計(jì)算。收獲作業(yè)必須用最大油門四檔，耗油按最大耗油量計(jì)算，卸果穗、地頭轉(zhuǎn)彎按25%耗油量計(jì)算。從表中數(shù)據(jù)可以看出背負(fù)式機(jī)具作業(yè)靈活，效率高，每天收獲作業(yè)可達(dá)5.5～6.0hm2，牽引式機(jī)2A和2B機(jī)具受牽引發(fā)揮不充分等特點(diǎn)，所以作業(yè)速度低，其消耗油量比較高。4YL-2機(jī)雖然耗油少，但作業(yè)效率低每天只能收獲3.5～4.0hm2。

在收獲速度相同的條件下，作業(yè)效率和耗油量是不等的。后一種卸裝下玉米果穗比前一種耗時(shí)，多出量約為2.00kg/ha。4YB-3Ⅱ型機(jī)械作業(yè)時(shí)與上述比較中得出消耗動(dòng)力最小，卸裝果穗和作業(yè)總時(shí)間最少、效率高、油耗較低等特點(diǎn)。

2.1.2 懸掛聯(lián)接式玉米收獲機(jī)[4]

特點(diǎn)是首次作業(yè)不用開道即可減少人力成本，轉(zhuǎn)彎半徑較小，使用駕駛操作者靈活方便，適合各種田間地塊等環(huán)境。在收獲速度相同的條件下，作業(yè)效率和耗油量是不等的。后一種卸裝下玉米果穗比前一種耗時(shí)，多出量約為2.20kg/ha。4YB-3Ⅱ型機(jī)具作業(yè)時(shí)與上述比較中得出動(dòng)力源最小，卸裝果穗和作業(yè)總時(shí)間最少、效率高、油耗較低等特點(diǎn)。

2.1.3 運(yùn)送玉米果穗試驗(yàn)

4YB-3Ⅱ型機(jī)械是直接將玉米果穗升運(yùn)輸送到機(jī)組后部果穗箱內(nèi)，即可完成作業(yè)。而4YL-2A和4YL-2B

2種收獲機(jī)雖不帶拖車，但果穗箱裝滿后需要往拖車?yán)镄堆b，因此至少要配備2臺(tái)小拖拉機(jī)拖車，單臺(tái)小四輪拖拉機(jī)也消耗較多油量。

2.2 回收莖稈的收獲作業(yè)工藝試驗(yàn)

2.2.1 4YL-2B型牽引式玉米收獲機(jī)

可以完成切碎回收作業(yè)，青（黃）貯作飼料是我國(guó)農(nóng)區(qū)發(fā)展畜牧業(yè)的方向。此類機(jī)械除可分離果穗棒，切斷莖稈與4YL-2作業(yè)形式相同外，還可再次將莖稈粉碎拋送到機(jī)組側(cè)式用飼料拖車高欄內(nèi)，裝滿后直接運(yùn)到青（黃）貯窖氨化處理，完成作業(yè)。

2.2.2 懸掛聯(lián)接式玉米收獲機(jī)

懸掛式玉米聯(lián)合收獲機(jī)械是具有我國(guó)特色的一種玉米收獲機(jī)械形式，它能充分地利用了大馬力拖拉機(jī)的后輸出軸為動(dòng)力源和三點(diǎn)懸掛裝置，提高了整體機(jī)型的利用率。該機(jī)械設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量配重均衡、可操控性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2種作業(yè)流程相對(duì)比，一次收獲后需要粉碎莖稈，而分段收獲作業(yè)后需要整莖稈回收，2種回收莖稈方法運(yùn)輸作業(yè)量各不相同，只有一次收獲時(shí)運(yùn)送拖車需要與主機(jī)等速，比運(yùn)整稈耗油量稍多。而4YB-3Ⅱ型總體配置上解決果穗和莖稈的合理流向，并使果穗裝車和莖稈橫壟有序拋放，為人工或打捆機(jī)二次回收提供方便。

2.3 自走式玉米收獲機(jī)與牽引式玉米收獲機(jī)相比較

目前我國(guó)有自走式玉米收獲機(jī)的機(jī)型較多，大致為3～6行，配套發(fā)動(dòng)機(jī)功率80～120Ps不等，價(jià)格15～25萬(wàn)元/臺(tái)。作業(yè)工藝為摘穗，果穗集箱裝車，莖桿粉碎還田[5]。自走式優(yōu)點(diǎn)是收獲時(shí)不用對(duì)行開道，調(diào)頭轉(zhuǎn)彎半徑比牽引式小。但其價(jià)格昂貴，損耗高，因此，作業(yè)成本較高。

對(duì)比廠家標(biāo)明的作業(yè)效率、標(biāo)價(jià)與4YL-2型玉米收獲機(jī)比較，以年作業(yè)30d，每天以12h計(jì)算，其數(shù)據(jù)如表3所示。

機(jī)具型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)功率收獲行數(shù)純小時(shí)生產(chǎn)率667m2耗油量機(jī)械原價(jià)每年折舊費(fèi)年最高作業(yè)量每公頃折舊每公頃耗油，綜合柴油價(jià)按每升5.11元計(jì)算，耗油所需資金分別為107.31元、101.18元和77.93元。從表3可以看出：其它項(xiàng)目不算，只是機(jī)具折舊和耗油兩項(xiàng)每公頃4YL-3自走式需要107.31元和101.18元，而4YL-2牽引式只需77.93元。因此從作業(yè)成本比較，自走式比牽引式每公頃至少多出約25元。其原因是自走式玉米收獲機(jī)自重大作業(yè)速度過(guò)低造成的。如果自走式機(jī)型作業(yè)速度達(dá)到7～8km/h時(shí)，生產(chǎn)成本可與牽引式持平，便可大面積推廣應(yīng)用。

3 工藝試驗(yàn)對(duì)比分析

3.1 3種玉米收獲機(jī)相比較

3.1.1 自走式機(jī)械

由于造價(jià)昂貴、作業(yè)速度低，使用成本過(guò)高。在沒有高速作業(yè)機(jī)具的情況下，暫不宜推廣；目前國(guó)外北美九大公司有42種型號(hào)的玉米收獲機(jī)，很少有自走式的，也只有原蘇聯(lián)有6行自走式摘穗機(jī)。

3.1.2 牽引式摘除玉米穗[6]

是曾經(jīng)國(guó)內(nèi)大量使用的，實(shí)踐證明掛接方便、機(jī)動(dòng)靈活。作業(yè)效率高、作業(yè)成本低，做過(guò)主推機(jī)型。但這種機(jī)型也有其缺點(diǎn)，即首次作業(yè)需人工開道，而且地頭需要有較大空地，以便機(jī)組轉(zhuǎn)彎用。

3.1.3 4YB-3Ⅱ型背負(fù)式玉米收獲機(jī)

其優(yōu)點(diǎn)是割臺(tái)調(diào)整既可適應(yīng)垅作地區(qū)，也可在平原地區(qū)作業(yè)；果穗箱卸料口高度不小于1800mm，可滿足大型掛車卸穗需要；莖稈橫壟有序鋪放有利于人工或自動(dòng)撿拾打捆機(jī)的二次回收，首次作業(yè)不用開道，轉(zhuǎn)彎半徑較小，適合各種地塊、大面積收獲。其不足為，安裝掛接相對(duì)復(fù)雜，作業(yè)速度不高，使用駕駛者操控不舒適等。

3.2 玉米機(jī)械收獲優(yōu)化工藝[7]及其配套機(jī)械

3.2.1 摘下玉米果穗以及莖桿整株回收作業(yè)工藝配套機(jī)械

選用4YL-2D型側(cè)牽引式玉米收獲機(jī)，配套動(dòng)力為29.4kw大中型拖拉機(jī)，作業(yè)速度可達(dá)到8～10km/h。

運(yùn)送果穗時(shí)，運(yùn)距在不大于1.5km時(shí)，可用1～2臺(tái)小四輪拖拉機(jī)運(yùn)輸玉米穗。運(yùn)距大于1.5km時(shí)，可用2～3臺(tái)小四輪拖拉機(jī)運(yùn)送物料。

3.2.2 摘下玉米果穗、切莖稈切碎回收工藝配備機(jī)械

釆用4YL-2B型牽引式玉米收獲機(jī)， 50kw以上大型拖拉機(jī)為動(dòng)力源，作業(yè)速度可大于8km/h。

配備兩臺(tái)拖斗車，一臺(tái)25Ps拖拉機(jī)牽引。切碎莖稈用兩臺(tái)翻斗車，牽引主機(jī)械動(dòng)力應(yīng)在35Ps以上。

3.2.3 莖桿粉碎還田及整稈回收工藝配套機(jī)械

大地塊、小規(guī)模收獲選用4YL-2型側(cè)牽引式玉米收獲機(jī)配2臺(tái)拖車裝運(yùn)果穗，釆用1臺(tái)25Ps拖拉機(jī)牽引。大地塊、大規(guī)模收獲，可采用3行懸掛式玉米收獲機(jī)型，運(yùn)送果穗可用2～3臺(tái)15Ps小四輪拖拉運(yùn)輸果穗完成。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述對(duì)比分析得出背負(fù)式莖穗兼收型玉米聯(lián)合收獲機(jī)械機(jī)械作業(yè)效率較高，為性價(jià)比較高的玉米收獲機(jī)械。其不足為：掛接安裝復(fù)雜；作業(yè)速度較低，使用操控性一般，是今后此類型玉米收獲機(jī)械尚需解決的問題。

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作者介紹：肖戟（1969-），山東省青島市人，正高級(jí)工程師，大學(xué)本科，從事玉米收獲機(jī)械設(shè)計(jì)研究、人參移栽機(jī)械設(shè)計(jì)研究。