王聰偉，張 寧，包德勝，孟玉剛，張 麗

(中國農業(yè)機械化科學研究院呼和浩特分院有限公司，內蒙古 呼和浩特010010)

0 引言

《國務院關于加快推進農業(yè)機械化和農機裝備產業(yè)轉型升級的指導意見》提出，發(fā)展農牧業(yè)機械化是農牧業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎。目前我國農牧機械在制造水平、設備總數(shù)和作業(yè)水平等方面穩(wěn)步上升，農牧業(yè)生產基本上實現(xiàn)從人力畜力轉向機械動力的新階段，但受機具復雜的作業(yè)環(huán)境、對農牧機械產品需求多樣性等因素的影響，當前農牧機械裝備產業(yè)發(fā)展不平衡、不充分的問題比較突出，推動農牧機械裝備產業(yè)向高質量發(fā)展是實現(xiàn)農牧業(yè)現(xiàn)代化的有力支撐[1]。

近年來，國家不斷出臺政策大力開發(fā)和利用牧草資源、大力支持牧草產業(yè)發(fā)展，牧草產業(yè)迎來了新的發(fā)展機遇，人工草場種植面積持續(xù)擴大，市場對自動化、精細化和現(xiàn)代化牧草收獲機械中的摟草機械需求也日益增大。我國傳統(tǒng)的牧草摟集設備難以滿足市場需求，國外牧草摟集技術發(fā)展成熟，牧草摟集設備型號較全、質量水平較高且自動化程度高。為了更好地發(fā)展我國牧草摟集技術及設備，對國內外的牧草摟集機械進行對比分析，找出我國牧草摟集機械存在的問題，以便更好地補短板、強弱項和促協(xié)調，為我國研發(fā)先進機型做準備。

1 摟草機技術要求

摟草機屬于牧草收獲機械中的一種設備，其主要作用是將割后散鋪于田間的牧草聚攏成草條，加快牧草在田間的干燥，以方便打捆機后續(xù)收集草條。按摟草機作業(yè)前進方向與摟后形成草條的方向，可將摟草機分為橫向和側向兩大類[2]。橫向摟草機作業(yè)時具有對天然草場造成劃傷、影響牧草再生、摟集到的草條分布不均勻和存在大量泥土等缺點，已經被畜牧業(yè)發(fā)達國家淘汰多年。近年來，國內天然草場應用較廣的橫向摟草機也逐漸被其他機型取代。側向摟草機按結構可分為滾筒式、水平旋轉式、指輪式和傳送帶式等多種機型。

摟草機設計的技術要求有4個方面[3]。①損失率≤3%。②形成的草條干凈清潔。③摟集形成的草條應均勻、連續(xù)、蓬松、外形整齊，且便于后續(xù)作業(yè)。④作業(yè)過程中飼草的移動距離要小，避免牧草的花葉隨著與地面的摩擦大量損失。

2 國內外摟草機發(fā)展概況

國外牧草機械經歷了百年的發(fā)展歷史，機型、性能和技術等已趨向成熟。國內摟草機發(fā)展較晚，機具水平與國外相比有較大差距，主要體現(xiàn)在制造水平較低、產品機型單一和適配性差等方面。國內已定型的摟草機技術水平大部分屬于國外20世紀80年代產品的水平，多年來基本沒有創(chuàng)新和改進[4]。很多國外公司看到國內摟草機市場潛力巨大，紛紛進駐中國市場。目前，國外市場主要應用指輪式摟草機、水平旋轉摟草機和傳送帶式摟草機，而這些新型產品在國內的市場保有量較低。

2.1 橫向摟草機

橫向摟草機結構簡單，主要由機架、摟草器、升降機構和傳動系統(tǒng)等部分組成。橫向摟草機是被畜牧業(yè)發(fā)達國家淘汰很久的機型，隨著我國牧草生產全程機械化的發(fā)展，目前橫向摟草機在我國也被其他性能可靠、高效率的機型逐漸取代。目前國內橫向摟草機主要機型有華德9L-6.0型摟草機等，如圖1所示。

圖1 華德9L-6.0型橫向摟草機Fig.1 Huade 9L-6.0 horizontal rake

2.2 側向滾筒摟草機

側向滾筒摟草機的主要工作部件是繞水平軸旋轉的摟草滾筒，按滾筒角(滾筒旋轉面與齒桿之間的夾角)分為直角滾筒式和斜角滾筒式兩種。與橫向摟草機相比，側向滾筒式摟草機摟集的草條蓬松，通風性好，干燥均勻，生產效率較高，但是其結構比較復雜。側向滾筒式摟草機主要由機架、升降機構、彈齒滾筒、傳動機構和地輪等部分組成。為了使彈齒在摟草時與地面保持一定的角度，在滾筒的一側設有彈齒運動定向機構，保證摟草彈齒在運動中齒端向下，通過它可調整彈齒傾斜角度，以適應不同濕度和長度的牧草。工作時，飼草在彈齒的作用下，隨機器前移的同時向側面滾動，在摟草滾筒的尾部形成與機器前進方向平行的草條。

斜角滾筒摟草機作業(yè)性能優(yōu)于直角滾筒摟草機，可以通過調節(jié)斜角滾筒摟草機的滾筒轉速、傾斜度和旋轉方向，實現(xiàn)摟草、攤草和翻草等多種作業(yè)形式。斜角滾筒摟草機在作業(yè)時彈齒不接觸地面，牧草不易受到污染，形成的草條蓬松、干凈，牧草更趨近于橫向移動，受彈齒打擊次數(shù)比同幅寬的直角滾筒摟草機減少一半，適用于種植草地和高產天然草地。

國外代表機型有紐荷蘭ROLABAR 258/260型及該公司新推出的ROLABAR 230型滾筒式摟草機，如圖2所示。ROLABAR 230型摟草機裝配兩個3.6 m的摟盤，幅寬最大可達到9 m，每個彈齒桿上有37個橡膠彈齒?？梢赃x擇帶6個彈齒桿或7個彈齒桿的摟草機，以較快的作業(yè)速度完成厚重草鋪的摟草作業(yè)。配有可調式彈簧控制的橡膠限深輪，保證摟草機彈齒高度的一致性，駕駛員可以通過調節(jié)控制盒實現(xiàn)對摟盤浮動系統(tǒng)的調節(jié)，以適應地形變化，摟集到更多的牧草。

圖2 紐荷蘭ROLABAR 230型滾筒式摟草機Fig.2 New Holland ROLABAR 230 cylinder rake

滾筒摟草機在我國發(fā)展較慢，只有1981年內蒙古烏蘭浩特市生產的定型產品9LG-2.8型斜角滾筒式側向摟草機，未能批量生產[5]。

2.3 指輪摟草機

指輪摟草機由機架、指輪、地輪(牽引式)和升降調節(jié)機構等部分組成，可分別按掛接方式及有無驅動分類。沒有驅動的隨動型指輪摟草機作業(yè)時，指輪接觸地面，靠與地面的摩擦轉動，這種機型結構簡單、成本低、便于維護，應用較廣。驅動型指輪摟草機加入了液壓電子控制系統(tǒng)，其通用性較強，摟草速度8～14 m/h，摟草時花葉破碎率低，適用于高產地作業(yè)。指輪式摟草機彈齒觸地工作，易污染牧草。

指輪是該類摟草機的主要工作部件，其既能繞自身軸心旋轉，又能繞機架上的軸承孔擺動，隨地面呈浮動狀態(tài)，每臺摟草機通常有4～16個指輪，機器前進方向與指輪旋轉平面存在一個125°～135°的夾角，驅動指輪把牧草撥向下一個指輪作業(yè)范圍，依次傳遞，在最后一個指輪的外側形成草條。代表機型有如下5種。

(1)紐荷蘭HT154型指盤式摟草翻曬機，如圖3所示。紐荷蘭HT系列指盤式摟草機幅寬為5.3～11.0 m，該系列機型提供7種作業(yè)寬度。每個指盤上有40根彈齒，可以形成大且蓬松的條鋪，每個指盤可以單獨調整，以達到最佳的地面接觸，紐荷蘭所設計的V字形摟草機可以在惡劣的條件下快速地完成作業(yè)。

圖3 紐荷蘭HT154型指盤式摟草翻曬機Fig.3 New Holland HT154 finger wheel and turning rake

(2)約翰迪爾WR10系列摟草機，如圖4所示。該系列有8、10和12輪3種型號，這些機型便于運輸和存放、運行平穩(wěn)、田間調整方便快捷，并且可以選裝中心剔草輪[6]。

圖4 約翰迪爾WR10系列摟草機Fig.4 John Deere WR10 series rakes

(3)庫恩SR 100 GⅡ、SR 600 GⅡ系列指盤式摟草機，如圖5所示。這種機型摟集的草條大小可由人工控制，通常用于產量不高的天然草場，調節(jié)換向閥能夠實現(xiàn)摟草機在運輸位置和田間作業(yè)位置之間的切換，提高工作效率。

圖5 庫恩SR系列指盤式摟草機Fig.5 Kuhn SR series finger wheel rakes

(4)伊諾羅斯RT13(9LZ-7.6)型指輪式摟草機，如圖6所示。工作幅寬7.6 m，配有13個摟草輪，每個摟草輪單獨仿形，能夠很好地適應地面的起伏，確保摟草效果。

圖6 伊諾羅斯RT13(9LZ-7.6)型指輪式摟草機Fig.6 Enorossi RT13(9LZ-7.6)finger wheel rake

(5)國產9LZ-6.0型指輪式摟草機，如圖7所示。工作幅寬6 m，配有直徑1.4 m的指輪8個，通常用于產量不高的天然草場。

圖7 9LZ-6.0型指輪式摟草機Fig.7 9LZ-6.0 finger wheel rake

2.4 水平旋轉摟草機

水平旋轉摟草機是目前市場上作業(yè)效率較高、使用較廣泛的一種摟草機。按掛接方式可分為懸掛、半懸掛和牽引式；按轉子數(shù)目不同有單轉子、雙轉子和多轉子等機型。單轉子水平旋轉摟草機由機架、傳動機構、控制機構和摟草轉子等組成。多轉子水平旋轉摟草機比單轉子水平旋轉摟草機增加了機械或液壓升降控制系統(tǒng)。

凸輪限位機構是水平旋轉摟草機的主要部件。彈齒運動是影響摟草性能的主要因素，凸輪雙限位曲面軌道曲線形狀控制彈齒運動。凸輪雙限位機構通常分為鑄造和焊接兩種結構，國外多采用鑄造結構，鑄造件整體成型，內應力小、可靠耐磨且質量分布均勻，該技術已基本成熟。典型機型有如下5種。

(1)麥賽福格森PK802型轉子式摟草機，如圖8所示。該機型雙轉子對置，機架中置，作業(yè)幅寬7.2～8.1 m，搭配2個轉子，12根彈齒臂，采用轉子仿形技術確保轉子在各種地形下都能運轉，避免轉子與起伏不平的地面或者異物的刮擦及碰撞，提高作業(yè)效率，同時起保護設備的作用。

圖8 麥賽福格森PK802型轉子式摟草機Fig.8 Massey Ferguson PK802 rotary rake

(2)格蘭9542型單轉子摟草機，如圖9所示。作業(yè)幅寬4.2、4.6 m可選，采用摟齒錯位排列，與牧草接觸輕柔，避免損壞牧草葉片；與拖拉機3點懸掛連接，較小的工作幅寬方便在地頭轉彎，適用于中小型草場。

圖9 格蘭9542型單轉子摟草機Fig.9 Kverneland 9542 single rotary rake

(3)科樂收LINER系列摟草機，如圖10所示。該系列摟草機配有12個彈齒臂，利用萬向節(jié)懸掛式轉子和4輪底盤實現(xiàn)地面仿形；拖拉機駕駛搭配轉向顯示器；作業(yè)高效，使用壽命長。

圖10 科樂收LINER系列摟草機Fig.10 CLAAS LINER series rotary rake

(4)庫恩GA13131/15131型立軸回轉式摟草機，工作幅寬分別為8.4～12.5和9.5～14.7 m，如圖11所示。該機型可以隨時單獨升起每個轉子以適應不同場地的作業(yè)，通過智能終端對所有轉子設置進行液壓調節(jié)，包括草條寬度、轉子升程和機器折疊等，作業(yè)時平穩(wěn)安靜，離地間隙大，能夠輕松通過之間形成的草條。

圖11 庫恩GA13131/15131型摟草機Fig.11 Kuhn GA13131/15131 rotary rake

(5)國內典型機型有9LZ-4.0型水平旋轉摟草機、9LS-6.0型水平旋轉摟草機和9LSQ-5.3型多功能水平旋轉摟草機，它們都是雙轉子摟草機[7-9]。9LSQ-5.3型水平旋轉摟草機，如圖12所示，其轉子采用一前一后布置，可以將牧草摟集成一列或兩列草條，摟幅寬度、草條寬度可調。摟集的草條整齊蓬松、機具對地損壞小、漏摟率較低且花葉損失小[5]。

圖12 9LSQ-5.3型水平旋轉摟草機Fig.12 9LSQ-5.3 horizontal rotary rake

2.5 帶式摟草機

指輪摟草機和水平旋轉摟草機的共同特點是牧草成條過程中始終與地面摩擦接觸，這就造成牧草花葉隨著與地面的摩擦大量損失，而牧草的蛋白質主要在花葉中，導致牧草品質下降，品質低下的牧草對牛、羊產奶量及奶品質產生較大影響。指輪摟草機對草地的破壞極大且損傷草根，影響牧草來年的萌發(fā)，牧草損失較大[10]。而帶式摟草機是通過撿拾和輸送兩步完成牧草摟集，有效減少牧草花葉與地面的摩擦，保證牧草品質。帶式摟草機由機架、傳動機構、彈齒傳送帶和仿形輪組成，其主要部件為彈齒和傳送帶，這種機型還可用于攤曬作業(yè)。

帶式摟草機國外典型機型有ROC RT 1220型、MERGE MAXX 760/950/1090型，國內代表機型有9JSC-7.0型等。

(1)ROC RT 1220型帶式摟草機，如圖13所示。該摟草機是全球最大的摟草機之一，優(yōu)點是作業(yè)過程中草料剝落少，且質量高、損失小。

圖13 ROC RT 1220帶式摟草機Fig.13 ROC RT 1220 belt rake

(2)MERGE MAXX 760/950/1090型帶式摟草機，如圖14所示。該系列摟草機的作業(yè)速度比傳統(tǒng)摟草機快2～3 km/h，可以平穩(wěn)收集多種類型的牧草，具有8種輸送模式，草條寬度可調。

圖14 MERGE MAXX 760/950/1090型帶式摟草機Fig.14 MERGE MAXX 760/950/1090 belt rake

(3)9JSC-7.0型撿拾輸送集草機，如圖15所示。該機是由中國農業(yè)機械化科學研究院呼和浩特分院有限公司研制的國內最早的帶式摟草機之一，其工作時，牧草被撿拾到輸送帶上，然后被輸送到一側，形成草條，在成條過程中，牧草始終不與地面接觸，能夠最大限度地保證花葉留在莖稈上，蛋白質損失較小，而且在集條過程中對草地擾動較小，作業(yè)速度快、效率大幅提高。該機可以適應輕或重、密集或稀疏、長或短的多種不同牧草的摟集，集條過程中對草地擾動小。

圖15 9JSC-7.0型撿拾輸送集草機Fig.15 9JSC-7.0 picking and conveying belt rake

3 國內摟草機存在的問題

隨著我國人工種植草場逐年增多，對牧草收獲機械的需求也不斷提高，面對國外企業(yè)紛紛進駐中國市場，國內牧草收獲機械面臨的不僅是研發(fā)高性能設備的挑戰(zhàn)，還面臨著國外設備對國內市場占有的挑戰(zhàn)。

對比國內外摟草機的發(fā)展，可以發(fā)現(xiàn)我國摟草機還存在以下問題。

(1)產品質量水平低、可靠性差。在相同作業(yè)環(huán)境下，國內外同種機型每摟集400 hm2草地，彈齒斷齒率差距較大，其中國內機型為20%～30%，而國外機型僅為4%～5%[5]。

(2)產品單一、系列機型少。國內摟草機定型產品大部分是國外基本淘汰的舊系列產品，而且國內產品沒有形成完整的迭代體系，對舊產品功能的升級較少，對新產品、新功能的研發(fā)較少。

(3)自動化、智能化程度低。從國外的最新機具可以看出，國外機具已經將自動化、智能化功能應用到摟草機械中，而國內摟草機大部分都是依靠傳統(tǒng)的拖拉機液壓操縱桿控制機具運動，缺乏電控系統(tǒng)的集成調控。

4 發(fā)展建議

我國摟草機械與國外產品相比還存在明顯差距，為加快我國摟草機發(fā)展，可以從以下3個方面著力改進提高。

(1)補齊摟草機生產短板，并向高質量發(fā)展轉型。加快提高摟草機的制造水平，彌補我國在這方面的不足，并對牧草種植收獲環(huán)節(jié)機械化集成配套，探索因地制宜的牧草種植收獲全程機械化解決方案。

(2)完善摟草機創(chuàng)新體系。把握市場對摟草機功能的需求，推進摟草機系列裝備的創(chuàng)新，研發(fā)農民需要、先進的適用設備，既要發(fā)展適合大面積平坦草場的大型摟草機，又要發(fā)展具有特色的小型摟草機。加快淘汰老舊機型，促進新產品、新技術的推廣應用。

(3)推進摟草機向自動化、智能化協(xié)同發(fā)展。隨著第4次工業(yè)革命席卷全球，我國摟草機的發(fā)展要緊跟時代，加強自動化、智能化和移動互聯(lián)網等信息技術在摟草機上的應用。