薛 影，張光光

(1.黃河交通學院，河南 焦作 454000；2.焦作市物料傳輸設備關鍵件制造工藝與裝備工程技術研究中心，河南 焦作 454000)

1 國內(nèi)趨勢

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，玉米收獲基本上都是以人工作業(yè)來方式完成，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，玉米秸稈沒有得到很好的回收再利用，秸稈焚燒的處理方式加大了環(huán)境污染，浪費了可再生資源。據(jù)統(tǒng)計，我國每年玉米種植面積達到0.16億hm2，玉米收獲機近年來也得到快速發(fā)展，其銷售量增幅為每年6%左右，但現(xiàn)階段玉米機收水平只有40%～45%，仍有50%以上的玉米靠人工來完成收獲。玉米收獲這一繁重的體力工作，迫切需要機械化收獲來替代，將農(nóng)民從玉米收獲這一繁重的體力勞動中解放出來。加上傳統(tǒng)的飼養(yǎng)業(yè)因玉米秸稈回收難(玉米秸稈收獲-切碎-儲存靠人工來完成存在一定的難度)，給飼養(yǎng)業(yè)的發(fā)展帶來了阻礙。國務院早在1999年初就下發(fā)了《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》的文件，號召玉米秸稈飼料化，在農(nóng)區(qū)大力發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)。近年來，玉米秸稈的經(jīng)濟價值及利用途徑不斷顯現(xiàn)，如壓制纖維板、碳棒、一次性餐具和制造紙等。而且秸稈也是發(fā)展畜牧業(yè)優(yōu)質(zhì)粗飼料和制造生物菌肥的主要原料。將玉米秸稈回收再利用，變廢為寶是一件利國利民的大事?？梢娪衩兹虣C械化生產(chǎn)過程中，實施一次性收獲玉米穗和玉米秸稈的聯(lián)合機械化生產(chǎn)模式十分適合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢和社會需求。

2 國家政策與產(chǎn)業(yè)需求

2003年以來，隨著國家一系列興農(nóng)政策的實施，國內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化經(jīng)營和機械化服務得到迅速發(fā)展，機耕、機播、機收比例正在迅速提高。特別是十八大以后，隨著我國農(nóng)村土地的不斷流轉(zhuǎn)，中小型農(nóng)場不斷涌現(xiàn)，玉米種植、畜牧等產(chǎn)業(yè)鏈不斷延伸，對玉米收獲機械提出了新的功能需求，莖穗兼收和秸稈粉碎還田型機型逐漸成為研究重點，希望能實現(xiàn)玉米莖穗兼收，即玉米果穗收獲和莖稈粉碎回收一體化，并且要求質(zhì)量可靠、成本低、收益好，適合我國目前國情。

隨著國家將糧食安全提升到戰(zhàn)略的高度，逐年加大了農(nóng)業(yè)“四項補貼”的資金投入規(guī)模，推出一攬子支農(nóng)、惠農(nóng)、助農(nóng)政策。扶持力度越來越大，進一步增強了農(nóng)民增加農(nóng)業(yè)裝備投入和購買大中型農(nóng)機具的信心。尤其是2004年開始國家推出農(nóng)機購置補貼政策，補貼力度逐年加大，惠農(nóng)政策促進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，促使農(nóng)機市場需求由高耗、價廉的中小型機型為主轉(zhuǎn)向高效、低耗的大中型機型為主；由單項作業(yè)為主轉(zhuǎn)向復式作業(yè)為主。節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)農(nóng)業(yè)已成為今后農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，大型玉米收獲機以其節(jié)能高效，適應性廣、不破壞耕地生態(tài)等特點與農(nóng)機發(fā)展趨勢相契合，符合國家相關產(chǎn)業(yè)政策和農(nóng)業(yè)機械技術發(fā)展趨勢。

我國是一個人口大國，畜牧業(yè)在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，對保障國家糧食供給更具有特殊的戰(zhàn)略地位。玉米秸稈作為畜牧業(yè)適宜的飼料資源也急需提高有效利用率。隨著國內(nèi)農(nóng)村經(jīng)營規(guī)模的調(diào)整和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多更大面積農(nóng)田作業(yè)區(qū)和種糧大戶、農(nóng)機服務專業(yè)戶及合作組織。對大中型農(nóng)機具產(chǎn)生了剛性、線性需求。但糧食作物玉米機收水平目前還很低，市場對玉米收獲機需求非常大，帶穗莖兼收玉米收獲機的市場需求更大。開發(fā)大型穗莖兼收玉米收獲機能更好地滿足市場需求，符合市場發(fā)展趨勢，并將有力推動我國農(nóng)機行業(yè)的進步。

3 經(jīng)濟需求

國內(nèi)玉米秸稈收獲機市場近年來呈現(xiàn)從小型向中、大型發(fā)展趨勢，其功能由單一向復合式發(fā)展。但產(chǎn)品質(zhì)量還不夠穩(wěn)定。隨著國家各項扶持政策的實施，國內(nèi)許多企業(yè)也加大了對玉米秸稈收獲機的研發(fā)、創(chuàng)新和投入，產(chǎn)品質(zhì)量也得到不斷提升。隨著產(chǎn)品質(zhì)量和功能的提高，廣大農(nóng)民用戶逐漸接受使用莖穗兼收玉米收獲機來完成玉米和玉米秸稈的收獲。據(jù)調(diào)研資料推算，去年我國大、中型玉米收獲機作業(yè)收益率比較穩(wěn)定。大型單臺4行機一般情況下的投資回收周期在2～3年左右：收獲玉米(帶剝皮、粉碎秸稈還田功能)在3 000元·hm-2左右，整機市場銷售價在15萬～25萬，每天能收獲5.33 hm2，一個收獲季節(jié)20個工作日左右。

5.33 hm2×3 000元·hm-2=16 000元，減去6 000元使用成本，每天收入10 000元，每年20天工作日約凈收入20萬元。

隨著國內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，對玉米秸稈回收再利用也越來越迫切，這是因為青儲飼料在我國畜牧業(yè)發(fā)展中占據(jù)著極其重要的地位。調(diào)研資料顯示，我國畜牧業(yè)比美國每年少用1億t飼料糧，但卻多生產(chǎn)出了2 000萬多t肉，其中大量使用青儲飼料發(fā)揮了重要作用。此外，大量青儲飼料“過腹還田”，既減少了飼料開支，又改良了土壤，促進了生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。青儲飼料在節(jié)糧型畜牧業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，青儲飼料的生產(chǎn)和收獲普遍受到各級政府、農(nóng)民、用戶的重視。沒有理想的飼料收獲機，就不可能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的青儲飼料，更不能很好地滿足畜牧業(yè)迅速發(fā)展的需求。截至2021年，粉碎后的玉米秸稈市場價格已達到200～300元·t-1，每公頃玉米地可產(chǎn)出30～45 t玉米秸稈。由于收益率比較理想，購買大、中型莖穗兼收玉米收獲機的預期收益好，用戶購買新型大、中型莖穗兼收玉米收獲機的熱情也得到有效提升。

4 市場對使用功能的要求

4.1 割臺裝置

即先利用割臺的摘穗輥將玉米果穗摘下，然后割刀將玉米秸稈全部割斷并送入過橋，再經(jīng)過粉碎機粉碎拋送入草倉。而摘下的玉米果穗則通過攪龍進入升運器，再經(jīng)過剝皮機送入糧倉的上下雙割臺結(jié)構，這樣就實現(xiàn)收獲玉米果穗的同時，又收獲玉米秸稈的功能。

4.2 糧倉自卸裝置

需進一步優(yōu)化糧倉自卸裝置液壓系統(tǒng)，采用液壓裝置使已收割進糧倉內(nèi)的玉米自動卸出放置到需要的位置。

4.3 草箱自卸裝置

即重新設計液壓系統(tǒng)，使已收割進草箱內(nèi)的秸稈自動卸放到需要的位置。

4.4 其它液壓裝置

需利用液壓裝置使割臺能夠適應多種工況下工作，適應多種高度的升降，以實現(xiàn)不同高度玉米秸稈的收割。滿足莖穗兼收玉米收獲機所增加的功能的需要。

5 主流收獲機技術要求

發(fā)動機選用動力充足、工況穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)柴油機。剝皮機的最佳轉(zhuǎn)速為450 r·min-1。摘穗輥最佳轉(zhuǎn)速為700～800 r·min-1，燃油箱容積不小于200 L。切碎器的轉(zhuǎn)速應在1 600 r·min-1左右(發(fā)動機轉(zhuǎn)速2 200 r·min-1時)。行走傳動系統(tǒng)(變速箱)選用國內(nèi)通用結(jié)構，三個前進擋和一個后退擋加無級變速輪，滿足多種地域不同種類種植的玉米收獲工作速度。輪胎選用目前技術成熟輪胎，前輪胎型號15-24，后輪胎型號10-15。排氣管處增加阻火材料，對易于發(fā)生火災的柴油機消聲器的排氣管路上加裝阻火隔熱材料，在發(fā)動機上方增加蓋板，消除火災隱患。變速箱及行走部分、制動部分、操縱機構、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選用不低于國內(nèi)成熟技術結(jié)構。

6 技術優(yōu)化方向

(1)需要對目前已有成熟產(chǎn)品進行改造，對整機各部件進行重新布置設計。

(2)增加目前市場上已有的成熟技術的剝皮機和切碎器。

(3)合理設計割臺刀片的大小；測算切碎器的轉(zhuǎn)速；摘穗輥的轉(zhuǎn)速；剝皮機的轉(zhuǎn)速，并經(jīng)過多次反復試驗，確保工作效率。

(4)充分利用液壓系統(tǒng)提高機具的自動化程度。

7 結(jié)語

我國農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品技術水平較低，玉米收獲機的機收率不足50%，已推向市場的大中型玉米收獲機只能將玉米秸稈粉碎還田，無法滿足全國各地積極開展的玉米秸稈綜合利用要求。因此在設計收獲玉米果穗的的同時收獲玉米秸稈并將秸稈割斷、切碎、收集是玉米收獲機設計的關鍵，也是未來收獲機的發(fā)展方向。

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