國(guó)內(nèi)外玉米收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及展望(一)

　　一、引言

　　玉米是我國(guó)主要的糧食作物之一，也是農(nóng)民收入的重要來源。隨著我國(guó)農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策的實(shí)施，以及農(nóng)村勞動(dòng)力不斷向二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，農(nóng)村勞動(dòng)力越來越少，玉米的生產(chǎn)成本也在不斷增加。收獲作業(yè)是整個(gè)玉米生產(chǎn)過程中**重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量的提升具有很大的影響。其作業(yè)特點(diǎn)是時(shí)間緊、任務(wù)重、季節(jié)性強(qiáng)，易遭受風(fēng)、雨等自然天氣侵蝕而造成減產(chǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)玉米收獲機(jī)械化作業(yè)對(duì)于提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低收獲損失和確保豐收具有非常重要的意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2013年底，我國(guó)玉米機(jī)收率為49%，且發(fā)展緩慢，使用機(jī)型以背負(fù)式為主，工藝落后、生產(chǎn)效率低、收獲損失大等問題已經(jīng)成為制約我國(guó)玉米生產(chǎn)的主要因素之一。然而，美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)60年代初期已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了玉米收獲的全程機(jī)械化，并朝著大型化、自動(dòng)化、現(xiàn)代化和精準(zhǔn)化方向發(fā)展。

資料圖

　　二、國(guó)外玉米收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)

　　在機(jī)械化程度較高的歐洲和美洲的一些國(guó)家，玉米機(jī)械化收獲已有幾十年的歷史。根據(jù)地域、氣候條件和種植制度的不同，各地區(qū)的玉米收獲機(jī)械正在朝著不同的方向發(fā)展。19世紀(jì)初期，美國(guó)就發(fā)明了由人或牲畜提供動(dòng)力的脫粒機(jī)和割捆機(jī)，1920年生產(chǎn)出29.4kW的玉米聯(lián)合收獲機(jī)，到1939年成功制作出第1臺(tái)自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)械，從此美國(guó)玉米收獲基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。20世紀(jì)70年代后進(jìn)入高速發(fā)展階段，機(jī)具朝著大型化、通用化和高效的方向發(fā)展，電子技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)的智能技術(shù)也紛紛運(yùn)用到玉米收獲機(jī)上。結(jié)合其比較成熟、統(tǒng)一的種植工藝，使得玉米收獲機(jī)快速發(fā)展。

　　歐洲國(guó)家則在割捆機(jī)和脫粒機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了眾多類型的玉米收獲機(jī)，如東德E512型聯(lián)合收獲機(jī)、克拉斯D76和法國(guó)布勞特801等。日本則借鑒西方先進(jìn)的玉米收獲機(jī)械經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合日本多山地的地貌，設(shè)計(jì)制作出了一系列結(jié)構(gòu)小巧、性能優(yōu)良的收獲機(jī)械。由于該國(guó)以種植水稻為主，所以收獲機(jī)械多數(shù)為水稻收獲機(jī)械。日本收獲機(jī)械發(fā)展特點(diǎn)是起步晚但發(fā)展迅速:從1967年開始推廣半喂入式聯(lián)合收獲機(jī)械到1977年全國(guó)水稻機(jī)收率為91.4%，僅用了10年。目前，日本的水稻收獲機(jī)械在自動(dòng)化程度和收獲性能等方面均達(dá)到世界先進(jìn)水平，久保田、洋馬等公司生產(chǎn)的收獲機(jī)械性能處于**領(lǐng)先水平。

　　玉米收獲是通過一次或幾次作業(yè)完成切割、摘穗、秸稈還田(或回收)、果穗收集和脫粒等過程，可以用不同的方法來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同的自然環(huán)境、技術(shù)水平、種植規(guī)模和種植制度，目前常用的玉米收獲工藝主要有以下幾種:

　　A、分段收獲法

　　分段收獲是將玉米收獲各個(gè)環(huán)節(jié)分開進(jìn)行。首先人工將玉米果穗摘下，再用玉米割臺(tái)將秸稈割倒，鋪放在田間;然后人工將果穗和秸稈運(yùn)送回場(chǎng)地晾曬，用脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒、分離和清選。這種機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于操作;缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)眾多勞動(dòng)力、生產(chǎn)效率低;適用于種植規(guī)模較小、經(jīng)濟(jì)發(fā)展欠缺的地區(qū)。

　　B、聯(lián)合收獲法

　　聯(lián)合收獲法是利用玉米聯(lián)合收獲機(jī)在田間一次性完成切割、摘穗、剝皮、脫粒、清選和秸稈還田作業(yè)。這種方法效率高、損失少，非常適合大型農(nóng)場(chǎng)使用;但該類玉米收獲機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、售價(jià)高、收獲結(jié)束閑置時(shí)間長(zhǎng)，整機(jī)利用率較低。

　　C、兩段收獲法

　　該方法首先用割曬機(jī)將秸稈割倒并鋪放在割茬上，經(jīng)過3～5天晾曬使玉米成熟并風(fēng)干，然后使用具有拾禾器的玉米收獲機(jī)進(jìn)行撿拾、摘穗、剝皮和脫粒、分離、清選作業(yè)。這種方法可以使絕大多數(shù)籽粒飽滿、堅(jiān)實(shí)、色澤一致，提高了糧食的等級(jí);收獲后玉米籽粒含水率低，可直接入倉。但是，兩段收獲法耗時(shí)較長(zhǎng)一般需要提前7～8天進(jìn)行，割曬和收獲分別作業(yè)，進(jìn)地兩次，增大機(jī)械對(duì)土壤的壓實(shí)作用的同時(shí)，功率消耗有明顯增加。

　　D、割前脫粒法

　　這是一種比較新的玉米收獲工藝，先將玉米果穗摘下然后再進(jìn)行秸稈切割。這種方法的特點(diǎn)是機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功率消耗低，收獲損失大。目前，該機(jī)型還處在開發(fā)研制階段，工作質(zhì)量有待提高，普及程度較小。隨著適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)玉米品種的出現(xiàn)和玉米種植農(nóng)藝技術(shù)的不斷發(fā)展完善，玉米收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)和類型也在不斷地發(fā)生變化。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和種植制度的不同，主要采用玉米果穗收獲機(jī)和換裝玉米割臺(tái)的谷物聯(lián)合收獲機(jī)這兩種形式。

　　三、玉米果穗收獲機(jī)

　　在俄羅斯、烏克蘭和歐洲的一些國(guó)家，受當(dāng)?shù)貧夂驐l件和種植制度的影響，收獲時(shí)玉米籽粒含水率一般在25%～35%之間，不宜采用直接脫粒的方法進(jìn)行收獲，故采用專用的玉米果穗收獲機(jī)進(jìn)行分段收獲。第1段收獲是指將秸稈切斷后摘穗，收集果穗并將秸稈粉碎還田;第2段收獲是指將玉米果穗晾干后去皮脫粒，經(jīng)清選后入倉。如約翰迪爾Y210型玉米果穗收獲機(jī)，該機(jī)設(shè)計(jì)新穎，在剝皮、莖稈粉碎處理等方面進(jìn)行大膽創(chuàng)新，可以一次完成玉米作物的摘穗、輸送、剝皮、裝箱、秸稈粉碎還田的全過程作業(yè)。該機(jī)型裝配先進(jìn)的靜液壓驅(qū)動(dòng)行走裝置，操作更加靈活便捷，作業(yè)速度高達(dá)8km/h，并可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，且機(jī)構(gòu)更加耐久可靠;安裝的莖稈鋪放裝置性能優(yōu)越，高效可靠，滿足用戶對(duì)莖稈回收利用和粉碎還田的不同需求。

　　四、在谷物聯(lián)合收割機(jī)上配置專用的玉米割臺(tái)

　　像美國(guó)、加拿大等國(guó)家，其種植方式為一年一季，收獲時(shí)玉米籽粒的含水率低于24%，可以直接收獲玉米籽粒。美國(guó)迪爾公司、凱斯公司、德國(guó)Mengle公司和道依茨公司等生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機(jī)，絕大部分是在小麥聯(lián)合收獲機(jī)上換裝玉米割臺(tái)，并通過調(diào)節(jié)脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速和脫粒間隙進(jìn)行玉米的聯(lián)合收獲。例如，JohnDeere公司的C110型谷物聯(lián)合收獲機(jī)，采用切流式脫離滾筒加軸流板齒分離滾筒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了機(jī)器的脫離、分離性能，降低了谷物破碎率，喂入量高達(dá)7kg/s;通過選配不同割臺(tái)，可以收獲水稻、麥、大豆和玉米等多種作物，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，國(guó)外玉米收獲機(jī)發(fā)展主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):

　　1)向高效、大型、大功率、寬割幅、大喂入量和高速發(fā)展

　　在美國(guó)和加拿大的一些大型農(nóng)場(chǎng)，大型的玉米收獲機(jī)正在逐漸推廣。該類機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)**大功率可達(dá)250kW，喂入量達(dá)到10kg/s;割臺(tái)**大割幅已經(jīng)超過9m并可以折疊，收獲機(jī)作業(yè)速度超過8km/h。

　　2)向擴(kuò)大機(jī)器的通用性和提高適應(yīng)性發(fā)展

　　聯(lián)合收獲機(jī)除了可以配置不同的割臺(tái)實(shí)現(xiàn)收獲大豆、玉米、小麥和水稻外，同一臺(tái)機(jī)器還可以配置不同割幅的割臺(tái)以適應(yīng)不同地塊種植密的需要；通過改變分禾器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)植株連續(xù)導(dǎo)入技術(shù)，強(qiáng)制抓取、橫向輸送、有序喂入，從而解決了不同行距玉米的收獲問題，擴(kuò)大機(jī)器通用性。設(shè)計(jì)玉米收獲機(jī)脫粒機(jī)構(gòu)為仿生機(jī)構(gòu)，使其能夠自動(dòng)適應(yīng)傾斜地面，提高機(jī)器對(duì)不同地形的適應(yīng)能力;選配大尺寸輪胎或履帶，提高收獲機(jī)對(duì)不同土壤狀況的適應(yīng)能力。

　　3)高清潔度主要工作部件的研究更為深入

　　籽粒清潔度是衡量收獲機(jī)工作性能的重要指標(biāo)之一，提高脫粒清選裝置的生產(chǎn)率和籽粒清潔度，降低谷物損失率和破碎率是現(xiàn)代玉米聯(lián)合收獲機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn):摘穗輥輥型是影響摘穗性能的主要因素，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)新型摘穗輥，提高摘穗輥對(duì)玉米不同直徑、不同結(jié)穗部位和不同穗型的適應(yīng)性，減少果穗損傷、降低籽粒破碎率及提高籽粒清潔度。脫粒機(jī)構(gòu)采用雙滾筒軸流式脫粒分離結(jié)構(gòu)，大大提高了脫粒效率的同時(shí)提高籽粒清潔度。

　　4)廣泛應(yīng)用新材料和先進(jìn)制造技術(shù)

　　伴隨著新制造技術(shù)和新材料的應(yīng)用，收獲機(jī)的性能更好、更快、可靠性更高。通過利用ADAMS、Pro/E、UG等虛擬仿真軟件對(duì)零部件的力學(xué)性能及整機(jī)的作業(yè)效果進(jìn)行仿真分析，可以降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。玉米收獲機(jī)的機(jī)架使用質(zhì)量輕、強(qiáng)度大鋁合金材料，降低機(jī)身質(zhì)量的同時(shí)減少動(dòng)力消耗;在脫粒機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)等容易磨損的零件表面進(jìn)行硬化處理，延長(zhǎng)零部件的使用壽命;重要零部件要進(jìn)行磨合試驗(yàn)和試運(yùn)轉(zhuǎn)，從而降低機(jī)組故障率，提高機(jī)組可靠性。

　　5)廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)

　　機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，使玉米收獲機(jī)朝著高效、舒適及安全的方向發(fā)展。駕駛室內(nèi)有空調(diào)，座椅具有按摩功能，以改善駕駛員的工作條件；關(guān)鍵工作零部件設(shè)置傳感器以檢測(cè)其工作狀態(tài);收獲機(jī)割臺(tái)配備自動(dòng)控制裝置，可自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)行，減少植株的推倒率，降低果穗的漏摘損失；在谷物脫粒分離裝置前設(shè)置流量傳感器，根據(jù)不同地塊的谷物生長(zhǎng)狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)車速，防止喂入量過大而造成輸送系統(tǒng)堵塞。

　　6)向智能化收獲機(jī)發(fā)展

　　隨著科技進(jìn)步，電子技術(shù)、航天測(cè)量技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)也逐漸應(yīng)用于玉米收獲機(jī)。發(fā)達(dá)國(guó)家的玉米收獲機(jī)可以自動(dòng)駕駛，智能化的玉米收獲機(jī)可以在收獲過程中直接測(cè)出該地塊的實(shí)時(shí)產(chǎn)量，部分比較先進(jìn)的機(jī)型還可以根據(jù)玉米產(chǎn)量和土壤狀況，繪制地塊的土壤肥力圖，以便于后期施肥管理。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)在智能化聯(lián)合收割機(jī)上的應(yīng)用，使國(guó)外玉米收獲機(jī)械化技術(shù)水平有了飛速發(fā)展。王堃等利用遙感技術(shù)觀測(cè)玉米形態(tài)的變化，從而準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)玉米的收獲時(shí)間，為地域之間合理配置玉米收獲機(jī)提供技術(shù)支持。

　　本文作者：耿愛軍，楊建寧，張兆磊，張姬，李汝莘