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专家谈玉米收获机

   2011-10-09 农业机械17770
核心提示:玉米机收一直是我国农业机械化领域的一个难题,对行、掉棒、啃粒及剥皮等种种问题长期困扰着生产企业和科研人员。多年以来,玉米收获

玉米机收一直是我国农业机械化领域的一个难题,对行、掉棒、啃粒及剥皮等种种问题长期困扰着生产企业和科研人员。多年以来,玉米收获机械化推进很慢,有机器的原因,有农艺的原因,也有农民的习惯及适应性的问题。尽管难度很大,但我国玉米收获机械化仍在不断地向前推进,到2010年底玉米机收水平已经超过25%,而且近年来还呈现出加速发展的趋势。

到底是什么原因让长期困扰我们的老大难问题得以缓解,技术进步,补贴推动,还是与农艺的结合有了进展?今后几年我国玉米收获机应该朝什么方向发展?为弄清楚这些问题,本刊主编刘振营研究员邀请了行业知名收获机械专家韩增德研究员(中国农机院首席专家)和曹洪国研究员,针对我国玉米收获机过去的发展、现在遇到的问题及未来的发展途径进行了探讨,以期梳理出一条产品技术发展思路,供生产者、研发者及用户参考。

玉米收获机技术渊源
 
我国玉米收获机经过多年发展,已形成以背负式机型、自走式机型为主,籽粒直收机为辅的局势,但无论是背负式机型还是自走式机型,其工作原理多年没有变化,仔细探究就很容易找到他们的共同技术渊源。

(1)丰收2W。早在20世纪70年代,由中国农机院牵头研发出了丰收2W(卧式)、丰收2L(立式)玉米收获机,其中丰收2L由于种种原因而没有投产,而丰收2W实现了批量化生产,并连续生产使用了20多年。

丰收2 W 玉米收获机为牵引式机组,由一台拖拉机牵引,同时配套一台拖车,整个机组长度超过10 m,需要对行作业,适应行距为70 cm,在达到行距要求的情况下作业效果还不错。该机在黑龙江赵光收割机厂连续生产了20多年,且每年都有一定的销量。随着农村土地改革的推进,特别是部分农场土地也划块承包后,丰收2W的牵引作业方式越来越无法适应小地块要求,因而逐渐退出市场。丰收2W连续生产、应用20多年,说明只要农机和农艺相配套,国产玉米收获机也可以满足用户的使用需求。

(2)自走4行机。改革开放以后,各地都已实行土地承包到户,但继续实行规模化经营的地区依然存在,像北京以及各地农垦地区等,这些地区依然对大型玉米收获机有需求。“八五”期间,再次由中国农机院牵头研发了大型自走式4行玉米收获机,该机同样要求对行作业,在适应行距的情况下,收获效果也不错。

刚研发出的4 行自走式玉米收获机是在北京生产的,由于厂家制造能力、用户使用水平等原因,使得4行自走机作业效果不一,有的用户年作业133.3 hm2(2 000亩)地,有的用户一年只能作业几亩地。调查发现,在使用几年后用户逐渐摸透了机器特性,操
作、维修及保养技巧等也逐渐掌握,最初生产的那批机器使用了多年,直到机器彻底报废。

近年来,国内出现了各种各样的自走式玉米收获机,基本都是延续当时设计的4行自走式玉米收获机的原理。根据我国农艺特点设计的背负式玉米收获机,其工作原理也没有突破丰收2W和4行自走机。可以说,玉米收获机的技术渊源就两个,一是丰收2W、二是4行自走机,剥皮机工作原理、摘穗原理等多年都没有新的进展。

适应区域特点是关键

前些年,在玉米收获机的推广过程中,遇到的对行、掉棒、啃粒及剥皮等各种各样的问题,总结起来都有一个共同的原因,那就是农机农艺不配套。由于各地农艺不同、品种不同、气候不同,导致对收获机械的要求和收获方式各异,想用一种机型解决玉米收获的问题,肯定行不通。但是,如果能认识到玉米收获的区域性特征,在不同
的地区推广不同的机型,并引导用户逐步接受,还是可行的,而且也确实取得了不错的效果。

( 1)山东胶东地区。山东胶东地区玉米收获机尤其是背负式玉米收获机推广迅速,主要得益于农机农艺的结合。胶东地区玉米种植模式为宽窄行,一般行距为50~80 cm,正好适合两行背负式玉米收获机的作业要求,现有44.1kW(60 hp)以上拖拉机的功率完全符合玉米机械收获的要求,秸秆粉碎还田机的宽度也正好合适。另外,胶东地区种
植玉米品种结穗大,背负式玉米收获机常用的辊式摘穗结构比较适合,剥皮作业的效果也基本能达到农民的要求。

在胶东地区背负式玉米收获机与当地农艺特点完美结合,简直就是量体裁衣,这也就是为什么玉米机收在胶东地区推广迅速的原因,代表厂家有巨明、大丰、国丰、玉丰和玺丰等。农机农艺相结合及机器价格低,不到2万元/台的销售价格,再加上购置补贴政策,背负式玉米收获机的价格优势更加明显。

近年来,针对背负式玉米收获机驾驶视野差的缺陷,不少农机企业利用小四轮底盘开发了两行自走式玉米收获机,价格便宜,约为五六万元/台,同样适应胶东地区的农艺特点,很快取得大面积推广。

(2)东北地区。东北地区特别是黑龙江及农垦地区,玉米收获机械作米主要有两种方式,一是以自走式玉米收获机为代表,多采用板式摘穗机构并配备剥皮装置。二是籽粒直收加烘干,主要采用纵轴流式联合收割机直接收获玉米籽粒,再用烘干机进行烘干,作业面积约占总面积的30%以上。

由于黑龙江地区的玉米几乎全部采用机械化播种,因此不存在行距不对的问题,所以无论自走式机型或籽粒直收机型都能适应并迅速推广。洛阳中收、藁城博远、北京亨运通等企业相继推出的自走式机型,基本适应东北的农艺特点,值得一提的是其之所以采用板式摘穗机构,是由于黑龙江地区的玉米穗小且不致,辊式摘穗容易啃穗,而板式摘穗不啃穗且割台损失小,这也正是农机适合农艺要求,满足其区域性特征的例子。

(3)华北地区。目前,还没有特别适合华北地区的成熟玉米收获机型,无论是背负机型还是自走机型都还存在这样那样的问题,要么作业效率低,要么剥皮不净,要么啃籽粒。中国农机院正在研发一种新型玉米收获机,其作业过程为切割、摘穗、秸秆切碎后回收或抛撒还田。该机型最初主要是考虑到宁夏、新疆和内蒙古地区要回收玉米秸秆
作牛羊饲料的需求而研发的,目前看来这一新的收获方式可能会给玉米机收带来一次革命性变化。

玉米收获机的技术难点

(1)秸秆粉碎还田装置。玉米联合收获机配套的秸秆粉碎还田装置在作业时,既要粉碎玉米秸秆,还要对地面土壤进行粉碎扰动,至少增加了主机1/3的动力消耗。即便是带秸秆粉碎还田装置进行玉米收获后,用户也还需要再使用拖拉机驱动秸秆粉碎还田机作业一遍,才能进行播种作业。因此,秸秆粉碎还田是对主机动力的极大浪费,直接导致玉米收获机配套动力最少在51 kW(70 hp),配套拖拉机从最初的两驱,发展到目前的四驱。

如果玉米收获机能去除掉秸秆还田装置,不仅能实现节能减排,还能使玉米收获机回归到它本来的作用。去掉了秸秆粉碎还田部分,玉米收获机的动力消耗大大减小,而且对整机的刚度要求也大大降低,现在的玉米收获机动力系统、传动系统、机架刚性等方面遇到的问题也将迎刃而解。

(2)剥皮装置的适应性。所有的玉米穗剥皮装置都是利用摩擦原理进行剥皮工作的,能够调整和控制的是压力大小和摩擦系数。摩擦系数主要跟剥皮装置的材料有关,通常有胶辊和铁辊两种,胶辊的摩擦系数大,铁辊摩擦系数小。现在应用较多的是,胶辊带动玉米穗转动,再施加适当的压力从而实现剥皮作业。但问题的关键在于压力大小的调整和控制,由于玉米穗大小不一,压穗辊材料有弹簧、胶辊等,所以很难保证作用到玉米穗的压力大小一致,玉米穗大的压力就大而导致啃粒,玉米穗小的压力小而导致剥不净。

剥皮装置的缺陷是其工作原理导致的,目前全还没有一个厂家能解决这个问题,包括法国布光的玉米收获机,同样也无法保证剥净玉米皮,主要原因也是无法做到剥皮压力一致。

既然剥皮装置的原理有天生缺陷,但它却仍然在各地使用,主要原因是各地玉米品种不同、收获季节不同,如果能采用不同的装置恰好可以适应当地的农艺特点。如东北,收获玉米时苞叶与玉米穗连接处一碰就断,玉米穗苞皮很容易被剥掉,这也是我国东北、俄罗斯、乌克兰等地玉米穗剥皮都不是主要难题的原因,在这些地区玉米收获机只要解决好排杂就可以了。但是华北地区,玉米成熟时苞叶已经干了,可是玉米穗及茎秆的水分还很大,苞叶和穗之间连接很紧,所以很难剥净苞皮,尤其是山西中北部的高原地区,玉米越成熟苞皮包得越紧。在这些地区,现有的剥皮装置都很难满足需求,要么剥不净,要么造成籽粒破损,可能需要农民用户和设计人员都要转变观念,收获玉米是否一定就要把玉米穗的苞皮剥干净,这值得深思和探索。

(3)杂余的清理与分离问题。玉米收获机清杂和剥皮的关系需要研发设计人员仔细研究,在东北地区清杂和剥皮实际上是一回事,作业效果也差不多,采用清杂的方法就能达到剥皮的效果,还不啃粒也不会造成籽粒损失。在华北地区,如果采用清杂的方法,则无法达到剥皮的效果。

杂余分离是另一个需要研发设计人员解决的问题,也就是如何分离回收剥皮啃掉的籽粒、割台漏撒的籽粒等。现有的装置有绞龙式,也有刮板式,还有振动筛式,但他们都存在适应性的问题,中国农机院在2009年还研发了链式回收装置。现在需要考虑的是,到底哪一种装置更加适合中国的农艺情况,能把籽粒和秸秆分离回收得更干净,也有厂家采用谷物收割机的分离装置,从他们的试验情况看,效果并不理想。

(4)不对行的问题。当前,玉米的不对行收获已经解决,现有玉米收获机通过几个路径基本实现了不对行收获。一是窄行距实现不对行收获,一般在450 mm就基本上适应现有的多种玉米种植方式。二是拨禾星轮式,拨禾星轮可以在一个较大的区域内,将玉米株拨到割台。当行距小的时候,靠小分禾器实现分禾,而又不推倒玉米;当行距大的时候,靠拨禾星轮把玉米株拨到割台。乌克兰企业设计的链条输送,其原理也一样,只是链条只能改善对行距的适应,拨禾星轮的行距适应性更强。三是无支撑切割输送,没有扶禾器也没有夹持机构。

无论采用链式、星轮式或窄行距等都只能是改善对行距的适应性,通过分行器植株要么被分到这行,要么被分到另一行,所以专家提出分禾器要“尖、短、窄”。但是,第三种的无支撑切割输送,则根本就不存在行距适应的问题,未来有望彻底解决不对行问题。

当前,玉米收获机应该要解决的问题和研发努力的方向,一是剥皮装置要提高适应性,二是清杂方式的选择,三是排杂物中如何分离籽粒,其他方面的问题都已经在技术方面得到了解决,如不对行、秸秆综合利用等。

“十二五”玉米收获技术发展趋势

由于我国各地气候条件、玉米品种及农艺特点的复杂性,因此要想用一种玉米收获机适应的玉米种植农艺及品种是不可能的。中国农机院韩增德研究员早在2009年就提出,首先要因地制宜地开发适应不同地区的玉米收获机;其次要开发新型的玉米收获机割台,并研究新型秸秆处理方式,以达到节能减排的目的;第三要考虑玉米籽粒直收的方式。

在欧美,玉米籽粒直收加烘干的收获方式已经被广泛应用,而且这种收获方式也非常适合欧美农业生产方式,是今后现代农业的发展方向之一。要推广籽粒直收加烘干的收获方式,需要进行相关的农艺改进,如缩短生长期等。欧美等国在这方面已经非常成熟,各种农机、农艺技术已经普及。

如果玉米是做工业用粮,如做饲料或生物质燃料,采用玉米籽粒直收加烘干完全可以满足要求;如做种子用,则还仍然需要摘穗收获。目前,在我国之所以籽粒直收的收获方式没有推广,完全是农民接受程度的问题。在农垦农场的个别地方,政府为鼓励农民对烘干按0.6元/kg的标准给予补贴,实际上烘干的成本只需要0.4元/kg,这说明在引导农民接受籽粒直收加烘干的收获方式。

和摘穗收获相比,籽粒直收的工艺少、成本低。籽粒直收后的玉米秸秆全部切碎,或抛撒到地面或回收做饲料,不需要拖拉机二次进地进行秸秆粉碎还田,减轻了机器对土壤的碾压。减少工艺所节省的成本还可以进行烘干作业,在华北地区玉米收获季节,太阳光的照射强度依然可以进行晾晒干燥,甚至还可以节约干燥的费用。

目前,摆在农机人面前的问题就是,想办法让籽粒破碎减少一些,让老百姓接受。“十二五”期间,我们应重点研究玉米籽粒直收的脱粒方式,各生产企业和研究院所的研发方向是,程度地减少玉米籽粒的破碎,要让农民接受籽粒直收的方式。

 

 
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