國內外玉米收獲機械發(fā)展現狀及展望(一)

　　一、引言

　　玉米是我國主要的糧食作物之一，也是農民收入的重要來(lái)源。隨著(zhù)我國農村土地流轉政策的實(shí)施，以及農村勞動(dòng)力不斷向二、三產(chǎn)業(yè)轉移，農村勞動(dòng)力越來(lái)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(guò)程中**重要的一個(gè)環(huán)節，對整個(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、季節性強，易遭受風(fēng)、雨等自然天氣侵蝕而造成減產(chǎn)。因此，實(shí)現玉米收獲機械化作業(yè)對于提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強度、降低收獲損失和確保豐收具有非常重要的意義。據統計，至2013年底，我國玉米機收率為49%，且發(fā)展緩慢，使用機型以背負式為主，工藝落后、生產(chǎn)效率低、收獲損失大等問(wèn)題已經(jīng)成為制約我國玉米生產(chǎn)的主要因素之一。然而，美國、德國、日本等發(fā)達國家早在20世紀60年代初期已經(jīng)基本實(shí)現了玉米收獲的全程機械化，并朝著(zhù)大型化、自動(dòng)化、現代化和精準化方向發(fā)展。

資料圖

　　二、國外玉米收獲機械發(fā)展現狀及特點(diǎn)

　　在機械化程度較高的歐洲和美洲的一些國家，玉米機械化收獲已有幾十年的歷史。根據地域、氣候條件和種植制度的不同，各地區的玉米收獲機械正在朝著(zhù)不同的方向發(fā)展。19世紀初期，美國就發(fā)明了由人或牲畜提供動(dòng)力的脫粒機和割捆機，1920年生產(chǎn)出29.4kW的玉米聯(lián)合收獲機，到1939年成功制作出第1臺自走式玉米聯(lián)合收獲機械，從此美國玉米收獲基本實(shí)現機械化。20世紀70年代后進(jìn)入高速發(fā)展階段，機具朝著(zhù)大型化、通用化和高效的方向發(fā)展，電子技術(shù)、導航技術(shù)、遙感技術(shù)和地理信息系統等先進(jìn)的智能技術(shù)也紛紛運用到玉米收獲機上。結合其比較成熟、統一的種植工藝，使得玉米收獲機快速發(fā)展。

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

　　玉米收獲是通過(guò)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(guò)程，可以用不同的方法來(lái)實(shí)現。根據不同的自然環(huán)境、技術(shù)水平、種植規模和種植制度，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)節分開(kāi)進(jìn)行。首先人工將玉米果穗摘下，再用玉米割臺將秸稈割倒，鋪放在田間;然后人工將果穗和秸稈運送回場(chǎng)地晾曬，用脫粒機進(jìn)行脫粒、分離和清選。這種機械的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、成本低、易于操作;缺點(diǎn)是需要耗費眾多勞動(dòng)力、生產(chǎn)效率低;適用于種植規模較小、經(jīng)濟發(fā)展欠缺的地區。

　　B、聯(lián)合收獲法

　　聯(lián)合收獲法是利用玉米聯(lián)合收獲機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，非常適合大型農場(chǎng)使用;但該類(lèi)玉米收獲機結構復雜、售價(jià)高、收獲結束閑置時(shí)間長(cháng)，整機利用率較低。

　　C、兩段收獲法

　　該方法首先用割曬機將秸稈割倒并鋪放在割茬上，經(jīng)過(guò)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籽粒飽滿(mǎn)、堅實(shí)、色澤一致，提高了糧食的等級;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(cháng)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，增大機械對土壤的壓實(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)是機器結構簡(jiǎn)單，功率消耗低，收獲損失大。目前，該機型還處在開(kāi)發(fā)研制階段，工作質(zhì)量有待提高，普及程度較小。隨著(zhù)適應機械化生產(chǎn)玉米品種的出現和玉米種植農藝技術(shù)的不斷發(fā)展完善，玉米收獲機的結構和類(lèi)型也在不斷地發(fā)生變化。目前，發(fā)達國家根據當地氣候條件和種植制度的不同，主要采用玉米果穗收獲機和換裝玉米割臺的谷物聯(lián)合收獲機這兩種形式。

　　三、玉米果穗收獲機

　　在俄羅斯、烏克蘭和歐洲的一些國家，受當地氣候條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(zhuān)用的玉米果穗收獲機進(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，該機設計新穎，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(guò)程作業(yè)。該機型裝配先進(jìn)的靜液壓驅動(dòng)行走裝置，操作更加靈活便捷，作業(yè)速度高達8km/h，并可實(shí)現無(wú)級變速，且機構更加耐久可靠;安裝的莖稈鋪放裝置性能優(yōu)越，高效可靠，滿(mǎn)足用戶(hù)對莖稈回收利用和粉碎還田的不同需求。

　　四、在谷物聯(lián)合收割機上配置專(zhuān)用的玉米割臺

　　像美國、加拿大等國家，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。美國迪爾公司、凱斯公司、德國Mengle公司和道依茨公司等生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機，絕大部分是在小麥聯(lián)合收獲機上換裝玉米割臺，并通過(guò)調節脫粒滾筒的轉速和脫粒間隙進(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，采用切流式脫離滾筒加軸流板齒分離滾筒結構，增強了機器的脫離、分離性能，降低了谷物破碎率，喂入量高達7kg/s;通過(guò)選配不同割臺，可以收獲水稻、麥、大豆和玉米等多種作物，實(shí)現了一機多用。

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，國外玉米收獲機發(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

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

　　2)向擴大機器的通用性和提高適應性發(fā)展

　　聯(lián)合收獲機除了可以配置不同的割臺實(shí)現收獲大豆、玉米、小麥和水稻外，同一臺機器還可以配置不同割幅的割臺以適應不同地塊種植密的需要；通過(guò)改變分禾器結構實(shí)現植株連續導入技術(shù)，強制抓取、橫向輸送、有序喂入，從而解決了不同行距玉米的收獲問(wèn)題，擴大機器通用性。設計玉米收獲機脫粒機構為仿生機構，使其能夠自動(dòng)適應傾斜地面，提高機器對不同地形的適應能力;選配大尺寸輪胎或履帶，提高收獲機對不同土壤狀況的適應能力。

　　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工作性能的重要指標之一，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代玉米聯(lián)合收獲機的主要發(fā)展趨勢。研究發(fā)現:摘穗輥輥型是影響摘穗性能的主要因素，通過(guò)試驗設計新型摘穗輥，提高摘穗輥對玉米不同直徑、不同結穗部位和不同穗型的適應性，減少果穗損傷、降低籽粒破碎率及提高籽粒清潔度。脫粒機構采用雙滾筒軸流式脫粒分離結構，大大提高了脫粒效率的同時(shí)提高籽粒清潔度。

　　4)廣泛應用新材料和先進(jìn)制造技術(shù)

　　伴隨著(zhù)新制造技術(shù)和新材料的應用，收獲機的性能更好、更快、可靠性更高。通過(guò)利用ADAMS、Pro/E、UG等虛擬仿真軟件對零部件的力學(xué)性能及整機的作業(yè)效果進(jìn)行仿真分析，可以降低開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。玉米收獲機的機架使用質(zhì)量輕、強度大鋁合金材料，降低機身質(zhì)量的同時(shí)減少動(dòng)力消耗;在脫粒機構、輸送機構等容易磨損的零件表面進(jìn)行硬化處理，延長(cháng)零部件的使用壽命;重要零部件要進(jìn)行磨合試驗和試運轉，從而降低機組故障率，提高機組可靠性。

　　5)廣泛應用機電一體化和自動(dòng)化技術(shù)

　　機電一體化和自動(dòng)化技術(shù)的應用，使玉米收獲機朝著(zhù)高效、舒適及安全的方向發(fā)展。駕駛室內有空調，座椅具有按摩功能，以改善駕駛員的工作條件；關(guān)鍵工作零部件設置傳感器以檢測其工作狀態(tài);收獲機割臺配備自動(dòng)控制裝置，可自動(dòng)調節對行，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置流量傳感器，根據不同地塊的谷物生長(cháng)狀況自動(dòng)調節車(chē)速，防止喂入量過(guò)大而造成輸送系統堵塞。

　　6)向智能化收獲機發(fā)展

　　隨著(zhù)科技進(jìn)步，電子技術(shù)、航天測量技術(shù)、導航技術(shù)也逐漸應用于玉米收獲機。發(fā)達國家的玉米收獲機可以自動(dòng)駕駛，智能化的玉米收獲機可以在收獲過(guò)程中直接測出該地塊的實(shí)時(shí)產(chǎn)量，部分比較先進(jìn)的機型還可以根據玉米產(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。全球衛星定位系統、地理信息系統和遙感技術(shù)在智能化聯(lián)合收割機上的應用，使國外玉米收獲機械化技術(shù)水平有了飛速發(fā)展。王堃等利用遙感技術(shù)觀(guān)測玉米形態(tài)的變化，從而準確地預測玉米的收獲時(shí)間，為地域之間合理配置玉米收獲機提供技術(shù)支持。

　　本文作者：耿愛(ài)軍，楊建寧，張兆磊，張姬，李汝莘