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国内外玉米收获机械发展现状及展望(一)
栏目分类:农业机械   发布日期:2016-07-02   来源:未知   浏览次数:

一、引言  玉米是我国主要的粮食作物之一,也是农民收入的重要来源。随着我国农村土地流转政策的实施,以及农村劳动力不断向二、三产业转移,农村劳动力越来越少,玉米的生产成本也在不断增加。收获作业是整个玉米
一、引言

  玉米是我国主要的粮食作物之一,也是农民收入的重要来源。随着我国农村土地流转政策的实施,以及农村劳动力不断向二、三产业转移,农村劳动力越来越少,玉米的生产成本也在不断增加。收获作业是整个玉米生产过程中最重要的一个环节,对整个玉米的产量和质量的提升具有很大的影响。其作业特点是时间紧、任务重、季节性强,易遭受风、雨等自然天气侵蚀而造成减产。因此,实现玉米收获机械化作业对于提高生产效率、减轻劳动强度、降低收获损失和确保丰收具有非常重要的意义。据统计,至2013年底,我国玉米机收率为49%,且发展缓慢,使用机型以背负式为主,工艺落后、生产效率低、收获损失大等问题已经成为制约我国玉米生产的主要因素之一。然而,美国、德国、日本等发达国家早在20世纪60年代初期已经基本实现了玉米收获的全程机械化,并朝着大型化、自动化、现代化和精准化方向发展。

资料图

  二、国外玉米收获机械发展现状及特点

  在机械化程度较高的欧洲和美洲的一些国家,玉米机械化收获已有几十年的历史。根据地域、气候条件和种植制度的不同,各地区的玉米收获机械正在朝着不同的方向发展。19世纪初期,美国就发明了由人或牲畜提供动力的脱粒机和割捆机,1920年生产出29.4kW的玉米联合收获机,到1939年成功制作出第1台自走式玉米联合收获机械,从此美国玉米收获基本实现机械化。20世纪70年代后进入高速发展阶段,机具朝着大型化、通用化和高效的方向发展,电子技术、导航技术、遥感技术和地理信息系统等先进的智能技术也纷纷运用到玉米收获机上。结合其比较成熟、统一的种植工艺,使得玉米收获机快速发展。

  欧洲国家则在割捆机和脱粒机的基础上设计出了众多类型的玉米收获机,如东德E512型联合收获机、克拉斯D76和法国布劳特801等。日本则借鉴西方先进的玉米收获机械经验,结合日本多山地的地貌,设计制作出了一系列结构小巧、性能优良的收获机械。由于该国以种植水稻为主,所以收获机械多数为水稻收获机械。日本收获机械发展特点是起步晚但发展迅速:从1967年开始推广半喂入式联合收获机械到1977年全国水稻机收率为91.4%,仅用了10年。目前,日本的水稻收获机械在自动化程度和收获性能等方面均达到世界先进水平,久保田、洋马等公司生产的收获机械性能处于世界领先水平。

  玉米收获是通过一次或几次作业完成切割、摘穗、秸秆还田(或回收)、果穗收集和脱粒等过程,可以用不同的方法来实现。根据不同的自然环境、技术水平、种植规模和种植制度,目前常用的玉米收获工艺主要有以下几种:

  A、分段收获法

  分段收获是将玉米收获各个环节分开进行。首先人工将玉米果穗摘下,再用玉米割台将秸秆割倒,铺放在田间;然后人工将果穗和秸秆运送回场地晾晒,用脱粒机进行脱粒、分离和清选。这种机械的优点是结构简单、成本低、易于操作;缺点是需要耗费众多劳动力、生产效率低;适用于种植规模较小、经济发展欠缺的地区。

  B、联合收获法

  联合收获法是利用玉米联合收获机在田间一次性完成切割、摘穗、剥皮、脱粒、清选和秸秆还田作业。这种方法效率高、损失少,非常适合大型农场使用;但该类玉米收获机结构复杂、售价高、收获结束闲置时间长,整机利用率较低。

  C、两段收获法

  该方法首先用割晒机将秸秆割倒并铺放在割茬上,经过3~5天晾晒使玉米成熟并风干,然后使用具有拾禾器的玉米收获机进行捡拾、摘穗、剥皮和脱粒、分离、清选作业。这种方法可以使绝大多数籽粒饱满、坚实、色泽一致,提高了粮食的等级;收获后玉米籽粒含水率低,可直接入仓。但是,两段收获法耗时较长一般需要提前7~8天进行,割晒和收获分别作业,进地两次,增大机械对土壤的压实作用的同时,功率消耗有明显增加。

  D、割前脱粒法

  这是一种比较新的玉米收获工艺,先将玉米果穗摘下然后再进行秸秆切割。这种方法的特点是机器结构简单,功率消耗低,收获损失大。目前,该机型还处在开发研制阶段,工作质量有待提高,普及程度较小。随着适应机械化生产玉米品种的出现和玉米种植农艺技术的不断发展完善,玉米收获机的结构和类型也在不断地发生变化。目前,发达国家根据当地气候条件和种植制度的不同,主要采用玉米果穗收获机和换装玉米割台的谷物联合收获机这两种形式。

  三、玉米果穗收获机

  在俄罗斯、乌克兰和欧洲的一些国家,受当地气候条件和种植制度的影响,收获时玉米籽粒含水率一般在25%~35%之间,不宜采用直接脱粒的方法进行收获,故采用专用的玉米果穗收获机进行分段收获。第1段收获是指将秸秆切断后摘穗,收集果穗并将秸秆粉碎还田;第2段收获是指将玉米果穗晾干后去皮脱粒,经清选后入仓。如约翰迪尔Y210型玉米果穗收获机,该机设计新颖,在剥皮、茎秆粉碎处理等方面进行大胆创新,可以一次完成玉米作物的摘穗、输送、剥皮、装箱、秸秆粉碎还田的全过程作业。该机型装配先进的静液压驱动行走装置,操作更加灵活便捷,作业速度高达8km/h,并可实现无级变速,且机构更加耐久可靠;安装的茎秆铺放装置性能优越,高效可靠,满足用户对茎秆回收利用和粉碎还田的不同需求。

  四、在谷物联合收割机上配置专用的玉米割台

  像美国、加拿大等国家,其种植方式为一年一季,收获时玉米籽粒的含水率低于24%,可以直接收获玉米籽粒。美国迪尔公司、凯斯公司、德国Mengle公司和道依茨公司等生产的玉米联合收获机,绝大部分是在小麦联合收获机上换装玉米割台,并通过调节脱粒滚筒的转速和脱粒间隙进行玉米的联合收获。例如,JohnDeere公司的C110型谷物联合收获机,采用切流式脱离滚筒加轴流板齿分离滚筒结构,增强了机器的脱离、分离性能,降低了谷物破碎率,喂入量高达7kg/s;通过选配不同割台,可以收获水稻、麦、大豆和玉米等多种作物,实现了一机多用。

  随着科学技术的不断发展进步,国外玉米收获机发展主要有以下几个特点:

  1)向高效、大型、大功率、宽割幅、大喂入量和高速发展

  在美国和加拿大的一些大型农场,大型的玉米收获机正在逐渐推广。该类机型发动机最大功率可达250kW,喂入量达到10kg/s;割台最大割幅已经超过9m并可以折叠,收获机作业速度超过8km/h。

  2)向扩大机器的通用性和提高适应性发展

  联合收获机除了可以配置不同的割台实现收获大豆、玉米、小麦和水稻外,同一台机器还可以配置不同割幅的割台以适应不同地块种植密的需要;通过改变分禾器结构实现植株连续导入技术,强制抓取、横向输送、有序喂入,从而解决了不同行距玉米的收获问题,扩大机器通用性。设计玉米收获机脱粒机构为仿生机构,使其能够自动适应倾斜地面,提高机器对不同地形的适应能力;选配大尺寸轮胎或履带,提高收获机对不同土壤状况的适应能力。

  3)高清洁度主要工作部件的研究更为深入

  籽粒清洁度是衡量收获机工作性能的重要指标之一,提高脱粒清选装置的生产率和籽粒清洁度,降低谷物损失率和破碎率是现代玉米联合收获机的主要发展趋势。研究发现:摘穗辊辊型是影响摘穗性能的主要因素,通过试验设计新型摘穗辊,提高摘穗辊对玉米不同直径、不同结穗部位和不同穗型的适应性,减少果穗损伤、降低籽粒破碎率及提高籽粒清洁度。脱粒机构采用双滚筒轴流式脱粒分离结构,大大提高了脱粒效率的同时提高籽粒清洁度。

  4)广泛应用新材料和先进制造技术

  伴随着新制造技术和新材料的应用,收获机的性能更好、更快、可靠性更高。通过利用ADAMS、Pro/E、UG等虚拟仿真软件对零部件的力学性能及整机的作业效果进行仿真分析,可以降低开发成本,缩短开发周期。玉米收获机的机架使用质量轻、强度大铝合金材料,降低机身质量的同时减少动力消耗;在脱粒机构、输送机构等容易磨损的零件表面进行硬化处理,延长零部件的使用寿命;重要零部件要进行磨合试验和试运转,从而降低机组故障率,提高机组可靠性。

  5)广泛应用机电一体化和自动化技术

  机电一体化和自动化技术的应用,使玉米收获机朝着高效、舒适及安全的方向发展。驾驶室内有空调,座椅具有按摩功能,以改善驾驶员的工作条件;关键工作零部件设置传感器以检测其工作状态;收获机割台配备自动控制装置,可自动调节对行,减少植株的推倒率,降低果穗的漏摘损失;在谷物脱粒分离装置前设置流量传感器,根据不同地块的谷物生长状况自动调节车速,防止喂入量过大而造成输送系统堵塞。

  6)向智能化收获机发展

  随着科技进步,电子技术、航天测量技术、导航技术也逐渐应用于玉米收获机。发达国家的玉米收获机可以自动驾驶,智能化的玉米收获机可以在收获过程中直接测出该地块的实时产量,部分比较先进的机型还可以根据玉米产量和土壤状况,绘制地块的土壤肥力图,以便于后期施肥管理。全球卫星定位系统、地理信息系统和遥感技术在智能化联合收割机上的应用,使国外玉米收获机械化技术水平有了飞速发展。王堃等利用遥感技术观测玉米形态的变化,从而准确地预测玉米的收获时间,为地域之间合理配置玉米收获机提供技术支持。

  本文作者:耿爱军,杨建宁,张兆磊,张姬,李汝莘

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