玉米是我国主要的农作物之一, 全国种植面积近2 500 万公顷, 主要分布在东北、华北和西北等地区。长期以来, 由于各地区的玉米种植行距不统一, 收获工艺不同, 以及玉米价格偏低、机收成本高、机器可靠性和适应性差等诸多因素, 严重影响了玉米收获机械在我国的推广使用。
国内玉米收获机械产品现状
我国玉米收获机械的研制走过了艰难的历程, 从20 世纪70 年代全国只有1 家企业能批量生产1 种型号的玉米收获机,到现在已有近60 家企业研制开发出不同型号的多种玉米联合收获机械。其中有些机型已经进入小批量生产阶段, 但大多数企业还处在研制开发、试验阶段。我国生产的玉米联合收获机按收获工艺可分为两种: 摘穗―剥皮―果穗收集―茎秆粉碎还田( 或收集) 、摘穗―果穗收集―茎秆粉碎还田( 或收集) 。根据这两种收获工艺研制的机型有自走式、牵引式和悬挂式3 种, 每种机型各有其特点。
自走式机型具有自行开道的功能, 生产效率高。目前研制生产的有2 行、3 行和4 行机, 其中3 行机型的品种最多。自走式机型的发动机功率为44～110 千瓦, 能适应的玉米收获行距为60～70 厘米, 玉米割台的主要摘穗部件都采用摘穗板、拉茎辊结构。2 行和3 行机一般具有摘穗、果穗收集、茎秆粉碎还田功能, 有的3 行和4 行机在此基础上增加了剥皮和茎秆回收功能。4 行机的结构比较复杂, 其中由中国农机院研制的“八五”重点项目4YZ- 4 型机, 是目前我国收获工艺最完善的玉米联合收获机, 具有摘穗、剥皮、果穗装车、茎秆收集切碎并抛送至青饲挂车或抛撒田间的功能。该机的发动机功率为110 千瓦, 每行程能收4 行玉米, 行距70 厘米, 割台采用双层结构, 既可收获玉米果穗, 又可收集玉米茎秆。玉米果穗被剥皮后送至挂车, 玉米茎秆则由切碎滚筒切碎并抛送, 抛送筒可旋转180 度, 控制抛撒范围和距离, 底盘采用5 挡无级变速装置, 可覆盖作业时所需的全部速度, 采用独立的液压系统和电器系统, 由驾驶员一人控制机器的一切操作, 该机还在国内首次采用了自动挂接装置。在自走式机型方面, 我国的玉米收获机多数是采用小麦联合收获机的现有底盘, 由于受原机构的限制, 但多机器总体设计不够合理, 存在先天不足。另外, 由于国产发动机性能不够稳定, 液压件、传动件等工作不可靠, 产品零部件加工手段落后以及装配质量粗糙等原因, 使整机的性能和可靠性都受到严重影响。
牵引式机型与拖拉机配套使用, 适合在大面积地块作业。由中国农机院和黑龙江省赵光机械厂共同研制的4YW- 2 机型是我国惟一长期坚持生产的玉米收获机,该机可与55.8 千瓦拖拉机配套使用, 每行程收2 行, 行距70 厘米, 具有摘穗、剥皮、果穗装车、茎秆粉碎还田或收集功能。经过多年不断的完善改进, 已从4YW- 2A 发展到4YW- 2G 等7 种机型, 可满足不同的收获工艺要求。目前, 牵引机型存在作业时机组太长、转弯半径大, 而且收获前要预先开道等问题。
悬挂式机型是我国近年来自行研制的产品, 有1～3 行机型, 可分别与不同型号的拖拉机配套使用。这种机型的特点是收获结束后不占用动力, 拖拉机可继续使用,具有小巧灵活、价格低等特点, 适合在农村小面积田块作业。悬挂机型的收获工艺一般为摘穗―果穗装箱―茎秆粉碎还田。1行机多为侧悬挂式, 可与11～22 千瓦小四轮拖拉机配套作业。摘穗部件采用摘穗辊结构, 能适应不同的玉米种植行距, 但缺点是收获时不能自行开道。2 行机有侧悬挂与正悬挂之分, 侧悬挂机型存在与1 行机相同的开道问题。2 行机的配套动力多为50 型拖拉机, 摘穗部件有摘穗辊和摘穗板两种结构。3 行机型基本采用正悬挂配置,摘穗部件为摘穗板、拉茎辊结构, 配套动力为60、70 或80 型拖拉机。在牵引式和悬挂式机型方面, 由于受国产拖拉机的结构、功率、悬挂系统、液压系统和传动系统等因素的限制, 也影响了整机的合理设计, 降低了玉米收获机的性能和使用功能。在自动化程度方面, 由于国产玉米收获机以实用为主, 主要考虑降低制造成本, 对自动化要求不高, 因此明显落后于国外产品。目前,在已研制的机型中还有可靠性差、效率低、对作物的不同行距适应能力不强等问题,个别机型的损失率和破碎率还有待进一步降低。
国外玉米收获机械应用现状
国外玉米收获机的研究与生产技术已经成熟, 目前美国、德国、乌克兰、俄罗斯等西方国家, 玉米的收获( 包括籽粒和秸秆青贮) 已基本实现了全部机械化作业。由于其种植方式多为一年一季种植, 收获时玉米籽粒的含水率很低, 大多数国家均采用玉米摘穗并直接脱粒的收获方式。如美国的John Deere 公司、case 公司、德国的Mengle 公司、道依茨公司等的玉米联合收获机, 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, 主要表现在以下几个特点。
1. 在保证良好性能的前提下, 向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入量和高速发展喂入量已由一般的5～6 千克/秒发展到10～12 千克/秒所配发动机的功率最大到243 千瓦, 正在研发的有276 千瓦; 割台最大割幅已超过9 米。配谷物联合收割机的玉米割台由收割4～6 行发展到收割8行。发动机功率为19 千瓦。最高作业速度超过3.6 千米/小时。
2. 向扩大机器的通用性和提高适应性发展除发展多种专用割台( 大豆、玉米、向日葵、水稻或捋穗型割台) 外, 同一台机器还可配不同割幅的割台以适应不同作物和不同单产的需要; 改进机体结构( 如收割台的仿型机构、清粮室的自动调平装置等) ,使其更好地适应不同作物和倾斜地面; 行走装置配置多种宽度的轮胎、履带, 以提高工作的适应能力。
3. 对保持收获中低损失率、高清洁度的主要工作部件的研究更为深入新型脱粒分离装置的研究, 以提高生产率, 减少谷粒损失为目标, 是现代玉米联合收割机最主要的发展趋势。在传统的纹杆切流滚筒及键式逐镐器的脱粒分离装置之后, 双滚筒横置的轴流式结构广为应用,继而又研制了单滚筒或双滚筒纵置的轴流式脱粒分离结构, 大大提高了脱粒率。
4. 新材料和先进制造技术的广泛应用使产品性能更好, 可靠性更高将玉米联合收割机机架、割台体加大壁厚或加强骨架, 用大直径薄壁钢管作轴,纹杆进行表面硬化处理; 各种联合收割机在易堵塞的部件上设置各种快速切离的安全装置, 传动胶带采用新的结构和材料; 切割装置都进行8 小时以上磨合试验和升温运转试验; 重要工作部件装机前的磨合试验或试运转, 整机检验项目达100～700项, 严格保证体系, 使联合收割机的首次无故障时间由原来的50 小时提高到70～100小时。
5. 广泛应用机电一体化和自动化技术, 向舒适性、使用安全性、操作方便性方向发展为改善驾驶员工作条件, 普遍装有现代化的密闭驾驶室以隔热、隔噪音; 转动部件转速、收割机切割高度、谷物损失量、粮箱填充量、排草堵塞等配有信息显示; 自控装置包括自动对行、割茬高度自动调节, 自动控制车速, 自动停车等; 安全生产的警报输出和互锁补偿系统有故障警报、信号报警或语音报警、启动耳锁、单柄操作互锁、运输与收获互锁等功能。
6. 向智能化收获机发展集全球卫星定位系统, 地理信息系统和遥感系统于一身的“精准农业”技术在智能化玉米收割机上的应用是当今收获机械化最新、最重要的技术发展。通过以上的比较不难发现, 我国的玉米联合收获机械的现状跟国外一些先进技术相比还有相当大的差距, 我国的科研人员在机器的制造质量和可靠性、发展模式及如何使农艺和农机相结合等科研课题上, 应该有很大的发展空间。
