張愛民 禚冬玲 王振偉 李偉 劉凱凱

棉稈收獲機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

張愛民 禚冬玲 王振偉 李偉 劉凱凱

我國作為世界棉花生產(chǎn)大國，經(jīng)過長期的歷史發(fā)展逐步形成了長江棉區(qū)、黃河棉區(qū)、西北內(nèi)陸棉區(qū)、北部早熟棉區(qū)和華南棉區(qū)五大生產(chǎn)基地。綜合提高棉稈的利用水平，實現(xiàn)棉稈的商品化和資源化，對促進國家能源發(fā)展、環(huán)境保護和經(jīng)濟效益具有重大的意義。但是我國棉稈收獲受裝備技術水平的限制，棉稈的收獲成本高，嚴重制約了棉稈綜合利用價值。棉稈收獲效率低下，作業(yè)成本較高的技術已經(jīng)成為限制我國棉稈的資源化和商品化的重要因素，加快棉稈收獲機械的研究，也是我國當前國情所需。

一、國內(nèi)棉花秸稈收獲裝備現(xiàn)狀及問題

早在上世紀60年代中期，我國就開始棉花秸稈收獲機械的研制工作；到70年代末、80年代初研制出較多類型棉花秸稈收獲裝備。主要包括中國農(nóng)機研究院、新疆農(nóng)業(yè)科學院、天津市農(nóng)業(yè)機械推廣總站、山東省多個市區(qū)都相繼對棉稈收獲機械進行了研究，研制出了多種類型的棉稈收獲機械。概括起來，國內(nèi)棉稈收獲機根據(jù)拔棉稈的原理不同可以分為鏟切式、提拔式、剪切式、滾切式幾種類型。

1.鏟切式棉稈收獲機

鏟切式棉稈收獲機的結構比較簡單，主要工作部件是一個“人”字形鏟刀。工作時隨著機器的前行，鏟刀深入地下，將棉稈根部鏟斷并使棉稈沿著鏟刀面抬高，同時利用輔助裝置將棉稈鋪成條狀。這種機構結構簡單、制造容易，但功率消較大。

2.提拔式拔棉稈機

提拔式拔棉稈有對輥式提拔棉稈和水平圓盤式提拔棉稈。對輥式提拔棉稈與國外的對輥拔棉稈技術相似，采用一對或多對相向轉(zhuǎn)動的拔棉輥結構。該拔棉稈方式對棉稈的行距要求很高。當采取大小行種植時，拔棉輥的位置不好布置，且對于較細的棉稈，拔棉效果不好。水平圓盤式提拔棉稈的主要工作部件則是由一對相向轉(zhuǎn)動的水平齒盤。工作時，由地輪驅(qū)動水平齒盤相向轉(zhuǎn)動，并將棉稈夾住于齒刀間向一側拉動，將棉稈和根部一起拔出地面。該機拔凈率比較高，能耗比較小，但是受到結構和棉稈種植行距的制約，拔取過程斷稈較多。

3.剪切式棉稈收獲機

剪切式棉稈收獲機與小麥收獲機收割小麥的原理類似。即用撥禾輪撥送棉稈的上部，刀片切割棉稈的根部，然后將棉稈倒在收獲臺上。此種棉稈收獲機型雖然能克服棉稈對行的問題，但是受地面不平，棉稈質(zhì)地較硬的影響，刀片容易磨損。且收獲后棉稈的根部留在土壤中，影響下茬作物的播種。

4.刀輥式棉稈收獲機

刀輥式收棉稈的代表機型為4MBQX-1.5型棉花拔稈清膜旋耕機，由新疆農(nóng)牧機械技術推廣站研制。該機的主要工作部件為在刀軸上錯位安裝的3組刀輥，工作時，刀輥入土3～5cm，將棉稈的根切斷或者將棉稈拔取出來。該結構不受棉稈對行收獲的限制，而且拔凈率極高，但是由于刀輥在土壤中旋轉(zhuǎn)，所以存在能耗大、刀片磨損快等問題。

5.V形齒板提拔棉稈機

中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院現(xiàn)代農(nóng)裝科技有限公司的唐尊峰等人對以V形齒板提拔棉稈的不對行棉稈收獲臺進行過研究。其棉稈收獲臺的主要結構是由拔棉輥、喂入鏈耙、整理鏈板、傳動系統(tǒng)等組成，可以完成棉稈的不對行拔取、整理。這種棉稈收獲機械收獲棉稈時具有能耗小，棉稈收獲效率高的優(yōu)點，但是工作時很容易在拔棉輥上纏草、纏膜或者棉稈不能順利脫離拔棉輥從而造成其性能不穩(wěn)定的問題。

雖然國內(nèi)研究的機型眾多，其中鏟切式拔棉稈、圓盤式提拔棉稈等都需要對行收獲，導致對國內(nèi)種植模式多樣化的棉花適應能力差；剪切式收棉稈、刀輥式收棉稈以及V形齒板提拔棉稈可以實現(xiàn)棉稈的不對行收獲，但是它們都存在致命的缺陷，比如剪切式棉稈收獲機的刀片容易磨損，甚至損壞，刀輥式棉稈收獲機則需要深入土層，同時切割棉稈和土層，造成的能耗非常大，顯然很難達到棉稈收獲低成本的要求，不適合當前棉稈收獲。目前V形齒板提拔棉稈的機型容易出現(xiàn)性能不穩(wěn)定的問題，但是其工作能耗小、拔凈率高的特點是其具有很大的發(fā)展空間。

二、棉稈收獲機的發(fā)展方向

當前，國內(nèi)對棉稈的處理情況大致為焚燒還田或加工商品。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展、技術的提高以及能源的短缺對棉稈商品化的需求越來越大，大規(guī)模的實行棉稈機械收獲也是必然的趨勢。棉稈收獲機械也必會向著大型化、智能化、高效率的方向發(fā)展。

雖然當前國家正大力推行棉花全程機械化，各科研機構也在圍繞著棉稈收獲機械進行一些列配套機具的研發(fā)和農(nóng)藝的研究。但是受中國國情的限制，在較長的一段時間內(nèi)，棉花的規(guī)范化種植很難統(tǒng)一，因此棉稈的對行收獲機型必然面臨著一系列的難題。通過大量的調(diào)研總結出不對行棉稈收獲是當前棉稈收獲機械規(guī)模化發(fā)展的關鍵因素。不對行收獲可在合理的范圍之內(nèi)盡可能的提高拔棉稈的行數(shù)，提高拔棉稈的效率，使棉稈收獲機械有向大型化發(fā)展的潛力。

對比當前國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)過的棉稈不對行收獲機型剪切式棉稈收獲機型、刀輥式棉稈收獲機型、V形齒板提拔棉稈機型的優(yōu)缺點，不難發(fā)現(xiàn)V形齒板提拔棉稈機型是最具有研究價值的，其不但能實現(xiàn)棉稈的不對行拔取而且拔棉稈效率高、拔凈率高，且能耗少。

棉稈機械拔取后的后續(xù)處理主要有裝車運輸、粉碎還田、撿拾打捆和撿拾粉碎、運輸?shù)人姆N方式。而棉稈直接裝車運輸由于棉稈整稈堆積起來后比較蓬松，從而導致運輸效率低下；棉稈進行粉碎還田也不太合適，因為棉稈屬于木本植物，其木質(zhì)部在土壤中腐爛轉(zhuǎn)化成肥料的時間較長，且影響后續(xù)作物的播種；棉稈的撿拾打捆和棉稈的粉碎集箱都能有效的提高棉稈的運輸效率，但是棉稈收獲打捆聯(lián)合機的造價遠高于棉稈收獲粉碎集箱機，因此考慮農(nóng)民的經(jīng)濟水平，棉稈的粉碎集箱更具有市場前景。

綜上所述，短期內(nèi)可預見的機型可能是采用V型齒板拔棉稈然后粉碎集箱的機型，這種機型具有對于不同棉稈種植規(guī)格的適應性強，拔棉稈效率高，造價低廉的特性，具有廣闊的市場前景。