耿愛軍，楊建寧，張兆磊，張　姬，李汝莘

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，山東 泰安　271000)

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國(guó)內(nèi)外玉米收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及展望

耿愛軍，楊建寧，張兆磊，張姬，李汝莘

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，山東 泰安271000)

摘要：論述了國(guó)內(nèi)外玉米收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點(diǎn)，從理論和實(shí)際角度出發(fā)，對(duì)玉米收獲機(jī)進(jìn)行了整理分類，并對(duì)其各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了深刻的剖析。同時(shí)，分析了我國(guó)玉米收獲機(jī)械存在的問(wèn)題及與發(fā)達(dá)國(guó)家玉米收獲水平之間的差距，并簡(jiǎn)單介紹了幾種新型的摘穗方式。最后，并對(duì)國(guó)內(nèi)玉米收獲機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：玉米；收獲機(jī)械；研究現(xiàn)狀；展望

0引言

玉米是我國(guó)主要的糧食作物之一，也是農(nóng)民收入的重要來(lái)源。隨著我國(guó)農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策的實(shí)施，以及農(nóng)村勞動(dòng)力不斷向二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，農(nóng)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)程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)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(jié)性強(qiáng)，易遭受風(fēng)、雨等自然天氣侵蝕而造成減產(chǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)玉米收獲機(jī)械化作業(yè)對(duì)于提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低收獲損失和確保豐收具有非常重要的意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2013年底，我國(guó)玉米機(jī)收率為49%[1]，且發(fā)展緩慢，使用機(jī)型以背負(fù)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(guó)玉米生產(chǎn)的主要因素之一。然而，美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)60年代初期已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了玉米收獲的全程機(jī)械化[2]，并朝著大型化、自動(dòng)化、現(xiàn)代化和精準(zhǔn)化方向發(fā)展。

1國(guó)外玉米收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)

在機(jī)械化程度較高的歐洲和美洲的一些國(guó)家，玉米機(jī)械化收獲已有幾十年的歷史。根據(jù)地域、氣候條件和種植制度的不同，各地區(qū)的玉米收獲機(jī)械正在朝著不同的方向發(fā)展[3]。19世紀(jì)初期，美國(guó)就發(fā)明了由人或牲畜提供動(dòng)力的脫粒機(jī)和割捆機(jī)，1920年生產(chǎn)出29.4kW的玉米聯(lián)合收獲機(jī)，到1939年成功制作出第1臺(tái)自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)械，從此美國(guó)玉米收獲基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。20世紀(jì)70年代后進(jìn)入高速發(fā)展階段，機(jī)具朝著大型化、通用化和高效的方向發(fā)展，電子技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)的智能技術(shù)也紛紛運(yùn)用到玉米收獲機(jī)上。結(jié)合其比較成熟、統(tǒng)一的種植工藝[4]，使得玉米收獲機(jī)快速發(fā)展。歐洲國(guó)家則在割捆機(jī)和脫粒機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了眾多類型的玉米收獲機(jī)，如東德E512型聯(lián)合收獲機(jī)、克拉斯D76和法國(guó)布勞特801等。日本則借鑒西方先進(jìn)的玉米收獲機(jī)械經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合日本多山地的地貌，設(shè)計(jì)制作出了一系列結(jié)構(gòu)小巧、性能優(yōu)良的收獲機(jī)械。由于該國(guó)以種植水稻為主，所以收獲機(jī)械多數(shù)為水稻收獲機(jī)械。日本收獲機(jī)械發(fā)展特點(diǎn)是起步晚但發(fā)展迅速：從1967年開始推廣半喂入式聯(lián)合收獲機(jī)械到1977年全國(guó)水稻機(jī)收率為91.4%，僅用了10年。目前，日本的水稻收獲機(jī)械在自動(dòng)化程度和收獲性能等方面均達(dá)到世界先進(jìn)水平，久保田、洋馬等公司生產(chǎn)的收獲機(jī)械性能處于世界領(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(xiàn)。根據(jù)不同的自然環(huán)境、技術(shù)水平、種植規(guī)模和種植制度，目前常用的玉米收獲工藝主要有以下幾種：①分段收獲法。分段收獲是將玉米收獲各個(gè)環(huán)節(jié)分開進(jìn)行。首先人工將玉米果穗摘下，再用玉米割臺(tái)將秸稈割倒，鋪放在田間；然后人工將果穗和秸稈運(yùn)送回場(chǎng)地晾曬，用脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒、分離和清選。這種機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于操作；缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)眾多勞動(dòng)力、生產(chǎn)效率低；適用于種植規(guī)模較小、經(jīng)濟(jì)發(fā)展欠缺的地區(qū)。②聯(lián)合收獲法。聯(lián)合收獲法是利用玉米聯(lián)合收獲機(jī)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(nóng)場(chǎng)使用；但該類玉米收獲機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、售價(jià)高、收獲結(jié)束閑置時(shí)間長(zhǎng)，整機(jī)利用率較低。③兩段收獲法。該方法首先用割曬機(jī)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(jī)進(jìn)行撿拾、摘穗、剝皮和脫粒、分離、清選作業(yè)[5]。這種方法可以使絕大多數(shù)籽粒飽滿、堅(jiān)實(shí)、色澤一致，提高了糧食的等級(jí)；收獲后玉米籽粒含水率低，可直接入倉(cāng)。但是，兩段收獲法耗時(shí)較長(zhǎng)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(jī)械對(duì)土壤的壓實(shí)作用的同時(shí)，功率消耗有明顯增加。④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(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功率消耗低，收獲損失大。目前，該機(jī)型還處在開發(fā)研制階段，工作質(zhì)量有待提高，普及程度較小。隨著適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)玉米品種的出現(xiàn)和玉米種植農(nóng)藝技術(shù)的不斷發(fā)展完善，玉米收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)和類型也在不斷地發(fā)生變化。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和種植制度的不同，主要采用玉米果穗收獲機(jī)和換裝玉米割臺(tái)的谷物聯(lián)合收獲機(jī)這兩種形式[6]。

1.1玉米果穗收獲機(jī)

在俄羅斯、烏克蘭和歐洲的一些國(guó)家，受當(dāng)?shù)貧夂驐l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，故采用專用的玉米果穗收獲機(jī)進(jìn)行分段收獲[6]。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(cāng)。如約翰迪爾Y210型玉米果穗收獲機(jī)，該機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)型裝配先進(jìn)的靜液壓驅(qū)動(dòng)行走裝置，操作更加靈活便捷，作業(yè)速度高達(dá)8km/h，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，且機(jī)構(gòu)更加耐久可靠；安裝的莖稈鋪放裝置性能優(yōu)越，高效可靠，滿足用戶對(duì)莖稈回收利用和粉碎還田的不同需求。

1.2在谷物聯(lián)合收割機(jī)上配置專用的玉米割臺(tái)

像美國(guó)、加拿大等國(guó)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[7-8]。美國(guó)迪爾公司、凱斯公司、德國(guó)Mengle公司和道依茨公司等生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機(jī)，絕大部分是在小麥聯(lián)合收獲機(jī)上換裝玉米割臺(tái)，并通過(guò)調(diào)節(jié)脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速和脫粒間隙進(jìn)行玉米的聯(lián)合收獲[9]。例如，John Deere公司的C110型谷物聯(lián)合收獲機(jī)，采用切流式脫離滾筒加軸流板齒分離滾筒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了機(jī)器的脫離、分離性能，降低了谷物破碎率，喂入量高達(dá)7kg/s；通過(guò)選配不同割臺(tái)，可以收獲水稻、麥、大豆和玉米等多種作物，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，國(guó)外玉米收獲機(jī)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(guó)和加拿大的一些大型農(nóng)場(chǎng)，大型的玉米收獲機(jī)正在逐漸推廣[9]。該類機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率可達(dá)250kW,喂入量達(dá)到10kg/s；割臺(tái)最大割幅已經(jīng)超過(guò)9m并可以折疊，收獲機(jī)作業(yè)速度超過(guò)8km/h。

2)向擴(kuò)大機(jī)器的通用性和提高適應(yīng)性發(fā)展。聯(lián)合收獲機(jī)除了可以配置不同的割臺(tái)實(shí)現(xiàn)收獲大豆、玉米、小麥和水稻外，同一臺(tái)機(jī)器還可以配置不同割幅的割臺(tái)以適應(yīng)不同地塊種植密的需要[9]；通過(guò)改變分禾器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)植株連續(xù)導(dǎo)入技術(shù)，強(qiáng)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(kuò)大機(jī)器通用性[10]；設(shè)計(jì)玉米收獲機(jī)脫粒機(jī)構(gòu)為仿生機(jī)構(gòu),使其能夠自動(dòng)適應(yīng)傾斜地面，提高機(jī)器對(duì)不同地形的適應(yīng)能力；選配大尺寸輪胎或履帶，提高收獲機(jī)對(duì)不同土壤狀況的適應(yīng)能力[11]。

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(jī)工作性能的重要指標(biāo)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(xiàn)代玉米聯(lián)合收獲機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)[9]。研究發(fā)現(xiàn)：摘穗輥輥型是影響摘穗性能的主要因素，通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)新型摘穗輥，提高摘穗輥對(duì)玉米不同直徑、不同結(jié)穗部位和不同穗型的適應(yīng)性，減少果穗損傷、降低籽粒破碎率及提高籽粒清潔度[12]。脫粒機(jī)構(gòu)采用雙滾筒軸流式脫粒分離結(jié)構(gòu)，大大提高了脫粒效率的同時(shí)提高籽粒清潔度。

4)廣泛應(yīng)用新材料和先進(jìn)制造技術(shù)。伴隨著新制造技術(shù)和新材料的應(yīng)用，收獲機(jī)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(duì)零部件的力學(xué)性能及整機(jī)的作業(yè)效果進(jìn)行仿真分析，可以降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期[13-15]。玉米收獲機(jī)的機(jī)架使用質(zhì)量輕、強(qiáng)度大鋁合金材料，降低機(jī)身質(zhì)量的同時(shí)減少動(dòng)力消耗；在脫粒機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)等容易磨損的零件表面進(jìn)行硬化處理，延長(zhǎng)零部件的使用壽命；重要零部件要進(jìn)行磨合試驗(yàn)和試運(yùn)轉(zhuǎn)，從而降低機(jī)組故障率，提高機(jī)組可靠性。

5)廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)。機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,使玉米收獲機(jī)朝著高效、舒適及安全的方向發(fā)展。駕駛室內(nèi)有空調(diào)，座椅具有按摩功能，以改善駕駛員的工作條件[9]；關(guān)鍵工作零部件設(shè)置傳感器以檢測(cè)其工作狀態(tài)；收獲機(jī)割臺(tái)配備自動(dòng)控制裝置，可自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)行，減少植株的推倒率，降低果穗的漏摘損失[16]；在谷物脫粒分離裝置前設(shè)置流量傳感器，根據(jù)不同地塊的谷物生長(zhǎng)狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)車速，防止喂入量過(guò)大而造成輸送系統(tǒng)堵塞。

6)向智能化收獲機(jī)發(fā)展。隨著科技進(jìn)步，電子技術(shù)、航天測(cè)量技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)也逐漸應(yīng)用于玉米收獲機(jī)[9]。發(fā)達(dá)國(guó)家的玉米收獲機(jī)可以自動(dòng)駕駛，智能化的玉米收獲機(jī)可以在收獲過(guò)程中直接測(cè)出該地塊的實(shí)時(shí)產(chǎn)量，部分比較先進(jìn)的機(jī)型還可以根據(jù)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(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)在智能化聯(lián)合收割機(jī)上的應(yīng)用，使國(guó)外玉米收獲機(jī)械化技術(shù)水平有了飛速發(fā)展[11]。王堃等利用遙感技術(shù)觀測(cè)玉米形態(tài)的變化，從而準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)玉米的收獲時(shí)間，為地域之間合理配置玉米收獲機(jī)提供技術(shù)支持[17]。

2我國(guó)玉米收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)

我國(guó)玉米收獲機(jī)技術(shù)的發(fā)展始于建國(guó)初期，起步較晚，在理論研究和產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)、推廣應(yīng)用等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著較大差距[3]。我國(guó)玉米收獲機(jī)械的發(fā)展從引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)樣機(jī)到生產(chǎn)自己的玉米聯(lián)合收獲機(jī)經(jīng)歷了60年多時(shí)間，在這段發(fā)展歷程中，我國(guó)收獲機(jī)械取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，總體來(lái)說(shuō)大致分為以下幾個(gè)階段：

1)入門階段(1949-1965年)。這一階段主要對(duì)國(guó)外先進(jìn)機(jī)型進(jìn)行引進(jìn)和仿制。1949年從蘇聯(lián)引進(jìn)C-6牽引式和C-4自走式聯(lián)合收獲機(jī)，之后又從聯(lián)邦德國(guó)克拉斯、蘭茨，英國(guó)阿爾濱、弗格森等多個(gè)國(guó)家引進(jìn)了眾多類型的自走式聯(lián)合收獲機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多年的農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)并結(jié)合我國(guó)玉米的實(shí)際種植狀況，成功制造了兩種機(jī)型，即1956年投產(chǎn)的GT-4.9型牽引式聯(lián)合收割機(jī)和1965年投產(chǎn)的東風(fēng)ZKBD-3型自走式聯(lián)合收割機(jī)。這兩種機(jī)型盡管在產(chǎn)品的質(zhì)量和工作性能等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距，但是這兩種機(jī)型的生產(chǎn)表明我國(guó)已經(jīng)初步掌握了聯(lián)合機(jī)械的生產(chǎn)和制造技術(shù)。

2)發(fā)展階段(1966-1980年)。這一階段是我國(guó)玉米收獲機(jī)的高速發(fā)展階段。大批企業(yè)投入到玉米收獲機(jī)的生產(chǎn)研制中去，通過(guò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和技術(shù)改造使我國(guó)玉米收獲機(jī)的生產(chǎn)能力設(shè)備質(zhì)量有了很大提高。到20世紀(jì)70年代末，我國(guó)玉米收獲機(jī)的生產(chǎn)已初具規(guī)模，年生產(chǎn)量達(dá)6 000臺(tái)。代表性的生產(chǎn)廠及其產(chǎn)品有北京-2.5自走式聯(lián)合收割機(jī)，豐收-3.0自走式聯(lián)合收割機(jī)和北大荒-6自走式聯(lián)合收割機(jī)等。雖然這些機(jī)型的性能與國(guó)外同時(shí)期玉米收獲機(jī)的性能存在較大差距，但卻是我國(guó)玉米收獲機(jī)飛速發(fā)展的時(shí)期。特別是經(jīng)過(guò)這一時(shí)期的發(fā)展之后，我國(guó)已經(jīng)具備了獨(dú)立設(shè)計(jì)和開發(fā)新產(chǎn)品的能力。

3)利用引進(jìn)技術(shù)發(fā)展階段(1981-2000年)。20世紀(jì)80年代初期，受改革開放政策的影響，我國(guó)玉米收獲機(jī)發(fā)展出現(xiàn)了劃時(shí)代的發(fā)展。1981年，通過(guò)引進(jìn)美國(guó)約翰·迪爾公司的“1000”系列谷物聯(lián)合收獲機(jī)的制造技術(shù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)了1055、1065和1075三大聯(lián)合收獲機(jī)；繼而四平聯(lián)合收割機(jī)廠與德國(guó)前進(jìn)工廠以合作方式引進(jìn)E514聯(lián)合收割機(jī)的制造技術(shù)。但是，受家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的影響，玉米收獲機(jī)市場(chǎng)迅速萎縮，1982年生產(chǎn)量為1 000臺(tái)。直到20世紀(jì)80年代中后期，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)玉米收獲機(jī)的發(fā)展才開始逐漸恢復(fù)。20世紀(jì)90年代初，玉米收獲機(jī)的水平恢復(fù)到歷史最高水平，新的產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，機(jī)型以中小型懸掛式型號(hào)為主；到90年代中后期，各類型的玉米收獲機(jī)發(fā)展已經(jīng)比較完善，性能也有了大幅提高；到1997年，全國(guó)玉米收獲機(jī)產(chǎn)量為35 105臺(tái)，并呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭，我國(guó)玉米收獲機(jī)發(fā)展又迎來(lái)嶄新的發(fā)展階段。

4)不斷創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)“三化”階段(2000年-)。隨著科技的不斷進(jìn)步，玉米收獲機(jī)也開始朝著智能化、高效化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展。近年來(lái)，隨著農(nóng)村人口城鎮(zhèn)化和土地流轉(zhuǎn)政策的實(shí)施，給大型化玉米收獲機(jī)械的發(fā)展提供了可能。其次，在電子技術(shù)的帶動(dòng)下，玉米收獲機(jī)的傳動(dòng)部件、收割器、糧倉(cāng)和輸送帶等關(guān)鍵零部件都設(shè)置有傳感器，以檢測(cè)器工作狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)和遙感系統(tǒng)也開始應(yīng)用于玉米收獲機(jī)上，開始朝著“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的方向發(fā)展。

玉米收獲的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求是玉米聯(lián)合收獲機(jī)使用和設(shè)計(jì)的依據(jù)。由于玉米在我國(guó)種植面積巨大，并且各地區(qū)自然條件差異很大，栽培制度也各不相同，所以對(duì)玉米收獲的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求也不一樣，但概括起來(lái)總共有一下幾點(diǎn)：

1)適時(shí)收獲。適時(shí)收獲對(duì)于減少收獲損失具有重要意義。玉米收獲的黃金時(shí)期是在玉米果穗下部籽粒乳腺消失、出現(xiàn)黑層、籽粒反面基部凹陷變硬、果穗苞葉變枯白而松散時(shí)。在玉米最佳收獲期進(jìn)行機(jī)械收獲，可以達(dá)到增加產(chǎn)量、減少損失、豐產(chǎn)豐收的目的，同時(shí)可以為下茬小麥爭(zhēng)取農(nóng)時(shí)，為來(lái)年的增產(chǎn)增收打下良好基礎(chǔ)。為了滿足適時(shí)收獲、減少損失的要求，玉米收獲機(jī)械需要具有較高的效率和可靠性。

2)保證收獲質(zhì)量。玉米收獲機(jī)在玉米植株倒伏率低于5%、最低結(jié)穗高度大于35cm的條件下，以額定工作速度作業(yè)時(shí)，其主要技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到如下要求：籽粒損失率小于2%，果穗損失率小于3%，籽粒破碎率小于1%，苞葉剝凈率大于85%(此項(xiàng)適應(yīng)于摘穗剝皮玉米收獲機(jī))。

3)秸稈處理效果好。對(duì)具有秸稈還田或青貯裝置的玉米聯(lián)合收獲機(jī)，其秸稈粉碎、切斷長(zhǎng)度要求粉碎還田為8～10cm，青貯為2～3cm，留茬高度不大于10cm，從而為下茬作物整地創(chuàng)造良好條件。

4)具有良好的適應(yīng)性。在我國(guó)，各地自然條件和栽培制度有較大差異，有平原、山地、梯田，有平作、壟作、套作，此外還有倒伏收獲、雨季收獲。因此，玉米收獲機(jī)械力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定，行走裝置具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)從事玉米收獲機(jī)開發(fā)研制的企業(yè)有60余家[18]，推出的類型也多種多樣。按摘穗裝置的配置方式不同，分為立式摘穗輥機(jī)型和臥式摘穗輥機(jī)型；按與動(dòng)力機(jī)的連接形式不同，分為自走式、牽引式和背負(fù)式機(jī)型；按收獲工藝的不同，分為摘穗型收獲機(jī)、摘穗剝皮型收獲機(jī)和直接脫粒型收獲機(jī)[19]。以上機(jī)型都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn),下面重點(diǎn)介紹在我國(guó)玉米收獲機(jī)械發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)比較多的幾種機(jī)型。

2.1自走式

此類機(jī)型功能齊全、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、作業(yè)效率高、籽粒損失小，可以一次完成玉米作物的摘穗、輸送、剝皮、裝箱及秸稈粉碎還田的全過(guò)程作業(yè)，是真正意義上的聯(lián)合收獲機(jī)械[20]，具有較好的市場(chǎng)前景，主要適用于東北、西北、華北等玉米主產(chǎn)區(qū)的一些大型農(nóng)場(chǎng)[18]。因其技術(shù)含量高、利潤(rùn)較高，所以是各廠家主要開發(fā)的產(chǎn)品之一。其優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、駕駛操作簡(jiǎn)單、對(duì)行方便。該機(jī)型面臨的主要問(wèn)題：價(jià)格較貴，利用率低，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，故障率高，維護(hù)保養(yǎng)成本高；跨地區(qū)作業(yè)能力差，收獲期一結(jié)束，整機(jī)閑置，浪費(fèi)動(dòng)力。

2.2兼用型

該機(jī)型的創(chuàng)新點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)上保持原有小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的部分工作部件及功能，更換玉米割臺(tái)、加裝玉米輸送槽和秸稈還田機(jī)，實(shí)現(xiàn)玉米收獲功能；通過(guò)互換割臺(tái)，可以兼收水稻、小麥等農(nóng)作物[21]。其優(yōu)點(diǎn)在于收割臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、零部件通用性高；解決了小麥?zhǔn)斋@機(jī)使用季節(jié)性限制，實(shí)現(xiàn)了夏收小麥、秋收玉米，一機(jī)兩用，從而提高單機(jī)效率。該機(jī)型面臨的主要問(wèn)題是玉米收獲與小麥、水稻收獲區(qū)別較大，安裝玉米割臺(tái)的小麥聯(lián)合收獲機(jī)都需進(jìn)行改裝。

2.3背負(fù)式

背負(fù)式玉米收獲機(jī)是我國(guó)開發(fā)較早、保有量較多的產(chǎn)品，配套動(dòng)力14.7～66.2kW不等[18]。其特點(diǎn)是作業(yè)部件安裝在拖拉機(jī)機(jī)身上，尾部安裝果穗箱和秸稈粉碎機(jī)，拖拉機(jī)為行走和收獲作業(yè)提供動(dòng)力；優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組緊湊、小巧靈活、價(jià)格低， 適用于農(nóng)村小面積田塊作業(yè)。該機(jī)型面臨的主要問(wèn)題是工作部件被分散安裝在拖拉機(jī)的特定部位，用戶每年至少要安裝和拆卸一次，比較繁瑣；相對(duì)于中大型玉米聯(lián)合收獲機(jī)，生產(chǎn)效率較低，零部件的可靠性還有待于提高。

2.4牽引式

該機(jī)型以輪式或履帶式拖拉機(jī)牽引作業(yè)，為偏置拖拉式，可一次完成摘穗、剝皮、秸稈粉碎作業(yè)。該機(jī)型性能可靠，零部件通用性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但技術(shù)相對(duì)落后[9]。該機(jī)型的發(fā)展集中在建國(guó)初期，目前該類產(chǎn)品的開發(fā)幾乎處于停滯狀態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)是投資成本低、整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修保養(yǎng)方便，收獲期一旦結(jié)束，動(dòng)力可以迅速轉(zhuǎn)移到其它田間作業(yè)。該機(jī)型面臨的主要問(wèn)題是偏置拖拉式牽引需要單獨(dú)開割道、機(jī)組配置較長(zhǎng)、轉(zhuǎn)彎及行走不便、玉米割臺(tái)使用技術(shù)相對(duì)落后[6]。

目前，我國(guó)玉米收獲機(jī)械的存在形式主要有以上4種，且以前3種居多。這4種機(jī)型都是基于1921年澳大利亞人艾倫提出的“輥式收獲”的技術(shù)路線設(shè)計(jì)制造的[22]?！拜伿绞斋@”原理是：收獲機(jī)割臺(tái)安裝1對(duì)或數(shù)對(duì)摘穗輥，玉米植株按行依次進(jìn)入兩輥之間，利用摘穗輥相互擠搓實(shí)現(xiàn)摘穗。這種“輥式收獲”的玉米收獲機(jī)普遍存在收獲損失大、作業(yè)效率低、零部件易損壞、對(duì)地區(qū)和農(nóng)藝適應(yīng)能力差等問(wèn)題。因此，玉米機(jī)械收獲難以大范圍推廣。

隨著我國(guó)國(guó)力的增強(qiáng)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進(jìn)程的向前推進(jìn)，玉米機(jī)械化收獲的呼聲也越來(lái)越高，政府和各地方部門出臺(tái)了許多優(yōu)惠和鼓勵(lì)政策，各大廠商也積極的參與到了玉米收獲機(jī)械的研制和生產(chǎn)中去。針對(duì)“輥式收獲”作業(yè)效率低、收獲損失大和對(duì)地域性種植制度適應(yīng)差等問(wèn)題，許多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)對(duì)玉米收獲原理做了相應(yīng)探索，提出了“并行喂入”和“逆行摘穗”原理。

“并行喂入”原理是：將1排或幾排玉米植株排成1排，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的牽引輥引導(dǎo)植株進(jìn)入割臺(tái)進(jìn)行摘穗；牽引輥水平安裝，其后裝有稈、葉、穗分離機(jī)構(gòu)；牽引輥的高速旋轉(zhuǎn)可防止秸稈在割臺(tái)處發(fā)生阻塞，極大提高了秸稈的入料速度，以及玉米收獲機(jī)在田間作業(yè)的行駛速度和作業(yè)效率[20]。

“逆行摘穗”又叫“彎曲折斷式摘穗”，是相對(duì)于順行摘穗的一種摘穗方式，即從果穗梢頭沿逆生長(zhǎng)方向，朝向玉米根部將果柄折斷實(shí)現(xiàn)果穗與玉米植株分離[23]。這種摘穗方式類似于人手工掰棒子，可以極大地減小摘穗力和摘穗損傷；摘穗過(guò)程采用非旋轉(zhuǎn)方式，故不會(huì)對(duì)玉米果穗產(chǎn)生搓傷。

“并行喂入”和“逆行摘穗”這兩種技術(shù)的應(yīng)用可以很好改善我國(guó)傳統(tǒng)玉米收獲機(jī)收獲過(guò)程中出現(xiàn)的作業(yè)效率低、摘穗損失大等問(wèn)題，并可以提高機(jī)具作業(yè)速度、降低功率消耗。但是，該技術(shù)也有其固有的缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)周期較長(zhǎng)，維修、保養(yǎng)需要具備一定的專業(yè)知識(shí)等。此外，國(guó)內(nèi)的許多專家教授也對(duì)傳統(tǒng)收獲機(jī)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以提高玉米收獲機(jī)的整體作業(yè)質(zhì)量。例如，叢宏斌等通過(guò)設(shè)計(jì)全新的玉米收獲機(jī)莖稈堆放裝置，提高玉米莖稈回收效率、降低回收成本，為玉米莖稈回收和高效生態(tài)化利用創(chuàng)造了條件[24]。楊富營(yíng)等通過(guò)研究改進(jìn)了4YW-2型玉米收獲機(jī)的割臺(tái)分禾器、果穗輸送裝置和集穗卸載部件，并對(duì)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新布局，從而提高了機(jī)型對(duì)玉米不對(duì)行收獲適應(yīng)性，同時(shí)降低了漏摘率、籽粒損失率和籽粒破碎率，為不對(duì)行玉米收獲機(jī)械設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)[25]。閏洪余等通過(guò)正交試驗(yàn)研究了立輥型玉米收獲機(jī)摘穗輥輥型對(duì)作業(yè)主要性能參數(shù)的影響，同時(shí)對(duì)各運(yùn)動(dòng)參數(shù)的交互作用進(jìn)行對(duì)比分析，確定了各運(yùn)動(dòng)參數(shù)的最佳組合[26]。

3我國(guó)玉米收獲機(jī)械發(fā)展展望

國(guó)家農(nóng)機(jī)具購(gòu)置補(bǔ)貼惠農(nóng)政策的實(shí)施，極大地鼓舞了各地人民購(gòu)買農(nóng)機(jī)具的積極性，各地企業(yè)也紛紛投入到農(nóng)業(yè)機(jī)械的研制和生產(chǎn)中去，使我國(guó)的農(nóng)機(jī)裝配水平和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力不斷提升[9]。但是，由于氣候、地理環(huán)境和種植制度的差異，我國(guó)的玉米收獲機(jī)械與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還是有較大差距。為提高我國(guó)玉米收獲機(jī)械化的整體水平，維護(hù)玉米收獲機(jī)械的健康、可持續(xù)發(fā)展，必須從以下幾個(gè)方面入手：

1)加強(qiáng)政府引導(dǎo)、扶持力度[27]，充分利用國(guó)家農(nóng)機(jī)具購(gòu)置補(bǔ)貼惠農(nóng)政策[28]。我國(guó)玉米收獲機(jī)械生產(chǎn)還處在發(fā)展階段，還未形成完整的產(chǎn)業(yè)布局，許多產(chǎn)品還處在試驗(yàn)性生產(chǎn)階段，導(dǎo)致玉米收獲機(jī)整機(jī)的價(jià)格昂貴，多數(shù)自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)價(jià)格在20萬(wàn)～30萬(wàn)元左右，一般農(nóng)民難以承受[29]。針對(duì)這種情況，應(yīng)充分利用國(guó)家農(nóng)機(jī)具購(gòu)置補(bǔ)貼惠農(nóng)政策，農(nóng)民可以通過(guò)當(dāng)?shù)剞r(nóng)機(jī)局申請(qǐng)，申請(qǐng)通過(guò)后到當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商交機(jī)具差價(jià)款購(gòu)機(jī)；也可以采用貼息方式，農(nóng)民和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)組織可以向相關(guān)金融機(jī)構(gòu)申請(qǐng)貸款。

2)地域功能性玉米收獲機(jī)將得到發(fā)展。在我國(guó)，不同地域種植玉米的農(nóng)藝要求不同，種植目的也有所不同，因此需要有針對(duì)性地開發(fā)適合某一地域的玉米收獲機(jī)。在東北，地域遼闊、地勢(shì)平坦，玉米種植多以大型農(nóng)場(chǎng)為主，種植制度為一年一季。收獲時(shí)，玉米籽粒含水率較低，可以直接進(jìn)行剝皮作業(yè)，有的甚至可以直接收獲籽粒。在該地區(qū)主要以大型自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)為主，其功能齊全、籽粒損失小及作業(yè)效率高。在內(nèi)蒙古，當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展需要大量飼料，玉米收獲時(shí)需要將秸稈回收青貯，應(yīng)大力發(fā)展果穗秸稈兼收型玉米收獲機(jī)。在山東、河北等一年兩熟區(qū)，既要搶農(nóng)時(shí)，還要將秸稈進(jìn)行高質(zhì)量還田，以便后期土地的耕整作業(yè)。該地區(qū)應(yīng)該大力發(fā)展結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、收獲工藝先進(jìn)的玉米收獲機(jī)械[27]。

3)做好玉米收獲機(jī)械的引進(jìn)、試驗(yàn)、示范工作。玉米收獲機(jī)械的引進(jìn)、試驗(yàn)、示范工作是決定該機(jī)型能否在該區(qū)域大范圍推廣應(yīng)用的前提，能否適應(yīng)該地區(qū)的地形和種植制度，以及當(dāng)?shù)厝嗣裾J(rèn)可程度，是決定人們是否購(gòu)買的先決條件。在我國(guó)，玉米種植區(qū)域的地形相對(duì)復(fù)雜、種植制度不統(tǒng)一，而玉米收獲機(jī)械對(duì)地形和種植制度的適應(yīng)較差，要從眾多的機(jī)型中選取適合該地區(qū)的一款玉米收獲機(jī)就變得相對(duì)復(fù)雜。當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)政府部門應(yīng)該選擇適合本地區(qū)地理?xiàng)l件且作業(yè)效果又好的玉米收獲機(jī)械進(jìn)行示范推廣[28]。

4)加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)力度和售后服務(wù)體系的建設(shè)。目前，玉米收獲機(jī)的專業(yè)性越來(lái)越高，對(duì)機(jī)具使用者和維修者的要求也越來(lái)越高，企業(yè)應(yīng)該對(duì)購(gòu)機(jī)用戶進(jìn)行崗前培訓(xùn)，使農(nóng)戶對(duì)收獲機(jī)的技術(shù)原理、機(jī)械構(gòu)造、日常保養(yǎng)和故障維修等有所了解，避免在使用過(guò)程中因誤操作而造成機(jī)械故障[30]。農(nóng)戶應(yīng)該認(rèn)真閱讀使用說(shuō)明書，正確使用收獲機(jī)，讓收獲機(jī)發(fā)揮更大效益。企業(yè)在收獲機(jī)相對(duì)集中的地方設(shè)立售后服務(wù)中心，建立完善的維修服務(wù)點(diǎn)和配件供應(yīng)點(diǎn)，并嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家“三包”服務(wù)規(guī)定。農(nóng)忙時(shí)期，企業(yè)應(yīng)對(duì)農(nóng)戶提供全套的技術(shù)支持，及時(shí)解決機(jī)器故障，保障秋收工作順利進(jìn)行[31]。

5)加快農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合的步伐。在我國(guó)，玉米的種植有平播、壟播、溝播、套播、點(diǎn)播等多種形式，同一臺(tái)收獲機(jī)很難適應(yīng)如此復(fù)雜的耕種情況，限制了玉米收獲機(jī)的推廣應(yīng)用。為提高玉米收獲機(jī)械的生產(chǎn)力和適應(yīng)性，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)更快更好發(fā)展，就必須走農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合的路線。農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝看似獨(dú)立卻相互依存，既相互聯(lián)系又相互制約。任何玉米收獲機(jī)型都是在滿足玉米收獲農(nóng)藝要求的前提下設(shè)計(jì)的，而任何玉米種植農(nóng)藝的出現(xiàn)都必須有相應(yīng)的玉米收獲機(jī)械為之服務(wù)。只有兩者相互結(jié)合，相互適應(yīng)，充分發(fā)揮農(nóng)藝的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和農(nóng)機(jī)的高效功能，才能全面促進(jìn)我國(guó)玉米收獲機(jī)械的發(fā)展[6]。

總之，隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，我國(guó)玉米機(jī)械化收獲技術(shù)也取得了重大突破，玉米收獲機(jī)械化行業(yè)也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。在未來(lái)幾年內(nèi)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)必將出現(xiàn)一支專業(yè)化、市場(chǎng)化、社會(huì)服務(wù)化的玉米收獲機(jī)械化隊(duì)伍，為我國(guó)玉米收獲機(jī)械化發(fā)展做出貢獻(xiàn)[28]。

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Discuss about the Current Situation and Future of Corn Harvest Machinery about Domestic and Abroad

Geng Aijun, Yang Jianning, Zhang Zhaolei, Zhang Ji, Li Rushen

(Shandong agricultural university, College of mechanical and Electronic Engineering, Taian 271000, China)

Abstract：Discusses the development status and technical characteristics of domestic and foreign corn harvester,from the theoretical and practical point,consolidated and classification the corn harvester,make a profound analysis about their respective advantages and disadvantages, studied the problem of corn harvestingmachinery and gap between the developed country corn harvest levels. Briefly introduced several new harvesting method,and prospected a development trend of domestic corn harvester.

Key words：corn; harvesting machinery; present situation; prospects

文章編號(hào)：1003-188X(2016)04-0251-07

中圖分類號(hào)：S233.73

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：耿愛軍(1973-)，女，山東淄博人，講師，博士，(E-mail)hilan@yeah.net。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51205239)

收稿日期：2015-03-17