麦稻联合收割机配套打捆机的研究现状

2014-01-28河北省农业机械化研究所有限公司张秀平陈林张亚振袁兴茂郝金魁王惠新

河北农机 2014年12期

河北省农业机械化研究所有限公司张秀平陈林张亚振袁兴茂郝金魁王惠新

1 引言

我国年产农作物秸秆6亿吨以上，资源拥有量居世界首位，麦稻秸秆是其重要组成部分[1]。2013年全国小麦播种面积3.62亿亩，总产1.219亿吨，按照农作物秸秆折算比例1:1.10计算，2013年全国小麦秸秆产量在1.34亿吨左右。2013年全国稻谷播种面积为4.57亿亩，产量为2.036亿吨，按照农作物秸秆折算比例1:0.90计算，2013年全国稻谷秸秆产量在1.83亿吨左右。根据预测，随着农业生产技术的不断提高，秸秆产量将呈增长趋势。

农作物秸秆折算比例表

麦稻秸秆是重要的生物质能源，主要含有纤维、木质素、淀粉、粗蛋白、酶等有机物，还含有氮、磷、钾等营养元素[2]。秸秆除了作肥料、饲料，还可以作工业原料，广泛用于造纸、发电、制板、制碳等领域，具有一定的商业价值，但是由于秸秆的收集和运输成本过高，阻碍了其商品化发展。如果能充分利用好麦稻秸秆，不仅能够改善环境，还能增加农民的收入，提高农民生活水平，符合科学发展观的发展要求，符合建设资源节约型国家的实际需要。

2 麦稻秸秆收获现状

在机械化收获普及以前，麦稻秸秆作为重要的农村日常燃料和干饲料被广泛使用，但是随着社会进步和机械化收获技术的普及，秸秆被弃之不用、遍地焚烧，造成资源浪费、环境污染和火灾事故频发等问题日益突出。一方面，其直接作为日常燃料的功能逐渐消失，农民没有收集秸秆的积极性；另一方面，收获机械通常把麦稻秸秆抛撒或粉碎在田间，不仅浪费资源，且不利于下茬作物的种植和田间管理，并由此引发了秸秆焚烧等社会问题。

为保护生态环境，国家环境保护总局、农业部、财政部、铁道部、交通部、国家民航总局联合制定了《秸秆禁烧和综合利用管理办法》[3]，禁止露天焚烧秸秆。该办法正式发布实施之后，清理麦稻秸秆成为农民面临的一个新的棘手问题。一般农民会采用以下几种方式进行秸秆清理工作。

2.1 麦稻秸秆直接还田

现在稻麦联合收割机一般都设有秸秆粉碎装置，在籽粒收获的同时对小麦秸秆进行直接切碎，并均匀抛撒在田间，这种方式为抢种下茬作物节约了大量时间。但是这种方式是直接将秸秆抛洒在地面，给下茬作物的播种带来不便，同时也会增加一些新的麻烦，如与玉米苗争夺氮素营养、病虫害加重等[4]。

2.2 人工清理

很多农民为了便于下茬作物的种植，避免秸秆直接还田带来的困扰，在联合收割机收获完成后，人工清理铺洒在田间的秸秆。但是，对于种植面积较大的农户来说，人工清理劳动强度大，且耗费时间长，耽误农时；如果雇佣劳动力进行清理，则还会增加更多的生产投入。有些农民为了省时省力，还是会偷偷焚烧秸秆。

2.3 捡拾打捆

秸秆收集打捆可以有效解决上述问题。在麦稻联合收割机作业时，配备一台或多台秸秆捡拾打捆机，将联合收割机抛洒出来的秸秆捡拾打捆，然后装车运出地块。这种方式明显减轻了农民劳动强度，相对于人工清理也赶抢了农时，但是需要机械二次进地，造成耕地被二次碾压，同时也会增加动力消耗；同时，传统的打捆机多为牵引式和悬挂式，需要单独的动力牵引，价格较高，在经济价值较高的牧草、青饲料收获中应用较多，鉴于麦稻秸秆的相对利用价值和经

3 麦稻联合收割机配套打捆机的研制

3.1 研究目的

根据目前实际生产需求，从满足农艺要求、减轻劳动强度、减少环境污染以及解决秸秆焚烧问题、促进秸秆合理利用和商品化发展的目的出发，研制与麦稻联合收割机配套的秸秆打捆机。

与传统的牵引式或悬挂式打捆机相比，该秸秆打捆机与联合收割机配套使用，采用固定连接方式，不设秸秆捡拾机构，打捆机的进料口与联合收割机的秸秆抛出口对接，边收割边打捆，收割完成的同时，秸秆打捆工作随之结束，避免二次下地，节省人力、物力、财力，并且造价低、易推广，可为广大农民提供方便合理的麦稻秸秆处理方案，解决秸秆焚烧的社会难题。

3.2 研究内容

3.2.1 性能匹配

合理的性能参数匹配，是其实现配套作业的基础。根据麦稻联合收割机的工作参数，制定打捆机的工作性能要求，实现其与联合收割机配套后边收割边打捆的连贯作业。根据性能比较稳定的“新疆-2A先锋2006麦稻联合收割机”的工作参数，即“行进速度1.70～22.44km/h，收割效率 8～10亩/h（直接影响秸秆产出速率）等”，设定打捆机的打捆效率为5～8亩/h。打捆密度符合“GB/T 25423-2010方草捆打捆机”规定的稻麦秸秆草捆密度≥l00kg/m3。受到整机尺寸的限制，草捆尺寸为300×400×（300～1000）mm。

3.2.2 连接结构和动力匹配

作为配套的秸秆打捆机，其与联合收割机的安装连接和外形结构也是重要的研究内容。为保证配套后的整体美观性，配套打捆机的整体尺寸限制在联合收割机整体尺寸范围内，且采用可拆式固定连接方式，将打捆机固定连接于联合收割机上，其进料口与联合收割机的秸秆抛出口对接，从而不必设置秸秆捡拾机构。由于圆捆打捆机和方捆打捆机具有不同的尺寸特征和运动特点，压制相同体积的草捆，圆捆打捆机的外形尺寸要更大，且圆捆打捆机的结构更加复杂，因此，采用方捆打捆机的结构形式更易于实现与联合收割机的配套安装。

打捆机与动力为50～80kW的麦稻联合收割机配套使用，为减少动力消耗和额外动力机械的配备，秸秆打捆机的动力由联合收割机滚筒轴提供，在滚筒轴外端加装动力传动链轮，通过链传动，将滚筒轴输出动力传送至打捆机的减速机。

这样的安装连接和动力配备方式能够使配套后的整机结构紧凑，并降低打捆机的制造成本。

3.2.3 关键部件

目前，国内已有多个厂家研制生产小型方捆打捆机，秸秆捡拾打捆技术已趋于成熟。但对于这种不设捡拾机构和动力机构的小方捆打捆机来说，还有很多新的问题需要解决。

打结器是打捆机的核心部件，其可靠性决定了打捆机的经济效益。但由于打结器的结构极其复杂，加工难度大，目前国内的打捆机大都依靠进口打结器。进口打结器采用耐磨铸铁件，加工成本低、质量轻，但是市场价格昂贵，且铸铁件易碎、不耐用。基于此种情况，国内也开始对打结器进行研究，但国产打结器在工作性能和制造质量上存在不少问题，如精度不够、使用寿命较短、成结率较低等。将打结器材料改为耐磨铸钢，并加厚齿轮盘，在保证加工精度的前提下，可有效增加打结器的耐用性。

草捆密度是打捆机最重要的技术参数之一，在草捆密度符合国家标准的基础上，提高草捆密度可以有效的节约存储空间和运输成本。秸秆输送到成捆室进行一次打捆，草捆密度相对较低，且草捆较为松散。在秸秆进入成捆室之前进行一次预压紧，不仅可以增加草捆的紧实度，有效防止因草捆松散而造成的散捆现象，还能提高秸秆的成捆率。

秸秆喂入装置是打捆机的一个重要组成部分。由于配套打捆机没有捡拾机构，秸秆的喂入仅仅依靠联合收割机上风机的力量是远远不够的，如果不设置喂入机构就会导致大量秸秆在打捆机入料口处堆积，造成堵塞，影响秸秆进入成捆室，阻碍活塞的正常往复运动。将喂入机构设置在联合收割机出草口和打捆机入料口连接处，其作用是在活塞运动至入料口后下方时将秸秆压入到入料口中，协助活塞将这部分秸秆送入成捆室；当活塞离开入料口时，挡住联合收割机喷出的秸秆，避免在活塞后方存有秸秆，影响其运动。