制种玉米机械去雄机械的应用与展望*

王 涛，李亚雄，胡 斌，刘 洋，李 斌，李 帆

（1.石河子大学，新疆 石河子 832003，2.新疆农垦科学院机械装备研究所）

制种玉米机械去雄机械的应用与展望*

王 涛1，李亚雄1，胡 斌2，刘 洋1，李 斌1，李 帆1

（1.石河子大学，新疆 石河子 832003，2.新疆农垦科学院机械装备研究所）

本文对农业机械在制种玉米上的应用研究进行了综述。介绍了国内外玉米机械去雄的机理，重点阐述了自主研制的玉米去雄机与国外机型的差距，并对今后进一步深入研究提出建议。

制种玉米；去雄；机械化

玉米机械去雄技术是指应用农业机械，通过机械代替人工将适时玉米的雄穗去除，避免自花授粉，以提高玉米制种的质量和产量。

1 国外玉米机械去雄技术发展现状

1.1 美国玉米去雄机

1.1.1 早期玉米去雄机

美国早在1937年开始研究玉米去雄机械，首先研究的机型为具有自走能力，在高地隙地盘上安装6个载人支架平台，该机型传动系统为皮带、链条传动，有3个行走轮，只可进行低速行走；较人工去雄相比，增加的机车可在玉米地中跨行行走，人站在机车支架平台随车进行手工去雄作业 （图1）。1950年，美国设计了第2代去雄机（图2），该机与腿，地隙1.85 m。

液压驱动系统：主要有4个回路，即抽雄切雄回路、升降回路、转向助力回路和行走回路。采用电液第一代机型相比，动力系统配备大马力柴油发动机，行走系统为高地隙拖拉机底盘和四轮行走机构，且设计了防晒顶棚，该机型在机具行走的稳定、安全性和工作效率上都有了大幅提高。

1.1.2 自动化玉米去雄机

随着科技的不断发展，农业机械也向自动化方向发展。1981年前后，美国研究出可以基本代替人工的去雄机械 （见图3～8）。经过几十年的改进优化，主要由美国Hagie、Big John和Modern Flow等公司制造生产，该类机型主要由高地隙动力行走底盘、液压驱动系统、玉米去雄组件、自动仿形控制系统4部分组成，该机型还配备喷药组件。

高地隙动力行走底盘：由行走底盘、驾驶室、发动机、变速箱、液压泵、液压马达、液压管路、操控系统、前悬挂系统等部件组成。两轮驱动拖拉机在公路运输时最大行驶速度为30km/h。前桥带减震系统，前后轮轮距2.0～2.6 m，可调，前后轮胎面宽度28.5 cm，适应新疆地区的密植作物。采用窄钢性固定V型加高支联合控制，前进、停车、倒车均由电子开关控制，操作灵敏、简便。液压传动装置运动平稳、反应快、惯性小，能高速启动、制动和换向。行走系统采用液压系统，能在运行中方便地实现无级变速；在田间作业时灵敏度高，易控制，易于实现过载保护。

图1 美国早期玉米去雄机

图2 改进型美国早期玉米去雄机

玉米去雄组件：为平整玉米高度，第1次用割雄工具，切割高度在抽出的玉米雄穗位置以下8～10 cm，切割至玉米高度整齐。待24～48 h后，玉米雄穗达到4 cm，使用抽雄轮进行第2次抽雄作业。虽然用抽雄轮去雄更快、更容易，但玉米叶子被切割更多。该组件由重型悬挂架、切刀组合、抽雄穗组合等部件组成。

自动仿形控制系统：可根据作物生长的高低自动仿形，抽净率可达95%以上；抽取的叶片数可根据不同品种的要求和玉米生长情况随意调整，避免作业时损伤营养叶；去雄组件可适应不同的播种行距，从30～80 cm，可调。

喷药组件：由20 m喷杆、2 500 L水罐、药液喷洒程序设定仪等部件组成。喷杆为折叠式，由液压油缸操控，伸展灵活。根据作业地块情况，左架、右架、中间架均可单独进行喷药作业。该机配备了药液喷洒程序设定仪，可根据作物的喷液量、使用喷头种类等对喷洒压力、行走速度进行设定，从而实现准确的喷洒量。

主要性能参数：

1.1.3 主要工作原理

自动化玉米抽雄机采用高架自走结构，前后轮由安装在轮轴上的液压马达驱动，可一次性完成4膜8行制种玉米的抽雄作业，通过前端的电子眼高度识别装置，根据作物生长的高度自动仿形，抽净率可达92%以上，去雄装置可单独控制其升降。工作效率为23.3～26.7 hm2/d。安装去雄装置的机架可以折叠，以便于转场运输。

1.2 欧洲玉米去雄机

欧洲去雄机发展时间较早，但只有法国Bourgoin公司制种玉米机型较成熟，该公司有去雄喷药多功能机型和去雄机型 （如图8所示），2种机型均为液压驱动行走、去雄工作，多功能机型可以喷药去雄同时进行，减少进地次数；另一种机型增加了测高仿形装置，在去雄生产率上较前一机型高，但因为欧洲与我国玉米种植模式的差异，这2种机型都只能进行4行去雄作业，与同类型美国机型相比价格较高。意大利马斯奇奥URAGANO超高地隙喷药去雄机主要用于高杆作物喷药（如图9所示），其玉米去雄功能较美国机型相比，在制作工艺和自动化水平上有了进一步的提高。

2 玉米去雄机械国内研究现状

2.1 引进机型

图3 玉米去雄抽雄轮组件

图4 玉米去雄割刀组件

图5 美国公司Big John玉米去雄机

图6 美国Hagie公司玉米去雄喷雾机

图7 美国Modern Flow公司玉米去雄机

图8 意大利马斯奇奥URAGANO超高地隙喷药去雄机

新疆兵团第四师六十六团和黑龙江省宁安农场分别于2006年、2007年从法国BOURGOIN公司各引进1台4WD 2204 TURBO型玉米抽雄机。该机采用78马力道依茨风冷式柴油发动机，去雄部分分为切雄和抽雄，整机完全由液压驱动行走和去雄工作，一次作业可以完成8行去雄工作。首先切削，当母本雄穗临近抽穗时，根据玉米植株生长整齐程度用去雄机的切削刀具，进行1～2次切削作业，使植株高矮整齐一致，便于抽雄作业，提高抽出率；切削后3～5 d待雄穗长出顶部叶片3～5 cm时，进行第2道工序—去雄。去雄装置为2片橡胶圆盘，在高速旋转下将雄穗夹起抛出，达到去雄效果。由于受制种玉米的种植模式、农艺要求等因素影响，这种玉米抽雄机使用效果并不理想。

随着玉米全程机械化的推进，在2012—2014年，新疆伊犁地区、昌吉地区等多地从美国引进多台Big John玉米去雄机（图10）。国内制种玉米机械去雄市场逐渐被美国玉米去雄机占领。

2.2 研发机型

为填补国内空白，根据新疆制种玉米种植农艺要求，新疆农垦科学院机械装备研究所研制出3QXZ-8型玉米去雄机，该机由行走轮、机架、柴油发动机、转向机构、液压驱动系统、液压控制系统、电路控制系统、抽雄工作部件控制平台、对滚式抽雄部件及操控机构等零部件组成（如图11所示）。

2.2.1 结构原理

整机为自走式结构，以柴油发动机为原动力，通过动力转换系统（图12）带动液压系统（图13），整机以液压油泵为动力源，通过管路系统带动各执行机构上的液压马达，完成机构驱动。同时，控制驾驶系统（图14）驱动行走轮中轴上的液压马达使后轮行进，然后推动前轮导向轴完成整机行走导向，在抽雄工作部件控制平台（图15）通过液压油缸控制作业高度，抽雄工作部件通过控制液压马达驱动，完成抽雄作业［1-3］。

图9 法国Bourgoin公司的两种去雄机

图10 引进美国的去雄喷药机

图11 3QXZ—8型自走跨越式玉米去雄机

图12 动力转换系统

图13 液压系统

图14 驾驶系统

图15 抽雄工作部件控制平台

图16 液压升降单组对辊式抽雄装置

图17 可调整的轮距支撑臂

2.2.2 工作过程

去雄装置包括滚轮抽雄装置和盘刀切雄装置2种。滚轮抽雄装置（图16）为在连接杆安装的支承座上通过轴承安装着主动轮轴和从动轮轴，由液压马达驱动的主动轮轴其端部固装着主动滚轮，在从动轮轴的端部转动配合安装着从动滚轮，从动滚轮与主动滚轮相对称，并且其轮面相互摩擦配合，紧紧地接触在一起，在摩擦力作用下，主动滚轮带动从动滚轮转动。作业时，当玉米雄穗接触到每对滚轮接触面时，2个轮子挤压摩擦把玉米雄蕊拔出，完成抽雄作业。在每个连接杆上安装着2套滚轮抽雄装置；盘刀切雄装置为在连接杆连接的支撑座上安装着液压马达驱动的水平切雄刀盘，在切割刀盘上均布设置着伸出刀盘的刀片，刀片为锐角形的双面刀片，在切割刀盘上均布到刀片的数量为2～4只，作业时，当旋转的刀盘接触到玉米雄蕊时，高速旋转的刀片切掉雄蕊，完成切雄作业。在每个连接杆上安装着2套盘刀切雄装置。在滚轮抽雄装置或盘刀切雄装置的下方通过支承座设置着对称的拨杆，对称拨杆的开口呈八字形［4－12］。

通过支撑臂（图17）安装的前大梁为可伸缩结构，其结构为固接着支撑臂的活动梁插入套管主梁内，与套管主梁动配合，并且通过套管主梁上的螺栓锁紧定位，通过调整活动梁在套管主梁内的插入深度，以调整对称支撑臂之间的距离，然后用螺栓紧固锁定来实现前轮轮距的调整；安装后轮的支撑臂其上端焊接着带连接耳的U形板，U形板和其上的盖板通过四个螺栓紧固在后主梁上，使安装后轮的支撑臂定位，当需要调整后轮支撑臂的位置时，拧松螺栓，调整后轮支撑臂的位置，然后再紧固螺栓即可，来实现后轮轮距的调整，以满足玉米抽雄机行走在不同行距的玉米田间。

3 国内玉米去雄机械存在的技术难点

玉米去雄机械逐渐成熟应用于农业生产，但是主要依靠国外成熟技术及机具，根据国外机型在去雄作业的使用，主要存在以下技术难点：（1）液压系统可靠性需要进一步提高；（2）自动控制系统的研究还局限在试验室阶段，农田不可控因素较多，系统稳定性难以保证；（3）去雄装置的单组自动仿形控制系统的研究还在进行，国内研制的机型在自动化程度和动力性上与国外机型还存在很大差距。

4 前景与展望

随着社会进步和科学技术的发展，人类对粮食产量和品质的要求越来越高，粮食资源的短缺将严重制约人类社会的发展。通过农业机械等手段提高农作物产量及品质，将对解决我国粮食资源短缺和提高农作物生产的经济效益具有重要意义。但是，虽然农业机械在农作物生产中的应用具有巨大革新潜能，这也并不意味它在农业生产中作用的绝对。通过以上研究发现：机械去雄对不同玉米品质影响的大小与玉米本身的生物性状是否适合机械作业有关；国外玉米去雄机械的垄断性对国内该机械的研制具有一定阻碍性；国内相关研究的可实施性依赖国内液压、自动控制等技术的稳定性和可靠性，在电气、液压、自动控制技术逐渐应用在农业机械的今天，国内玉米去雄机械的发展必定会缩小与国外同类机型的差距，中国制种玉米产业也将必定是国内粮食的新增长点。

[1]刘洋，李亚雄，卢勇涛，等.几种国外制种玉米去雄机[J].新疆农机化，2010（4）：14.

[2]卢勇涛，李亚雄，刘洋，等.制种玉米去雄机的研制[J].农业机械，2010（18）：92-94.

[3]孔繁宇.PDF752D型玉米去雄机性能特点及田间应用效果总结[J].现代化农业，2013（1）：47-48.

[4]张顺东.玉米全程机械化制种技术[J].新疆农垦科技.2014（6）：43-44.

[5]任魏华.提高制种玉米机械化去雄作业质量措施[J].农业技术，2014（3）：16-17.

[6]刘立晶，李长荣.新疆杂交玉米制种机械化现状及发展趋势分析[J].新疆农机化，2014（4）：10-13.

[7]李莉.提高玉米杂交种子质量的关键性技术措施的探讨[J].辽宁农业科学，2006（6）：58.

[8]曹阳，严玉萍，冯振秀，等.新疆杂交棉人工去雄制种操作细节[J].农业科技，2010（10）：190-192.

[9]王晓明，马法杰，燕纪伦.自走式玉米去雄机液压系统的设计[J].流体传动与控制，2011（3）∶27-29.

[10]吕亚娟，杜世毅.杂交玉米制种带叶去雄对产量的影响[J].黑龙江农业科学，2009（3）：52-53.

[11]刘广和，刘天成，王兆明，等.玉米制种超前带叶去雄技术[J].中国种业，2009（8）：160-161.

[12]刘洋，李亚雄，李斌，等.制种玉米机械去雄关键部件的设计[J].现代化农业，2007（4）：32-33.

2015—03—09

新疆农垦科学院科技引导计划项目，项目编号：55YYD201303。