国内外秸秆打捆机发展现状与趋势分析

2020-06-11于兴瑞耿端阳王传申张国栋赵娜

农机使用与维修 2020年6期

于兴瑞耿端阳王传申张国栋赵娜

摘要：针对我国近年来秸秆焚烧造成的环境污染以及秸秆资源量丰富但利用率较低的问题，分析其根本原因在于我国秸秆综合利用机械化程度较低，以及打捆机发展水平相对落后。通过调查研究国内外市场打捆机发展现状，分析其主要结构特点，并将国内机型与国外机型分析比较，结合我国出台的一系列政策与基本国情得出国内打捆机存在的问题及发展建议。

关键词：打捆机;主要结构;发展现状;分析

中图分类号：S233.4文献标识码：A开放科学（资源服务）标识码

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.06.001Open Science Identity（OSID）

0 引言

我国作为农业大国，地域广阔，农业活动在生产了大量粮食的同时，也产生了大量的秸秆，因此我国是世界上秸秆资源最丰富的国家之一。我国秸秆种类以水稻、小麦、玉米等为主，其中，稻草占比为25.1%，麦秸占比为18.3%，玉米秸秆占比约为32.5%，棉秆占比为3.1%，油料作物秸秆（主要为油菜和花生）占比为4.4%（如图1）[1-5]。据相关数据统计，2010年全国秸秆理论资源量为8.4亿t，可收集资源量约为7亿t;2017年全国秸秆理论资源量约为为9亿t，可收集资源量约为7.4亿t[1-5]。

由此可见，我国秸秆资源较为丰富，具有很大的经济效益和社会效益。但是我国大部分地区的秸秆综合利用情况并不乐观，大部分秸秆资源直接在田里进行粉碎还田，制约了秸秆资源潜力的发挥，造成了资源的浪费;还有地区将秸秆进行焚烧，造成了严重的空气污染。实际上，秸秆是一种重要的可再生生物质资源，当前我国秸秆综合利用途径主要有“肥料化、饲料化、燃料化、基料化和原料化”5大类[1-5]。 2016年以来，原农业部会同财政部在12省（区）开展了秸秆综合利用试点。截至目前，全国共建设试点县143个，各试点县秸秆综合利用率均提高5%以上，部分已达90%以上，秸秆处理技术模式初步构建，区域秸秆处理能力显著提升。2017年，全国秸秆综合利用率超82%，基本形成肥料化利用为主，饲料化、燃料化稳步推进，基料化、原料化为辅的综合利用格局。力争到2020年，全国秸秆综合利用率达85%以上，东北地区秸秆综合利用率达80%以上，新增秸秆利用能力2700多万t。下一步，农业农村部将继续坚持秸秆肥料化、饲料化和燃料化三大利用方向，不断提升秸秆利用水平[6]。

进行秸秆综合利用的前提是必须先将这些秸秆资源收集起来，但是另一方面，这些秸秆物料松散，如不进行压实打捆，那么在收集、贮藏、运输等过程中会面临巨大困难。所以，根据我国实际国情设计出结构合理、高效实用的秸秆打捆机，能够实现秸秆资源的高效率贮存、低成本运输，这对我国秸秆综合利用率的提高，以及推动农业机械化水平有着举足轻重的作用。

1 国内外研究现状

秸秆打捆机是秸秆资源综合利用过程中必不可少的装备。秸秆打捆机的作用是将作物收获后田间的秸秆进行捡拾粉碎，再压缩成捆，便于储存和运输。按照成捆的形状分，主要有方捆打捆机和圆捆打捆机两种;其中方捆机按照成捆的大小又分为大方捆和小方捆。此外，按照牵引方式分，又可分为自走式打捆机和牵引式打捆机。

1.1 国外研究现状

国外对于打捆机的研究较早，距今已有200多年的历史。18世纪时期，许多国家的交通运输、农业生产都以马为动力，这样在广大的城市和农村都需要大量的干草来饲养马匹，在运输这些干草时草要压紧、捆实。1870年美国人Dederic发明了世界上第一台固定式方草捆打捆机，但是直到20世纪30—40年代才成功研制出第一台具有真正意义的田间捡拾打捆机;20世纪50—70年代，各国开始争相研制此机型并逐渐推广开来，使得国外发达国家的农业秸秆再生利用率接近100%。

国外发达国家生产的打捆机种类齐全，功能多样，能够满足多种作业条件下的多种作业要求，主要生产厂家有约翰迪尔、凯斯、库恩、克拉斯等。这些厂家生产的打捆机多为大中型打捆机，配套动力多在150马力以上。另外，其自动化、智能化、机电液一体化程度较高，相对国内较为先进，售价多在100万～300万元之间。

纽荷兰公司生产打捆机已有70多年的历史，在市场中有很高的占有率。其生产的小方捆打捆机可以根据作物种类、运输和贮存要求来调整草捆的密度和长度。打捆机操作简单，性能稳定，维護方便，配套动力范围广。打出的草捆尺寸规整、密度大、成捆率高，能够方便捡拾车捡拾，容易堆垛。其生产的大方捆打捆机需要与大中型拖拉机配套，采用纽荷兰专利技术的预压室和重型压实器，在打捆前能够对草捆进行预压，提高了工作效率，提升了打捆效果，草捆密度更大，草捆质量最多可达1 t[7]（如图2所示）。

库恩LSB1270型方捆机是法国库恩公司生产的一款适用于多种作业条件的大型智能化方捆打捆机。其喂入系统采用了整体转子式（如图3所示）的结构，缩短了捡拾

器和转子之间的距离，确保了在任何条件下，均能够强制匀速喂入秸秆或牧草，这种设计简化了机构，不仅易于维护，还能够显著降低功率需求;另外该打捆机还加装了预压室，即先将收集的草料在预压室内进行预压缩，当预压室内的楔形块上的压力达到预定值时，便能够触发单拨草叉增大动作行程，从而将预压成型的草片喂入打捆室，然后在打捆活塞的作用下，便可形成一个紧密平整的草捆。其配备有先进的密度加强系统（如图4所示），可根据不断变化的草条状况而持续作出相应的变化调整，确保打捆均匀、密度较高。

约翰迪尔F441R圆捆机是约翰迪尔公司生产的一款适用于多种作物秸秆捡拾打捆的圆捆打捆机（如图5所示）。这款打捆机的捡拾器安装了5排捡拾弹齿，提高了其捡拾作业效率。采用了推进搅龙和喂入辊同轴的设计，缩短了捡拾器与喂入辊之间的距离，其喂入辊的材料采用了不锈钢刮辊，减少了作业过程中粘草问题的发生，提高了作物喂入顺畅度，同时降低了故障率，并大大降低了堵塞的风险。该机型还采用了液压快速排堵技术（如图6所示），当发生堵塞时可通过驾驶室内的控制面板，控制液压系统增大喂入辊之间的间隙进行排堵作业，减小驾驶员劳动强度，提高了工作效率。另外，与该打捆机配套的拖拉机内还配备有打捆控制及监视系统，可以直接控制牧草捡拾、打捆、成型、草捆直径调节、草捆抛出等操作。

1.2 国内研究现状

我国打捆机的研究起步相对较晚，20世纪50年代末才开始研究固定式打捆机;于20世纪60年代初期从国外引进小方捆捡拾压捆机;20世纪70年代中期，国内部分企业相继开始仿制国外方捆机并开始了批量生产[8、9、10]。我国的打捆机研究历程进展较慢，主要还是从测绘、仿制国外成熟机型入手。但是由于我国的制造工艺相对落后，基础理论的缺乏，所以研制的主要机型为牵引式小方捆打捆机。小型牵引式打捆机按照牵引方式又可分为正牵引式和侧牵引式。其中正牵引式小方捆打捆机结构如图7所示，打捆机动力连接杆设置在打捆机中间。侧牵引式小方捆打捆机结构如图8所示，打捆机动力连接杆在打捆机侧面[8]。

我国最初的打捆机比较经典的机型如中国农机院研制的 9YFQ 系列小方捆打捆机，其它的一些比较知名的，如农装公司的 1600 系列小方捆打捆机等[11、12]，但是结构比较类似，如图9所示。

当前在我国各企业对于国外先进打捆技术的消化和吸收过程中，结合了国内市场经验以及种植户使用情况反馈，逐渐开发出了适宜我国国情的农业生产配套打捆机械，目前形成了以福田雷沃、东方红、华德农机等为代表的打捆机生产制造企业。

中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院生产的华德9YFSZ-2.2型直连方草捆捡拾压捆机（如图10所示）既适合天然种植草场的牧草收获作业，也可适用于长秸秆作物直接或切碎后进行打捆作业，具有工作稳定可靠、捡拾速度快、喂入量大、维修简单、草捆密度高以及储运成本低等特点，该捡拾压捆机采用3个原装进口重型打结器，打出的草捆密度高、草捆规则、成捆率较高。

上海世达尔公司生产的9YFQ-2.2ZS方草捆打捆机（如图11所示）主要适用于收获玉米秸秆等高大粗壮型秸秆，既可适用于田间站立秸秆的直接收获打捆，也能应用于捡拾铺放于田间的秸秆，同时具有秸秆的切碎、揉搓、喂入、打捆等功能。该机型还装配有双轴甩刀捡拾破碎机构，可以对秸秆经过二次破碎，从而使秸秆更细化。另外，其还采用了弹簧装置将牵引臂和捡拾破碎机构进行联接，达到了地面仿形的效果。

福田雷沃公司生产的MF3040型秸秆打捆机[13]，整机设计为中置牵引的方式，并且采用了纵轴线对称结构设计（如图12所示），使得行驶性能更加稳定，同时减小了转弯半径，更适合我国的小地块和不规则地块作业。打结器采用了德国进口D型打结器，保证了捆绳打结的高效率和高质量。其通过系统优化弹齿强度和线速度，使作物喂入更流畅、降低了堵塞率的同时也降低了漏检率。

虽然我国生产的小型打捆机与国外产品在功能和外形上很接近，但是由于国产打捆机技术不成熟，设计理论不完善，长期处于模仿国外打捆机阶段，因此国产打捆机在打捆成功率、秸秆压缩密度和打结成功率上，都和国外产品有着不小差距，另外一些关键技术，例如打结器，还依赖于进口。使得我国打捆机的最终成捆率、草捆产品密度都比国外先进产品低，这直接造成了秸秆、草物料压缩成捆时密度不能精确的调节控制，草捆与草捆之间的密度、尺寸等差异较大、散捆率较高[1、4]。

2 发展趋势

2.1 国外发展趋势

国外的打捆机技术经过多年的发展，在结构方面都较为完善，技术已经成熟，会向着大型化、智能化、机电液一体化等多方面发展，依靠其先进的制造业水平，生产性能更加优越的产品。另外，随着“互联网+”以及无人驾驶技术的兴起，这些先进技术也会逐渐应用到打捆机械中来。

2.2 国内发展趋势

近年来，由于国家“粮改饲”、二元经济向三元经济转变，加上养殖业快速发展导致的草料短缺等因素的影响，以及秸秆焚烧带来的大气污染和资源的浪费等，政府开始扶持对打捆机械的研发，将打捆机列入农机补贴项目，国内一些科研院所和企业开始加大了对打捆机械的研发力度，给打捆机的发展带来了一定的契机。

（1）随着国家不断推行土地集约化经营，秸秆资源潜在利用价值的开发，以及我国制造业水平的不断提升，打捆机械会向着大型化和高效化的方向发展。

（2）随着我国科技发展，制造业智能化水平的不断提高，为减轻操作人员的负担，简化操作以及复杂系统故障的实时监测的需要，对于机器的智能化水平的要求越来越高，因此，我国的打捆机械会向着不断提升其智能化水平的方向发展。

（3）另外，我国的丘陵山地地区较多，不利于大型的机械化作业，因此，小型打捆机还会长期存在于市场。这就要求小型打捆机向着提高其自身工作效率以及可靠性等方向发展。

参考文献：

[1] 赵小娟，杨莉，戴晓军，等.秸秆打捆机研究现状与趋势[J].农业工程，2019，9（10）：24-28.

[2] 席江，蒋鸿涛，梅自力.秸秆综合利用政策梳理和长效管理建议[J].中国沼气，2019，37（2）：87-90.

[3] 陈鹏宇. 基于牧草压缩特性的凸轮式压捆机设计优化研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2018.