丘陵山区谷子收获机械化的创新研究

2020-12-16刘中峰

农业技术与装备 2020年2期

刘中峰

（山西省农业机械发展中心，山西太原 030031）

1 丘陵山区谷子机械化收获现状

谷子是世界上最古老的作物之一，起源于中国，是很多地区的主要农作物之一。谷子本身具有抗干旱、耐瘠薄、适播期长、生育期短、抗逆性强、成熟早等特点。目前，我国谷子种植面积大约在133.33×104～166.67×104hm2，主要分布在山西、河北、内蒙古、陕西、甘肃、河南等10个省份，并且大多数种植在干旱少雨的丘陵和山区，受气候条件影响很大，产量和品质很不稳定。随着社会的发展，谷子的种植已形成了一家一户、大面积专业农户（如山西晋中市什帖镇37.33 hm2）、农民专业合作社（如山西岚县尚农专业农机合作社66.67 hm2）、公司+农户、公司+农户+基地（如山西沁州黄、汾州香等）等模式。谷子收获也根据谷子种植方式、种植规模以及地理条件等的不同，形成了联合收获机械化、分段收获机械化、人工收割半机械化3种收获模式。其中，丘陵山区的谷子收获仍然以人工收割半机械化为主，如何解决人工收割环节的机械化生产问题是当前一个急需破解的难题。

1.1 联合收获机械化模式

在大面积专业农户、农民专业合作社、公司+农户、公司+农户+基地的经营模式中，生产地块66 hm2以上规模的比较平坦的大地块，能一次完成谷子的切割、输送、脱粒、分离和清选等多项作业，容易实现联合收获机械化，因此，这些地区的谷子收获作业效率高，谷子产业发展好。

1.2 分段收获机械化模式

有些农民专业合作社统一购买种子、化肥等生产资料，收获后统一销售，虽然集中连片种植，但播种、收获仍然是一家一户单独进行。这些地区谷子收获作业虽然总面积大，但是能一次完成的面积小，不容易实现联合收获机械化。所以，这些地块相对较小、有些坡度但不影响小四轮拖拉机作业的地块，可采用谷子分段机械化收获。使用小四轮或手扶拖拉机配套的谷子割晒机先将谷子割倒，进行晾晒后，再用谷穗脱粒机或者整株脱粒机进行脱粒。谷子有后熟现象，非常适合分段收获。从综合效益来看，山区丘陵的谷子收获还是割晒的分段收获方式效益高。

1.3 人工收割半机械化模式

分散的一家一户谷子生产方式地块小、种植分散，即使能使用小四轮割晒机的地块，由于需要来回跑路，大部分时间浪费在上坡、下沟的过程中，经济成本等方面非常不合适。所以这些地区谷子收获主要以人力为主，采用人工割倒、人工摘穗、畜力脱粒或脱粒机脱粒的传统收获模式。人工收割劳动强度大、效率低，相对成本高，收获周期长。

2 现有的谷子收获机械

2.1 谷子割晒机

谷子割晒机可将成熟后的谷子割倒铺放，有利于谷秆的回收，比人工收割作业效率高很多倍。谷子割晒机有与小四轮拖拉机配套和手扶拖拉机配套两种，丘陵山区普遍使用，市场保有量很高。但是由于谷子存在秸秆较高、穗大头沉、籽粒被碰容易撒落等特点，现有的割晒机对谷子进行收割时，容易出现喂入困难、容易缠绕、铺放不整齐、籽粒损失大等问题。

2.2 谷子脱粒机

现有谷穗脱粒机和整株脱粒机两种类型，普遍存在喂入不均匀时容易缠绕堵塞、破损率高、漏籽多、清选效果差、工作效率低等问题，但由于价格低廉，使用方便，在丘陵山区的广大农村使用非常广泛。

2.3 谷子联合收获机

谷子联合收获机有轴流式联合收获机和切流式联合收获机两种类型，存在割台损失、清选夹带损失、破碎率和含杂率高等问题。因为成熟的谷穗头向下低垂，并且相互绞缠性大，使得分禾、拨禾和喂入困难，谷码脱粒比较困难，加之谷穗穗骨容易被击碎，增加了谷粒清选难度。现有的谷子联合收获机采用的脱粒方式是击打和揉搓，对谷子脱粒效果不好，目前市场上还没有比较成熟的谷子联合收获机。

总之，谷子收获机械化收获技术随着科技的进步有了一定的发展，部分作业环节机械化较为成熟，如谷子脱粒机使用率比较高，而谷子联合收获机因存在谷穗籽粒丢失多、脱粒不净、杂余多、损失率高等多种问题，农户普遍不接受；谷子割晒机因种植分散、从农户家移动到谷子地较费事、割晒机的动力装置需加油保养等缺陷，使用率也不高。因此，市场上一直没有适合丘陵山区的谷子收获机械产品来满足农户的需求。

3 手推电动式谷子收割机械的研究

3.1 研究内容

研究开发一种能够一次完成对成熟谷子的谷穗切割、收集和谷秆切割、码放一边的单行手推电动式谷子收割机。并且能够对倒伏的谷子进行机械化收割，也能对缠绕的谷穗头进行切割收集，保证谷穗籽粒损失少。该新机具非常适合丘陵山区分散的一家一户使用，能够在块状地、条状地、有坡度的地里轻松自如地进行作业。该新机具从农户家到田间地头的运输非常方便，只需要一个劳动力即可完成机具的装卸、运输。该新机具操作简单，田间单人操作即可完成谷穗的切割、收集和谷秆切割、码放，实现谷子的机械化收割。该新机具的动力来源于蓄电池，由于电动自行车在我国的农村很普及，可以借用电动三轮车或电动自行车上的蓄电池。该新机具的开发将形成新的谷子收获机械化模式，使用手推电动式谷子收割机将成熟的谷穗切割并收集，再用谷穗脱粒机进行脱粒，同时将谷秆切割并码放一边，然后收集或还田。

3.2 技术创新

用手推电动式谷子收割机进行单行作业时，电机驱动谷穗切割刀片和谷秆切割刀片进行旋转，一边谷穗切割刀片快速有序地切割谷穗底部的谷秆，被切割掉的谷穗在护杆辅助的作用下掉进一旁的收集袋；一边谷秆切割刀片快速有序地切割谷秆根部，被切割后的谷秆在导向杆的作用下比较整齐地被码放到一侧的田地上。手推电动式谷子收割机对倒伏的谷子进行单行作业时，对倒伏幅度不大的成熟谷子，通过倒伏扶秆与该机具的手推操纵相结合把其扶正，再进行正常的机械收割；对倒伏幅度比较大的谷子，可以先通过谷秆切割刀切割谷秆根部，然后捡起，把谷穗头通过谷穗切割刀切割并收集，谷秆放置一侧田地上。手推电动式谷子收割机对缠绕的谷穗头进行单行作业时，在谷穗切割刀片旋转运动的作用下，其中一个谷穗头被切割并被抛向收集袋，虽然与另一个谷穗头缠绕，但接着另一个谷穗头也被切割，两个缠绕的谷穗头一起掉进收集袋。

优化切割刀与驱动电机的配置，最大程度地提高电机的效能。采用割刀相对谷秆斜切原理，计算匹配切割刀的旋转速度，提高切割效率。选择适合切割成熟期谷秆的切割刀材料，能进行高效切割。设计谷穗收集装置，能够让谷穗在损失尽可能小的情况进入收集袋。设计具有辅助和导向功能的护杆和导向杆，尽可能的减少成熟谷粒的损失，使谷秆可以单方向快速整齐码放在田地上。设计对倒伏幅度不大的成熟谷子进行收获的辅助功能，能提高手推电动式谷子收割机的性能。巧妙配置谷穗切割刀片和收集袋之间的三维空间位置，对缠绕的谷穗头几乎无损失的切割收集。

3.3 预期效益

经济方面，该新机具在丘陵山区收获谷子每0.067 hm2的劳动强度可降低80%，收割时间比原来缩短60%，提高了谷子收获生产率、降低了成本。生态方面，该新机具为电动力，属于新能源，符合绿色发展要求。社会方面，丘陵山区每年的收获季节，许多外出务工的老百姓就会返乡帮助秋收，手推电动式谷子收割机的推广使用，减少了外出务工的劳动力返乡次数，节约人力资源。