不同铺放条件下秸秆捡拾打捆试验研究

张煜晗 徐勇 王聪

(吉林省农业机械研究院，吉林 长春 130022)

引言

我国是世界上玉米秸秆资源拥有量最多的国家，2016年玉米产量约为2.2亿t，按1∶1.2的草谷比计算，秸秆产量超过2.5亿t，是农作物生产系统中重要的农业资源之一[1,2]。秸秆用途广泛，如加工作燃料、转化作饲料、还田作肥料、编织作原料、粉碎作食用菌基料等[3,4]。但由于秸秆松散、密度小，造成收集运输储存困难，只有少数秸秆被用作生活燃料、养畜饲料，以及部分秸秆还田，绝大部分秸秆都被丢弃或就地焚烧，造成了极大浪费[5,6]。根据实际需要，把秸秆在地里直接打成高密度捆后再储存或运输，是降低秸秆原料收集储运成本，促进田间秸秆生物质资源规模化利用的关键和基础[7,8]。

玉米秸秆打捆机是一种田间秸秆切割、收集、压缩成型并打捆的设备，其能一次成型，减少劳动力投入，提高生产机械化水平。在国外，打捆机发展较早，从诞生至今已有100a以上的历史，欧美国家在这方面处于世界领先地位，其产品多以大型的圆捆机为主[9,10]；国际知名的打捆机制造商有世达尔(STAR)、克拉斯、凯斯纽荷兰(CNH)、约翰迪尔、威猛(Vermeer)等公司。目前，打捆机的发展趋势为大型化、智能化、高自动化[11]。

20世纪70年代，我国秸秆打捆机械开始起步，代表机型有尤耐特MK5050-G型青贮圆捆机、MRB0870悬挂式打捆机、内蒙古华德9YFQ-1.9方捆打捆机、上海世达尔THB系列方草捆打捆机、沈阳方科FSB系列玉米秸秆捡拾打捆机和中收9YFQ-1.5方捆打捆机。国内生产的打捆机以小型方捆为主，作业效率与自动化程度比较低[12-14]，需要改进提高。

因此，本文以目前市场上常用的小型方捆FSB-1900秸秆捡拾打捆机为例，针对不同草条铺放情况进行田间作业性能测试，分析现有秸秆捡拾打捆机存在的问题，根据试验结果对打捆机提出改进方案，为提高打捆机作业效率提供理论支撑。

1 试验条件

如图1所示，试验配套拖拉机为海山AH604，机具为沈阳方科生产的FSB-1900秸秆捡拾打捆机，该机为侧牵引式小方捆打捆机，该机采用滑道滚筒式捡拾器，幅宽1.9m；采用双拨叉式输送喂入装置，喂入量设计为2.0～3.5kg/次，喂入叉填草次数为92次·min-1；压捆室截面尺寸为360mm×460mm，草捆长度为500～1000mm可调；打捆机构采用D型打结器，捆绳所受拉力及草捆密度比较大。

图1 田间试验及指标测量

试验地点为长春市烧锅镇，试验时间为2015年10月29日，试验地块长300m、宽100m，玉米品种为“正丹958”，玉米秸秆由人工割倒，秸秆与垄垂直时为横序铺放，与垄平行时为纵序铺放，0～10cm处土壤绝对含水率18.1%，空气相对湿度47%，气温18℃。

2 试验方案及测试指标

按照国家标准GB/T25423-2010、NY/T1631-2008对打捆机作业质量进行测试[15,16]，具体测量指标如下。

2.1 秸秆总损失率

随机抽取5个秸秆捆间长度，在打捆后的地段上、压缩器后的地段上，将捡拾器漏拾的7cm以上秸秆及压缩器在压缩时造成损失的秸秆收集起来，称其质量，按公式(1)计算。

(1)

式中，S为秸秆总损失率，%；Gk为测区内秸秆捆质量，kg；Gs为测区漏拾和压缩损失秸秆质量，kg。

2.2 成捆率

从作业区统计打成的秸秆捆数和散捆数，按公式(2)计算。

(2)

式中，SK为成捆率，%；Id为作业区累计打捆数，捆；Is为作业区累计散捆数，捆。

2.3 秸秆捆密度

选取5个行程，每个行程测量2个秸秆捆的长、宽、高、质量，计算秸秆捆密度，按公式(3)计算，并求其平均值。

(3)

式中，ρ为秸秆捆密度，kg·m-3；V为秸秆捆体积，m3；G为秸秆捆重量，kg。

2.4 秸秆捆抗摔率

选取3个行程，每个行程抽取5个秸秆捆，5m高度自由落下，连续摔3次，记录摔散秸秆捆数，按公式(4)计算。

(4)

式中，Ks为秸秆捆抗摔率，%；Ikc为被测秸秆捆数，捆；Iks为累计摔散捆数，捆。

3 试验结果

3.1 不同铺放条件对秸秆总损失率的影响

秸秆总损失率测量结果见表1。当秸秆横序铺放时秸秆总损失率仅为2.4%，达到国家标准要求，而当秸秆纵序铺放时秸秆总损失率高达8.9%，主要是因为捡拾机构捡拾纵序铺放的秸秆时，在垄沟处的部分秸秆较难捡拾，致使整机秸秆总损失率较高。

表1 秸秆总损失率结果

3.2 不同铺放条件对成捆率的影响

成捆率测量结果见表2。秸秆横序铺放与纵序铺放时平均成捆率分别为94.4%和94.1%，两者差别不大，但均略低于国家标准要求。产生的主要原因是玉米秸秆粗壮、质地坚硬，且喂入机构对整株的玉米秸秆粉碎程度低，导致秸秆捆内间隙大，秸秆段较长，降低了秸秆成捆率。

表2 成捆率测量结果

3.3 不同铺放条件对秸秆捆密度的影响

秸秆捆密度测量结果见表3，秸秆横序铺放与纵序铺放时平均秸秆捆密度分别为165.4kg·m-3和158.1kg·m-3，达到国家标准要求。

表3 秸秆捆密度测量结果

3.4 不同铺放条件对秸秆捆抗摔率的影响

秸秆捆抗摔率测量结果见表4，秸秆横序铺放与纵序铺放时平均秸秆捆抗摔率均为83.3%，两者均低于国家标准，产生的主要原因是压缩秸秆捆时规则度稍差，导致打结绳容易脱落。

表4 秸秆捆抗摔率测量结果

4 结论

不同秸秆铺放条件下，对秸秆总损失率影响较大，横序铺放时秸秆总损失率仅为2.4%，明显高于纵序铺放时的8.9%；对成捆率、秸秆捆密度、秸秆捆抗摔率等指标影响不大，横序铺放与纵序铺放基本无差别。

侧牵引式小方捆打捆机在捡拾打捆玉米秸秆时，成捆率、秸秆捆抗摔率，以及捡拾纵序铺放秸秆总损失率均低于国际标准，捡拾机构、喂入机构等关键部件需要进一步优化，以提高整机工作性能。