穗茎兼收玉米收获机技术原理与收获质量影响因素分析

杨 菁，王爱民

(东营市垦利区农业农村局，山东 东营 257500)

0 引言

玉米产业是我国农业的重要支柱产业，玉米更是我国三大主要粮食作物之一，在社会生产和生活中，玉米不仅作为社会粮食供给，更是重要的工业、化学及养殖业原料。随着我国农业机械化的快速发展，玉米生产在很多地区都实现了全程机械化，玉米的耕作、播种、植保、收获能够通过农业机械快速完成的同时，玉米的秸秆处理却成为了亟待解决的问题。在国家秸秆回收利用的政策支持下，玉米秸秆的利用形式呈现了多样化发展。穗茎兼收是玉米收获的一种常见形式，也是秸秆回收利用的有效手段之一，现代化穗茎兼收玉米收获机的有效应用能够为畜牧业饲料供给及秸秆多样化利用提供有效保障。

1 穗茎兼收玉米收获机研究现状

作为重要的畜牧业饲料作物，玉米生产对畜牧业的有序开展意义重大，玉米秸秆中富含营养物质与能量，且质地柔软、适口性好，十分适合作为牲畜饲料。利用穗茎兼收的形式将玉米果穗与秸秆进行同步收获，能够利用秸秆替代传统的稻草，形成营养更丰富的青贮饲料，有效提升牛羊等牲畜的产出质量。从玉米收获机的应用来看，现阶段我国使用的收获机以收获玉米果穗为主，大部分机型能够在收获的过程中将秸秆粉碎散落于田间，这造成了秸秆资源回收利用困难。而从国外的玉米生产来看，收获环节穗茎兼收的玉米收获机使用比例很大，且大多采用籽粒直收技术，能够实现对大面积农田的快速收获。而我国现阶段使用的穗茎兼收玉米收获机仍较少。随着玉米秸秆利用政策的实施与推广，穗茎兼收玉米收获机的价值得到凸显，国内相关的研究也逐步增加。

张宗玲等[1]针对玉米穗茎兼收割台切碎装置展开了研究，明确了拉茎速度与切碎滚筒转速比值对果穗损失率、籽粒破碎率、籽粒损失率等众多参数的影响关系，并进行了水平正交旋转组合田间试验，得出了割台切碎装置的结构优化可行方案，为穗茎兼收玉米收获机的技术升级提供了理论支持。吴瑕等[2]针对穂茎兼收型玉米收割机传动与输送装置进行了产品开发与设计，对动力传动与秸秆输送装置进行了技术优化，对粉碎装置升降位置、粉碎刀轴等关键部位设计了传感器监测装置，并利用有限元分析软件进行可合理性验证，最终实现了运动参数的优化。马晓荣等[3]研究开发了型号为4YZB-3A的自走式穗茎兼收玉米收获机，在传统收获机技术的基础上，对结构组成、工作原理、主要技术参数进行了优化，使国产穗茎兼收机型在技术上得到了显著优化提升。

2 穗茎兼收玉米收获机的种类与原理

穗茎兼收玉米收获机是能够将玉米与秸秆进行一次性收获处理的现代化机型，具有高效、高利用率的优点。现阶段应用的穗茎兼收玉米收获机主要包括两种类型，分别为青贮玉米收获机和带秸秆打捆装置的玉米收获机。

2.1 青贮玉米收获机

青贮玉米收获机是能够将玉米果穗与秸秆实现一次性收获、秸秆切碎、果穗收集、秸秆装车的农业机械。青贮玉米是畜牧业饲料的一种常见原料，通过机械收获的玉米和秸秆在40天左右的发酵后，能够形成优质的牲畜饲料。

2.1.1 主体结构

自走式青贮玉米收获机的主体结构主要包括割台、玉米及秸秆切碎装置、输送排出装置、驾驶控制室、粮仓等功能结构。

2.1.2 主要功能部件与工作原理

1)割台装置是青贮玉米收获机的最前端装置，与大多数玉米收获机的结构功能类似，主要用于玉米秸秆的切断和果穗的采摘。割台部位主要包括分禾器、割刀、立式滚筒切割装置、输送装置等功能部件。分禾器位于割台最前端，其外形能够将玉米秸秆引入割台内部，并将倾倒的秸秆扶正，分禾器的下方多安装有喂入链，能够辅助秸秆进入割台，并防止秸秆反向倾倒；秸秆到达立式滚筒切割装置后，秸秆与玉米一同被切断，并在滚筒及输送装置的作用下运送到切碎装置进行切碎。

2)切碎装置是将秸秆与玉米切碎的装置，切碎装置多采用切碎和抛送一体化的结构设计，如图1所示，为山东省农业机械科学研究院研制的4YZQK-4型青贮收割机的切碎装置结构示意图[4]。能够通过旋转产生切割力，将玉米植株整体切碎，并在抛送叶片离心力的作用下将切碎后的玉米秸秆和果穗抛离切碎装置，进入输送排出装置。

1.切碎刀片；2.护罩；3.传动轴；4.抛送叶片

3)输送排出装置是将切碎后的青贮玉米输出玉米收获机的结构装置，主要包括了风机和喷料筒两大组件，通常情况下，风机位于切碎装置的下方，青贮玉米排出的动力由风机提供，在风机高速旋转下，粉碎的青贮玉米随气流一同运动，喷料筒为青贮玉米排出建立路径和管道，使玉米沿着喷料筒的形状运动到出料口，并以一定的惯性落入粮仓或接料车中。

4)其他功能。部分青贮玉米收获机也能够实现常规的玉米果穗收获、剥皮、集中储存等功能，并能将粉碎的秸秆利用切碎和排出装置排出，接料车集中接收粉碎秸秆，以利于秸秆的集中回收利用。新生产的自走式青贮玉米收获机的自动化程度实现了明显提升，很多机械具备了工况检测、紧急停机等功能，使作业可靠性明显提升。

2.1.3 应用情况

随着2015年中央一号文件强调：“支持青贮玉米和苜蓿等饲草料的种植”，国内的青贮玉米收获机产业得到了较快的发展，青贮玉米收获机在我国的大中型农场得到了广泛应用。现阶段使用的大部分机型以中大型的自走机型为主，其中进口机型居多，但近年来中机美诺、山东巨明、新疆牧神等国产青贮收获机也占据了较大的市场，但总体上看技术先进性和创新性仍不足，仍有较大的发展空间[5]。

2.2 秸秆打捆收获机

秸秆打捆收获机是在玉米收获过程中同时对玉米秸秆进行切断、收集、打捆的新机型，这类机型近年来得到了重点研究，现已有少量产品在生产中应用。如图2所示为秸秆打捆收获机的结构示意图，其有效整合了传统玉米收获机与秸秆打捆机的功能特点，属于玉米收获与秸秆打捆的复合型机型。能够在完成玉米摘穗、剥皮、收集的同时对秸秆进行粉碎制捆，有效提高生产效率。

1.分禾器；2.摘穗装置；3.驾驶室；4.秸秆粉碎与输送装置；5.升运器；6.剥皮机；7.压捆机；8.粮仓

2.2.1 工作流程

秸秆打捆玉米收获机在工作时，首先在机具向前方行驶的过程中，玉米植株沿垄向进入分禾器后被割台割断，摘穗辊将玉米果穗摘下，并将果穗送至输送搅龙，搅龙将玉米横向输送至升运器再由升运器输送至剥皮机进行剥皮；与此同时摘穗后的秸秆被向下输送，并进入粉碎装置粉碎，粉碎完成后进入抛送装置，在气流的作用下输送进入压捆机。经剥皮后的玉米果穗在二级升运器的输送下进入粮仓存储，而被压制成捆的秸秆则在被绕绳和捆扎后由收获机后方被释放到田间。

2.2.2 机型特点

1)由于对玉米收获和秸秆打捆两种机械进行了功能整合，这类穗茎兼收的机械割台常采用上下两层的结构设计，上层主要用于玉米果穗采摘、果穗输送；下层主要用于秸秆切断、喂入、切碎、抛送。使玉米果穗与秸秆在摘穗后实现同步处理。

2)所配套的压捆机主要针对粉碎秸秆进行压制，所采用的活塞结构将秸秆陆续压实成为矩形块，相对于传统的自走式玉米收获机，其配套动力根据收获行数的不同需增加17.65～29.41 kW，以满足复合式作业的需求[6]。

3)利用收获的过程同步进行秸秆捡拾和处理，避免了收获后秸秆捡拾率不高的问题，也有效减少了秸秆中混杂砂石、泥土等污物，有利于保证秸秆的收集质量。

2.2.3 应用情况

目前，秸秆打捆玉米收获机的大部分产品仍处于研发阶段，秸秆打捆收获机的研制和应用有利于进一步丰富秸秆的应用形式，使穗茎兼收的玉米收获机不再仅局限于畜牧饲料产业使用，有利于秸秆的多种形式应用。目前市场上应用的秸秆打捆收获机仅有豫农-4PLY3045-B型等少量机型，该机型产品仍需要一定的试验改造周期，但该机型属于功能复合型产品，符合农机发展的未来趋势。

2.3 性能指标关键项

就目前来看，穗茎兼收玉米收获机很多生产指标仅受到玉米收获机的国家(GB/T21962—2020)和地方标准制约，专用的标准和性能验收指标缺失，因此，应针对穗茎兼收玉米收获机，在严格准守国家标准的一般要求和可靠性、噪声、性能测试要求外，还应从基本特征和技术特征方面出发，将青贮玉米收获机与秸秆打捆玉米收获机进行区分，明确性能指标的关键项，性能指标参数如表1所示，相关参数设计参照GB/T21962—2020标准。

表1 穗茎兼收玉米收获机关键性能指标

3 作业质量的影响因素

3.1 作业时机选择

玉米收获的时机对于收获质量影响很大，尤其对于穗茎兼收机型来说，适当的收获时机能保证玉米具有良好的成熟状态，秸秆的含水率也更适宜破碎、打捆，收获时机过早或过晚都会影响收获质量。

3.2 作业机具先进性

收获机的可靠性、先进性是收获质量的重要保证，合理的机械设计和动力匹配能更好保证收获玉米和秸秆的效率，降低损失率和含杂率，提高机收品质。

3.3 驾驶操作技术

驾驶员的操作技术是收获机性能发挥的关键，尤其对于穗茎兼收机型而言，其机械结构更为复杂，驾驶过程中的行驶速度、行驶直线度、机具状态调试等都对收获质量影响很大。因此，驾驶员必须掌握专业的驾驶技能，并了解机具原理和维修保养要求。

3.4 玉米植株状态

机械收获必须保证玉米植株处于适宜机收的状态，通常要求秸秆的倒伏率低于5%，接穗高度大于350 mm，果穗下垂率低于5%，才能保证玉米穗茎兼收质量。

4 结语

穗茎兼收玉米收获机作为玉米全程机械化发展的重要机型，能够在农业生产的过程中发挥重要的作用。为完善我国农业机械化发展体系，应加强穗茎兼收玉米收获机的使用与推广力度，加强技术研发，确保穗茎兼收玉米收获机发挥出应有功能。