我国烟秆清理机械现状与发展建议*

郭天水 ，张 权 ，王 祥 ，杨博凯 ，殷梓程 ， 刘海旭 ，李 鑫 ，叶婉茹 ，曹洋川 ，罗开平 ，时 玲

（1.云南农业大学，云南 昆明 650000；2.云南省烟草公司玉溪市公司，云南 玉溪 653100；3.中国机械总院集团云南分院有限公司，云南 昆明 650000）

我国是世界烟草大国，烟草的种植面积与产量均为全球第一，世界上35%的烟草都生产于我国，其获得的收入以及税收利润是我国财政收入的重要来源[1]。近年来，我国烟草的种植面积达到100万hm2，在烟叶采摘后的烟地中，1 hm2就有2 250 kg~3 000 kg的烟秆[2]，我国每年需要清理约150万t的烟秆[3]。当前，我国仍主要通过人工清理烟秆，消耗了大量劳动力。而且目前农村劳动力大量外流，烟农老龄化严重，在劳动力减少及生产成本逐渐增加的情况下，烟秆清理机械能高效率完成烟秆清理工作，对减轻烟农劳动强度起到至关重要的作用。

1 国外烟秆清理机械现状

国外一些农业发达国家（如美国、日本、加拿大、意大利、巴西等）研究烟秆清理机械的起步时间早、技术水平高、发展速度快，这些国家在烟草播种育苗、整地、施肥、起垄、覆膜、移栽、采收、烟秆清理、扎把烘烤等方面均已实现机械化，并逐步走向信息化、智能化、自动化[4]。其中，美国制造的烟秆清理机械依靠大功率拖拉机提供动力，早已实现电控、气动、液压等全自动化控制，技术先进、效率高、信息化程度高、作业幅宽大，非常适合在地势平坦、工作范围大的烟田种植区工作[5]。如美国MarCo公司研制的整秆式6027型烟草收获机，其动力需要选用功率为58.8 kW以上的大型拖拉机作牵引。该机在作业时，机具的前进方向与烟秆方向为垂直状态，在贴近地面的烟叶位置，先利用切刀把烟秆锯断，随后在输送链的传送下将烟秆输送至收集车上。虽然该机作业后烟蔸仍留在烟田之中，还需再进行处理，但该机的工作方式还是值得学习与借鉴的[6]。

日本种植烟草的区域面积相对较小，所以日本的农业机械不同于美国高效率的大型机械，而更倾向于轻巧灵活的小型机械。由于日本人口老龄化十分严重，从20世纪60年代开始，日本的烟草耕作机械协会下属的24家企业就开始联合展开对烟草相关机械的研究[7]。因而日本的烟草在种植过程的各个环节均已实现全机械化作业，并且发展较为成熟[8]。如日本文明农机株式会社研发的KB-10型烟秆清理机械与拖拉机配套使用，采用链式夹持拔秆方式，可一次性完成拔秆、碎秆、收集与搬运等一系列工作；井关农机株式会社研制的RDT-80型烟秆清理机械搭配20~30马力拖拉机，工作时拔根刀具反向回转，直接切入烟蔸部位斩断烟根，随后将烟秆挖掘出来，作业效率高[9]。此外，还有一些烟秆清理机械研究比较成熟，稳定性好、适应能力强、操纵简单、应用范围较广，如KB-3C型、KB-2型、BTM-2000型等烟秆清理机械[10]。

综上所述，当前国外的烟秆清理机械技术较为先进，不仅工作效率高，而且还朝着多功能、自动化、信息化方向发展，这对我国烟秆清理机械的发展起到了很大的借鉴作用。

2 国内烟秆清理机械现状

由于国内与国外的烟草种植地域情况大不相同，我国的烟田地形较为复杂多样，所以很多国外引进的烟秆清理机械不能直接用于我国的烟田作业。虽然我国的烟秆清理机械研发起步较晚，相对于发达国家还有很多不足之处。但近年来随着我国对农业机械化的重视，此领域研究的进展也比较迅速。根据我国不同的地理种植情况，各种机型的烟秆清理机械相继出现[11]。综合比较国内目前现有的烟秆清理机械类型，分析其结构以及工作原理，按照机器功能的不同可以分为普通烟草拔秆作业机械和烟草拔秆粉碎作业机械两大类型。

2.1 普通烟草拔秆作业机械

普通烟草拔秆作业机械是一种功能比较单一的作业机械，其主要目的只是将烟田中的烟秆拔出来，不带粉碎功能，一般具有结构简单、价格实惠等优势。根据其是否自带动力，可分为自走式烟草拔杆作业机械与拖拉机悬挂式烟草拔秆作业机械两种类型。

2.1.1自走式烟草拔秆作业机械

自走式烟草拔秆作业机械的行走及其工作动力是通过机身自带的发动机传递的。由于其机身自带动力，所以动力底盘一般较小，具有转弯半径小、行走灵活、操作简单等优势[12]。因为我国大多数烟草都种植在山区丘陵，而这种区域受地貌状况复杂、地块小、坡度大、交通运输困难、耕层浅、机具的适应能力较差、选型难度系数高、烟农的文化水平相对不高等因素的影响[13]，所以自走式烟草拔秆作业机械更贴合这一区域的需求。目前市面上的自走式烟草拔秆作业机械主要工作步骤大致相同，但是在功率选配、拔杆手段以及操作方式上会根据不同工作环境所适用的价格、性能而有所抉择。

由福建省烟草公司南平市公司与福建省松溪县永顺机械有限公司联合研制的YS-YGQ-1A型烟秆清理机[14]，如图1所示。该机配套动力为11.30 kW~16.17 kW（相当于15~22马力）的柴油发动机，底盘与机具GN-121型或DF-151型手扶拖拉机配套使用，作业时机器采用骑垄前进，通过挖掘转子反转将烟秆从烟垄掘起，利用输送转子抖动甩掉烟蔸部位的土壤，并将烟秆传送到集料斗中，集料斗装满后统一整齐有序地卸载至烟田指定位置。该烟秆清理机具有通用动力底盘、构造简单、操作便捷、工作效率高以及油耗较低等优势[15]。

图1 YS-YGQ-1A型烟秆清理机

山东华盛农业药械有限责任公司研制的4JZ-50自走式烟秆拔除机，如图2所示。该机以101手扶拖拉机为平台，配套7.5 kW风冷柴油机，采用手摇式启动或电启动，采用滚刀式拔杆机构，通过骑垄作业、反转挖掘、回转振土输送，能连续将烟秆连根掘起，同时将附土清理干净、烟垄推平，并将烟秆有序地摆放在烟田上。该机烟杆拔除率≥98%，烟杆损坏率≤8%，具有体积小、重量轻、适应性强等特点。

图2 4JZ-50自走式烟秆拔除机

2.1.2拖拉机悬挂式烟草拔秆作业机械

拖拉机悬挂式烟草拔秆作业机械其自身不带动力，由拖拉机负责提供动力。其拔秆动力来源于拖拉机PTO，具有动力输出稳定、工作效率高、作业质量好、可以配套多种不同类型农机具、适应能力强、作业范围广、综合利用性能较高等优势[16]。

由安徽博莱泽农业机械科技有限公司研制的1BGY-100型烟田拔杆机采用三点悬挂式与拖拉机后挂式连接，如图3所示。通过一对倾斜安装、相对相向旋转的刀辊切断侧根，可以将烟田中的烟秆及烟秆根茎一同拔起。该机采用通用鼓型滚刀作为拔秆刀具，不光其构造简单，缩减了制造及维护成本，并且该机还配置了安全离合装置的万向传动轴，当刀辊遭遇大阻力时，可切断拖拉机动力，减少设备的故障率，保护机器不受损。其拔杆能力强，拔秆率可达到95%以上。

图3 1BGY-100型烟田拔杆机

由山东青州华龙机械科技有限公司制造的4YG-1B型烟秆收获机[17]，如图4所示。该机可配套25.7 kW~29.4 kW的拖拉机，与拖拉机配套使用的悬挂式机具利用两组不同旋向的旋刀做旋转运动和机具前进的复合运动对垄上的烟秆进行拔除作业。该机为提高拔除质量，在拔除机构前面设置了两个刀盘，以铲除垄上杂草并对垄沟杂草进行覆盖，其性能特点是能一次性完成拔秆、除土、平垄、覆盖杂草等一系列作业。由于该机采用全齿轮传动机构，所以具有结构坚固、整机刚度强、效率高、故障率低等优势。在土壤含水率不大于20%的状况下能正常工作，若超出适用范围，有可能导致作业性能下降、机器使用寿命缩短等负面影响。

图4 4YG-1B型烟秆收获机

山东华盛农业药械有限责任公司研制的4JD-80烟秆拔除机[18]，如图5所示。通过与驱动功率不小于22 kW的拖拉机三点悬挂连接传递动力，利用反转挖掘、回转振土输送的工作原理，可将烟秆包括根部一同刨出，随后将烟垄推平，并有序地将烟秆摆放在烟田上，烟秆拔除率高达98%，大大提高了工作效率。该机型工作过程不缠草、无跑偏现象，拔出的烟杆完整，根须浮土清理得较为干净。

图5 4JD-80烟秆拔除机

李新善等设计的链夹式烟秆拔除机[19]，如图6所示。采用拖拉机前置动力输出，当拖拉机前进作业时，烟秆进入相对运动的两条链条中间，利用链条中的压力弹簧可将烟秆紧紧夹住，通过向上倾斜的拔秆方式，将烟杆连续不断拔起输出。该机具有结构简单、操作方便等优势，但链夹式拔秆机的主要工作部件为链条，所以该机在作业过程中对链条中的压力弹簧的损伤较大，且压力弹簧频繁地拉伸，易造成疲劳损害，使压力弹簧弹力逐渐缩小，致使不能有效地夹紧烟秆，影响作业效率[20]。

图6 链夹式烟秆拔除机

2.2 烟草拔秆粉碎作业机械

由于普通烟草拔秆作业机械只具有拔秆功能，一道工序完成后，拔出的烟秆排放在烟垄地间，若不及时将刨出的烟秆清理出田间，将会导致病虫大量滋生繁殖，造成各种有害生物的扩散[21]。因此，为防止这一现象的发生，通常普通烟草拔秆作业机械作业后还会通过人工二次作业，对于田间已刨出的烟秆统一采集回收，移送指定地点进行粉碎[22]，再制成生物质燃料[23]，或者用于造纸[24]、制备活性炭[25]等新能源方面。而烟草拔秆粉碎作业机械既可以拔出烟秆，又能直接对烟秆进行粉碎。其中，拔秆部分的工作原理与普通烟草拔秆作业机械大致相同，主要区别是增添了烟秆粉碎器，其中包含割刀、切割刀架、鼓风机、上抛滑槽等结构。

江苏久泰农业装备科技有限公司研制的江苏久泰智农JTBG-A拔杆机[26]，如图7所示。该烟草拔秆粉碎作业机械采用后置式三点悬挂连接，利用通用四轮拖拉机传输提供动力。工作时，通过辊筒轴上交错的旋耕刀高速旋转运动将烟秆从烟垄拔起，随后经输送辊组和高速输送辊所形成的输送通道将烟秆传送到机器后部烟秆粉碎器。在动、定切割刀的作用下粉碎烟秆，通过鼓风机产生的高速气流由滑槽将粉碎物吹送至收纳袋中。该机结构紧凑，功能齐备，作业效率高，可同时实现拔秆、输送、粉碎一体化作业，解决了烟秆回收的问题。

图7 江苏久泰智农JTBG-A拔杆机

广西中烟工业有限责任公司设计的一体式烟秆拔秆粉碎机[27]，如图8所示。该机由四轮拖拉机三点悬挂装置提供前进动力，并配置液压系统分别为拔秆机构、输送机构和粉碎机构提供动力。该机利用旋耕原理设计的掘蔸式拔秆刀辊，可在烟秆拔出的同时又起到一定的耕整垄地的效果。脱离地面的烟秆会在输送机构的作用下被强制输送并喂入粉碎机构入口进行粉碎，烟秆粉碎成颗粒后经上抛滑槽抛送机外[28]。该机拔秆功耗低、适应性好，且能够一次性完成烟秆的掘起、传送、粉碎以及回收等作业，省去了烟农的二次作业。因为该机本身不配备收纳装置，工作时还需配备同速行驶的收集车负责收集粉碎机抛送的烟秆粉碎颗粒。同时，由于收集车容积较大，减少了停靠卸料的次数，从而提高了拔杆回收的效率。

图8 一体式烟秆拔秆粉碎机

3 我国烟秆清理机械发展存在的问题

近年来，随着我国烟草领域农业机械化的不断发展，目前烟草田间作业生产机械，如深耕、整地、起垄、施肥、覆膜、移栽、病虫害、烟叶采收等环节的相关机械已经逐渐被烟农认可，也因此释放了众多劳动力。尽管烟秆清理机械在近几年被研制出多种机型，但其使用率与使用效果与发达国家仍有较大差距。总体来说，田间烟杆处理技术相对于国外还十分薄弱，当前研制的烟秆清理机械仍不能满足众多烟农的实际作业需求，绝大多数烟农仍选择以人工拔杆方式对烟秆进行处理，大大增加了烟农的负担。课题组分析该情况的主要原因如下。

3.1 烟秆清理机械结构不合理

一方面，当前市面上现有的烟秆清理机械大部分为单一功能机械，具有多功能的机械少，而烟农大多站在经济角度考虑，基本很少考虑单一功能的农机。另一方面，我国研制的烟秆清理机械中小型机械偏多，而大中型机械偏少，缺乏“功能集成、一机多能”的大中型联合作业机械，导致作业幅宽小，工作效率低，综合效益不高。因为烟秆清理机械结构设计不合理，最终导致其利用率低，影响了整体烟秆清理技术的进步。

3.2 不同地域对机械需求差异大

我国烟田种植区不同地域之间的地形地貌差异较大，其主要的地形地貌类型大致可分成3种：东北烟草种植区、黄淮烟草种植区以及丘陵烟草种植区。由于东北烟草种植区地势平坦，种植地块面积较大，所以工作效率高是该地区机型考虑的重要因素，以大型机械为主；而黄淮烟草种植区与丘陵烟草种植区的烟草种植区域比较分散，种植面积比较小，所以机动性强的中小微型机械成为这些地区烟农的最佳选择。不同地域的地形地貌不同，导致烟农对机械的需求产生了较大差异，因此非常考验烟秆清理机械的通用性，加大了烟秆清理机械的研究难度。

3.3 烟秆清理机械价格过高

一方面，国内大部分烟草种植区经济发展相对较落后，烟农收入较低，且多数烟农不愿意将资金花费在清理烟田步骤上。另一方面，烟秆清理机械价格与维护费用较高，且国际油价持续上涨，利润回收期过长，导致烟秆清理机械市场前景非常有限。

3.4 烟区种植规模较小

国内大部分烟草种植农户规模较分散，每户烟田规模较小，每次机械实际作业的时间短、总耗时较长，烟农单户购买烟秆清理机械的利用率不高，甚至一些大中型机械无法驶入烟田。部分烟田中还零散地夹杂种植着其他作物，烟草不是连片种植，难以满足“田块方格化、道路网络化”的农艺要求，增加了烟秆清理机械的实际工作难度，降低了机械的作业效率，农业机械化的规模效益难以施展。

3.5 烟秆清理机械研发基础较弱

我国烟秆拔除机发展较晚，目前现有机型多为国外引进或由烟秆形状相近的其他产物残杆拔除机改进而成。烟秆清除环节的农机的研发缺乏大型厂商的扶持，大多数颇有实力的厂商不愿意在烟秆清理机械的研发上花费过多的资金与精力，导致研发积累的经验有限，突破性进展缓慢，还未形成高效的研发体系，很难研制出符合烟农实际需求的机械设备。

4 我国烟秆清理机械的发展建议

烟秆清理的工序繁杂，劳动强度较大，而且各个地区的种植地况相差较大，很难推行一种通用的拔杆机械，且工作环境大多较为恶劣，对烟秆清理的技术要求高、难度大。因此，应以实际问题作为出发点，积极探索可以解决问题的对策，课题组认为可以从以下几个方面探索。

4.1 严格规范农艺要求

农机作业的效果与农艺的影响是紧密相连的，农机的高效率离不开农艺，烟草种植标准的农艺要求应该得到推广。在烟草种植期间实现标准化，统一进行烟垄整齐、烟株间距保持一致等农艺标准规划，严格按照标准的农艺规范种植，健全烟草种植农艺管理体系，从而提高机械的作业效率。

4.2 大力研发自走式多功能烟秆清理机械

由于目前多数烟秆清理机械的功能较为单一，间接增加了整体作业的成本。目前，虽然国内一些厂家研制出了烟草拔秆粉碎机，但多以拖拉机悬挂式为主，面对种植规模小的烟田存在转弯幅度大、操作不灵活等问题。因此，应大力研发自走式的烟秆拔除、粉碎、清理、回收等多功能烟秆清理机械，增强小规模烟田机械实用性，降低山区烟农劳动强度。

4.3 加大农机购置补贴力度

积极争取政府或相关部门对农机的补贴政策，将烟秆清理机械纳入农机购机补贴目录之内。减轻清理烟田的作业成本，提高烟农的购买欲望，增加企业收入，调动研发积极性，研制出更高效实用的农机，提高烟草的产量和质量，增加烟农的经济收入，形成良性循环。

4.4 促进烟草种植规模化

在当前社会大环境的影响下，农村人口大量外流，许多农村土地流出，这为实现烟草种植规模化提供了非常有利的条件。积极调动种烟大户、农场或种烟合作社等重要力量，将零散的土地转变成集中化、模式化的规范型烟草种植基地，不但可以方便烟草种植的农艺管理，而且可以提高烟秆清理机械的作业效率，大大增加烟草种植带来的效益。

5 总结

烟草行业的经济效益十分可观，烟草相关机械的需求也是十分庞大的，尽管当前烟草从种植到收获阶段的机械研发已相对成熟，但烟秆清理步骤仍主要采用人工方式，费时费力。因此，为促进烟田清理机械化发展，应积极探讨当前烟秆清理机械存在的实际问题，并不断寻找可以真正解决实际问题的方式方法，早日实现真正意义上的烟草全程机械化。