裴建杰 謝旭華

1、河北省機械科學(xué)研究院 050051 2、石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 050081

本文介紹了牧草（羊草）種子收獲機的研究現(xiàn)狀，對牧草（羊草）種子收獲機先進機型的工藝流程進行了簡述，介紹了6種梳脫機構(gòu)的主要形式及使用范圍，并對各機型存在的問題進行了分析，提出了草種收獲機未來的發(fā)展方向。

羊草；種子；收獲機；現(xiàn)狀；研究

飼草是畜牧業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。近幾年來，我國草原的生態(tài)環(huán)境呈整體惡化趨勢，草原的建設(shè)速度趕不上退化速度，草畜矛盾十分突出。恢復(fù)草地植被、提高草地生產(chǎn)力、改善生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展，是我國面臨的迫切任務(wù)。因此我國確定了到2010年新建人工草地、改良草地5000萬hm2的任務(wù)，每年至少需種草730萬hm2。當前各地都在進行大規(guī)模草原生態(tài)建設(shè)和改良，開展大面積退耕還草，對牧草種子的需求日益增加。

羊草是我國種植牧草的主要品種之一，也是我國目前唯一可出口創(chuàng)匯的牧草。羊草屬禾本科,是多年生草本，其種子長在莖稈的頂部，重量輕，體積小，飄移速度低。跟據(jù)羊草生長的特點，為了確保草種的適時收獲，草種的收獲和牧草收割需分段進行，設(shè)計羊草種子收獲機的工作原理，必須滿足草種收獲的技術(shù)要求，即收獲草種要損失小，效率高，工作可靠，同時要盡量減輕對羊草莖稈的損傷，以免影響羊草的繼續(xù)生長。

1 羊草草種收獲機的研究國內(nèi)外現(xiàn)狀

牧草尤其是羊草種子的收獲與大田作物種子的收獲有很大不同，雖然所用機械設(shè)備有很多相似之處，但由于種子的生長特性和外形參數(shù)差異很大，決定了牧草種子的收獲要采用特殊的工藝和特殊的設(shè)備。目前國外也缺少專門用于對生長著的羊草等禾本科牧草種子的收獲機具。

從80年代開始，我國只有內(nèi)蒙、黑龍江等地的幾個牧草機械廠進行了牧草收割機械的研究開發(fā)，生產(chǎn)了專門割草的中小型機械，但對于草種收獲機械的研究，都處于起步階段。如目前的小型尼龍絲梳刷式草籽采集機、氣吸式草籽梳脫機，均存在著適應(yīng)性和可靠性差、草籽損失大、效率低等問題，不適應(yīng)大型牧場的作業(yè)要求，難以得到應(yīng)用。目前我國草種收獲主要靠人工收種、打碾，粗放清選、自然干燥，以致草種生產(chǎn)效率低、損失大、病害多，草種的凈度、發(fā)芽率等指標超過國家標準，嚴重阻礙了牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著我國種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和退耕還草政策的實施，牧草特別是羊草的種植面積越來越大，研制開發(fā)牧草種子收獲機械，提高草種的產(chǎn)量和質(zhì)量，已成為我國當前牧草業(yè)發(fā)展的迫切需求。因此針對牧區(qū)草場面積大、地理、氣候條件復(fù)雜、以及羊草生長的物理特性，研制開發(fā)效率高、適應(yīng)性強的大中型自走式禾本科牧草（羊草）種子收獲機，十分必要。目前該項目已列入國家“十五”科技攻關(guān)計劃。

2 當前先進機型的工作原理

自走式牧（羊）草種子收獲機，是我國最近正在研制開發(fā)的先進機型，其草種收獲的工藝流程如圖1。它采用梳脫式收獲割臺，機械、風(fēng)力聯(lián)合輸送，氣流和篩子聯(lián)合清選，并帶有二次回收裝置。這種收獲方法對高矮莖稈適應(yīng)性好，草種的損失小。梳脫收獲形式與全喂入和半喂入收獲形式相比，具有喂入物料的草谷比小、功率消耗少、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點。

圖1 草種收獲機工藝流程簡圖

2.1 機具的主要結(jié)構(gòu)及工藝流程

自走式牧（羊）草種子收獲機總體結(jié)構(gòu)如圖2，它主要包括動力傳動及行走機構(gòu)，梳脫機構(gòu)，機械、風(fēng)力聯(lián)合輸送機構(gòu)，物料與氣流分離機構(gòu)四部分。

圖2 草種收獲機結(jié)構(gòu)簡圖

牧（羊）草種子收獲機的工藝流程是：生長在田間的羊草種子由梳脫割臺脫下后，通過輸送機構(gòu)和氣流向后輸送至物料與氣流分離倉，在倉內(nèi)容積增大，輸送氣流流速減慢，較重草籽及莖葉在慣性力、重力的作用下均勻落至傾斜的振動篩上，經(jīng)過篩分，草籽落入卸料攪龍內(nèi)，莖葉排出，較輕的籽粒與物料吸附在轉(zhuǎn)篩上，為清除吸附在轉(zhuǎn)篩上的物料，毛刷與轉(zhuǎn)篩設(shè)計為相對轉(zhuǎn)動，毛刷將物料刷掉進入卸料攪龍內(nèi)，然后由卸料攪龍將種子裝入口袋內(nèi)，完成牧草種子的收獲。

表1 牧（羊）草種子收獲機主要技術(shù)參數(shù)

2.2 梳脫機構(gòu)的主要形式

羊草種子收獲機的關(guān)鍵部件是草種的梳脫機構(gòu)，其功能就是將牧（羊）草穗頭進行梳刷捋脫，使穗頭及籽粒根蒂被捋斷并獲得輸送初速度。研究優(yōu)化草種梳脫機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，是提高收獲部件對羊草種子的適應(yīng)性，減少草種損失，降低草種破損率所必做的基礎(chǔ)工作。

2.2.1 旋轉(zhuǎn)刷式該形式有單刷和雙刷兩種。

A、旋轉(zhuǎn)單刷式主要包括高速旋轉(zhuǎn)的單刷。工作過程是：機具行進，轉(zhuǎn)刷接觸牧草，將牧草上的種子刷落，由于轉(zhuǎn)刷高速旋轉(zhuǎn)，在采集機殼體上部形成一個負壓區(qū)，刷落的種子被吸入，進入到沉積室，種子沉積，而大部分輕雜隨風(fēng)被吹出外。

B、旋轉(zhuǎn)雙刷式主要工作部件是兩個相向旋轉(zhuǎn)的刷子。其采集力度較單刷大，能采集相對較難脫粒的草種。工作過程是：機具前進，相對靠前的刷輥將接觸到的植株推到兩刷中間，形成對植株的夾持狀，兩刷的轉(zhuǎn)動使草種脫離植株，同時被拋向后部，由風(fēng)吸走，進入集中箱。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)梳齒式主要工作部件是一個旋轉(zhuǎn)的梳齒。其工作過程是：機具行進，旋轉(zhuǎn)的梳齒象梳頭的篦子一樣將草種從植株上捋下，在梳輥的上部有風(fēng)機將種子吸走，送入沉積室。這種機具在牧草纏繞嚴重時不太適合。

2.2.3 擊桿梳齒式主要由轉(zhuǎn)動的撥禾刷桿和指狀分禾器組成，工作時，機具前進，撥禾輪將牧草推向分禾器，同時撥禾輪上的刷桿敲擊草穗、草稈，擊落部分種子，最終，草穗貼在分禾器上，刷桿從上面滑過，將種子徹底脫下，并像掃帚一樣把種子掃向種子箱

2.2.4 帆布夾持式該機主要由上、下回轉(zhuǎn)環(huán)行帆布帶組成，帆布帶上固定有橡膠條，下帆布帶與上帆布帶配合完成喂入、夾持、脫粒、種子輸送到集中箱等過程。其工作原理與雙刷式基本一致。但其轉(zhuǎn)速較低，可靠性也低。

2.2.5 真空采摘式真空種子收獲機利用空氣負壓來采摘和撿拾草種。可收集矮稈牧草和散落到地面的小而輕的種子。該機主要工作部件是一個較寬的真空吸管，有的機具還配有振擊牧草的機構(gòu)。由于真空吸力有限，采集力度不大，所以此法易于那些自然落粒性強、粒子小、輕的矮稈牧草的種子收獲。

圖3 梳脫割臺的主要形式

3 存在的問題

3.1 草種的收獲損失問題

草種收獲損失包括草種的梳脫損失、漏脫損失和清選損失，是收獲機的一個重要指標。梳脫損失是指草種被梳脫后散落在梳脫臺之外的損失，它是收獲損失中的關(guān)鍵指標。

羊草種子長在莖稈的頂部，重量輕，體積小，飄移速度低，根據(jù)其物理特性，最理想的收獲草種形式應(yīng)采用氣吸和機械采集相結(jié)合的形式，機械采收使草種與籽粒根蒂脫離，氣吸運動使脫落在空中的草種沿所要求的方向產(chǎn)生有序流動，可有效的降低草種的梳脫損失。目前小型草種收獲機由于其動力和體積的限制，都難以解決草種收獲損失大這一難題。自走式收獲機采用了先進的梳脫收獲工藝，成功的解決了羊草種子難采集，采收草種損失大，采收效率低的難題，使機具具有了較高的機動性，適應(yīng)性和可靠性。該機首次采用結(jié)構(gòu)簡單的旋轉(zhuǎn)單刷式結(jié)構(gòu)，并在梳脫滾筒與收集草種板之間設(shè)置了草種二次回收裝置，這一結(jié)構(gòu)為國內(nèi)首創(chuàng)。它主要有回收攪龍、回收草種板和葉片式拋射器等組成，可將由梳脫攪龍不能完全回收的草種繼續(xù)回收，大大地降低了草種的梳脫損失率。該關(guān)鍵技術(shù)的突破，為梳脫式牧（羊）草種子收獲機進入生產(chǎn)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3.2 草種的輸送問題

羊草類禾本科牧草種子小、重量輕、流動性差，小型機由于草種輸送路程短、氣流流速大，可以較好的解決草種的輸送問題，但由于它不能實現(xiàn)草種的清選，造成了種子含雜率較高。自走式機組草種輸送路程較長，在刮板式機械輸送的基礎(chǔ)上增加了引風(fēng)氣流輸送，加強了輸送系統(tǒng)的密封性，保證了輸送可靠，并確保采收的草種內(nèi)所含的較大莖葉順暢到達篩分倉，較好的解決了草種小，難輸送的難題。

3.3 草種的清選

目前我國還沒有先進實用的草種專用清選加工設(shè)備，小型草種收獲機由于動力和體積的制約，僅僅能夠完成草種的收獲作業(yè)。而自走式機組通過優(yōu)化篩分倉的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用毛刷與轉(zhuǎn)篩、振動篩相結(jié)合，進行物料與氣流的分離，確保草種與輸送氣流在篩分倉分離，減少草種隨氣流排出的損失，提高了草種的凈度，可以滿足草種的加工要求。

4 草種收獲機的發(fā)展展望

草種收獲機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作業(yè)草場面積大，地理、氣候條件以及牧草長勢變化多樣。為提高收獲機對草種的適應(yīng)性、使收獲技術(shù)進一步完善，必須深入研究優(yōu)化草種收獲機的工藝參數(shù)，探索其結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)的最佳配置。一方面要在原有技術(shù)基礎(chǔ)上針對我國牧草品種及其特點開發(fā)研制不同類型的草種收獲機，另一方面在草種收獲加工領(lǐng)域里繼續(xù)開發(fā)研制國內(nèi)急需的空白產(chǎn)品。

4.1 應(yīng)研發(fā)高效率，自動化的草種收獲機

我國牧區(qū)草場面積大，地表條件及牧草長勢不盡相同，不同草種收獲期長短不一。要保證草種收獲質(zhì)量，必須根據(jù)牧草的情況選用不同形式的梳脫機構(gòu)，并使梳脫機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)與地面仿行。同時要減少功耗，增加機器的工作幅寬和速度，提高其工作效率。因此，研制自走式功能全的草種收獲機是未來的發(fā)展方向。

4.2 應(yīng)采用先進的電子技術(shù)，監(jiān)控收獲機的作業(yè)工況，提高其工作可靠性

目前，我國的計算機和微電子技術(shù)發(fā)展很快，應(yīng)充分利用成熟的技術(shù)，給機器配置能夠監(jiān)控各個部件工作參數(shù)的電子元件，以便把每個工作機構(gòu)的運行狀況及時反映給駕駛員，使駕駛員能夠適時明了機器的作業(yè)工況，及時調(diào)整收獲機的作業(yè)狀態(tài)，確保整機工作的連續(xù)性和可靠性。

4.3 制定先進的設(shè)計方案，提高收獲機的利用率，實現(xiàn)牧草種子聯(lián)合收獲作業(yè)

自走式草種收獲機技術(shù)先進，但價格較高，應(yīng)在盡可能的條件下，把需分段進行的草種收獲和牧草收割兩種作業(yè)，通過簡單地換裝不同的部件來完成，以提高收獲機的利用率。甚至也可把小麥的收獲作業(yè)，利用草種收獲機的簡單改裝來完成。

4.4 要根據(jù)地理位置、經(jīng)濟特點和草地狀況，建立一批現(xiàn)代化的大中型規(guī)模的草種收獲加工基地，采用先進的收獲加工技術(shù)和設(shè)備形成專業(yè)化生產(chǎn)，規(guī)?；?jīng)營，直接生產(chǎn)加工并銷售優(yōu)質(zhì)草種，實行生產(chǎn)、加工、銷售一體化的大型草種收獲加工基地，形成一定的規(guī)模效益。

5 結(jié)語

自走式牧草（羊草）種子收獲機是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的綜合性機具，它集機械、電子、液壓、自動控制于一身。梳脫機構(gòu)多種多樣，因此收獲臺應(yīng)根據(jù)收獲對象的不同特征選擇不同的梳脫機構(gòu)。雖然我國對草種收獲機的研制開發(fā)起步晚，但隨著我國大規(guī)模草原建設(shè)與改良的進行，牧區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的快速提升，草種收獲機械市場需求的日益迫切，許多新的草種收獲機型很快出現(xiàn)在市場上，經(jīng)過大量的試驗、改進，具有工藝合理、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、工作可靠、價格適中的收獲損失少、效率高的牧草種子收獲機會很快應(yīng)用于生產(chǎn)。

[1]袁建寧；李顯旺等，梳脫式收獲機設(shè)計理論的研究。農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，1998（6）：37～43

[2]Kranz-WL;Parkhurst-AM,Comparison of harvest techniques for grass-seed field demonstrations.American-Journal-of-Alternative-Agriculture.1980,4:2,68～72

[3]王全喜，牧草種子收獲工藝及設(shè)備，中國農(nóng)機學(xué)會收獲加工機械分會第二屆學(xué)術(shù)研討會論文集，1989，10

[4]徐元倫，進口牧草收獲機械及配套方案的選擇。農(nóng)業(yè)機械，2002（5）：5～14