張愛(ài)民 禚冬玲 王振偉 李偉 劉凱凱

棉稈收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

張愛(ài)民 禚冬玲 王振偉 李偉 劉凱凱

我國(guó)作為世界棉花生產(chǎn)大國(guó)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的歷史發(fā)展逐步形成了長(zhǎng)江棉區(qū)、黃河棉區(qū)、西北內(nèi)陸棉區(qū)、北部早熟棉區(qū)和華南棉區(qū)五大生產(chǎn)基地。綜合提高棉稈的利用水平，實(shí)現(xiàn)棉稈的商品化和資源化，對(duì)促進(jìn)國(guó)家能源發(fā)展、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益具有重大的意義。但是我國(guó)棉稈收獲受裝備技術(shù)水平的限制，棉稈的收獲成本高，嚴(yán)重制約了棉稈綜合利用價(jià)值。棉稈收獲效率低下，作業(yè)成本較高的技術(shù)已經(jīng)成為限制我國(guó)棉稈的資源化和商品化的重要因素，加快棉稈收獲機(jī)械的研究，也是我國(guó)當(dāng)前國(guó)情所需。

一、國(guó)內(nèi)棉花秸稈收獲裝備現(xiàn)狀及問(wèn)題

早在上世紀(jì)60年代中期，我國(guó)就開(kāi)始棉花秸稈收獲機(jī)械的研制工作；到70年代末、80年代初研制出較多類(lèi)型棉花秸稈收獲裝備。主要包括中國(guó)農(nóng)機(jī)研究院、新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院、天津市農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣總站、山東省多個(gè)市區(qū)都相繼對(duì)棉稈收獲機(jī)械進(jìn)行了研究，研制出了多種類(lèi)型的棉稈收獲機(jī)械。概括起來(lái)，國(guó)內(nèi)棉稈收獲機(jī)根據(jù)拔棉稈的原理不同可以分為鏟切式、提拔式、剪切式、滾切式幾種類(lèi)型。

1.鏟切式棉稈收獲機(jī)

鏟切式棉稈收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要工作部件是一個(gè)“人”字形鏟刀。工作時(shí)隨著機(jī)器的前行，鏟刀深入地下，將棉稈根部鏟斷并使棉稈沿著鏟刀面抬高，同時(shí)利用輔助裝置將棉稈鋪成條狀。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，但功率消較大。

2.提拔式拔棉稈機(jī)

提拔式拔棉稈有對(duì)輥式提拔棉稈和水平圓盤(pán)式提拔棉稈。對(duì)輥式提拔棉稈與國(guó)外的對(duì)輥拔棉稈技術(shù)相似，采用一對(duì)或多對(duì)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的拔棉輥結(jié)構(gòu)。該拔棉稈方式對(duì)棉稈的行距要求很高。當(dāng)采取大小行種植時(shí)，拔棉輥的位置不好布置，且對(duì)于較細(xì)的棉稈，拔棉效果不好。水平圓盤(pán)式提拔棉稈的主要工作部件則是由一對(duì)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的水平齒盤(pán)。工作時(shí)，由地輪驅(qū)動(dòng)水平齒盤(pán)相向轉(zhuǎn)動(dòng)，并將棉稈夾住于齒刀間向一側(cè)拉動(dòng)，將棉稈和根部一起拔出地面。該機(jī)拔凈率比較高，能耗比較小，但是受到結(jié)構(gòu)和棉稈種植行距的制約，拔取過(guò)程斷稈較多。

3.剪切式棉稈收獲機(jī)

剪切式棉稈收獲機(jī)與小麥?zhǔn)斋@機(jī)收割小麥的原理類(lèi)似。即用撥禾輪撥送棉稈的上部，刀片切割棉稈的根部，然后將棉稈倒在收獲臺(tái)上。此種棉稈收獲機(jī)型雖然能克服棉稈對(duì)行的問(wèn)題，但是受地面不平，棉稈質(zhì)地較硬的影響，刀片容易磨損。且收獲后棉稈的根部留在土壤中，影響下茬作物的播種。

4.刀輥式棉稈收獲機(jī)

刀輥式收棉稈的代表機(jī)型為4MBQX-1.5型棉花拔稈清膜旋耕機(jī)，由新疆農(nóng)牧機(jī)械技術(shù)推廣站研制。該機(jī)的主要工作部件為在刀軸上錯(cuò)位安裝的3組刀輥，工作時(shí)，刀輥入土3～5cm，將棉稈的根切斷或者將棉稈拔取出來(lái)。該結(jié)構(gòu)不受棉稈對(duì)行收獲的限制，而且拔凈率極高，但是由于刀輥在土壤中旋轉(zhuǎn)，所以存在能耗大、刀片磨損快等問(wèn)題。

5.V形齒板提拔棉稈機(jī)

中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院現(xiàn)代農(nóng)裝科技有限公司的唐尊峰等人對(duì)以V形齒板提拔棉稈的不對(duì)行棉稈收獲臺(tái)進(jìn)行過(guò)研究。其棉稈收獲臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)是由拔棉輥、喂入鏈耙、整理鏈板、傳動(dòng)系統(tǒng)等組成，可以完成棉稈的不對(duì)行拔取、整理。這種棉稈收獲機(jī)械收獲棉稈時(shí)具有能耗小，棉稈收獲效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是工作時(shí)很容易在拔棉輥上纏草、纏膜或者棉稈不能順利脫離拔棉輥從而造成其性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。

雖然國(guó)內(nèi)研究的機(jī)型眾多，其中鏟切式拔棉稈、圓盤(pán)式提拔棉稈等都需要對(duì)行收獲，導(dǎo)致對(duì)國(guó)內(nèi)種植模式多樣化的棉花適應(yīng)能力差；剪切式收棉稈、刀輥式收棉稈以及V形齒板提拔棉稈可以實(shí)現(xiàn)棉稈的不對(duì)行收獲，但是它們都存在致命的缺陷，比如剪切式棉稈收獲機(jī)的刀片容易磨損，甚至損壞，刀輥式棉稈收獲機(jī)則需要深入土層，同時(shí)切割棉稈和土層，造成的能耗非常大，顯然很難達(dá)到棉稈收獲低成本的要求，不適合當(dāng)前棉稈收獲。目前V形齒板提拔棉稈的機(jī)型容易出現(xiàn)性能不穩(wěn)定的問(wèn)題，但是其工作能耗小、拔凈率高的特點(diǎn)是其具有很大的發(fā)展空間。

二、棉稈收獲機(jī)的發(fā)展方向

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)對(duì)棉稈的處理情況大致為焚燒還田或加工商品。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的提高以及能源的短缺對(duì)棉稈商品化的需求越來(lái)越大，大規(guī)模的實(shí)行棉稈機(jī)械收獲也是必然的趨勢(shì)。棉稈收獲機(jī)械也必會(huì)向著大型化、智能化、高效率的方向發(fā)展。

雖然當(dāng)前國(guó)家正大力推行棉花全程機(jī)械化，各科研機(jī)構(gòu)也在圍繞著棉稈收獲機(jī)械進(jìn)行一些列配套機(jī)具的研發(fā)和農(nóng)藝的研究。但是受中國(guó)國(guó)情的限制，在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，棉花的規(guī)范化種植很難統(tǒng)一，因此棉稈的對(duì)行收獲機(jī)型必然面臨著一系列的難題。通過(guò)大量的調(diào)研總結(jié)出不對(duì)行棉稈收獲是當(dāng)前棉稈收獲機(jī)械規(guī)?；l(fā)展的關(guān)鍵因素。不對(duì)行收獲可在合理的范圍之內(nèi)盡可能的提高拔棉稈的行數(shù)，提高拔棉稈的效率，使棉稈收獲機(jī)械有向大型化發(fā)展的潛力。

對(duì)比當(dāng)前國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的棉稈不對(duì)行收獲機(jī)型剪切式棉稈收獲機(jī)型、刀輥式棉稈收獲機(jī)型、V形齒板提拔棉稈機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)V形齒板提拔棉稈機(jī)型是最具有研究?jī)r(jià)值的，其不但能實(shí)現(xiàn)棉稈的不對(duì)行拔取而且拔棉稈效率高、拔凈率高，且能耗少。

棉稈機(jī)械拔取后的后續(xù)處理主要有裝車(chē)運(yùn)輸、粉碎還田、撿拾打捆和撿拾粉碎、運(yùn)輸?shù)人姆N方式。而棉稈直接裝車(chē)運(yùn)輸由于棉稈整稈堆積起來(lái)后比較蓬松，從而導(dǎo)致運(yùn)輸效率低下；棉稈進(jìn)行粉碎還田也不太合適，因?yàn)槊薅拰儆谀颈局参铮淠举|(zhì)部在土壤中腐爛轉(zhuǎn)化成肥料的時(shí)間較長(zhǎng)，且影響后續(xù)作物的播種；棉稈的撿拾打捆和棉稈的粉碎集箱都能有效的提高棉稈的運(yùn)輸效率，但是棉稈收獲打捆聯(lián)合機(jī)的造價(jià)遠(yuǎn)高于棉稈收獲粉碎集箱機(jī)，因此考慮農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)水平，棉稈的粉碎集箱更具有市場(chǎng)前景。

綜上所述，短期內(nèi)可預(yù)見(jiàn)的機(jī)型可能是采用V型齒板拔棉稈然后粉碎集箱的機(jī)型，這種機(jī)型具有對(duì)于不同棉稈種植規(guī)格的適應(yīng)性強(qiáng)，拔棉稈效率高，造價(jià)低廉的特性，具有廣闊的市場(chǎng)前景。