耿愛軍，楊建寧，張兆磊，張　姬，李汝莘

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機械與電子工程學(xué)院，山東 泰安　271000)

?

國內(nèi)外玉米收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀及展望

耿愛軍，楊建寧，張兆磊，張姬，李汝莘

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機械與電子工程學(xué)院，山東 泰安271000)

摘要：論述了國內(nèi)外玉米收獲機的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點，從理論和實際角度出發(fā)，對玉米收獲機進行了整理分類，并對其各自的優(yōu)缺點進行了深刻的剖析。同時，分析了我國玉米收獲機械存在的問題及與發(fā)達國家玉米收獲水平之間的差距，并簡單介紹了幾種新型的摘穗方式。最后，并對國內(nèi)玉米收獲機的發(fā)展趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞：玉米；收獲機械；研究現(xiàn)狀；展望

0引言

玉米是我國主要的糧食作物之一，也是農(nóng)民收入的重要來源。隨著我國農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策的實施，以及農(nóng)村勞動力不斷向二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，農(nóng)村勞動力越來越少，玉米的生產(chǎn)成本也在不斷增加。收獲作業(yè)是整個玉米生產(chǎn)過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，對整個玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量的提升具有很大的影響。其作業(yè)特點是時間緊、任務(wù)重、季節(jié)性強，易遭受風(fēng)、雨等自然天氣侵蝕而造成減產(chǎn)。因此，實現(xiàn)玉米收獲機械化作業(yè)對于提高生產(chǎn)效率、減輕勞動強度、降低收獲損失和確保豐收具有非常重要的意義。據(jù)統(tǒng)計，至2013年底，我國玉米機收率為49%[1]，且發(fā)展緩慢，使用機型以背負式為主，工藝落后、生產(chǎn)效率低、收獲損失大等問題已經(jīng)成為制約我國玉米生產(chǎn)的主要因素之一。然而，美國、德國、日本等發(fā)達國家早在20世紀60年代初期已經(jīng)基本實現(xiàn)了玉米收獲的全程機械化[2]，并朝著大型化、自動化、現(xiàn)代化和精準化方向發(fā)展。

1國外玉米收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀及特點

在機械化程度較高的歐洲和美洲的一些國家，玉米機械化收獲已有幾十年的歷史。根據(jù)地域、氣候條件和種植制度的不同，各地區(qū)的玉米收獲機械正在朝著不同的方向發(fā)展[3]。19世紀初期，美國就發(fā)明了由人或牲畜提供動力的脫粒機和割捆機，1920年生產(chǎn)出29.4kW的玉米聯(lián)合收獲機，到1939年成功制作出第1臺自走式玉米聯(lián)合收獲機械，從此美國玉米收獲基本實現(xiàn)機械化。20世紀70年代后進入高速發(fā)展階段，機具朝著大型化、通用化和高效的方向發(fā)展，電子技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)等先進的智能技術(shù)也紛紛運用到玉米收獲機上。結(jié)合其比較成熟、統(tǒng)一的種植工藝[4]，使得玉米收獲機快速發(fā)展。歐洲國家則在割捆機和脫粒機的基礎(chǔ)上設(shè)計出了眾多類型的玉米收獲機，如東德E512型聯(lián)合收獲機、克拉斯D76和法國布勞特801等。日本則借鑒西方先進的玉米收獲機械經(jīng)驗，結(jié)合日本多山地的地貌，設(shè)計制作出了一系列結(jié)構(gòu)小巧、性能優(yōu)良的收獲機械。由于該國以種植水稻為主，所以收獲機械多數(shù)為水稻收獲機械。日本收獲機械發(fā)展特點是起步晚但發(fā)展迅速：從1967年開始推廣半喂入式聯(lián)合收獲機械到1977年全國水稻機收率為91.4%，僅用了10年。目前，日本的水稻收獲機械在自動化程度和收獲性能等方面均達到世界先進水平，久保田、洋馬等公司生產(chǎn)的收獲機械性能處于世界領(lǐng)先水平。

玉米收獲是通過一次或幾次作業(yè)完成切割、摘穗、秸稈還田(或回收)、果穗收集和脫粒等過程，可以用不同的方法來實現(xiàn)。根據(jù)不同的自然環(huán)境、技術(shù)水平、種植規(guī)模和種植制度，目前常用的玉米收獲工藝主要有以下幾種：①分段收獲法。分段收獲是將玉米收獲各個環(huán)節(jié)分開進行。首先人工將玉米果穗摘下，再用玉米割臺將秸稈割倒，鋪放在田間；然后人工將果穗和秸稈運送回場地晾曬，用脫粒機進行脫粒、分離和清選。這種機械的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于操作；缺點是需要耗費眾多勞動力、生產(chǎn)效率低；適用于種植規(guī)模較小、經(jīng)濟發(fā)展欠缺的地區(qū)。②聯(lián)合收獲法。聯(lián)合收獲法是利用玉米聯(lián)合收獲機在田間一次性完成切割、摘穗、剝皮、脫粒、清選和秸稈還田作業(yè)。這種方法效率高、損失少，非常適合大型農(nóng)場使用；但該類玉米收獲機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、售價高、收獲結(jié)束閑置時間長，整機利用率較低。③兩段收獲法。該方法首先用割曬機將秸稈割倒并鋪放在割茬上，經(jīng)過3～5天晾曬使玉米成熟并風(fēng)干，然后使用具有拾禾器的玉米收獲機進行撿拾、摘穗、剝皮和脫粒、分離、清選作業(yè)[5]。這種方法可以使絕大多數(shù)籽粒飽滿、堅實、色澤一致，提高了糧食的等級；收獲后玉米籽粒含水率低，可直接入倉。但是，兩段收獲法耗時較長一般需要提前7～8天進行，割曬和收獲分別作業(yè),進地兩次，增大機械對土壤的壓實作用的同時，功率消耗有明顯增加。④割前脫粒法。這是一種比較新的玉米收獲工藝，先將玉米果穗摘下然后再進行秸稈切割。這種方法的特點是機器結(jié)構(gòu)簡單，功率消耗低，收獲損失大。目前，該機型還處在開發(fā)研制階段，工作質(zhì)量有待提高，普及程度較小。隨著適應(yīng)機械化生產(chǎn)玉米品種的出現(xiàn)和玉米種植農(nóng)藝技術(shù)的不斷發(fā)展完善，玉米收獲機的結(jié)構(gòu)和類型也在不斷地發(fā)生變化。目前，發(fā)達國家根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和種植制度的不同，主要采用玉米果穗收獲機和換裝玉米割臺的谷物聯(lián)合收獲機這兩種形式[6]。

1.1玉米果穗收獲機

在俄羅斯、烏克蘭和歐洲的一些國家，受當(dāng)?shù)貧夂驐l件和種植制度的影響，收獲時玉米籽粒含水率一般在25%～35%之間，不宜采用直接脫粒的方法進行收獲，故采用專用的玉米果穗收獲機進行分段收獲[6]。第1段收獲是指將秸稈切斷后摘穗,收集果穗并將秸稈粉碎還田；第2段收獲是指將玉米果穗晾干后去皮脫粒,經(jīng)清選后入倉。如約翰迪爾Y210型玉米果穗收獲機，該機設(shè)計新穎，在剝皮、莖稈粉碎處理等方面進行大膽創(chuàng)新，可以一次完成玉米作物的摘穗、輸送、剝皮、裝箱、秸稈粉碎還田的全過程作業(yè)。該機型裝配先進的靜液壓驅(qū)動行走裝置，操作更加靈活便捷，作業(yè)速度高達8km/h，并可實現(xiàn)無級變速，且機構(gòu)更加耐久可靠；安裝的莖稈鋪放裝置性能優(yōu)越，高效可靠，滿足用戶對莖稈回收利用和粉碎還田的不同需求。

1.2在谷物聯(lián)合收割機上配置專用的玉米割臺

像美國、加拿大等國家，其種植方式為一年一季，收獲時玉米籽粒的含水率低于24%，可以直接收獲玉米籽粒[7-8]。美國迪爾公司、凱斯公司、德國Mengle公司和道依茨公司等生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機，絕大部分是在小麥聯(lián)合收獲機上換裝玉米割臺，并通過調(diào)節(jié)脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速和脫粒間隙進行玉米的聯(lián)合收獲[9]。例如，John Deere公司的C110型谷物聯(lián)合收獲機，采用切流式脫離滾筒加軸流板齒分離滾筒結(jié)構(gòu)，增強了機器的脫離、分離性能，降低了谷物破碎率，喂入量高達7kg/s；通過選配不同割臺，可以收獲水稻、麥、大豆和玉米等多種作物，實現(xiàn)了一機多用。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進步，國外玉米收獲機發(fā)展主要有以下幾個特點：

1)向高效、大型、大功率、寬割幅、大喂入量和高速發(fā)展。在美國和加拿大的一些大型農(nóng)場，大型的玉米收獲機正在逐漸推廣[9]。該類機型發(fā)動機最大功率可達250kW,喂入量達到10kg/s；割臺最大割幅已經(jīng)超過9m并可以折疊，收獲機作業(yè)速度超過8km/h。

2)向擴大機器的通用性和提高適應(yīng)性發(fā)展。聯(lián)合收獲機除了可以配置不同的割臺實現(xiàn)收獲大豆、玉米、小麥和水稻外，同一臺機器還可以配置不同割幅的割臺以適應(yīng)不同地塊種植密的需要[9]；通過改變分禾器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)植株連續(xù)導(dǎo)入技術(shù)，強制抓取、橫向輸送、有序喂入，從而解決了不同行距玉米的收獲問題，擴大機器通用性[10]；設(shè)計玉米收獲機脫粒機構(gòu)為仿生機構(gòu),使其能夠自動適應(yīng)傾斜地面，提高機器對不同地形的適應(yīng)能力；選配大尺寸輪胎或履帶，提高收獲機對不同土壤狀況的適應(yīng)能力[11]。

3)高清潔度主要工作部件的研究更為深入。籽粒清潔度是衡量收獲機工作性能的重要指標之一，提高脫粒清選裝置的生產(chǎn)率和籽粒清潔度，降低谷物損失率和破碎率是現(xiàn)代玉米聯(lián)合收獲機的主要發(fā)展趨勢[9]。研究發(fā)現(xiàn)：摘穗輥輥型是影響摘穗性能的主要因素，通過試驗設(shè)計新型摘穗輥，提高摘穗輥對玉米不同直徑、不同結(jié)穗部位和不同穗型的適應(yīng)性，減少果穗損傷、降低籽粒破碎率及提高籽粒清潔度[12]。脫粒機構(gòu)采用雙滾筒軸流式脫粒分離結(jié)構(gòu)，大大提高了脫粒效率的同時提高籽粒清潔度。

4)廣泛應(yīng)用新材料和先進制造技術(shù)。伴隨著新制造技術(shù)和新材料的應(yīng)用，收獲機的性能更好、更快、可靠性更高。通過利用ADAMS、Pro/E、UG等虛擬仿真軟件對零部件的力學(xué)性能及整機的作業(yè)效果進行仿真分析，可以降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期[13-15]。玉米收獲機的機架使用質(zhì)量輕、強度大鋁合金材料，降低機身質(zhì)量的同時減少動力消耗；在脫粒機構(gòu)、輸送機構(gòu)等容易磨損的零件表面進行硬化處理，延長零部件的使用壽命；重要零部件要進行磨合試驗和試運轉(zhuǎn)，從而降低機組故障率，提高機組可靠性。

5)廣泛應(yīng)用機電一體化和自動化技術(shù)。機電一體化和自動化技術(shù)的應(yīng)用,使玉米收獲機朝著高效、舒適及安全的方向發(fā)展。駕駛室內(nèi)有空調(diào)，座椅具有按摩功能，以改善駕駛員的工作條件[9]；關(guān)鍵工作零部件設(shè)置傳感器以檢測其工作狀態(tài)；收獲機割臺配備自動控制裝置，可自動調(diào)節(jié)對行，減少植株的推倒率，降低果穗的漏摘損失[16]；在谷物脫粒分離裝置前設(shè)置流量傳感器，根據(jù)不同地塊的谷物生長狀況自動調(diào)節(jié)車速，防止喂入量過大而造成輸送系統(tǒng)堵塞。

6)向智能化收獲機發(fā)展。隨著科技進步，電子技術(shù)、航天測量技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)也逐漸應(yīng)用于玉米收獲機[9]。發(fā)達國家的玉米收獲機可以自動駕駛，智能化的玉米收獲機可以在收獲過程中直接測出該地塊的實時產(chǎn)量，部分比較先進的機型還可以根據(jù)玉米產(chǎn)量和土壤狀況，繪制地塊的土壤肥力圖，以便于后期施肥管理。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)在智能化聯(lián)合收割機上的應(yīng)用，使國外玉米收獲機械化技術(shù)水平有了飛速發(fā)展[11]。王堃等利用遙感技術(shù)觀測玉米形態(tài)的變化，從而準確地預(yù)測玉米的收獲時間，為地域之間合理配置玉米收獲機提供技術(shù)支持[17]。

2我國玉米收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀及特點

我國玉米收獲機技術(shù)的發(fā)展始于建國初期，起步較晚，在理論研究和產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計、推廣應(yīng)用等方面與發(fā)達國家相比還存在著較大差距[3]。我國玉米收獲機械的發(fā)展從引進國外先進樣機到生產(chǎn)自己的玉米聯(lián)合收獲機經(jīng)歷了60年多時間，在這段發(fā)展歷程中，我國收獲機械取得了突飛猛進的發(fā)展，總體來說大致分為以下幾個階段：

1)入門階段(1949-1965年)。這一階段主要對國外先進機型進行引進和仿制。1949年從蘇聯(lián)引進C-6牽引式和C-4自走式聯(lián)合收獲機，之后又從聯(lián)邦德國克拉斯、蘭茨，英國阿爾濱、弗格森等多個國家引進了眾多類型的自走式聯(lián)合收獲機，并對其進行了試驗。經(jīng)過多年的農(nóng)場試驗并結(jié)合我國玉米的實際種植狀況，成功制造了兩種機型，即1956年投產(chǎn)的GT-4.9型牽引式聯(lián)合收割機和1965年投產(chǎn)的東風(fēng)ZKBD-3型自走式聯(lián)合收割機。這兩種機型盡管在產(chǎn)品的質(zhì)量和工作性能等方面與發(fā)達國家存在較大差距，但是這兩種機型的生產(chǎn)表明我國已經(jīng)初步掌握了聯(lián)合機械的生產(chǎn)和制造技術(shù)。

2)發(fā)展階段(1966-1980年)。這一階段是我國玉米收獲機的高速發(fā)展階段。大批企業(yè)投入到玉米收獲機的生產(chǎn)研制中去，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和技術(shù)改造使我國玉米收獲機的生產(chǎn)能力設(shè)備質(zhì)量有了很大提高。到20世紀70年代末，我國玉米收獲機的生產(chǎn)已初具規(guī)模，年生產(chǎn)量達6 000臺。代表性的生產(chǎn)廠及其產(chǎn)品有北京-2.5自走式聯(lián)合收割機，豐收-3.0自走式聯(lián)合收割機和北大荒-6自走式聯(lián)合收割機等。雖然這些機型的性能與國外同時期玉米收獲機的性能存在較大差距，但卻是我國玉米收獲機飛速發(fā)展的時期。特別是經(jīng)過這一時期的發(fā)展之后，我國已經(jīng)具備了獨立設(shè)計和開發(fā)新產(chǎn)品的能力。

3)利用引進技術(shù)發(fā)展階段(1981-2000年)。20世紀80年代初期，受改革開放政策的影響，我國玉米收獲機發(fā)展出現(xiàn)了劃時代的發(fā)展。1981年，通過引進美國約翰·迪爾公司的“1000”系列谷物聯(lián)合收獲機的制造技術(shù)，設(shè)計生產(chǎn)了1055、1065和1075三大聯(lián)合收獲機；繼而四平聯(lián)合收割機廠與德國前進工廠以合作方式引進E514聯(lián)合收割機的制造技術(shù)。但是，受家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的影響，玉米收獲機市場迅速萎縮，1982年生產(chǎn)量為1 000臺。直到20世紀80年代中后期，隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，我國玉米收獲機的發(fā)展才開始逐漸恢復(fù)。20世紀90年代初，玉米收獲機的水平恢復(fù)到歷史最高水平，新的產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，機型以中小型懸掛式型號為主；到90年代中后期，各類型的玉米收獲機發(fā)展已經(jīng)比較完善，性能也有了大幅提高；到1997年，全國玉米收獲機產(chǎn)量為35 105臺，并呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭，我國玉米收獲機發(fā)展又迎來嶄新的發(fā)展階段。

4)不斷創(chuàng)新，實現(xiàn)“三化”階段(2000年-)。隨著科技的不斷進步，玉米收獲機也開始朝著智能化、高效化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展。近年來，隨著農(nóng)村人口城鎮(zhèn)化和土地流轉(zhuǎn)政策的實施，給大型化玉米收獲機械的發(fā)展提供了可能。其次，在電子技術(shù)的帶動下，玉米收獲機的傳動部件、收割器、糧倉和輸送帶等關(guān)鍵零部件都設(shè)置有傳感器，以檢測器工作狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)和遙感系統(tǒng)也開始應(yīng)用于玉米收獲機上，開始朝著“精準農(nóng)業(yè)”的方向發(fā)展。

玉米收獲的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求是玉米聯(lián)合收獲機使用和設(shè)計的依據(jù)。由于玉米在我國種植面積巨大，并且各地區(qū)自然條件差異很大，栽培制度也各不相同，所以對玉米收獲的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求也不一樣，但概括起來總共有一下幾點：

1)適時收獲。適時收獲對于減少收獲損失具有重要意義。玉米收獲的黃金時期是在玉米果穗下部籽粒乳腺消失、出現(xiàn)黑層、籽粒反面基部凹陷變硬、果穗苞葉變枯白而松散時。在玉米最佳收獲期進行機械收獲，可以達到增加產(chǎn)量、減少損失、豐產(chǎn)豐收的目的，同時可以為下茬小麥爭取農(nóng)時，為來年的增產(chǎn)增收打下良好基礎(chǔ)。為了滿足適時收獲、減少損失的要求，玉米收獲機械需要具有較高的效率和可靠性。

2)保證收獲質(zhì)量。玉米收獲機在玉米植株倒伏率低于5%、最低結(jié)穗高度大于35cm的條件下，以額定工作速度作業(yè)時，其主要技術(shù)性能指標應(yīng)達到如下要求：籽粒損失率小于2%，果穗損失率小于3%，籽粒破碎率小于1%，苞葉剝凈率大于85%(此項適應(yīng)于摘穗剝皮玉米收獲機)。

3)秸稈處理效果好。對具有秸稈還田或青貯裝置的玉米聯(lián)合收獲機，其秸稈粉碎、切斷長度要求粉碎還田為8～10cm，青貯為2～3cm，留茬高度不大于10cm，從而為下茬作物整地創(chuàng)造良好條件。

4)具有良好的適應(yīng)性。在我國，各地自然條件和栽培制度有較大差異，有平原、山地、梯田，有平作、壟作、套作，此外還有倒伏收獲、雨季收獲。因此，玉米收獲機械力求結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定，行走裝置具有較強的適應(yīng)性。

據(jù)統(tǒng)計，目前我國從事玉米收獲機開發(fā)研制的企業(yè)有60余家[18]，推出的類型也多種多樣。按摘穗裝置的配置方式不同，分為立式摘穗輥機型和臥式摘穗輥機型；按與動力機的連接形式不同，分為自走式、牽引式和背負式機型；按收獲工藝的不同，分為摘穗型收獲機、摘穗剝皮型收獲機和直接脫粒型收獲機[19]。以上機型都有其各自的優(yōu)缺點,下面重點介紹在我國玉米收獲機械發(fā)展過程中出現(xiàn)比較多的幾種機型。

2.1自走式

此類機型功能齊全、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、作業(yè)效率高、籽粒損失小，可以一次完成玉米作物的摘穗、輸送、剝皮、裝箱及秸稈粉碎還田的全過程作業(yè)，是真正意義上的聯(lián)合收獲機械[20]，具有較好的市場前景，主要適用于東北、西北、華北等玉米主產(chǎn)區(qū)的一些大型農(nóng)場[18]。因其技術(shù)含量高、利潤較高，所以是各廠家主要開發(fā)的產(chǎn)品之一。其優(yōu)點是作業(yè)效率高、勞動強度低、駕駛操作簡單、對行方便。該機型面臨的主要問題：價格較貴，利用率低，傳動系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，故障率高，維護保養(yǎng)成本高；跨地區(qū)作業(yè)能力差，收獲期一結(jié)束，整機閑置，浪費動力。

2.2兼用型

該機型的創(chuàng)新點在于結(jié)構(gòu)上保持原有小麥收割機的部分工作部件及功能，更換玉米割臺、加裝玉米輸送槽和秸稈還田機，實現(xiàn)玉米收獲功能；通過互換割臺，可以兼收水稻、小麥等農(nóng)作物[21]。其優(yōu)點在于收割臺結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、零部件通用性高；解決了小麥收獲機使用季節(jié)性限制，實現(xiàn)了夏收小麥、秋收玉米，一機兩用，從而提高單機效率。該機型面臨的主要問題是玉米收獲與小麥、水稻收獲區(qū)別較大，安裝玉米割臺的小麥聯(lián)合收獲機都需進行改裝。

2.3背負式

背負式玉米收獲機是我國開發(fā)較早、保有量較多的產(chǎn)品，配套動力14.7～66.2kW不等[18]。其特點是作業(yè)部件安裝在拖拉機機身上，尾部安裝果穗箱和秸稈粉碎機，拖拉機為行走和收獲作業(yè)提供動力；優(yōu)點是機組緊湊、小巧靈活、價格低， 適用于農(nóng)村小面積田塊作業(yè)。該機型面臨的主要問題是工作部件被分散安裝在拖拉機的特定部位，用戶每年至少要安裝和拆卸一次，比較繁瑣；相對于中大型玉米聯(lián)合收獲機，生產(chǎn)效率較低，零部件的可靠性還有待于提高。

2.4牽引式

該機型以輪式或履帶式拖拉機牽引作業(yè)，為偏置拖拉式，可一次完成摘穗、剝皮、秸稈粉碎作業(yè)。該機型性能可靠，零部件通用性高，結(jié)構(gòu)簡單，但技術(shù)相對落后[9]。該機型的發(fā)展集中在建國初期，目前該類產(chǎn)品的開發(fā)幾乎處于停滯狀態(tài)。其優(yōu)點是投資成本低、整機結(jié)構(gòu)簡單、維修保養(yǎng)方便，收獲期一旦結(jié)束，動力可以迅速轉(zhuǎn)移到其它田間作業(yè)。該機型面臨的主要問題是偏置拖拉式牽引需要單獨開割道、機組配置較長、轉(zhuǎn)彎及行走不便、玉米割臺使用技術(shù)相對落后[6]。

目前，我國玉米收獲機械的存在形式主要有以上4種，且以前3種居多。這4種機型都是基于1921年澳大利亞人艾倫提出的“輥式收獲”的技術(shù)路線設(shè)計制造的[22]?！拜伿绞斋@”原理是：收獲機割臺安裝1對或數(shù)對摘穗輥，玉米植株按行依次進入兩輥之間，利用摘穗輥相互擠搓實現(xiàn)摘穗。這種“輥式收獲”的玉米收獲機普遍存在收獲損失大、作業(yè)效率低、零部件易損壞、對地區(qū)和農(nóng)藝適應(yīng)能力差等問題。因此，玉米機械收獲難以大范圍推廣。

隨著我國國力的增強、農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進程的向前推進，玉米機械化收獲的呼聲也越來越高，政府和各地方部門出臺了許多優(yōu)惠和鼓勵政策，各大廠商也積極的參與到了玉米收獲機械的研制和生產(chǎn)中去。針對“輥式收獲”作業(yè)效率低、收獲損失大和對地域性種植制度適應(yīng)差等問題，許多企業(yè)和科研機構(gòu)對玉米收獲原理做了相應(yīng)探索，提出了“并行喂入”和“逆行摘穗”原理。

“并行喂入”原理是：將1排或幾排玉米植株排成1排，通過高速旋轉(zhuǎn)的牽引輥引導(dǎo)植株進入割臺進行摘穗；牽引輥水平安裝，其后裝有稈、葉、穗分離機構(gòu)；牽引輥的高速旋轉(zhuǎn)可防止秸稈在割臺處發(fā)生阻塞，極大提高了秸稈的入料速度，以及玉米收獲機在田間作業(yè)的行駛速度和作業(yè)效率[20]。

“逆行摘穗”又叫“彎曲折斷式摘穗”，是相對于順行摘穗的一種摘穗方式，即從果穗梢頭沿逆生長方向，朝向玉米根部將果柄折斷實現(xiàn)果穗與玉米植株分離[23]。這種摘穗方式類似于人手工掰棒子，可以極大地減小摘穗力和摘穗損傷；摘穗過程采用非旋轉(zhuǎn)方式，故不會對玉米果穗產(chǎn)生搓傷。

“并行喂入”和“逆行摘穗”這兩種技術(shù)的應(yīng)用可以很好改善我國傳統(tǒng)玉米收獲機收獲過程中出現(xiàn)的作業(yè)效率低、摘穗損失大等問題，并可以提高機具作業(yè)速度、降低功率消耗。但是，該技術(shù)也有其固有的缺點：機構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)周期較長，維修、保養(yǎng)需要具備一定的專業(yè)知識等。此外，國內(nèi)的許多專家教授也對傳統(tǒng)收獲機的關(guān)鍵零部件進行設(shè)計研究，以提高玉米收獲機的整體作業(yè)質(zhì)量。例如，叢宏斌等通過設(shè)計全新的玉米收獲機莖稈堆放裝置，提高玉米莖稈回收效率、降低回收成本，為玉米莖稈回收和高效生態(tài)化利用創(chuàng)造了條件[24]。楊富營等通過研究改進了4YW-2型玉米收獲機的割臺分禾器、果穗輸送裝置和集穗卸載部件，并對動力傳遞機構(gòu)進行重新布局，從而提高了機型對玉米不對行收獲適應(yīng)性，同時降低了漏摘率、籽粒損失率和籽粒破碎率，為不對行玉米收獲機械設(shè)計提供了參考依據(jù)[25]。閏洪余等通過正交試驗研究了立輥型玉米收獲機摘穗輥輥型對作業(yè)主要性能參數(shù)的影響，同時對各運動參數(shù)的交互作用進行對比分析，確定了各運動參數(shù)的最佳組合[26]。

3我國玉米收獲機械發(fā)展展望

國家農(nóng)機具購置補貼惠農(nóng)政策的實施，極大地鼓舞了各地人民購買農(nóng)機具的積極性，各地企業(yè)也紛紛投入到農(nóng)業(yè)機械的研制和生產(chǎn)中去，使我國的農(nóng)機裝配水平和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力不斷提升[9]。但是，由于氣候、地理環(huán)境和種植制度的差異，我國的玉米收獲機械與國外發(fā)達國家相比，還是有較大差距。為提高我國玉米收獲機械化的整體水平，維護玉米收獲機械的健康、可持續(xù)發(fā)展，必須從以下幾個方面入手：

1)加強政府引導(dǎo)、扶持力度[27]，充分利用國家農(nóng)機具購置補貼惠農(nóng)政策[28]。我國玉米收獲機械生產(chǎn)還處在發(fā)展階段，還未形成完整的產(chǎn)業(yè)布局，許多產(chǎn)品還處在試驗性生產(chǎn)階段，導(dǎo)致玉米收獲機整機的價格昂貴，多數(shù)自走式玉米聯(lián)合收獲機價格在20萬～30萬元左右，一般農(nóng)民難以承受[29]。針對這種情況，應(yīng)充分利用國家農(nóng)機具購置補貼惠農(nóng)政策，農(nóng)民可以通過當(dāng)?shù)剞r(nóng)機局申請，申請通過后到當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商交機具差價款購機；也可以采用貼息方式，農(nóng)民和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營組織可以向相關(guān)金融機構(gòu)申請貸款。

2)地域功能性玉米收獲機將得到發(fā)展。在我國，不同地域種植玉米的農(nóng)藝要求不同，種植目的也有所不同，因此需要有針對性地開發(fā)適合某一地域的玉米收獲機。在東北，地域遼闊、地勢平坦，玉米種植多以大型農(nóng)場為主，種植制度為一年一季。收獲時，玉米籽粒含水率較低，可以直接進行剝皮作業(yè)，有的甚至可以直接收獲籽粒。在該地區(qū)主要以大型自走式玉米聯(lián)合收獲機為主，其功能齊全、籽粒損失小及作業(yè)效率高。在內(nèi)蒙古，當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展需要大量飼料，玉米收獲時需要將秸稈回收青貯，應(yīng)大力發(fā)展果穗秸稈兼收型玉米收獲機。在山東、河北等一年兩熟區(qū)，既要搶農(nóng)時，還要將秸稈進行高質(zhì)量還田，以便后期土地的耕整作業(yè)。該地區(qū)應(yīng)該大力發(fā)展結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、收獲工藝先進的玉米收獲機械[27]。

3)做好玉米收獲機械的引進、試驗、示范工作。玉米收獲機械的引進、試驗、示范工作是決定該機型能否在該區(qū)域大范圍推廣應(yīng)用的前提，能否適應(yīng)該地區(qū)的地形和種植制度，以及當(dāng)?shù)厝嗣裾J可程度，是決定人們是否購買的先決條件。在我國，玉米種植區(qū)域的地形相對復(fù)雜、種植制度不統(tǒng)一，而玉米收獲機械對地形和種植制度的適應(yīng)較差，要從眾多的機型中選取適合該地區(qū)的一款玉米收獲機就變得相對復(fù)雜。當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)政府部門應(yīng)該選擇適合本地區(qū)地理條件且作業(yè)效果又好的玉米收獲機械進行示范推廣[28]。

4)加強技術(shù)培訓(xùn)力度和售后服務(wù)體系的建設(shè)。目前，玉米收獲機的專業(yè)性越來越高，對機具使用者和維修者的要求也越來越高，企業(yè)應(yīng)該對購機用戶進行崗前培訓(xùn)，使農(nóng)戶對收獲機的技術(shù)原理、機械構(gòu)造、日常保養(yǎng)和故障維修等有所了解，避免在使用過程中因誤操作而造成機械故障[30]。農(nóng)戶應(yīng)該認真閱讀使用說明書，正確使用收獲機，讓收獲機發(fā)揮更大效益。企業(yè)在收獲機相對集中的地方設(shè)立售后服務(wù)中心，建立完善的維修服務(wù)點和配件供應(yīng)點，并嚴格執(zhí)行國家“三包”服務(wù)規(guī)定。農(nóng)忙時期，企業(yè)應(yīng)對農(nóng)戶提供全套的技術(shù)支持，及時解決機器故障，保障秋收工作順利進行[31]。

5)加快農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合的步伐。在我國，玉米的種植有平播、壟播、溝播、套播、點播等多種形式，同一臺收獲機很難適應(yīng)如此復(fù)雜的耕種情況，限制了玉米收獲機的推廣應(yīng)用。為提高玉米收獲機械的生產(chǎn)力和適應(yīng)性，促進農(nóng)村經(jīng)濟更快更好發(fā)展，就必須走農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合的路線。農(nóng)機與農(nóng)藝看似獨立卻相互依存，既相互聯(lián)系又相互制約。任何玉米收獲機型都是在滿足玉米收獲農(nóng)藝要求的前提下設(shè)計的，而任何玉米種植農(nóng)藝的出現(xiàn)都必須有相應(yīng)的玉米收獲機械為之服務(wù)。只有兩者相互結(jié)合，相互適應(yīng)，充分發(fā)揮農(nóng)藝的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和農(nóng)機的高效功能，才能全面促進我國玉米收獲機械的發(fā)展[6]。

總之，隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，我國玉米機械化收獲技術(shù)也取得了重大突破，玉米收獲機械化行業(yè)也迎來了新的發(fā)展機遇。在未來幾年內(nèi)，國內(nèi)市場必將出現(xiàn)一支專業(yè)化、市場化、社會服務(wù)化的玉米收獲機械化隊伍，為我國玉米收獲機械化發(fā)展做出貢獻[28]。

參考文獻：

[1]相茂國，張道林.玉米籽粒直收機械適應(yīng)性研究[D].淄博:山東理工大學(xué),2014.

[2]劉聲春,張道林，張繼磊，等.我國玉米收獲機研制現(xiàn)狀及發(fā)展展望[J].農(nóng)機化研究,2009,31(11): 241-243.

[3]陳志,郝付平,王鋒德,等.中國玉米收獲技術(shù)與裝備發(fā)展研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2012,43(12)：44-50.

[4]Sharanakumar Hiregoudar. Artificial Neural Network for Assessment of grain losses for paddy combine harvester a novel approach ICLICC 2011[J].Gandhigram,2011,2(160):221-223.

[5]鄧月英.玉米機械化收獲的工藝及應(yīng)注意的問題[J].黑龍江科技信息，2012,6(16):206-208.

[6]郝付平，陳志.國內(nèi)外玉米收獲機械研究現(xiàn)狀及思考[J].農(nóng)機化研究,2007(10):206-208.

[7]Shinners K J,Boettcher G C,Holfman D S,et al.Single-pass harvest of corn grain and stover:performance of three harvester con- figurations[J].Transactions of the ASABE,2009 ,52 (1):51-60.

[8]Thomas Burnell Colhert.Iowa farmers and mechanical corn pickers,1990-1952[J].Agri- cultural History,2000,74 (2):530-544.

[9]朱紀春,陳金環(huán).國內(nèi)外玉米收獲機械現(xiàn)狀和技術(shù)特點分析[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備,2012(12): 23-36.

[10]陳志,韓增德,顏華,等.不分行玉米收獲機分禾器適應(yīng)性試驗[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2008,39(1):51-52.

[11]鄒嵐,卓杰強,楊仁全，等.我國玉米收獲機發(fā)展前景分析[J].農(nóng)機化研究,2008(4):205-208.

[12]賀俊林,體金,胡偉,等.輥型和作業(yè)速度對玉米收獲機摘穗性能的影響[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2006,37(3):46-49.

[13]杜岳峰,朱忠祥,毛恩榮，等.基于ADAMS的丘陵山地小型玉米收獲機仿真[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2011,42(11):1-5.

[14]賀俊林,胡偉,郭玉富，等.扶禾桿在不對行導(dǎo)入玉米莖稈中的運動仿真[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007,23(6):125-129.

[15]杜岳峰.兩行玉米收獲機割臺設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2013,42(2): 22-26.

[16]耿端陽,張道林,李清華,等.玉米收獲機撥禾導(dǎo)向裝置技術(shù)參數(shù)的試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012,28(1):45-49.

[17]王堃,顧曉鶴,程耀東，等.基于變化向量分析的玉米收獲期遙感監(jiān)測[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011,27(2):180-186.

[18]趙娜,刁懷龍，常建國.自走式玉米聯(lián)合收獲機能耗分析及節(jié)技術(shù)[J].農(nóng)機化研究，2013，35(8)：50-53.

[19]閏洪余,陳曉光,吳文福.玉米收獲機械分類解析[J].農(nóng)機化研究，2007(10):213-215.

[20]胡少永.玉米收獲機械的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2013(4):59-61.

[21]邢志卿,張寶乾,陳建林，等.玉米小麥兼用型聯(lián)合收獲機玉米摘穗裝置工作原理[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備，2010(7):72-73.

[22]王優(yōu),張強,于路路.玉米摘穗裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)機化研究，2011，33(1):228-231.

[23]曹彪，張強.彎曲折斷式玉米摘穗機構(gòu)研究[D].長春：吉林大學(xué)，2012.

[24]叢宏斌,李汝莘,李洪江，等.玉米收獲機莖稈堆放裝置設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31(5)：107-111.

[25]楊富營,余泳昌.4YW一2型玉米收獲機的性能改進與試驗分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(12):114-118.

[26]閏洪余,吳文福.立輥型玉米收獲機摘穗輥輥型對工作性能的影響[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2009，40(5)：76-80.

[27]籍俊杰,劉煥新.國內(nèi)外玉米收獲機械發(fā)展綜述[J].當(dāng)代農(nóng)機，20068(4):18-21.

[28]傘慶超,于良.玉米機械化收獲技術(shù)推廣途徑的探討[J].農(nóng)機使用與維修，2014(12):11.

[29]Yang Weiyu.Present development in China′s maize harvesters and proposals[J].Agri- cultural Science & Tech nology and Equipment,2011(2):128.

[30]Zhan Shuhua,Li Guilin,Dong Jie,etal.Discussion on the development in maize har-vesters in Dandong[J].Agriculture Science & Technology and Equipment,2012(5):83-84.

[31]王瑛瑤,張翠萍.玉米收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀及建議[J].農(nóng)業(yè)工程，2013(5):34-36.

Discuss about the Current Situation and Future of Corn Harvest Machinery about Domestic and Abroad

Geng Aijun, Yang Jianning, Zhang Zhaolei, Zhang Ji, Li Rushen

(Shandong agricultural university, College of mechanical and Electronic Engineering, Taian 271000, China)

Abstract：Discusses the development status and technical characteristics of domestic and foreign corn harvester,from the theoretical and practical point,consolidated and classification the corn harvester,make a profound analysis about their respective advantages and disadvantages, studied the problem of corn harvestingmachinery and gap between the developed country corn harvest levels. Briefly introduced several new harvesting method,and prospected a development trend of domestic corn harvester.

Key words：corn; harvesting machinery; present situation; prospects

文章編號：1003-188X(2016)04-0251-07

中圖分類號：S233.73

文獻標識碼：A

作者簡介：耿愛軍(1973-)，女，山東淄博人，講師，博士，(E-mail)hilan@yeah.net。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(51205239)

收稿日期：2015-03-17