孔朵朵，陸豪程，胡 新

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程系，浙江 溫州325035）

1 引 言

據(jù)中國年鑒數(shù)據(jù)統(tǒng)計2018 年糧食總產(chǎn)量65789.2 萬噸，其中水稻產(chǎn)量21212.9 萬噸，占糧食總產(chǎn)量的32.24%，遠高于小麥以及其它農(nóng)作物產(chǎn)量。從這些數(shù)據(jù)可以看出水稻對于我國乃至全世界的糧食安全非常重要。進入21 世紀，水稻產(chǎn)量的提高、減輕稻農(nóng)的勞動強度、實現(xiàn)水稻生產(chǎn)的機械化成為了我國國家工作的重中之重。農(nóng)業(yè)部《“十四五”農(nóng)業(yè)機械化面臨的重大挑戰(zhàn)與戰(zhàn)略任務(wù)》指出目前全國水稻機收率達到70%，到2025 年要達到75%目標[1，2]。已經(jīng)把發(fā)展水稻農(nóng)業(yè)機械化放到了史無前例的高度，要求各地農(nóng)機企業(yè)、高等院校、科研院所、推廣機構(gòu)結(jié)合，組織展開水稻生產(chǎn)機械化基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵裝備的科研攻關(guān)。

2 國內(nèi)外半喂入式水稻聯(lián)合收割機發(fā)展現(xiàn)狀

目前水稻聯(lián)合收割機按喂入方式主要分為三種，我國所保有的機型大多以全喂入式為主。日韓等發(fā)達國家已逐漸淘汰了這種機型，而大量推廣使用半喂入式機型。割前脫粒式收割機目前的研究還處在初步階段，沒有得到大規(guī)模的推廣運用[3]。

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

20 世紀60 年代半喂入式水稻聯(lián)合收割機問世于日本，從70 年代初期開始推廣。幾十年來日本的久保田、洋馬、井關(guān)、三菱四大公司通過不斷的改進研發(fā)，其半喂入式聯(lián)合收割機技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位。韓國在引進模仿日本半喂入式水稻聯(lián)合收割機的基礎(chǔ)上發(fā)展出了本國的相應(yīng)機型，代表公司有東洋物產(chǎn)株式會社。目前由于國外企業(yè)產(chǎn)品的優(yōu)越性能以及對于中國市場做出的適應(yīng)性調(diào)整，占有了我國市場絕大多數(shù)市場份額[4]。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國半喂入水稻聯(lián)合收割機研發(fā)開始于20 世紀50 年代，我國著名農(nóng)機專家馬驥設(shè)計的半喂入式水稻收割機還參加了德國萊比錫國際博覽會。20世紀70 年代后期，南京農(nóng)機所、上海農(nóng)機所、云南農(nóng)機所、鎮(zhèn)江脫粒廠4 家企業(yè)聯(lián)合，在吸收久保田、井關(guān)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)之上研制出了江南—120 型半喂入式水稻聯(lián)合收割機，由于可靠性、配件等問題沒有能夠大批量生產(chǎn)。1987 年無錫拖拉機廠在日本洋馬210EX 半喂入機型基礎(chǔ)上研制出了太湖—1350型半喂入式聯(lián)合收割機。1995 年以來我國許多其他廠家也研制了許多其它型號的半喂入式水稻聯(lián)合收割機機型，例如：中農(nóng)機ZNJ—503、無錫太湖TH1450、杭州前進HL2010、一拖鎮(zhèn)江DFH-120、廣西開元4LBZ-100、中機南方機械碧浪4LBZ-150II、東莞三米4LBZ-70，但在性能方面還與發(fā)達國家有較大差距。

3 我國半喂入式水稻聯(lián)合收割機存在問題與分析

我國半喂入式水稻聯(lián)合收割機研制工作雖然起步較早，但由于長期以來工業(yè)基礎(chǔ)落后、基礎(chǔ)研究較少、農(nóng)民購買力較低、市場體制的變動等原因，致使我國一直落后于日韓等國家。

3.1 半喂入式水稻聯(lián)合收割機存在的經(jīng)濟問題與分析

國外企業(yè)的半喂入水稻收割機雖然很成熟，但其高昂的價格一直制約著我國水稻收割機械化的發(fā)展。以日本為例：日本收割機均價在20 萬～30 萬之間，減去國家農(nóng)機補貼之后，農(nóng)戶仍需要支付很多錢，我國是農(nóng)業(yè)個體經(jīng)濟，從經(jīng)濟角度這份支出是難以接受的；對于收割服務(wù)從業(yè)者來說，雖然這個價格可以接受，但買得起用不起，一臺收割機的使用年限4～5 年，但第二年的配件費到達1 萬元第三年更是高達3 萬～4 萬元，除去人工費、油料費、維修費成本之外，所獲利潤已經(jīng)非常少[5，6]。中國生產(chǎn)的半喂入式水稻收割機價格在12 萬～15 萬，雖然價格較低，但其性能上的不穩(wěn)定、收割范圍較小、損失較多造成了農(nóng)戶不敢購買國產(chǎn)機型[5]?？梢钥闯霭胛故剿臼崭顧C在我國推廣困難的原因有：國外收割機價格高、維修成本高，國產(chǎn)收割機性能差。

3.2 我國半喂入式水稻聯(lián)合收割機存在的技術(shù)問題與分析

長期以來我國半喂入式水稻聯(lián)合收割機發(fā)展比較落后、緩慢。我國半喂入式水稻聯(lián)合收割機存在技術(shù)問題主要有：

（1）發(fā)動機質(zhì)量不過關(guān)、可靠性差。半喂入式水稻聯(lián)合收割機使用的是小型柴油機進行輸出動力，其工作環(huán)境比較復(fù)雜，長期工作于高溫、高粉塵、長時間滿載負荷狀態(tài)，同時還要求發(fā)動機質(zhì)量輕、冷卻系統(tǒng)溫度必須在110℃以下，國內(nèi)生產(chǎn)的發(fā)動機很難達到要求。由于國外廠家對中國的技術(shù)封鎖，中國廠家自行研制的小型柴油機達不到使用要求，使得中國半喂入式水稻收割機配備的發(fā)動機質(zhì)量較差。中國從韓國進口的日本淘汰的上一代發(fā)動機產(chǎn)品，就曾因故障率太高給無錫廠帶來過較大的經(jīng)濟損失[7，8]。

（2）液壓元件可靠性差。多年來液壓元件一直是我國裝備制造業(yè)的軟肋，而液壓元件的可靠性直接影響到收割機整機的質(zhì)量。目前國產(chǎn)半喂入式水稻聯(lián)合收割機的液壓系統(tǒng)除HST 泵進口韓國產(chǎn)品外，其余元件均采用國產(chǎn)產(chǎn)品，雖然使得整機產(chǎn)品價格上有所降低，但加大了整機性能上的隱患。

（3）切割器質(zhì)量差。目前我國國產(chǎn)半喂入式水稻聯(lián)合收割機配置的切割器基本上采用的都不是我國推薦的標準，采用的都是日本原機的50mm 寬小刀片。目前存在的問題主要有切割器的壽命普遍比較短。隨著社會發(fā)展要求提高，收割機工作的提速，所要求的收割機刀片的速度與負荷會更加高。所以在刀片設(shè)計、制造工藝領(lǐng)域，都會有更高的要求[4]。

（4）立式割臺。立式割臺一直是半喂入式水稻收割機設(shè)計的難點之一，它涉及到水稻的夾持、交接、喂入深度的調(diào)節(jié)等一系列復(fù)雜的水稻運動過程，長期以來我國收割機大都是模仿國外產(chǎn)品進行設(shè)計，在自主創(chuàng)新方面比較缺乏。割臺部分又是收割機故障的高發(fā)區(qū)，經(jīng)常會發(fā)生堵塞現(xiàn)象，影響收割效率。所以設(shè)計一款工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良的割臺是半喂入式水稻收割機發(fā)展的關(guān)鍵。

（5）脫粒裝置。國產(chǎn)脫粒裝置普遍使用的是滾筒脫粒，存在著脫粒不干凈、含雜率較高、夾帶損失較高的問題。日本久保田采用軸流下脫式二次清選結(jié)構(gòu)，部分雜余返回到振動篩上，洋馬則采用軸流下脫式二次脫粒結(jié)構(gòu)，清選結(jié)構(gòu)采用了氣流清選和震動清選的方式[2]。我國可以借鑒日本這種脫粒方式，也要在借鑒的基礎(chǔ)上進行自我的創(chuàng)新。

（6）損失率控制。損失率與作業(yè)速度、收獲品種、機器類型、機器質(zhì)量、作業(yè)工況等等都有關(guān)系。機器收割過程中的損失一般存在于各個環(huán)節(jié)之中，例如：扶禾損失、收割損失、脫粒損失、清選損失等等。如何協(xié)調(diào)機器各機構(gòu)之間的配合，機器震動的控制，都將成為我國科技工作人員下一步分析研究的重點。

（7）其他。其他所存在的問題，包括質(zhì)量較大、轉(zhuǎn)運能力差、機器的小型化微型化電氣化落后、關(guān)鍵零部件質(zhì)量不過關(guān)、沒有中央潤滑系統(tǒng)整機壽命較短、機器的操作性差、機器的智能化程度低等。

4 我國半喂入式水稻聯(lián)合收割機主要發(fā)展方向

中國農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)、設(shè)計單位應(yīng)做好市場調(diào)查，立足中國放眼世界。首先設(shè)計生產(chǎn)出適合我國國情的機器，然后在放眼國外市場因地制宜、靈活變通。通過對所存在問題的分析可得出我國半喂入式水稻聯(lián)合收割機主要發(fā)展方向為：

4.1 經(jīng)濟適用

半喂入式水稻收割機構(gòu)造復(fù)雜，造成了國外產(chǎn)品與國內(nèi)產(chǎn)品價格普遍偏高的現(xiàn)狀，普通農(nóng)戶無法接受，除去國家農(nóng)機補貼政策的幫助外，企業(yè)也要學(xué)會靈活變通。首先可以開發(fā)出簡易收割機版本讓農(nóng)戶可以接受，另外多多鼓勵發(fā)展專業(yè)收割服務(wù)、收割機租賃服務(wù)，另外廠家也可以自行發(fā)展收割服務(wù)，推廣自己產(chǎn)品。地方政府要起到帶頭牽動作用，鼓勵農(nóng)民采用收割機進行收割、成立國有農(nóng)機租賃公司。政府還要在農(nóng)忙收割季節(jié)多為收割機服務(wù)隊伍提供政策上的方便，確定農(nóng)用燃油保護價格，確保收割機隊伍順利跨區(qū)作業(yè)，以帶動我國水稻收割機械化的發(fā)展。

4.2 重要零部件攻關(guān)研發(fā)、設(shè)計優(yōu)化

零部件的性能直接影響著整機的質(zhì)量對于提高我國半喂入水稻收割機的質(zhì)量極其關(guān)鍵。農(nóng)機企業(yè)、科研院所、院校，要組織人力物力攻關(guān)收割機重要零部件的設(shè)計、材料、加工工藝等方面所面臨的難題，特別是發(fā)動機、液壓零部件、割刀、滾筒等零部件。整機設(shè)計的優(yōu)化對于收割機穩(wěn)定性、收割機性能都有重要的影響，收割機企業(yè)要對現(xiàn)有機型不斷進行優(yōu)化、改進，在原來的基礎(chǔ)之上推出升級、改進型號，以適應(yīng)市場上對于作業(yè)速度快、損失率小、對農(nóng)田耕種環(huán)境破壞小的要求。

4.3 收割機模塊化、小型化

我國幅員遼闊、水稻種植范圍廣闊，各地地形、水文情況不同，水稻種植品種不同、收割時間不同，所以單一收割機種類型號難以適應(yīng)所有收割狀況，模塊化設(shè)計思想的建立可以大幅度減少設(shè)計的工作量，還可以根據(jù)不同情況快速制定出相應(yīng)的收割機型號。另外收割機要實現(xiàn)小型化收割機小型化降低收割機價格，對于我國這種農(nóng)民耕種田地面積少的情況適用，擴大了市場空間；另外由于我國中南、西南地區(qū)水稻田地以山地、梯田、丘陵為主，田塊普遍較小、形狀和分布不規(guī)則，限制了大型收割機的作業(yè)，小型收割機對于這種田塊有自己得天獨厚的優(yōu)勢。

4.4 收割機機、電、液一體化

機、電、液一體化是未來裝備發(fā)展的一個大趨勢，發(fā)達國家已經(jīng)實現(xiàn)了裝備的機、電、液一體化。收割機的機、電、液一體化對于收割機的性能來說會有一個質(zhì)的提高，還會大大提高收割機操作的簡單性，收割的適應(yīng)性，操作的靈活性、舒適性。

4.5 智能化、監(jiān)測可視化

國外先進收割機部分機型已經(jīng)實現(xiàn)了遠程的監(jiān)控、智能報警、產(chǎn)量可測。隨著計算機視覺、計算機控制技術(shù)的成熟應(yīng)用，收割機的集群化得以大規(guī)模實現(xiàn)。另外通過收割機的實時聯(lián)網(wǎng)，云端數(shù)據(jù)的事實監(jiān)控可以實現(xiàn)水稻收割的智能化。這是未來科技農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。

5 總 結(jié)

近些年來隨著我國綜合國力的上升，各個產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)互相推助的態(tài)勢。我國半喂入式水稻聯(lián)合收割機得到了迅猛的發(fā)展，但與發(fā)達國家仍存在不小差距。我國應(yīng)立足中國當下國情，認清楚我國所存在的問題，針對這些情況制定出相適應(yīng)的發(fā)展策略，爭取能在當下的經(jīng)濟洪流中實現(xiàn)彎道超車。我國水稻收割機生產(chǎn)企業(yè)還應(yīng)放眼長遠，早布線放眼國際市場，加快企業(yè)走出去。最終實現(xiàn)我國水稻收割的機械化、現(xiàn)代化，農(nóng)機企業(yè)創(chuàng)匯盈利。