張 穎

（南通科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電與交通工程學(xué)院，江蘇 南通 226007）

0 引言

我國秸稈資源特點(diǎn)為量大、種類多，其中玉米、水稻和小麥秸稈約占農(nóng)作物秸稈總量的90%，作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中一種十分寶貴的生物質(zhì)能資源[1]，秸稈資源的綜合利用對于促進(jìn)農(nóng)民增收、環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展意義重大[2-3]。據(jù)中國農(nóng)科院副院長梅旭榮介紹，2019年我國農(nóng)作物秸稈綜合利用率已經(jīng)達(dá)到了85%。

在農(nóng)村部分地區(qū)，稻麥秸稈有一個(gè)重要的用途，就是制作草繩、草氈子、草袋、草片、草簾等，草繩和草簾實(shí)物圖如圖1所示。這類產(chǎn)品價(jià)格低廉，對環(huán)境無污染，是一種屬于綠色環(huán)保的農(nóng)業(yè)加工產(chǎn)品，用途廣泛[4]。

圖1 草繩和草簾實(shí)物圖

目前，制作草繩、草簾等需要整齊捆扎的秸稈，雖然國內(nèi)秸稈打捆機(jī)產(chǎn)品種類繁多，但收集的秸稈多壓縮成方捆和圓捆，秸稈雜亂無章，并不適合制作草繩、草簾等。由于市場上并無齊捆秸稈收集的機(jī)器，因此齊捆秸稈收集主要還是依靠人工，農(nóng)忙季節(jié)勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，使得秸稈收集的成本增大，嚴(yán)重影響了草繩、草簾等企業(yè)的發(fā)展。

秸稈收獲以后的田地，秸稈形態(tài)各異，長短不一，且田間的地形多變，秸稈收集難度較大，所以適應(yīng)不同秸稈性質(zhì)、形態(tài)和不同工作環(huán)境的機(jī)械作業(yè)范圍就需要廣泛，因此需要提高秸稈收集處理機(jī)械的適應(yīng)性。

秸稈收獲采用的技術(shù)主要是分段式，即農(nóng)作物聯(lián)合收獲機(jī)收獲后，采用撿拾打捆的收集方式，收集的秸稈多壓縮成方捆和圓捆，多作飼料化、能源化、基料化用途，對于制作草繩、草簾等企業(yè)并不適用，因此，研制自走式全自動(dòng)的田間秸稈齊捆收集機(jī)，對提高齊捆秸稈的收集效率和秸稈的綜合利用非常重要。

通過對南通地區(qū)齊捆秸稈收集情況的調(diào)查，結(jié)合其他類型秸稈收集機(jī)，筆者設(shè)計(jì)出一種全自動(dòng)自走式秸稈齊捆收集機(jī)，旨在解決上述問題。

1 秸稈齊捆收集機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 秸稈齊捆收集機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

秸稈齊捆收集機(jī)主要由鏟拾夾送機(jī)構(gòu)、撥順機(jī)構(gòu)、推壓機(jī)構(gòu)、捆扎機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)等組成，可以完成自走鏟拾、夾取輸送、撥順排齊、推壓入室、定量捆扎、齊捆入箱、集堆自卸等聯(lián)合作業(yè)，實(shí)物如圖2所示。

圖2 秸稈齊捆收集機(jī)實(shí)物圖

鏟拾機(jī)構(gòu)鏟拾秸稈并送入夾取室，由夾取機(jī)構(gòu)將秸稈輸送至撥排室，并由撥排機(jī)構(gòu)送入推壓室推壓后進(jìn)入捆扎室，在進(jìn)行定量捆扎后，齊捆秸稈被輸送至后備箱，達(dá)到一定量后出倉實(shí)現(xiàn)自卸，圖3為秸稈齊捆收集機(jī)作業(yè)流程。

圖3 秸稈齊捆收集機(jī)作業(yè)流程

1.2 齊秸稈收集關(guān)鍵技術(shù)

田間地況復(fù)雜，地面高低不平，一方面要保證撿拾裝置能夠正常工作，避免損壞；另一方面要避免漏鏟，撿拾不干凈，尤其是壟溝里的秸稈。所以撿拾裝置的工作部件必須得是彈性的。本研究的秸稈鏟拾結(jié)構(gòu)采用犁頭式浮動(dòng)鏟拾架，可根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡不同的鏟拾間距，當(dāng)遇到作物硬茬等異物時(shí)，鏟拾架可以收縮，有效避讓田間異物，能夠鏟拾壟溝里的秸稈，秸稈鏟拾干凈。夾送裝置負(fù)責(zé)將秸稈輸送至撥排室，需要工作穩(wěn)定可靠，不會形成堆壓積累。

由于秸稈桿體疏松、柔軟，容易卡在設(shè)備縫隙處，設(shè)計(jì)的撥排機(jī)構(gòu)采用梳齊排擠運(yùn)動(dòng)模式，能夠把整齊的秸稈排擠脫離撥排室，通過凸輪和撥排滾筒的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使得齊秸稈連續(xù)不斷的被排入推壓室，撥排運(yùn)動(dòng)和推壓運(yùn)動(dòng)合理順暢，實(shí)現(xiàn)齊秸稈的連續(xù)收集要求。

秸稈在被送入捆扎室后，由計(jì)量控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行定量捆扎，并由捆扎控制器控制秸稈捆的長度，設(shè)計(jì)的齊秸稈捆扎機(jī)構(gòu)捆扎的齊秸稈草捆松緊度合適，使用方便。

秸稈收集機(jī)械自卸機(jī)構(gòu)多為后卸式，效率低，自卸不方便。本研究采用側(cè)卸式自卸機(jī)構(gòu)，方便在田間地頭進(jìn)行自卸，可以有效地提高秸稈收集效率。

2 試驗(yàn)與推廣實(shí)施方案

本研究主要是對秸稈齊捆收集機(jī)的鏟拾夾取、撥順排齊等功能部件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化秸稈齊捆集收機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)及各功能部件的布置及最佳參數(shù)匹配，使優(yōu)化后的整機(jī)能應(yīng)用到農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，為秸稈綜合利用提供設(shè)備保障，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和企業(yè)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，制定的技術(shù)方案如圖4所示。

圖4 技術(shù)方案

本研究已生產(chǎn)出樣機(jī)，利用秸稈資源豐富優(yōu)勢，向相關(guān)草繩、草簾等企業(yè)推廣該機(jī)具，或者向當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶推廣，解決秸稈收集、貯存、運(yùn)輸困難的問題，增加農(nóng)民收入，徹底解決農(nóng)民在田間焚燒秸稈的問題，避免造成空氣污染。待取得一定成績后，嘗試在其他省市推廣使用，充分利用秸稈資源，同時(shí)也為相關(guān)企業(yè)解決實(shí)際問題，增加農(nóng)民收入。

表1為自走式秸稈齊捆收集機(jī)的技術(shù)參數(shù)，試驗(yàn)品使用稻麥秸稈。試驗(yàn)考核表明，自走式全自動(dòng)齊秸稈集收機(jī)作業(yè)順暢，無故障發(fā)生，作業(yè)性能穩(wěn)定，實(shí)際試驗(yàn)檢測的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過該機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。但第一代樣機(jī)沒有設(shè)計(jì)自卸機(jī)構(gòu)，收集的齊秸稈還需人工搬運(yùn)至田頭或指定區(qū)域，整體收集效率與人工勞作相比有提高，收集過程還需要人力勞動(dòng)，自動(dòng)化程度沒有顯著提高，收集效率有待進(jìn)一步提高。

表1 自走式秸稈齊捆收集機(jī)技術(shù)參數(shù)

第二代樣機(jī)在第一代樣機(jī)基礎(chǔ)上增加了自卸機(jī)構(gòu)，對收集機(jī)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使各機(jī)構(gòu)間結(jié)構(gòu)更合理，運(yùn)動(dòng)更順暢。收集車廂內(nèi)齊秸稈集滿后可以將機(jī)器開至田間地頭或者指定區(qū)域進(jìn)行側(cè)面自卸，操作方便，不用人力收集齊秸稈再進(jìn)行搬運(yùn)。人工收集秸稈速度為0.2畝/h～0.3畝/h，捆扎次數(shù)為2次/min～3次/min，而收集機(jī)的作業(yè)速度為3畝/h～4畝/h，捆扎次數(shù)為85次/min～90次/min，此試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，秸稈齊捆收集機(jī)大大節(jié)省了作業(yè)時(shí)間，提高了作業(yè)效率。試驗(yàn)中，研制的自走式全自動(dòng)齊秸稈收集機(jī)作業(yè)順暢，無故障發(fā)生，作業(yè)性能穩(wěn)定，實(shí)際試驗(yàn)檢測的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過該機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。

3 結(jié)束語

為解決齊捆秸稈收集效率低、成本高的問題，本文設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)自走式秸稈齊捆收集機(jī)，對該收集機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了說明。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該收集機(jī)能有效提高齊捆秸稈的收集效率，減少了勞動(dòng)力，為企業(yè)解決了齊捆秸稈收集效率低和成本高的問題，提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

作為秸稈資源大國，秸稈的綜合利用仍需進(jìn)一步研究。國內(nèi)的秸稈收集機(jī)械自動(dòng)化手段與發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)相比也還存在一定的差距。應(yīng)該依據(jù)我國國情與農(nóng)村生產(chǎn)的實(shí)際情況，進(jìn)一步綜合利用秸稈，并研制各種符合實(shí)際生產(chǎn)需要的秸稈收集機(jī)，擴(kuò)大秸稈應(yīng)用，為農(nóng)民增收，幫助相關(guān)企業(yè)發(fā)展。政府在這些方面應(yīng)該給予一定的政策支持，提高生產(chǎn)者、企業(yè)和農(nóng)民的積極性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會發(fā)展。