河北省耕作機(jī)械技術(shù)創(chuàng)新中心 張培增 馮振水 趙純 王帥

1 國內(nèi)外青貯玉米收獲機(jī)械發(fā)展概況

大多數(shù)青貯玉米收獲機(jī)可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求進(jìn)行玉米青貯或黃貯收獲作業(yè)。一般的青貯玉米是在玉米籽粒蠟熟初期進(jìn)行收獲，此時(shí)的玉米莖稈和葉片呈嫩綠色，玉米籽粒乳線位于玉米籽粒長度的1/3～2/3處，收獲機(jī)作業(yè)要將玉米莖稈（含葉片）和果穗一起收割，作業(yè)過程主要包括莖稈切割、莖稈輸送壓扁、莖稈喂入切碎、籽粒破碎以及物料拋送等作業(yè)。收獲后的物料還要通過一定的方法，充分進(jìn)行壓實(shí)排氣，并在特定的貯存設(shè)施內(nèi)密閉發(fā)酵，這樣才可以調(diào)制成青貯飼料。一般的黃貯玉米是在玉米籽粒完全成熟以后進(jìn)行收獲，收獲時(shí)要將玉米果穗單獨(dú)摘取，只將遺留在田間的玉米莖葉作為飼料進(jìn)行收獲。此時(shí)，玉米莖稈的末梢和大部分葉子已經(jīng)枯黃，故稱為黃貯。實(shí)際上，玉米黃貯是傳統(tǒng)的玉米收獲方式的補(bǔ)充作業(yè)，也是一項(xiàng)玉米秸稈綜合利用技術(shù)。

青貯玉米機(jī)械化收獲技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了人工作業(yè)、半機(jī)械化分段作業(yè)以及全過程機(jī)械化聯(lián)合作業(yè)3個(gè)階段。目前玉米飼料青貯收獲聯(lián)合作業(yè)機(jī)（簡稱青貯玉米收獲機(jī)，下同）有好多種類，按照適合收獲對(duì)象分為飼料專用型、糧飼兼用型以及糧飼通用型；按照與動(dòng)力系統(tǒng)的配合連接方式分為牽引式、懸掛式和自走式3種。

牽引式玉米青貯收獲機(jī)需要依靠拖拉機(jī)牽引才能行走作業(yè)，工作動(dòng)力通過萬向節(jié)傳動(dòng)軸與拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸連接獲取。這種機(jī)型的特點(diǎn)是組成結(jié)構(gòu)簡單，使用成本較低，但在進(jìn)地后進(jìn)行第一趟作業(yè)時(shí)，需要人工輔助開出機(jī)組行走道才可正常作業(yè)，而人力輔助作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度較大，生產(chǎn)效率較低。此外，由于作業(yè)機(jī)組整體很長，到地頭轉(zhuǎn)彎時(shí)走過的半徑較大，不適合在小地塊作業(yè)，存在很大的局限性，對(duì)作業(yè)條件的適應(yīng)性較差，所以，這種機(jī)型目前已很少在生產(chǎn)中使用。

懸掛式玉米青貯收獲機(jī)需要與拖拉機(jī)或其他大型谷物聯(lián)合收獲機(jī)等配套使用。與拖拉機(jī)采取懸掛式配套連接，主要有側(cè)懸掛和后懸掛兩種連接方式，而與大型谷物聯(lián)合收獲機(jī)連接主要采用前懸掛連接方式。這種機(jī)型可以利用配套主機(jī)的動(dòng)力，除了具有結(jié)構(gòu)簡單和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)外，在非作業(yè)狀態(tài)下還可以依靠主機(jī)的懸掛系統(tǒng)提升起來，離開作業(yè)地面，因而有更好的機(jī)動(dòng)性能。其不足之處是作業(yè)功能受主機(jī)限制，且駕駛操作方便性差，所以在生產(chǎn)上使用的數(shù)量正在逐年減少。

自走式玉米青貯收獲機(jī)可一次性完成收割、輸送、切碎、揉搓和拋送、裝運(yùn)等多項(xiàng)作業(yè)，與牽引式、懸掛式玉米青貯收獲機(jī)相比，有自己獨(dú)立的行走系統(tǒng)，整機(jī)的配套性和協(xié)調(diào)性好，轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)靈活，不需要人工輔助作業(yè)開作業(yè)道，適應(yīng)范圍廣。除此之外，還具有作業(yè)性能好、作業(yè)效率高、操作舒適性和工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。有的機(jī)型還可更換不同割臺(tái)，對(duì)牧草、小麥、燕麥等低桿青貯飼料進(jìn)行收獲，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。但是，不足之處是整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本和購買價(jià)格較高，維護(hù)保養(yǎng)的要求和使用成本也相對(duì)較高。

我國青貯玉米收獲技術(shù)的起步較晚，技術(shù)相對(duì)落后。國內(nèi)初期生產(chǎn)的青貯玉米收獲機(jī)以往復(fù)割刀為主，雖然也可以一次實(shí)現(xiàn)切割、喂入、鍘切、拋送裝車等作業(yè)，但多數(shù)機(jī)型對(duì)高稈飼料作物適應(yīng)性差，而且收獲效果也有較大差距，突出問題是作業(yè)效率低、功率損耗大、莖稈切碎質(zhì)量低、玉米籽粒不能破碎、工作穩(wěn)定性和可靠性差等。自走式青貯玉米收獲在歐美發(fā)達(dá)國家起步較早，使用非常普遍，幾乎全部采用圓盤式割臺(tái)，莖稈切碎和籽粒破碎等相關(guān)技術(shù)應(yīng)用較為成熟，機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高，作業(yè)功能完善，技術(shù)水平先進(jìn)，突出問題是價(jià)格昂貴，一臺(tái)機(jī)械少則上百萬，多則數(shù)百萬。

近些年來，國內(nèi)許多青貯飼料收獲機(jī)廠商開始學(xué)習(xí)消化國外先進(jìn)產(chǎn)品，研究開發(fā)出多種機(jī)型，其中具有代表性的有：新疆機(jī)械研究院股份有限公司研制生產(chǎn)的牧神牌9QSZ系列自走式青貯飼料收獲機(jī)、中機(jī)美諾科技股份有限公司研制生產(chǎn)的美諾牌9800型自走式飼料收獲機(jī)、石家莊美迪機(jī)械有限公司生產(chǎn)的美迪牌9QZ系列自走式青飼料收獲機(jī)等。此外，一些國外企業(yè)也在國內(nèi)設(shè)廠生產(chǎn)和設(shè)點(diǎn)銷售大型青貯飼料收獲機(jī)，主要有：德國克拉斯（CLAAS）公司的JAGUAR800/900系列青飼收獲機(jī)、美國約翰迪爾（John Deere）公司的7000/8000系列青飼收獲機(jī)、美國紐荷蘭（NEWHOLLAND）公司的FR系列青飼收獲機(jī)、德國科羅尼（KRONE）公司的BIGX系列青飼收獲機(jī)等。

2 我國青貯玉米收獲機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 市場需求以中型機(jī)械為主，大型機(jī)械呈逐步增加態(tài)勢(shì)

國外青貯玉米種植主要以大型農(nóng)場為主，土地集中連片，地塊面積大，種植模式基本統(tǒng)一，機(jī)械化程度很高，所使用的青貯玉米收獲機(jī)大多是割幅在5m以上的大中型自走式機(jī)型。然而，我國的基本情況是人口眾多，土地資源緊缺，地塊零碎，高低起伏，面積小，青貯玉米種植分散、模式多樣，大型農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用受條件局限較大。

伴隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平迅速提升，農(nóng)村從事非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的勞動(dòng)力比重增加，土地集中化程度逐步提高，以及畜牧養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)規(guī)模化逐步發(fā)展，青貯玉米種植面積以及種植規(guī)模相應(yīng)擴(kuò)大，青貯玉米收獲裝備逐步向大中型方向轉(zhuǎn)變，甚至在一些地方配備了超大型機(jī)型，以滿足提高作業(yè)效率、降低生產(chǎn)成本的需求。從發(fā)展趨勢(shì)看，大中型、自動(dòng)化、智能化的青貯玉米收獲裝備的需求數(shù)量正在提升，滿足市場對(duì)大型機(jī)具的需求已成為必然，這標(biāo)志著我國農(nóng)業(yè)裝備的開發(fā)與應(yīng)用正在進(jìn)入一個(gè)新的階段。但就近期市場需求來看，大中小型機(jī)械并存應(yīng)是基本態(tài)勢(shì)，其中作業(yè)幅寬在2～3米的中型青貯玉米收獲機(jī)仍然占有較高的比重。

2.2 高效能與低能耗機(jī)型受到用戶青睞

隨著全球能源危機(jī)的加重以及人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，低能耗、高效能的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用越來越受到人們的普遍重視。大多數(shù)發(fā)達(dá)國家很早就開始進(jìn)行了這方面的研究，投放到市場的機(jī)型無論是整體結(jié)構(gòu)、適用范圍、制造質(zhì)量，還是作業(yè)功能、作業(yè)性能、作業(yè)效率等，均處于領(lǐng)先地位。國外研發(fā)生產(chǎn)的自走式青貯飼料收獲機(jī)許多都配備有金屬物探測(cè)裝置、玉米籽粒破碎裝置和智能化控制系統(tǒng)，一臺(tái)主機(jī)可以根據(jù)收獲對(duì)象更換高稈割臺(tái)、矮稈割臺(tái)和撿拾割臺(tái)，多數(shù)割臺(tái)具有割幅寬、喂入量大、結(jié)構(gòu)緊湊、可折疊運(yùn)輸、能地面仿形、能反轉(zhuǎn)清堵、能不對(duì)行低割茬收割等技術(shù)特點(diǎn)。例如，德國克拉斯（CLAAS）公司生產(chǎn)的青貯飼料收獲機(jī)作業(yè)效率高，性能好，質(zhì)量優(yōu)，單位作業(yè)量油耗低，操作環(huán)境舒適，視野開闊。美國約翰迪爾（John Deere）公司的青貯飼料收獲機(jī)還配備有割臺(tái)自動(dòng)仿形控制系統(tǒng)，能夠在斜坡地或者起伏不平的地面條件下自動(dòng)仿形作業(yè)。

由于受多種因素影響，國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的機(jī)型相對(duì)落后，很多方面不能滿足高端用戶的要求。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著國內(nèi)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化的快速發(fā)展，各地對(duì)青貯飼料收獲機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率等性能提出了更高的要求。一部分大型養(yǎng)殖場，開始引進(jìn)國外先進(jìn)機(jī)型，并且出現(xiàn)進(jìn)口機(jī)型數(shù)量逐年增加的情況，國內(nèi)企業(yè)很快開始了對(duì)國外先進(jìn)機(jī)型的消化研究，先后就有中機(jī)美諾科技股份有限公司研制開發(fā)了美諾牌9265型自走式青貯飼料收獲機(jī)、石家莊美迪機(jī)械有限公司研制了美迪牌9QZ系列自走式青飼料收獲機(jī)、新疆機(jī)械研究院股份有限公司研制了牧神牌9QSZ-3000型自走式青（黃）貯飼料收獲機(jī)。這些產(chǎn)品的功能與國外機(jī)型接近，可一次作業(yè)完成作物收割、喂入、切碎、揉搓及拋送裝車等作業(yè)，代表了國內(nèi)機(jī)型的領(lǐng)先水平，但價(jià)格大幅度低于國外機(jī)型，成為國內(nèi)農(nóng)機(jī)市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，市場銷售占有率一度達(dá)到70%以上。

同時(shí)也應(yīng)該看到，目前國產(chǎn)青貯飼料收獲機(jī)與國外產(chǎn)品還存在著不小的差距，主要問題是可靠性和適應(yīng)性差。因此應(yīng)該在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究與創(chuàng)新，尤其要對(duì)關(guān)鍵核心零部件進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、加工工藝、動(dòng)力匹配以及動(dòng)力傳動(dòng)等方面進(jìn)行突破和優(yōu)化，以期在技術(shù)性能和使用可靠性上逐步達(dá)到或超過國外先進(jìn)產(chǎn)品。

2.3 注重自動(dòng)化與智能化技術(shù)的應(yīng)用

國外青貯飼料收獲機(jī)械的自動(dòng)化與智能化技術(shù)也處于先進(jìn)水平，相關(guān)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)也處于前列。大多數(shù)自走式機(jī)型普遍采用了先進(jìn)的自動(dòng)化、信息化與智能化技術(shù)，如機(jī)電液一體化技術(shù)、自動(dòng)導(dǎo)航與輔助駕駛技術(shù)、智能控制技術(shù)、自動(dòng)對(duì)行收獲技術(shù)、關(guān)鍵部件工作狀態(tài)電子監(jiān)控技術(shù)、一鍵駕駛和可視界面操控技術(shù)、液壓驅(qū)動(dòng)底盤與自動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)等，從而大大提高了機(jī)器作業(yè)效率和作業(yè)性能的可靠性與穩(wěn)定性、作業(yè)條件適應(yīng)性以及駕駛操作的舒適性與方便性。尤其像克拉斯（CLAAS）、約翰迪爾（John Deere）、紐荷蘭（NEWHOLLAND）、科羅尼（KRONE）等知名國際品牌在性能、質(zhì)量等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且不斷向著更加智能化、自動(dòng)化、大型化、多功能、高效率的方向發(fā)展。

從最近引進(jìn)的國外先進(jìn)機(jī)型看，青貯飼料收獲機(jī)械又呈現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)，主要有：基于CAN總線控制的智能控制系統(tǒng)、作業(yè)過程中金屬異物智能監(jiān)控和報(bào)警、切碎刀具修磨自動(dòng)控制系統(tǒng)、切碎長度無級(jí)調(diào)整系統(tǒng)、堵塞故障自動(dòng)反轉(zhuǎn)排除、超耐磨籽粒破碎輥、破碎輥間隙自動(dòng)調(diào)整、主要作業(yè)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)控等。與此同時(shí)，我國農(nóng)機(jī)制造企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)也加強(qiáng)了農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化與智能化技術(shù)研究，一批可用于青貯飼料收獲機(jī)械的自主研究成果不斷在青貯飼料收獲機(jī)械上得到應(yīng)用，加之人們對(duì)國產(chǎn)自動(dòng)化與智能化技術(shù)的認(rèn)可度不斷提高，從而使得自動(dòng)化與智能化程度較高的青貯玉米收獲裝備的研究開發(fā)應(yīng)用成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

3 我國青貯玉米收獲機(jī)械的研究方向

根據(jù)以上分析，對(duì)現(xiàn)有國產(chǎn)青貯飼料收獲裝備進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，開發(fā)功能更加完善、性能更加領(lǐng)先的國產(chǎn)青貯飼料收獲機(jī)，滿足我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)對(duì)青貯飼料收獲機(jī)械日益增長的技術(shù)需求，已經(jīng)成為行業(yè)面臨的必然選擇。筆者認(rèn)為，當(dāng)前應(yīng)重點(diǎn)把握以下技術(shù)研究方向。

3.1 研究新型切割和輸送技術(shù)

研究新型不分行割臺(tái)，可有效控制割茬高度和一致性，莖稈的收攏和輸送流暢，喂入均勻，方向一致，為后續(xù)均勻切碎創(chuàng)造了條件；一旦發(fā)生堵草現(xiàn)象，排堵系統(tǒng)能及時(shí)工作，有效解決出現(xiàn)的問題，保證作業(yè)正常進(jìn)行；研究掉落果穗回收技術(shù)，能有效降低果穗收獲損失，保證收獲作業(yè)后的田間干凈整潔，做到應(yīng)收盡收，實(shí)現(xiàn)低損收獲。

3.2 研究強(qiáng)壓喂入和鍘切技術(shù)

研究強(qiáng)壓浮動(dòng)多輥喂入機(jī)構(gòu)和速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提高莖稈壓扁和破節(jié)效果，縮短喂入距離，保證喂入均勻，提高鍘切長度調(diào)整的方便性，進(jìn)而有效提高飼料調(diào)制的質(zhì)量和營養(yǎng)轉(zhuǎn)化率；研究金屬或異物探測(cè)技術(shù)，有效保護(hù)鍘切裝置不被金屬異物損壞，提高刀具使用壽命；研究新型滾筒式切碎器，開發(fā)抗磨損切碎刀片，研究合理的刀組布局方案，減少重復(fù)鍘切浪費(fèi)，提高鍘切效率，大幅度降低鍘切功耗。

3.3 研究創(chuàng)新籽粒破碎技術(shù)

籽粒破碎是提高玉米籽粒營養(yǎng)利用率的重要手段，未經(jīng)破碎處理的玉米籽粒很難被動(dòng)物充分吸收，白白損失大量的營養(yǎng)物質(zhì)。破碎輥是籽粒破碎裝置的核心零部件，主要作用是將完整的玉米籽粒破碎成5～7瓣，同時(shí)可將切成段狀的莖葉進(jìn)行揉搓，使其變得更加細(xì)碎、柔軟，使牛、羊等牲畜采食用后更容易消化。要重點(diǎn)研究破碎輥表面高耐磨材料及制造工藝，研究破碎輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)優(yōu)化以及智能化控制技術(shù)，提高籽粒破碎率和破碎均勻性。同時(shí)要加強(qiáng)籽粒破碎機(jī)理的試驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新籽粒破碎裝置。

3.4 研究自動(dòng)磨刀控制技術(shù)

青貯玉米收獲機(jī)切碎飼料主要依靠切碎裝置的動(dòng)刀片，工作一段時(shí)間后刃口會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，直接影響青貯飼料效率和質(zhì)量，還會(huì)使動(dòng)力消耗大大增加。因?yàn)榍兴檠b置動(dòng)刀磨損是青貯飼料收獲機(jī)普遍存在的問題，所以不少的青貯飼料收獲機(jī)增加了磨刀裝置，而且最近幾年又出現(xiàn)了自動(dòng)磨刀裝置，已經(jīng)受到用戶的普遍歡迎。需要深入研究鍘切刀具自動(dòng)磨削和智能控制系統(tǒng)，要綜合應(yīng)用自動(dòng)化、智能化以及機(jī)電液一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在作業(yè)過程中適時(shí)磨刀，保持鍘切裝置良好的技術(shù)狀態(tài)，其對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)器作業(yè)的高效率、高質(zhì)量、低能耗意義重大。

3.5 研究青貯收獲與打捆包膜一體化技術(shù)

青貯玉米收獲配套打捆包膜一體化技術(shù)已成為用戶的需求之一。據(jù)了解，歐美等發(fā)達(dá)國家較早就開始了這方面的研究，但目前僅在小型青貯玉米收獲機(jī)上有應(yīng)用。而我國現(xiàn)有的青貯玉米收獲機(jī)械，多是拋送到運(yùn)輸車上，或者拋送到自身附帶的集料箱內(nèi)，如果需要打捆包膜儲(chǔ)存，還需要用專門的打捆包膜機(jī)完成。這樣的分段作業(yè)方式，過程較為繁雜，工作效率不高，還會(huì)因?yàn)榇虬患皶r(shí)，造成物料水分和營養(yǎng)成分的流失，影響青貯玉米的后期發(fā)酵貯存，降低青貯飼料的質(zhì)量與適口性。因此，研究適合我國條件的青貯玉米收獲與打捆包膜一體化技術(shù)，開發(fā)與青貯玉米收獲裝備配套的打捆包膜裝置，也應(yīng)是青貯玉米收獲技術(shù)研究的重點(diǎn)方向之一。