郭天水 ，張 權(quán) ，王 祥 ，楊博凱 ，殷梓程 ， 劉海旭 ，李 鑫 ，葉婉茹 ，曹洋川 ，羅開平 ，時 玲

（1.云南農(nóng)業(yè)大學，云南 昆明 650000；2.云南省煙草公司玉溪市公司，云南 玉溪 653100；3.中國機械總院集團云南分院有限公司，云南 昆明 650000）

我國是世界煙草大國，煙草的種植面積與產(chǎn)量均為全球第一，世界上35%的煙草都生產(chǎn)于我國，其獲得的收入以及稅收利潤是我國財政收入的重要來源[1]。近年來，我國煙草的種植面積達到100萬hm2，在煙葉采摘后的煙地中，1 hm2就有2 250 kg~3 000 kg的煙稈[2]，我國每年需要清理約150萬t的煙稈[3]。當前，我國仍主要通過人工清理煙稈，消耗了大量勞動力。而且目前農(nóng)村勞動力大量外流，煙農(nóng)老齡化嚴重，在勞動力減少及生產(chǎn)成本逐漸增加的情況下，煙稈清理機械能高效率完成煙稈清理工作，對減輕煙農(nóng)勞動強度起到至關(guān)重要的作用。

1 國外煙稈清理機械現(xiàn)狀

國外一些農(nóng)業(yè)發(fā)達國家（如美國、日本、加拿大、意大利、巴西等）研究煙稈清理機械的起步時間早、技術(shù)水平高、發(fā)展速度快，這些國家在煙草播種育苗、整地、施肥、起壟、覆膜、移栽、采收、煙稈清理、扎把烘烤等方面均已實現(xiàn)機械化，并逐步走向信息化、智能化、自動化[4]。其中，美國制造的煙稈清理機械依靠大功率拖拉機提供動力，早已實現(xiàn)電控、氣動、液壓等全自動化控制，技術(shù)先進、效率高、信息化程度高、作業(yè)幅寬大，非常適合在地勢平坦、工作范圍大的煙田種植區(qū)工作[5]。如美國MarCo公司研制的整稈式6027型煙草收獲機，其動力需要選用功率為58.8 kW以上的大型拖拉機作牽引。該機在作業(yè)時，機具的前進方向與煙稈方向為垂直狀態(tài)，在貼近地面的煙葉位置，先利用切刀把煙稈鋸斷，隨后在輸送鏈的傳送下將煙稈輸送至收集車上。雖然該機作業(yè)后煙蔸仍留在煙田之中，還需再進行處理，但該機的工作方式還是值得學習與借鑒的[6]。

日本種植煙草的區(qū)域面積相對較小，所以日本的農(nóng)業(yè)機械不同于美國高效率的大型機械，而更傾向于輕巧靈活的小型機械。由于日本人口老齡化十分嚴重，從20世紀60年代開始，日本的煙草耕作機械協(xié)會下屬的24家企業(yè)就開始聯(lián)合展開對煙草相關(guān)機械的研究[7]。因而日本的煙草在種植過程的各個環(huán)節(jié)均已實現(xiàn)全機械化作業(yè)，并且發(fā)展較為成熟[8]。如日本文明農(nóng)機株式會社研發(fā)的KB-10型煙稈清理機械與拖拉機配套使用，采用鏈式夾持拔稈方式，可一次性完成拔稈、碎稈、收集與搬運等一系列工作；井關(guān)農(nóng)機株式會社研制的RDT-80型煙稈清理機械搭配20~30馬力拖拉機，工作時拔根刀具反向回轉(zhuǎn)，直接切入煙蔸部位斬斷煙根，隨后將煙稈挖掘出來，作業(yè)效率高[9]。此外，還有一些煙稈清理機械研究比較成熟，穩(wěn)定性好、適應(yīng)能力強、操縱簡單、應(yīng)用范圍較廣，如KB-3C型、KB-2型、BTM-2000型等煙稈清理機械[10]。

綜上所述，當前國外的煙稈清理機械技術(shù)較為先進，不僅工作效率高，而且還朝著多功能、自動化、信息化方向發(fā)展，這對我國煙稈清理機械的發(fā)展起到了很大的借鑒作用。

2 國內(nèi)煙稈清理機械現(xiàn)狀

由于國內(nèi)與國外的煙草種植地域情況大不相同，我國的煙田地形較為復(fù)雜多樣，所以很多國外引進的煙稈清理機械不能直接用于我國的煙田作業(yè)。雖然我國的煙稈清理機械研發(fā)起步較晚，相對于發(fā)達國家還有很多不足之處。但近年來隨著我國對農(nóng)業(yè)機械化的重視，此領(lǐng)域研究的進展也比較迅速。根據(jù)我國不同的地理種植情況，各種機型的煙稈清理機械相繼出現(xiàn)[11]。綜合比較國內(nèi)目前現(xiàn)有的煙稈清理機械類型，分析其結(jié)構(gòu)以及工作原理，按照機器功能的不同可以分為普通煙草拔稈作業(yè)機械和煙草拔稈粉碎作業(yè)機械兩大類型。

2.1 普通煙草拔稈作業(yè)機械

普通煙草拔稈作業(yè)機械是一種功能比較單一的作業(yè)機械，其主要目的只是將煙田中的煙稈拔出來，不帶粉碎功能，一般具有結(jié)構(gòu)簡單、價格實惠等優(yōu)勢。根據(jù)其是否自帶動力，可分為自走式煙草拔桿作業(yè)機械與拖拉機懸掛式煙草拔稈作業(yè)機械兩種類型。

2.1.1自走式煙草拔稈作業(yè)機械

自走式煙草拔稈作業(yè)機械的行走及其工作動力是通過機身自帶的發(fā)動機傳遞的。由于其機身自帶動力，所以動力底盤一般較小，具有轉(zhuǎn)彎半徑小、行走靈活、操作簡單等優(yōu)勢[12]。因為我國大多數(shù)煙草都種植在山區(qū)丘陵，而這種區(qū)域受地貌狀況復(fù)雜、地塊小、坡度大、交通運輸困難、耕層淺、機具的適應(yīng)能力較差、選型難度系數(shù)高、煙農(nóng)的文化水平相對不高等因素的影響[13]，所以自走式煙草拔稈作業(yè)機械更貼合這一區(qū)域的需求。目前市面上的自走式煙草拔稈作業(yè)機械主要工作步驟大致相同，但是在功率選配、拔桿手段以及操作方式上會根據(jù)不同工作環(huán)境所適用的價格、性能而有所抉擇。

由福建省煙草公司南平市公司與福建省松溪縣永順機械有限公司聯(lián)合研制的YS-YGQ-1A型煙稈清理機[14]，如圖1所示。該機配套動力為11.30 kW~16.17 kW（相當于15~22馬力）的柴油發(fā)動機，底盤與機具GN-121型或DF-151型手扶拖拉機配套使用，作業(yè)時機器采用騎壟前進，通過挖掘轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)將煙稈從煙壟掘起，利用輸送轉(zhuǎn)子抖動甩掉煙蔸部位的土壤，并將煙稈傳送到集料斗中，集料斗裝滿后統(tǒng)一整齊有序地卸載至煙田指定位置。該煙稈清理機具有通用動力底盤、構(gòu)造簡單、操作便捷、工作效率高以及油耗較低等優(yōu)勢[15]。

圖1 YS-YGQ-1A型煙稈清理機

山東華盛農(nóng)業(yè)藥械有限責任公司研制的4JZ-50自走式煙稈拔除機，如圖2所示。該機以101手扶拖拉機為平臺，配套7.5 kW風冷柴油機，采用手搖式啟動或電啟動，采用滾刀式拔桿機構(gòu)，通過騎壟作業(yè)、反轉(zhuǎn)挖掘、回轉(zhuǎn)振土輸送，能連續(xù)將煙稈連根掘起，同時將附土清理干凈、煙壟推平，并將煙稈有序地擺放在煙田上。該機煙桿拔除率≥98%，煙桿損壞率≤8%，具有體積小、重量輕、適應(yīng)性強等特點。

圖2 4JZ-50自走式煙稈拔除機

2.1.2拖拉機懸掛式煙草拔稈作業(yè)機械

拖拉機懸掛式煙草拔稈作業(yè)機械其自身不帶動力，由拖拉機負責提供動力。其拔稈動力來源于拖拉機PTO，具有動力輸出穩(wěn)定、工作效率高、作業(yè)質(zhì)量好、可以配套多種不同類型農(nóng)機具、適應(yīng)能力強、作業(yè)范圍廣、綜合利用性能較高等優(yōu)勢[16]。

由安徽博萊澤農(nóng)業(yè)機械科技有限公司研制的1BGY-100型煙田拔桿機采用三點懸掛式與拖拉機后掛式連接，如圖3所示。通過一對傾斜安裝、相對相向旋轉(zhuǎn)的刀輥切斷側(cè)根，可以將煙田中的煙稈及煙稈根莖一同拔起。該機采用通用鼓型滾刀作為拔稈刀具，不光其構(gòu)造簡單，縮減了制造及維護成本，并且該機還配置了安全離合裝置的萬向傳動軸，當?shù)遁佋庥龃笞枇r，可切斷拖拉機動力，減少設(shè)備的故障率，保護機器不受損。其拔桿能力強，拔稈率可達到95%以上。

圖3 1BGY-100型煙田拔桿機

由山東青州華龍機械科技有限公司制造的4YG-1B型煙稈收獲機[17]，如圖4所示。該機可配套25.7 kW~29.4 kW的拖拉機，與拖拉機配套使用的懸掛式機具利用兩組不同旋向的旋刀做旋轉(zhuǎn)運動和機具前進的復(fù)合運動對壟上的煙稈進行拔除作業(yè)。該機為提高拔除質(zhì)量，在拔除機構(gòu)前面設(shè)置了兩個刀盤，以鏟除壟上雜草并對壟溝雜草進行覆蓋，其性能特點是能一次性完成拔稈、除土、平壟、覆蓋雜草等一系列作業(yè)。由于該機采用全齒輪傳動機構(gòu)，所以具有結(jié)構(gòu)堅固、整機剛度強、效率高、故障率低等優(yōu)勢。在土壤含水率不大于20%的狀況下能正常工作，若超出適用范圍，有可能導(dǎo)致作業(yè)性能下降、機器使用壽命縮短等負面影響。

圖4 4YG-1B型煙稈收獲機

山東華盛農(nóng)業(yè)藥械有限責任公司研制的4JD-80煙稈拔除機[18]，如圖5所示。通過與驅(qū)動功率不小于22 kW的拖拉機三點懸掛連接傳遞動力，利用反轉(zhuǎn)挖掘、回轉(zhuǎn)振土輸送的工作原理，可將煙稈包括根部一同刨出，隨后將煙壟推平，并有序地將煙稈擺放在煙田上，煙稈拔除率高達98%，大大提高了工作效率。該機型工作過程不纏草、無跑偏現(xiàn)象，拔出的煙桿完整，根須浮土清理得較為干凈。

圖5 4JD-80煙稈拔除機

李新善等設(shè)計的鏈夾式煙稈拔除機[19]，如圖6所示。采用拖拉機前置動力輸出，當拖拉機前進作業(yè)時，煙稈進入相對運動的兩條鏈條中間，利用鏈條中的壓力彈簧可將煙稈緊緊夾住，通過向上傾斜的拔稈方式，將煙桿連續(xù)不斷拔起輸出。該機具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)勢，但鏈夾式拔稈機的主要工作部件為鏈條，所以該機在作業(yè)過程中對鏈條中的壓力彈簧的損傷較大，且壓力彈簧頻繁地拉伸，易造成疲勞損害，使壓力彈簧彈力逐漸縮小，致使不能有效地夾緊煙稈，影響作業(yè)效率[20]。

圖6 鏈夾式煙稈拔除機

2.2 煙草拔稈粉碎作業(yè)機械

由于普通煙草拔稈作業(yè)機械只具有拔稈功能，一道工序完成后，拔出的煙稈排放在煙壟地間，若不及時將刨出的煙稈清理出田間，將會導(dǎo)致病蟲大量滋生繁殖，造成各種有害生物的擴散[21]。因此，為防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，通常普通煙草拔稈作業(yè)機械作業(yè)后還會通過人工二次作業(yè)，對于田間已刨出的煙稈統(tǒng)一采集回收，移送指定地點進行粉碎[22]，再制成生物質(zhì)燃料[23]，或者用于造紙[24]、制備活性炭[25]等新能源方面。而煙草拔稈粉碎作業(yè)機械既可以拔出煙稈，又能直接對煙稈進行粉碎。其中，拔稈部分的工作原理與普通煙草拔稈作業(yè)機械大致相同，主要區(qū)別是增添了煙稈粉碎器，其中包含割刀、切割刀架、鼓風機、上拋滑槽等結(jié)構(gòu)。

江蘇久泰農(nóng)業(yè)裝備科技有限公司研制的江蘇久泰智農(nóng)JTBG-A拔桿機[26]，如圖7所示。該煙草拔稈粉碎作業(yè)機械采用后置式三點懸掛連接，利用通用四輪拖拉機傳輸提供動力。工作時，通過輥筒軸上交錯的旋耕刀高速旋轉(zhuǎn)運動將煙稈從煙壟拔起，隨后經(jīng)輸送輥組和高速輸送輥所形成的輸送通道將煙稈傳送到機器后部煙稈粉碎器。在動、定切割刀的作用下粉碎煙稈，通過鼓風機產(chǎn)生的高速氣流由滑槽將粉碎物吹送至收納袋中。該機結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊備，作業(yè)效率高，可同時實現(xiàn)拔稈、輸送、粉碎一體化作業(yè)，解決了煙稈回收的問題。

圖7 江蘇久泰智農(nóng)JTBG-A拔桿機

廣西中煙工業(yè)有限責任公司設(shè)計的一體式煙稈拔稈粉碎機[27]，如圖8所示。該機由四輪拖拉機三點懸掛裝置提供前進動力，并配置液壓系統(tǒng)分別為拔稈機構(gòu)、輸送機構(gòu)和粉碎機構(gòu)提供動力。該機利用旋耕原理設(shè)計的掘蔸式拔稈刀輥，可在煙稈拔出的同時又起到一定的耕整壟地的效果。脫離地面的煙稈會在輸送機構(gòu)的作用下被強制輸送并喂入粉碎機構(gòu)入口進行粉碎，煙稈粉碎成顆粒后經(jīng)上拋滑槽拋送機外[28]。該機拔稈功耗低、適應(yīng)性好，且能夠一次性完成煙稈的掘起、傳送、粉碎以及回收等作業(yè)，省去了煙農(nóng)的二次作業(yè)。因為該機本身不配備收納裝置，工作時還需配備同速行駛的收集車負責收集粉碎機拋送的煙稈粉碎顆粒。同時，由于收集車容積較大，減少了?？啃读系拇螖?shù)，從而提高了拔桿回收的效率。

圖8 一體式煙稈拔稈粉碎機

3 我國煙稈清理機械發(fā)展存在的問題

近年來，隨著我國煙草領(lǐng)域農(nóng)業(yè)機械化的不斷發(fā)展，目前煙草田間作業(yè)生產(chǎn)機械，如深耕、整地、起壟、施肥、覆膜、移栽、病蟲害、煙葉采收等環(huán)節(jié)的相關(guān)機械已經(jīng)逐漸被煙農(nóng)認可，也因此釋放了眾多勞動力。盡管煙稈清理機械在近幾年被研制出多種機型，但其使用率與使用效果與發(fā)達國家仍有較大差距?？傮w來說，田間煙桿處理技術(shù)相對于國外還十分薄弱，當前研制的煙稈清理機械仍不能滿足眾多煙農(nóng)的實際作業(yè)需求，絕大多數(shù)煙農(nóng)仍選擇以人工拔桿方式對煙稈進行處理，大大增加了煙農(nóng)的負擔。課題組分析該情況的主要原因如下。

3.1 煙稈清理機械結(jié)構(gòu)不合理

一方面，當前市面上現(xiàn)有的煙稈清理機械大部分為單一功能機械，具有多功能的機械少，而煙農(nóng)大多站在經(jīng)濟角度考慮，基本很少考慮單一功能的農(nóng)機。另一方面，我國研制的煙稈清理機械中小型機械偏多，而大中型機械偏少，缺乏“功能集成、一機多能”的大中型聯(lián)合作業(yè)機械，導(dǎo)致作業(yè)幅寬小，工作效率低，綜合效益不高。因為煙稈清理機械結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，最終導(dǎo)致其利用率低，影響了整體煙稈清理技術(shù)的進步。

3.2 不同地域?qū)C械需求差異大

我國煙田種植區(qū)不同地域之間的地形地貌差異較大，其主要的地形地貌類型大致可分成3種：東北煙草種植區(qū)、黃淮煙草種植區(qū)以及丘陵煙草種植區(qū)。由于東北煙草種植區(qū)地勢平坦，種植地塊面積較大，所以工作效率高是該地區(qū)機型考慮的重要因素，以大型機械為主；而黃淮煙草種植區(qū)與丘陵煙草種植區(qū)的煙草種植區(qū)域比較分散，種植面積比較小，所以機動性強的中小微型機械成為這些地區(qū)煙農(nóng)的最佳選擇。不同地域的地形地貌不同，導(dǎo)致煙農(nóng)對機械的需求產(chǎn)生了較大差異，因此非?？简灍煻捛謇頇C械的通用性，加大了煙稈清理機械的研究難度。

3.3 煙稈清理機械價格過高

一方面，國內(nèi)大部分煙草種植區(qū)經(jīng)濟發(fā)展相對較落后，煙農(nóng)收入較低，且多數(shù)煙農(nóng)不愿意將資金花費在清理煙田步驟上。另一方面，煙稈清理機械價格與維護費用較高，且國際油價持續(xù)上漲，利潤回收期過長，導(dǎo)致煙稈清理機械市場前景非常有限。

3.4 煙區(qū)種植規(guī)模較小

國內(nèi)大部分煙草種植農(nóng)戶規(guī)模較分散，每戶煙田規(guī)模較小，每次機械實際作業(yè)的時間短、總耗時較長，煙農(nóng)單戶購買煙稈清理機械的利用率不高，甚至一些大中型機械無法駛?cè)霟熖?。部分煙田中還零散地夾雜種植著其他作物，煙草不是連片種植，難以滿足“田塊方格化、道路網(wǎng)絡(luò)化”的農(nóng)藝要求，增加了煙稈清理機械的實際工作難度，降低了機械的作業(yè)效率，農(nóng)業(yè)機械化的規(guī)模效益難以施展。

3.5 煙稈清理機械研發(fā)基礎(chǔ)較弱

我國煙稈拔除機發(fā)展較晚，目前現(xiàn)有機型多為國外引進或由煙稈形狀相近的其他產(chǎn)物殘桿拔除機改進而成。煙稈清除環(huán)節(jié)的農(nóng)機的研發(fā)缺乏大型廠商的扶持，大多數(shù)頗有實力的廠商不愿意在煙稈清理機械的研發(fā)上花費過多的資金與精力，導(dǎo)致研發(fā)積累的經(jīng)驗有限，突破性進展緩慢，還未形成高效的研發(fā)體系，很難研制出符合煙農(nóng)實際需求的機械設(shè)備。

4 我國煙稈清理機械的發(fā)展建議

煙稈清理的工序繁雜，勞動強度較大，而且各個地區(qū)的種植地況相差較大，很難推行一種通用的拔桿機械，且工作環(huán)境大多較為惡劣，對煙稈清理的技術(shù)要求高、難度大。因此，應(yīng)以實際問題作為出發(fā)點，積極探索可以解決問題的對策，課題組認為可以從以下幾個方面探索。

4.1 嚴格規(guī)范農(nóng)藝要求

農(nóng)機作業(yè)的效果與農(nóng)藝的影響是緊密相連的，農(nóng)機的高效率離不開農(nóng)藝，煙草種植標準的農(nóng)藝要求應(yīng)該得到推廣。在煙草種植期間實現(xiàn)標準化，統(tǒng)一進行煙壟整齊、煙株間距保持一致等農(nóng)藝標準規(guī)劃，嚴格按照標準的農(nóng)藝規(guī)范種植，健全煙草種植農(nóng)藝管理體系，從而提高機械的作業(yè)效率。

4.2 大力研發(fā)自走式多功能煙稈清理機械

由于目前多數(shù)煙稈清理機械的功能較為單一，間接增加了整體作業(yè)的成本。目前，雖然國內(nèi)一些廠家研制出了煙草拔稈粉碎機，但多以拖拉機懸掛式為主，面對種植規(guī)模小的煙田存在轉(zhuǎn)彎幅度大、操作不靈活等問題。因此，應(yīng)大力研發(fā)自走式的煙稈拔除、粉碎、清理、回收等多功能煙稈清理機械，增強小規(guī)模煙田機械實用性，降低山區(qū)煙農(nóng)勞動強度。

4.3 加大農(nóng)機購置補貼力度

積極爭取政府或相關(guān)部門對農(nóng)機的補貼政策，將煙稈清理機械納入農(nóng)機購機補貼目錄之內(nèi)。減輕清理煙田的作業(yè)成本，提高煙農(nóng)的購買欲望，增加企業(yè)收入，調(diào)動研發(fā)積極性，研制出更高效實用的農(nóng)機，提高煙草的產(chǎn)量和質(zhì)量，增加煙農(nóng)的經(jīng)濟收入，形成良性循環(huán)。

4.4 促進煙草種植規(guī)?；?/h3>

在當前社會大環(huán)境的影響下，農(nóng)村人口大量外流，許多農(nóng)村土地流出，這為實現(xiàn)煙草種植規(guī)?；峁┝朔浅Ｓ欣臈l件。積極調(diào)動種煙大戶、農(nóng)場或種煙合作社等重要力量，將零散的土地轉(zhuǎn)變成集中化、模式化的規(guī)范型煙草種植基地，不但可以方便煙草種植的農(nóng)藝管理，而且可以提高煙稈清理機械的作業(yè)效率，大大增加煙草種植帶來的效益。

5 總結(jié)

煙草行業(yè)的經(jīng)濟效益十分可觀，煙草相關(guān)機械的需求也是十分龐大的，盡管當前煙草從種植到收獲階段的機械研發(fā)已相對成熟，但煙稈清理步驟仍主要采用人工方式，費時費力。因此，為促進煙田清理機械化發(fā)展，應(yīng)積極探討當前煙稈清理機械存在的實際問題，并不斷尋找可以真正解決實際問題的方式方法，早日實現(xiàn)真正意義上的煙草全程機械化。