秸稈打捆機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

劉曉亮

(哈爾濱市阿城區(qū)亞溝街道辦事處，哈爾濱 150321)

0 引言

我國作為農(nóng)業(yè)大國，玉米與水稻為主要種植作物，產(chǎn)生的秸稈量也是非常豐富的。我國地理遼闊，農(nóng)作物種植面積廣泛，針對的秸稈處理方式也不盡相同。一些地區(qū)在農(nóng)作物收獲后，將秸稈進行粉碎，鋪撒在田間(圖1)，還有地區(qū)主要采用就地焚燒的方式，造成秸稈資源的浪費及環(huán)境的污染(圖2)。事實上，秸稈不僅可以當作燃料還有很多用途，例如，進行發(fā)酵產(chǎn)生酒精、轉化為液體燃料、制備成青貯飼料、培養(yǎng)可食用菌類。

圖1 秸稈還田

圖2 秸稈焚燒現(xiàn)場

目前，環(huán)境保護問題得到了國家的高度重視，已經(jīng)嚴格禁止秸稈的焚燒，對于秸稈利用率較低的問題也采取了相關政策，但是由于秸稈分布較廣，對秸稈進行收集耗時耗力，所以打捆機的出現(xiàn)解決了秸稈收集工作的問題。

1 秸稈打捆機研究現(xiàn)狀

我國對于秸稈打捆機的研究工作也是近些年才開始的，1970年我國才開始對引進的秸稈打捆機進行相關的科學研究，分析內(nèi)部結構、生產(chǎn)工藝等[1]。經(jīng)過數(shù)十年的研究工作，正式成功研制出第一臺秸稈打捆機，并在各地開始投放使用。實際上，我國在2000年才開始大面積普及使用秸稈打捆機械，在引進使用德國和美國進口秸稈還田機后，目前已經(jīng)研發(fā)出各類小型打捆機，主要應用二次打捆技術、側向牽引技術等。

2006年，中國農(nóng)業(yè)機械化研究院成功研制出了9YFQ-1.9型打捆機，該機器在打捆工作進行時，秸稈在機器內(nèi)移動順滑，致使生產(chǎn)效率大大提高。并針對該系列的機器不斷地進行優(yōu)化，將優(yōu)化后的新系列產(chǎn)品不斷向市場投放。上海世達爾農(nóng)業(yè)機械公司研制出9YFQ-2.2ZS型打捆機(圖3)，適用于高強度秸稈的切割、破碎、拾取和打捆。主要用于收獲玉米、棉花等秸稈。其工作流程主要包括將秸稈進行揉搓并輸送，隨即喂入打捆機內(nèi)進行壓縮、捆扎等步驟。自動截取、切割秸稈，放在田間或攤鋪，形成形狀有序、密度均勻的矩形捆。

黑龍江德沃公司研制的9Y-2200型方捆打捆機(圖4)。該機器主要采用正向牽引操作，采用軸對稱結構方式，打捆軸采用大直徑軸，最大程度上提高機器運行工作的穩(wěn)定性能與可靠性，轉彎半徑較短且靈活，非常適合小地塊作業(yè)。

我國秸稈打捆機技術經(jīng)過多年發(fā)展，打捆機的工業(yè)制造技術與質(zhì)量都在穩(wěn)步提升，同時機器工作穩(wěn)定性也有較大提高，與進口打捆機械的差距逐漸縮小。但打捆機技術仍沒有掌握重要的核心技術，還是依靠制造還原先進機械，自主研發(fā)的技術很少，這樣就進一步的限制了我國打捆機的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。許多企業(yè)為了擴大產(chǎn)品的經(jīng)營范圍，導致類似機型越來越多，各個品牌之間差異性較小，沒有品牌特征，所以這些企業(yè)不得不進行價格戰(zhàn)，通過降低產(chǎn)品價格，來爭奪市場的主導權，這樣非常不利于該產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展。目前，我國農(nóng)田秸稈產(chǎn)量巨大，但是僅有極少部分秸稈進行打捆并運輸出農(nóng)田，秸稈打捆率遠遠低于發(fā)達國家，那么秸稈打捆機械就會成為未來農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的重要方向，隨著秸稈資源方式與后續(xù)產(chǎn)業(yè)逐步完善，也會促進提高秸稈打捆機的發(fā)展與研制。

2 秸稈打捆機關鍵部件研究現(xiàn)狀

2.1 撿拾器的研究

撿拾裝置主要作用是將地面上的秸稈進行撿拾工作并運送到指定位置。但是在作業(yè)時，很容易出現(xiàn)漏撿現(xiàn)象，因此有關研究人員增加了滾筒式撿拾裝置的作業(yè)幅寬，并通過設置偏心輪的結構來控制彈簧齒，并將撿拾器兩端設置了螺旋輸送裝置，形成了水平運輸系統(tǒng)，極大地降低了撿拾裝置的漏撿率。在秸稈打捆機的研究過程中已經(jīng)將撿拾器的創(chuàng)新發(fā)展作為主要研究對象，已出現(xiàn)雙凸輪式及弓形撿拾齒，撿拾齒的密度增加，有效的增加了撿拾效果[2]。

2.2 喂入系統(tǒng)的研究

喂入系統(tǒng)主要位于打捆室與撿拾裝置之間，主要作用是將撿拾的秸稈順利平滑地運輸?shù)酱蚶κ覂?nèi)。經(jīng)過研究，將曲柄連桿機構應用在喂入系統(tǒng)中，在工作過程中，曲柄連桿的兩端分別為鏈輪與進料叉，通過鏈輪的帶動，進料叉做往復周期運動，物料隨著進料叉進入到打捆室內(nèi)，但是在作業(yè)過程中易造成秸稈堵塞進料口的現(xiàn)象。

為了避免該現(xiàn)象的發(fā)生，在研制玉米青儲飼料打捆機時，在喂入系統(tǒng)中安裝多個撥料裝置，并且加大了進料口的尺寸，將整個喂入系統(tǒng)仿照皮帶輸送機的輸送方式，不僅解決秸稈物料堵塞的問題，還增加了喂入系統(tǒng)的作業(yè)效率[3]。

2.3 打捆室的研究

打捆室是主要工作部件。在進行秸稈打捆時，首先需要對喂入的秸稈進行打包和儲藏，對秸稈進行壓實成形。其中，打捆室主要分為方形和圓形。按照打捆機械在田間的工作形式，主要分為機械式打捆機械和液壓行進式打捆機械。機械式打捆機械在田間工作效率高，行進速度快，但是由于打捆壓力小，經(jīng)常導致秸稈捆不成型；液壓打捆機對秸稈打捆壓力大但是田間行進速度慢，工作效率較低。目前，隨著農(nóng)業(yè)機械化程度的提高，逐漸將二者進行優(yōu)點互融，提高田間秸稈打捆效率?？梢詫⒔斩捨锪系膲嚎s密度大大提高，同時也可以提高物料壓縮的工作效率，但是在機械式與液壓式打捆之間進行轉換便成為該技術的難點。雷軍樂等[4]對鋼輥式打包機進行研究，發(fā)現(xiàn)該機器在打包完整水稻秸稈時，容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。通過研究發(fā)現(xiàn)主要原因在于鋼輥式打捆機無法及時形成旋轉草芯，而旋轉草芯的形成會帶動后續(xù)秸稈，因此要促使機器快速形成旋轉草芯[5]。

2.4 纏網(wǎng)包膜的研究

纏網(wǎng)包膜主要是將一層薄膜或者絲網(wǎng)包裹在已經(jīng)壓縮好的秸稈捆上，主要作用是防止草捆散落，便于運輸與貯存。所以纏網(wǎng)包膜作為打捆機的最后一道打捆工序，捆扎機的質(zhì)量與其密切相關，具有非常重要的作用。但是在纏網(wǎng)包膜過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)下網(wǎng)與切網(wǎng)不夠準確的現(xiàn)象。為了改善這一問題，研究人員設計一種自動纏網(wǎng)裝置，該裝置主要通過凸輪機構進行傳動與控制，連桿機構在凸輪機構的帶動下完成纏網(wǎng)與切網(wǎng)工作，從而實現(xiàn)自動化作業(yè)。

2.5 卸載系統(tǒng)的研究

秸稈壓實后要對壓實秸稈進行運輸。打捆秸稈質(zhì)量直接影響后續(xù)秸稈的運輸與儲藏，打捆秸稈的卸載系統(tǒng)需要對目標秸稈進行在線檢測，檢查打捆秸稈的質(zhì)量是否滿足壓實程度，滿足對打捆秸稈進行卸載運輸，否則卸載系統(tǒng)拒絕卸載秸稈。首先，要針對秸稈拾撿器加裝檢測警報系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由自由輥系統(tǒng)與小型旋轉探測器組成，可以對進入打捆室內(nèi)的秸稈進行監(jiān)測，當進入到打捆室的秸稈到達一定量后，自由輥便會勻速旋轉，并產(chǎn)生一定的摩擦力，同時探測器會將信息通知操作人員，停止進行加料的工作。

為了滿足不同用戶需求，針對秸稈打捆量少的用戶設計了一種小型秸稈打捆設備，該打捆機是手動進行操作，將秸稈放在打捆機上，通過用腳踩動踏板，帶動機械連桿工作將秸稈進行壓實，作業(yè)完成后，手動將打好捆的秸稈從設備上取下來。該設備結構簡單，成本低廉，并且具備一定的操作安全性。

3 秸稈打捆機存在的問題

3.1 理論研究欠缺

目前，國內(nèi)企業(yè)和研究單位在秸稈打捆機上的研究主要還是采用針對先進機器，進行拆解研究原理，再進行創(chuàng)新研制。但是由于時間和資金的問題，引進的機型并沒有完全掌握其核心技術，就對其進行仿制，導致在實際作業(yè)中會出現(xiàn)各種各樣的問題。目前，在秸稈打捆機研究工作存在的主要問題是，理論研究欠缺，以及在秸稈成捆成型、秸稈撿拾動力學方面研究不足。

3.2 機型較單一

目前，大部分秸稈打捆機主要還是針對玉米秸稈與水稻秸稈，對于其他作物的秸稈打捆機研究較少。針對不同作物的打捆機主要不同在于撿拾器的設計，要根據(jù)不同作物的物理性狀進行設計，現(xiàn)在仍然缺乏針對特定品種的打捆機。

3.3 缺少自主行走打捆機械

目前，田間秸稈打捆機械行走系統(tǒng)為牽引式，缺乏自主行走打捆機械。牽引式機械田間行走耗費高，技術復雜，配套系統(tǒng)配合程度低，嚴重影響田間作業(yè)效率。自走式打捆機械作業(yè)效率高，田間作業(yè)占地面積小，行走便捷。應該進一步加大對自主行走打捆機械的研制，并且提高工作效率與智能控制水平。

4 秸稈打捆機發(fā)展趨勢

近年來，由于國家逐步從二元經(jīng)濟結構向三元經(jīng)濟結構轉變，存在畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展造成飼料供給不足，焚燒秸稈對環(huán)境造成的污染，遺棄秸稈造成的資源浪費等問題。政府已經(jīng)對打捆機的研發(fā)進行積極扶持，并將秸稈打捆機列入了國家對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大力補貼，也為秸稈打捆機的發(fā)展奠定了基礎。

4.1 向大型化發(fā)展

對土地集約化經(jīng)營的政策不斷推行，致使秸稈資源的價值逐漸被開發(fā)出來，伴隨著我國在制造產(chǎn)業(yè)上的快速發(fā)展與取得的成就，秸稈打捆機已經(jīng)向大型化與高效高質(zhì)化方向發(fā)展。

4.2 向智能化發(fā)展

伴隨著科技水平的飛速發(fā)展，將智能化技術完全應用在制造業(yè)中。在秸稈打捆機的研究中，提高其智能化水平，對其拾撿狀態(tài)、輸送狀態(tài)、打捆狀態(tài)，以及卸載狀態(tài)進行實時監(jiān)控，簡化機器操作的流程，實現(xiàn)遠程操作。

4.3 提高小型打捆機的研究

我國農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)業(yè)分布遼闊，且山地丘陵分布較多，大型機械不適用于在該地形進行操作，小型秸稈打捆機仍會在這些地區(qū)長期使用，這樣針對小型打捆機的研究還應向提高工作效率與工作穩(wěn)定性方向發(fā)展。

5 總結

綜上所述，目前我國農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)中秸稈打捆技術較為落后，與發(fā)達國家農(nóng)業(yè)機械技術相差甚遠，無法滿足大面積田間作業(yè)，效率較低，有待提高工作效率與速度。應該進行積極探索，努力提高我國自主研發(fā)水平，加快秸稈打捆機的研發(fā)。

(05)