薛 影，张光光

(1.黄河交通学院，河南 焦作 454000；2.焦作市物料传输设备关键件制造工艺与装备工程技术研究中心，河南 焦作 454000)

1 国内趋势

传统农业生产中，玉米收获基本上都是以人工作业来方式完成，劳动强度大，生产效率低，玉米秸秆没有得到很好的回收再利用，秸秆焚烧的处理方式加大了环境污染，浪费了可再生资源。据统计，我国每年玉米种植面积达到0.16亿hm2，玉米收获机近年来也得到快速发展，其销售量增幅为每年6%左右，但现阶段玉米机收水平只有40%～45%，仍有50%以上的玉米靠人工来完成收获。玉米收获这一繁重的体力工作，迫切需要机械化收获来替代，将农民从玉米收获这一繁重的体力劳动中解放出来。加上传统的饲养业因玉米秸秆回收难(玉米秸秆收获-切碎-储存靠人工来完成存在一定的难度)，给饲养业的发展带来了阻碍。国务院早在1999年初就下发了《秸秆禁烧和综合利用管理办法》的文件，号召玉米秸秆饲料化，在农区大力发展节粮型畜牧业。近年来，玉米秸秆的经济价值及利用途径不断显现，如压制纤维板、碳棒、一次性餐具和制造纸等。而且秸秆也是发展畜牧业优质粗饲料和制造生物菌肥的主要原料。将玉米秸秆回收再利用，变废为宝是一件利国利民的大事。可见玉米全程机械化生产过程中，实施一次性收获玉米穗和玉米秸秆的联合机械化生产模式十分适合我国农业生产形势和社会需求。

2 国家政策与产业需求

2003年以来，随着国家一系列兴农政策的实施，国内农业产业化、规模化经营和机械化服务得到迅速发展，机耕、机播、机收比例正在迅速提高。特别是十八大以后，随着我国农村土地的不断流转，中小型农场不断涌现，玉米种植、畜牧等产业链不断延伸，对玉米收获机械提出了新的功能需求，茎穗兼收和秸秆粉碎还田型机型逐渐成为研究重点，希望能实现玉米茎穗兼收，即玉米果穗收获和茎秆粉碎回收一体化，并且要求质量可靠、成本低、收益好，适合我国目前国情。

随着国家将粮食安全提升到战略的高度，逐年加大了农业“四项补贴”的资金投入规模，推出一揽子支农、惠农、助农政策。扶持力度越来越大，进一步增强了农民增加农业装备投入和购买大中型农机具的信心。尤其是2004年开始国家推出农机购置补贴政策，补贴力度逐年加大，惠农政策促进了农业生产规模的扩大，促使农机市场需求由高耗、价廉的中小型机型为主转向高效、低耗的大中型机型为主；由单项作业为主转向复式作业为主。节能、环保、生态农业已成为今后农业产业的发展方向，大型玉米收获机以其节能高效，适应性广、不破坏耕地生态等特点与农机发展趋势相契合，符合国家相关产业政策和农业机械技术发展趋势。

我国是一个人口大国，畜牧业在国民经济中占有举足轻重的地位，对保障国家粮食供给更具有特殊的战略地位。玉米秸秆作为畜牧业适宜的饲料资源也急需提高有效利用率。随着国内农村经营规模的调整和农业产业的发展，出现了越来越多更大面积农田作业区和种粮大户、农机服务专业户及合作组织。对大中型农机具产生了刚性、线性需求。但粮食作物玉米机收水平目前还很低，市场对玉米收获机需求非常大，带穗茎兼收玉米收获机的市场需求更大。开发大型穗茎兼收玉米收获机能更好地满足市场需求，符合市场发展趋势，并将有力推动我国农机行业的进步。

3 经济需求

国内玉米秸秆收获机市场近年来呈现从小型向中、大型发展趋势，其功能由单一向复合式发展。但产品质量还不够稳定。随着国家各项扶持政策的实施，国内许多企业也加大了对玉米秸秆收获机的研发、创新和投入，产品质量也得到不断提升。随着产品质量和功能的提高，广大农民用户逐渐接受使用茎穗兼收玉米收获机来完成玉米和玉米秸秆的收获。据调研资料推算，去年我国大、中型玉米收获机作业收益率比较稳定。大型单台4行机一般情况下的投资回收周期在2～3年左右：收获玉米(带剥皮、粉碎秸秆还田功能)在3 000元·hm-2左右，整机市场销售价在15万～25万，每天能收获5.33 hm2，一个收获季节20个工作日左右。

5.33 hm2×3 000元·hm-2=16 000元，减去6 000元使用成本，每天收入10 000元，每年20天工作日约净收入20万元。

随着国内养殖业的发展，对玉米秸秆回收再利用也越来越迫切，这是因为青储饲料在我国畜牧业发展中占据着极其重要的地位。调研资料显示，我国畜牧业比美国每年少用1亿t饲料粮，但却多生产出了2 000万多t肉，其中大量使用青储饲料发挥了重要作用。此外，大量青储饲料“过腹还田”，既减少了饲料开支，又改良了土壤，促进了生态农业的发展。青储饲料在节粮型畜牧业生产中发挥着重要作用，青储饲料的生产和收获普遍受到各级政府、农民、用户的重视。没有理想的饲料收获机，就不可能生产出优质的青储饲料，更不能很好地满足畜牧业迅速发展的需求。截至2021年，粉碎后的玉米秸秆市场价格已达到200～300元·t-1，每公顷玉米地可产出30～45 t玉米秸秆。由于收益率比较理想，购买大、中型茎穗兼收玉米收获机的预期收益好，用户购买新型大、中型茎穗兼收玉米收获机的热情也得到有效提升。

4 市场对使用功能的要求

4.1 割台装置

即先利用割台的摘穗辊将玉米果穗摘下，然后割刀将玉米秸秆全部割断并送入过桥，再经过粉碎机粉碎抛送入草仓。而摘下的玉米果穗则通过搅龙进入升运器，再经过剥皮机送入粮仓的上下双割台结构，这样就实现收获玉米果穗的同时，又收获玉米秸秆的功能。

4.2 粮仓自卸装置

需进一步优化粮仓自卸装置液压系统，采用液压装置使已收割进粮仓内的玉米自动卸出放置到需要的位置。

4.3 草箱自卸装置

即重新设计液压系统，使已收割进草箱内的秸秆自动卸放到需要的位置。

4.4 其它液压装置

需利用液压装置使割台能够适应多种工况下工作，适应多种高度的升降，以实现不同高度玉米秸秆的收割。满足茎穗兼收玉米收获机所增加的功能的需要。

5 主流收获机技术要求

发动机选用动力充足、工况稳定的优质柴油机。剥皮机的最佳转速为450 r·min-1。摘穗辊最佳转速为700～800 r·min-1，燃油箱容积不小于200 L。切碎器的转速应在1 600 r·min-1左右(发动机转速2 200 r·min-1时)。行走传动系统(变速箱)选用国内通用结构，三个前进挡和一个后退挡加无级变速轮，满足多种地域不同种类种植的玉米收获工作速度。轮胎选用目前技术成熟轮胎，前轮胎型号15-24，后轮胎型号10-15。排气管处增加阻火材料，对易于发生火灾的柴油机消声器的排气管路上加装阻火隔热材料，在发动机上方增加盖板，消除火灾隐患。变速箱及行走部分、制动部分、操纵机构、转向系统选用不低于国内成熟技术结构。

6 技术优化方向

(1)需要对目前已有成熟产品进行改造，对整机各部件进行重新布置设计。

(2)增加目前市场上已有的成熟技术的剥皮机和切碎器。

(3)合理设计割台刀片的大小；测算切碎器的转速；摘穗辊的转速；剥皮机的转速，并经过多次反复试验，确保工作效率。

(4)充分利用液压系统提高机具的自动化程度。

7 结语

我国农业机械产品技术水平较低，玉米收获机的机收率不足50%，已推向市场的大中型玉米收获机只能将玉米秸秆粉碎还田，无法满足全国各地积极开展的玉米秸秆综合利用要求。因此在设计收获玉米果穗的的同时收获玉米秸秆并将秸秆割断、切碎、收集是玉米收获机设计的关键，也是未来收获机的发展方向。

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