秸秆打捆机的研究现状及发展趋势

2022-03-17刘晓亮

农机使用与维修 2022年3期

刘晓亮

(哈尔滨市阿城区亚沟街道办事处，哈尔滨 150321)

0 引言

我国作为农业大国，玉米与水稻为主要种植作物，产生的秸秆量也是非常丰富的。我国地理辽阔，农作物种植面积广泛，针对的秸秆处理方式也不尽相同。一些地区在农作物收获后，将秸秆进行粉碎，铺撒在田间(图1)，还有地区主要采用就地焚烧的方式，造成秸秆资源的浪费及环境的污染(图2)。事实上，秸秆不仅可以当作燃料还有很多用途，例如，进行发酵产生酒精、转化为液体燃料、制备成青贮饲料、培养可食用菌类。

图1 秸秆还田

图2 秸秆焚烧现场

目前，环境保护问题得到了国家的高度重视，已经严格禁止秸秆的焚烧，对于秸秆利用率较低的问题也采取了相关政策，但是由于秸秆分布较广，对秸秆进行收集耗时耗力，所以打捆机的出现解决了秸秆收集工作的问题。

1 秸秆打捆机研究现状

我国对于秸秆打捆机的研究工作也是近些年才开始的，1970年我国才开始对引进的秸秆打捆机进行相关的科学研究，分析内部结构、生产工艺等[1]。经过数十年的研究工作，正式成功研制出第一台秸秆打捆机，并在各地开始投放使用。实际上，我国在2000年才开始大面积普及使用秸秆打捆机械，在引进使用德国和美国进口秸秆还田机后，目前已经研发出各类小型打捆机，主要应用二次打捆技术、侧向牵引技术等。

2006年，中国农业机械化研究院成功研制出了9YFQ-1.9型打捆机，该机器在打捆工作进行时，秸秆在机器内移动顺滑，致使生产效率大大提高。并针对该系列的机器不断地进行优化，将优化后的新系列产品不断向市场投放。上海世达尔农业机械公司研制出9YFQ-2.2ZS型打捆机(图3)，适用于高强度秸秆的切割、破碎、拾取和打捆。主要用于收获玉米、棉花等秸秆。其工作流程主要包括将秸秆进行揉搓并输送，随即喂入打捆机内进行压缩、捆扎等步骤。自动截取、切割秸秆，放在田间或摊铺，形成形状有序、密度均匀的矩形捆。

黑龙江德沃公司研制的9Y-2200型方捆打捆机(图4)。该机器主要采用正向牵引操作，采用轴对称结构方式，打捆轴采用大直径轴，最大程度上提高机器运行工作的稳定性能与可靠性，转弯半径较短且灵活，非常适合小地块作业。

我国秸秆打捆机技术经过多年发展，打捆机的工业制造技术与质量都在稳步提升，同时机器工作稳定性也有较大提高，与进口打捆机械的差距逐渐缩小。但打捆机技术仍没有掌握重要的核心技术，还是依靠制造还原先进机械，自主研发的技术很少，这样就进一步的限制了我国打捆机的产业发展。许多企业为了扩大产品的经营范围，导致类似机型越来越多，各个品牌之间差异性较小，没有品牌特征，所以这些企业不得不进行价格战，通过降低产品价格，来争夺市场的主导权，这样非常不利于该产业的未来发展。目前，我国农田秸秆产量巨大，但是仅有极少部分秸秆进行打捆并运输出农田，秸秆打捆率远远低于发达国家，那么秸秆打捆机械就会成为未来农业机械化发展的重要方向，随着秸秆资源方式与后续产业逐步完善，也会促进提高秸秆打捆机的发展与研制。

2 秸秆打捆机关键部件研究现状

2.1 捡拾器的研究

捡拾装置主要作用是将地面上的秸秆进行捡拾工作并运送到指定位置。但是在作业时，很容易出现漏捡现象，因此有关研究人员增加了滚筒式捡拾装置的作业幅宽，并通过设置偏心轮的结构来控制弹簧齿，并将捡拾器两端设置了螺旋输送装置，形成了水平运输系统，极大地降低了捡拾装置的漏捡率。在秸秆打捆机的研究过程中已经将捡拾器的创新发展作为主要研究对象，已出现双凸轮式及弓形捡拾齿，捡拾齿的密度增加，有效的增加了捡拾效果[2]。

2.2 喂入系统的研究

喂入系统主要位于打捆室与捡拾装置之间，主要作用是将捡拾的秸秆顺利平滑地运输到打捆室内。经过研究，将曲柄连杆机构应用在喂入系统中，在工作过程中，曲柄连杆的两端分别为链轮与进料叉，通过链轮的带动，进料叉做往复周期运动，物料随着进料叉进入到打捆室内，但是在作业过程中易造成秸秆堵塞进料口的现象。

为了避免该现象的发生，在研制玉米青储饲料打捆机时，在喂入系统中安装多个拨料装置，并且加大了进料口的尺寸，将整个喂入系统仿照皮带输送机的输送方式，不仅解决秸秆物料堵塞的问题，还增加了喂入系统的作业效率[3]。

2.3 打捆室的研究

打捆室是主要工作部件。在进行秸秆打捆时，首先需要对喂入的秸秆进行打包和储藏，对秸秆进行压实成形。其中，打捆室主要分为方形和圆形。按照打捆机械在田间的工作形式，主要分为机械式打捆机械和液压行进式打捆机械。机械式打捆机械在田间工作效率高，行进速度快，但是由于打捆压力小，经常导致秸秆捆不成型；液压打捆机对秸秆打捆压力大但是田间行进速度慢，工作效率较低。目前，随着农业机械化程度的提高，逐渐将二者进行优点互融，提高田间秸秆打捆效率。可以将秸秆物料的压缩密度大大提高，同时也可以提高物料压缩的工作效率，但是在机械式与液压式打捆之间进行转换便成为该技术的难点。雷军乐等[4]对钢辊式打包机进行研究，发现该机器在打包完整水稻秸秆时，容易出现堵塞现象。通过研究发现主要原因在于钢辊式打捆机无法及时形成旋转草芯，而旋转草芯的形成会带动后续秸秆，因此要促使机器快速形成旋转草芯[5]。

2.4 缠网包膜的研究

缠网包膜主要是将一层薄膜或者丝网包裹在已经压缩好的秸秆捆上，主要作用是防止草捆散落，便于运输与贮存。所以缠网包膜作为打捆机的最后一道打捆工序，捆扎机的质量与其密切相关，具有非常重要的作用。但是在缠网包膜过程中，经常会出现下网与切网不够准确的现象。为了改善这一问题，研究人员设计一种自动缠网装置，该装置主要通过凸轮机构进行传动与控制，连杆机构在凸轮机构的带动下完成缠网与切网工作，从而实现自动化作业。

2.5 卸载系统的研究

秸秆压实后要对压实秸秆进行运输。打捆秸秆质量直接影响后续秸秆的运输与储藏，打捆秸秆的卸载系统需要对目标秸秆进行在线检测，检查打捆秸秆的质量是否满足压实程度，满足对打捆秸秆进行卸载运输，否则卸载系统拒绝卸载秸秆。首先，要针对秸秆拾捡器加装检测警报系统，该系统主要由自由辊系统与小型旋转探测器组成，可以对进入打捆室内的秸秆进行监测，当进入到打捆室的秸秆到达一定量后，自由辊便会匀速旋转，并产生一定的摩擦力，同时探测器会将信息通知操作人员，停止进行加料的工作。

为了满足不同用户需求，针对秸秆打捆量少的用户设计了一种小型秸秆打捆设备，该打捆机是手动进行操作，将秸秆放在打捆机上，通过用脚踩动踏板，带动机械连杆工作将秸秆进行压实，作业完成后，手动将打好捆的秸秆从设备上取下来。该设备结构简单，成本低廉，并且具备一定的操作安全性。

3 秸秆打捆机存在的问题

3.1 理论研究欠缺

目前，国内企业和研究单位在秸秆打捆机上的研究主要还是采用针对先进机器，进行拆解研究原理，再进行创新研制。但是由于时间和资金的问题，引进的机型并没有完全掌握其核心技术，就对其进行仿制，导致在实际作业中会出现各种各样的问题。目前，在秸秆打捆机研究工作存在的主要问题是，理论研究欠缺，以及在秸秆成捆成型、秸秆捡拾动力学方面研究不足。