玉米收获方式思考

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本文作者：陈志、郝付平、王锋德、苏文凤、崔俊伟 单位：中国机械工业集团有限公司、中国农业机械化科学研究院

中国玉米有一熟、两熟等种植农艺，种植行距不统一，收获时籽粒含水率较高，各产区对玉米收获的要求不同，发达国家的玉米收获工艺及装备只能适用于中国部分地区玉米的收获。20世纪60年代初，中国开始进行玉米联合收获技术与装备研发，1967年中国农机院研制了YS-3型牵引式玉米收获机，可进行摘穗、果穗集箱联合作业;1979年中国农机院与黑龙江省农机所、赵光机械厂联合研制了4YL-2型和4YW-2型牵引式玉米收获机，是我国玉米收获机最早的定型产品;1988年中国农机院与北京市、黑龙江省合作引进苏联可进行摘穗—果穗剥皮—青贮联合作业的KCKY-6型玉米联合收获机，能基本适应北方地区的农艺要求，但由于价格昂贵未能大面积推广;1991～1999年中国农机院与北京、新疆、四平和佳木斯联合收割机厂合作开发了4YZ-3型和4YZ-4型自走式玉米收获机，为中国玉米收获机械的发展提供基础机型。近年，随着国民经济的发展，农村劳动力转移和用工成本增加，玉米收获机械化需求的日趋迫切和国家扶持力度的加大，从事玉米联合收获机械研发与生产单位已有上百家，生产的机型涵盖摘穗—剥皮—果穗收集—茎秆粉碎还田(或切碎回收)、摘穗—果穗收集—茎秆粉碎还田(或切碎回收)、摘穗—果穗脱粒—籽粒收集—茎秆粉碎还田(或切碎回收)等多种收获工艺，截至2011年，玉米收获机保有量已达到18.9万台，当年新增玉米收获机6.1万台，详见表1。

玉米收获机械化通用技术与装置

1摘穗技术与装置

摘穗辊式，由一对斜置的摘穗辊组成，摘穗辊表面带有龙爪形凸起，作业时相向旋转，将玉米茎秆向下拉动，粗大的玉米果穗在摘穗辊的挤压下与玉米茎秆脱离，摘下的玉米果穗在输送链条的作用下，进入横向螺旋输送器并向后输送，该种形式结构简单，摘穗时断茎秆少，但茎秆粗大、含水率较高时摘穗辊易堵塞，由于摘下的玉米果穗与旋转的摘穗辊接触，果穗含水率较低时啃穗严重，该种摘穗装置多应用于我国背负式玉米收获机［5～7］。摘穗板与拉茎辊组合式［8～9］，由摘穗板和拉茎辊组成，拉茎辊一般为4棱或6棱辊，作业时相向旋转的拉茎辊将玉米茎秆向下拉动，在摘穗板的作用下果穗脱离玉米茎秆，输送链条将摘下的玉米果穗送进横向螺旋输送器，该种形式摘下的果穗不与旋转的拉茎辊接触，果穗损伤小，籽粒破碎率低，但茎秆含水率较高时断茎秆较多，需配置专门的排杂装置。欧美发达国家，谷物联合收获机配置玉米收获台直接收获玉米籽粒［10］，断茎秆可直接进入脱粒装置，玉米收获台基本采用摘穗板与拉茎辊组合式摘穗装置;我国自走式玉米联合收获机基本都配置了排杂剥皮装置，收获台也多采用摘穗板与拉茎辊组合式摘穗装置。

2剥皮技术与装置

果穗剥皮是玉米收获中的重要环节。收获期遇阴雨天，若不能剥除玉米苞叶，玉米籽粒容易发霉。玉米收获时，果穗成熟度、苞叶紧实度、含水率等生理特性各不相同，往往不能兼顾剥净率与啃穗率，果穗剥皮是目前尚未解决的技术难题。剥皮装置多采用辊式剥皮原理，依靠剥皮辊对果穗苞叶的摩擦力，将苞叶剥除［11～16］。摩擦力增大，果穗剥净率增高，啃穗掉粒现象也随之严重;反之，啃穗掉粒少，但果穗剥净率降低。剥皮装置主要由若干对相向回转的剥皮辊和压送器组成，剥皮辊轴线与水平呈100°～120°倾角，以利于果穗沿轴向下滑，压送器设置在剥皮辊的上方，工作时压送器将玉米果穗压向剥皮辊并向后推送，旋转的剥皮辊将玉米果穗苞叶撕开，并从剥辊的间隙中拉出。剥皮辊布置方式有高低辊式(图3)和平辊式(图4)两种，高低辊式剥皮装置由几对轴心高度不等的剥皮辊组成，呈V形或槽形布置，V形配置的结构较简单，但果穗容易向一侧流动(因上层剥皮辊的回转方向相同)，槽形配置果穗横向分布较均匀，性能较好。高低辊式剥皮辊作业时由于每对剥皮辊对果穗的摩擦力大小不同(上辊较小，下辊较大)，果穗产生回转，剥净率较高，但啃穗严重。平辊式剥皮装置剥皮辊轴心处在同一平面内，降低了啃穗，但也降低了果穗剥净率，该种布置形式结构简单、成本低。

3秸秆处理技术与装置

针对各玉米产区对玉米秸秆的不同需求，在玉米收获机上配置粉碎还田装置或切碎回收装置，在收获玉米果穗的同时，将秸秆粉碎还田或切碎回收。(1)秸秆粉碎还田［17～20］:主要有甩刀式、滚刀式、滚刀甩刀组合式切碎装置，以及灭茬还田机，如图5所示。甩刀式:高速旋转的甩刀设置在拉茎辊下方，通过无支撑切割将玉米茎秆切成段状还田。滚刀式:在摘穗板下方设有一个拉茎切碎辊和与之配套的圆弧凹板，在圆弧凹板支撑下拉茎切碎辊将茎秆拉下并切成段状还田。滚刀甩刀组合式:6棱拉茎辊与4棱拉茎辊配合使用，两拉茎辊的下方设有一圆盘滚刀将茎秆压扁、破裂，设置在圆盘滚刀下方的高速旋转甩刀将裂开的茎秆进一步切断，提高切碎质量。灭茬还田机:通过一组高速旋转的甩刀将田间玉米秸秆粉碎并灭茬。(2)秸秆切碎回收［21～24］:玉米联合收获机作业时，配置在收获台下方(或机器中部)的秸秆切碎回收装置，将秸秆切下并切碎抛送装箱或装车，作为饲料或燃料，如图6所示。

玉米收获机械化新技术探索———不分行玉米收获技术

黄淮海玉米区，多为一年两熟制，种植模式复杂，种植行距不统一，而目前中国玉米机械化收获以对行收获为主，不能适应不同种植行距的玉米收获。因此，相关企业及科研机构积极开展了不分行玉米收获机械技术的研究与探索，以提高玉米联合收获机对种植行距的适应性，促进玉米收获机械化发展。

1窄行距式

普通玉米收获机相邻分禾器间距为600mm左右，玉米植株在分禾器高度的横向最大偏移量为300mm;采用窄分禾器，相邻分禾器间距为450mm左右，玉米植株在分禾器高度的横向最大偏移量为225mm，玉米植株进入摘穗装置后的偏移量减小，如图7a所示。但该型式虽能减小玉米植株进入摘穗装置的弯曲量而提高摘穗质量，但在相同幅宽下，增加了摘穗单元个数，增加了生产成本，故未能大批量进入市场。

2锥螺旋喂入式

收获台采用锥螺旋分禾器，模仿单手抓取动作，分禾同时向后推送玉米植株，提高了行距适应性，如图7b所示。该种型式结构复杂，适用于株高2m以下的玉米收获，目前只在山西玉米区得到小批量推广应用。

3喇叭口形双链条喂入式

收获台喂入链条前伸呈“喇叭口”形，模仿双手抓取动作，主动抓取玉米植株，部分机型在相邻分禾器中间还配置了扶禾杆［25］，如图7c所示。喂入链条扩大了强制喂入区域，提高了机器行距适应性;扶禾杆减小了玉米植株进入摘穗装置的偏移量，并扶起倾斜的玉米，提高摘穗质量。该种机构结构简单、成本低，适用于株高3m以下的玉米收获，目前市场上应用较多。

4指状拨禾星轮式

中国农业机械化科学研究院研制的指状拨禾星轮式不分行玉米收获台，模仿人工一手扶持、一手摘穗的收获过程，主要由摘穗板、拉茎辊、分禾器、拨禾星轮、扶禾导入辊等组成，如图7d所示。作业时，扶禾导入辊、拨禾星轮、螺旋拉茎辊形成上、中、下3点动态扶持，实现倾斜玉米的扶起、动态稳定喂入、单株连续直立喂入，能够适应任意种植行距玉米的收获［26～27］。由于该种收获台结构复杂，造价较高，尚未批量生产。

制约玉米收获机械化推广的因素

中国玉米机械化收获技术历经50多年的发展，技术取得了很大的进步，作业性能与国外机型相差不大，但是玉米机械化收获水平依然很低，制约中国玉米收获机械化推广的因素主要有以下几个方面:(1)玉米生物特性差异较大增加机收难度玉米品种多而杂，其生长期、植株形态、结穗高度、果穗大小及苞叶紧密度等生物特性差异较大，同一品种的玉米，在成熟的早、中、晚期生物特性差异性大，早期收获造成断秆过多，而晚期收获又极易啃穗，很难实现在4叶黄的最佳收获期收获，给玉米机械化收获带来很大困难。(2)多种栽培模式制约玉米机械化收获的发展由于各地区土质、气候、耕作习惯等差异，导致玉米种植的垄距、行距差异性较大，甚至还有间作、套作等栽培方式，而目前玉米收获以对行收获为主，多样的种植模式已成为制约我国玉米收获机械化发展的主要因素之一。(3)收获模式制约玉米机收获械化的发展国内以收获玉米果穗为主，采用摘穗—剥皮—秸秆切碎回收或粉碎还田的收获模式。这一模式下的早期收获若使用板式摘穗则断茎秆较多，排杂处理难度大，后期收获辊式摘穗和剥皮装置又啃穗较多，致使我国玉米收获机械化推广较慢。若采用摘穗—脱粒—秸秆粉碎还田或回收的收获模式直接收获玉米籽粒，若含水率较高，籽粒破碎严重，烘干不及时则会霉烂，通用性不强。(4)玉米收获机械化技术装备尚不成熟，制造水平有待提高近几年，国内玉米收获机保有量逐年增加，仅2011年新增玉米收获机就超过6万台，但玉米收获机械仍不成熟，不分行玉米收获、果穗剥皮等关键技术与装置仍需进一步提高。目前，从事玉米联合收获机械研发与生产单位虽不少，但普遍存在企业规模小、资金投入少、效益差等问题，致使技术改造和更新缓慢，难以在保证机器可靠性的同时持续提高机器性能。