棉稈收獲機的研究現狀及發展方向

張愛民 禚冬玲 王振偉 李偉 劉凱凱

棉稈收獲機的研究現狀及發展方向

張愛民 禚冬玲 王振偉 李偉 劉凱凱

我國作為世界棉花生產大國，經過長期的歷史發展逐步形成了長江棉區、黃河棉區、西北內陸棉區、北部早熟棉區和華南棉區五大生產基地。綜合提高棉稈的利用水平，實現棉稈的商品化和資源化，對促進國家能源發展、環境保護和經濟效益具有重大的意義。但是我國棉稈收獲受裝備技術水平的限制，棉稈的收獲成本高，嚴重制約了棉稈綜合利用價值。棉稈收獲效率低下，作業成本較高的技術已經成為限制我國棉稈的資源化和商品化的重要因素，加快棉稈收獲機械的研究，也是我國當前國情所需。

一、國內棉花秸稈收獲裝備現狀及問題

早在上世紀60年代中期，我國就開始棉花秸稈收獲機械的研制工作；到70年代末、80年代初研制出較多類型棉花秸稈收獲裝備。主要包括中國農機研究院、新疆農業科學院、天津市農業機械推廣總站、山東省多個市區都相繼對棉稈收獲機械進行了研究，研制出了多種類型的棉稈收獲機械。概括起來，國內棉稈收獲機根據拔棉稈的原理不同可以分為鏟切式、提拔式、剪切式、滾切式幾種類型。

1.鏟切式棉稈收獲機

鏟切式棉稈收獲機的結構比較簡單，主要工作部件是一個“人”字形鏟刀。工作時隨著機器的前行，鏟刀深入地下，將棉稈根部鏟斷并使棉稈沿著鏟刀面抬高，同時利用輔助裝置將棉稈鋪成條狀。這種機構結構簡單、制造容易，但功率消較大。

2.提拔式拔棉稈機

提拔式拔棉稈有對輥式提拔棉稈和水平圓盤式提拔棉稈。對輥式提拔棉稈與國外的對輥拔棉稈技術相似，采用一對或多對相向轉動的拔棉輥結構。該拔棉稈方式對棉稈的行距要求很高。當采取大小行種植時，拔棉輥的位置不好布置，且對于較細的棉稈，拔棉效果不好。水平圓盤式提拔棉稈的主要工作部件則是由一對相向轉動的水平齒盤。工作時，由地輪驅動水平齒盤相向轉動，并將棉稈夾住于齒刀間向一側拉動，將棉稈和根部一起拔出地面。該機拔凈率比較高，能耗比較小，但是受到結構和棉稈種植行距的制約，拔取過程斷稈較多。

3.剪切式棉稈收獲機

剪切式棉稈收獲機與小麥收獲機收割小麥的原理類似。即用撥禾輪撥送棉稈的上部，刀片切割棉稈的根部，然后將棉稈倒在收獲臺上。此種棉稈收獲機型雖然能克服棉稈對行的問題，但是受地面不平，棉稈質地較硬的影響，刀片容易磨損。且收獲后棉稈的根部留在土壤中，影響下茬作物的播種。

4.刀輥式棉稈收獲機

刀輥式收棉稈的代表機型為4MBQX-1.5型棉花拔稈清膜旋耕機，由新疆農牧機械技術推廣站研制。該機的主要工作部件為在刀軸上錯位安裝的3組刀輥，工作時，刀輥入土3～5cm，將棉稈的根切斷或者將棉稈拔取出來。該結構不受棉稈對行收獲的限制，而且拔凈率極高，但是由于刀輥在土壤中旋轉，所以存在能耗大、刀片磨損快等問題。

5.V形齒板提拔棉稈機

中國農業機械化科學研究院現代農裝科技有限公司的唐尊峰等人對以V形齒板提拔棉稈的不對行棉稈收獲臺進行過研究。其棉稈收獲臺的主要結構是由拔棉輥、喂入鏈耙、整理鏈板、傳動系統等組成，可以完成棉稈的不對行拔取、整理。這種棉稈收獲機械收獲棉稈時具有能耗小，棉稈收獲效率高的優點，但是工作時很容易在拔棉輥上纏草、纏膜或者棉稈不能順利脫離拔棉輥從而造成其性能不穩定的問題。

雖然國內研究的機型眾多，其中鏟切式拔棉稈、圓盤式提拔棉稈等都需要對行收獲，導致對國內種植模式多樣化的棉花適應能力差；剪切式收棉稈、刀輥式收棉稈以及V形齒板提拔棉稈可以實現棉稈的不對行收獲，但是它們都存在致命的缺陷，比如剪切式棉稈收獲機的刀片容易磨損，甚至損壞，刀輥式棉稈收獲機則需要深入土層，同時切割棉稈和土層，造成的能耗非常大，顯然很難達到棉稈收獲低成本的要求，不適合當前棉稈收獲。目前V形齒板提拔棉稈的機型容易出現性能不穩定的問題，但是其工作能耗小、拔凈率高的特點是其具有很大的發展空間。

二、棉稈收獲機的發展方向

當前，國內對棉稈的處理情況大致為焚燒還田或加工商品。隨著我國經濟的發展、技術的提高以及能源的短缺對棉稈商品化的需求越來越大，大規模的實行棉稈機械收獲也是必然的趨勢。棉稈收獲機械也必會向著大型化、智能化、高效率的方向發展。

雖然當前國家正大力推行棉花全程機械化，各科研機構也在圍繞著棉稈收獲機械進行一些列配套機具的研發和農藝的研究。但是受中國國情的限制，在較長的一段時間內，棉花的規范化種植很難統一，因此棉稈的對行收獲機型必然面臨著一系列的難題。通過大量的調研總結出不對行棉稈收獲是當前棉稈收獲機械規模化發展的關鍵因素。不對行收獲可在合理的范圍之內盡可能的提高拔棉稈的行數，提高拔棉稈的效率，使棉稈收獲機械有向大型化發展的潛力。

對比當前國內已經出現過的棉稈不對行收獲機型剪切式棉稈收獲機型、刀輥式棉稈收獲機型、V形齒板提拔棉稈機型的優缺點，不難發現V形齒板提拔棉稈機型是最具有研究價值的，其不但能實現棉稈的不對行拔取而且拔棉稈效率高、拔凈率高，且能耗少。

棉稈機械拔取后的后續處理主要有裝車運輸、粉碎還田、撿拾打捆和撿拾粉碎、運輸等四種方式。而棉稈直接裝車運輸由于棉稈整稈堆積起來后比較蓬松，從而導致運輸效率低下；棉稈進行粉碎還田也不太合適，因為棉稈屬于木本植物，其木質部在土壤中腐爛轉化成肥料的時間較長，且影響后續作物的播種；棉稈的撿拾打捆和棉稈的粉碎集箱都能有效的提高棉稈的運輸效率，但是棉稈收獲打捆聯合機的造價遠高于棉稈收獲粉碎集箱機，因此考慮農民的經濟水平，棉稈的粉碎集箱更具有市場前景。

綜上所述，短期內可預見的機型可能是采用V型齒板拔棉稈然后粉碎集箱的機型，這種機型具有對于不同棉稈種植規格的適應性強，拔棉稈效率高，造價低廉的特性，具有廣闊的市場前景。