秸稈打捆機研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

郭忠寶+溫曉鑫+葛宜元+李亞芹+王俊發(fā)+邱新偉+豆賀

摘 要：秸稈是十分重要的可再生能源，我國每年都會產生大量的秸稈。秸稈是主要的生物質原料，可以替代常規(guī)能源，也可用作工農業(yè)生產。但是由于秸稈比較分散，儲運不方便，因此想要收集秸稈就變得比較困難。目前我國大量的秸稈被焚燒或者被廢棄，不僅造成環(huán)境的嚴重污染，還浪費了大量的寶貴資源。秸稈打捆機可以使秸稈的儲運工作變的簡單，極大地提高秸稈的利用率，因此對秸稈打捆機進行研究十分必要。通過簡要介紹國外凱斯紐荷蘭、克拉斯、約翰迪爾以及國內現(xiàn)代農裝公司、農機院呼和浩特分院和上海世達爾公司研制生產的打捆機。對上述公司生產的打捆機的技術原理以及功能特點等方面進行總結并分析其優(yōu)缺點，為之后進一步研究打捆機提供參考。

關鍵詞：農業(yè)機械；秸稈；打捆機；現(xiàn)狀；趨勢

中圖分類號：S233.4 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.07.008

0 引言

在我國秸稈的資源總量十分豐富，其中以玉米秸稈和水稻秸稈為主，大約占秸稈資源總量的2/3[1]。隨著農作物種植面積的不斷增加，秸稈產量呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。我國農作物的秸稈的年產量已經達到7億t，農作物收獲之后，秸稈的處理有不同的方法[2]。在我國有很多地區(qū)在農作物收獲之后將秸稈進行粉碎，秸稈還田；還有許多地方將秸稈直接進行焚燒（如圖1所示），造成了嚴重的空氣污染。其實，秸稈的用途十分廣泛，在新能源方面，可以轉化為生物質燃料，也可以發(fā)酵制取酒精，還可以轉化為液體燃料；在畜牧業(yè)方面，秸稈可以制作成青貯飼料；還可以培養(yǎng)食用菌。近年來，隨著國家對環(huán)保的重視，己嚴禁秸稈直接焚燒，秸稈的綜合利用得到了較大的重視，但是由于秸稈蓬松、分布分散，導致秸稈的收集工作的費時費力，因此，越來越多的人加入到了打捆機的研制工作當中。

最早期的打捆機是蓄力式打捆機，之后發(fā)展到小方捆打捆機，接著發(fā)展到現(xiàn)在的圓捆打捆機以及大中型方捆打捆機[3]。現(xiàn)有的打捆機按照打的捆是方捆還是圓捆可以分為方捆打捆機和圓捆打捆機；按照傳動方式可以分為牽引式打捆機和自走式打捆機。牽引式打捆機由拖拉機動力輸出軸提供動力，由傳動系統(tǒng)將動力輸入至打捆機，使其完成撿拾、填料、壓縮、打結等各個環(huán)節(jié)[4]。

1 國外研究現(xiàn)狀

國外的農業(yè)發(fā)展主要經歷了三個發(fā)展階段，第一階段，部分機械化階段，主要在個別繁重的環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械操作，例如細料加工中的粉碎機械、飼喂飼料混合機械等；第二階段，綜合機械化階段，在農作物生產和加工的過程中使用成套的機械設備，用機械代替人力操作；第三階段，工廠化階段，這個階段先進的工藝、自動化裝備以及相應的機械化的發(fā)展，導致農產品密度顯著提高，人工直接管理的時間大為減少，且可以對農產品的數(shù)量和質量進行有效的控制，效益增加，產品質量提升。打捆機作為秸稈收儲的關鍵設備，必須進行研究。

在國外，打捆機的研究已經有100多年的歷史，1870年，美國人迪德里克發(fā)明了第一臺機械固定打捆機，自此自動撿拾小方捆機研制成功，并在世界各國推廣此機型，在方捆打捆機市場趨于飽和之后，圓捆打捆機應運而生，大型的圓捆打捆機開始商業(yè)化生產，國外打捆機的發(fā)展歷史悠久，擁有先進的技術和豐富的生產和制造經驗[5]。德國的克拉斯公司生產的牧草收獲機械在歐洲處于領先地位，早在1927年就發(fā)明了專利產品—打結器，并將其應用在不同的打捆機上。第一臺自動撿拾小方捆打捆機研制成功，20世紀40年代開始在世界各地推廣此機型，之后小方捆打捆機的市場逐漸趨于飽和[6]。之后開始研制圓捆打捆機，在60年代研制成功，70年代開始，大型的圓捆打捆機開始大規(guī)模的商業(yè)化生產，主要生產打捆機的公司包括凱斯紐荷蘭、克拉斯、約翰迪爾等。

紐荷蘭公司生產的BC5070小方捆打捆機（如圖2所示）采用Super-Sweep 撿拾器、重型牽引架、大尺寸動力傳動部件、齒輪驅動的打結器，它可以為用戶撿拾更多的秸稈，柱塞在密封軸承上運行，不管作物條件如何，都能壓成均勻、致密的草捆，為長途輸送提供有力的條件。齒輪的打結器可以保證不漏掉草捆。

德國克拉斯公司生產的MARKANT 65D打捆機（如圖3所示）生產效率高，操作方便，撿拾器撿拾作物干凈，該打捆機打捆的長度可以在0.4～1.1 m間調節(jié)，調節(jié)打捆機的尾部曲柄把可調節(jié)草捆的壓實度，該機型采用液壓調節(jié)切割滾筒裝置，使其草捆形狀完美，并且該打捆機采用的打結器，可以保證打捆機在惡劣的條件下工作[7]。

約翰迪爾公司生產的F440R型圓捆打捆機（如圖4所示）采用大直徑喂入輥結合五個低轉速齒桿，使撿拾效率提高50%以上，可靠耐用，撿拾器采用凸輪軌道設計，是收割潮濕作物的理想解決方案，處理能力更強的喂入輥，增強物料喂入通暢性，可以極大的降低堵塞風險，使打捆機在各種環(huán)境下都可以實現(xiàn)最大化生產。

2 國內研究現(xiàn)狀

我國是農業(yè)機械制造大國，2013年生產總值已經位于世界第一，但是離農業(yè)機械制造強國還有一段距離，我國的農業(yè)機械在世界上的影響力不強，農業(yè)裝備產業(yè)發(fā)展存在核心技術缺乏、產品結構不合理、制造技術能力低、農機農藝融合與全程機械化配套性差等問題[8]。農機企業(yè)規(guī)模小，產品以中小型低端為主，高端產品依賴進口，中低端產品嚴重過剩，低水平同質化競爭激烈，可靠性差。農業(yè)綜合機械化水平相當于發(fā)達國家20世紀90年代中后期的水平，與發(fā)達國家相比落后20多年[9]。我國在上世紀50年代末開始生產蓄力固定式捆草機，在60年代的時引進了國外小方捆打捆機，并且開始仿制，在80年代初期仿制成功，并投放市場使用，但是由于市場需求低，技術不夠成熟，逐漸退出市場[10]。近些年來，由于秸稈焚燒問題嚴重，加劇了環(huán)境污染，秸稈的處理問題難以解決，為秸稈打捆機的發(fā)展迎來了契機[11]。

目前我國研制生產打捆機的公司包括中國收獲機械總公司、現(xiàn)代農裝公司、農機院呼和浩特分院和中日合資世達爾公司等，國內打捆機主要機型有現(xiàn)代農裝公司研制的9YFQ-1300/1600系列打捆機等機型，農機院呼和浩特分院研制的9YFQ-1.9方草捆打捆機以及上海世達爾公司的THB系列小方草捆打捆機。

浙江湖州星光農機開發(fā)出的橡膠履帶自走式方捆打捆機（如圖5所示），能依次自動完成撿拾、輸送、喂入、壓縮、打捆、放捆等工作，無極變速、橡膠履帶行走、水田通過能力強，可在潮濕的稻田、麥田進行作業(yè)，推廣前景好。

中國農機院呼和浩特分院研制的華德9YG-1-4型圓捆卷捆機（如圖6所示），可以將不同種類的物料制作成圓柱形捆狀物，將摟集成條的牧草或農作物秸稈等物料經過撿拾、喂入、壓縮后制作成圓捆。這種圓捆卷捆機撿拾器的仿形性能好，撿拾遺漏率低，整機采用液壓控制技術，實現(xiàn)了圓捆機的液壓控制，使機器的自動化程度得到了提高，操作便捷，性能穩(wěn)定。

雷沃公司生產的MF3040打捆機（如圖7所示），采用德國進口D型打結器，性能穩(wěn)定，可靠性高，打結時間短，成捆率高，整機采用縱軸線對稱結構設計，中置牽引，行駛穩(wěn)定性好，適合小地塊和不規(guī)則的地塊使用。

3 打捆機的發(fā)展趨勢

由于圓捆打捆機相比于方捆打捆機，結構簡單，使用調整方便，故障率低，生產率高，生產率可達7.5～12.5 t/h；圓捆草捆便于飼喂，散食時很容易鋪開，損失少。由于這方面的原因，在我國圓捆打捆機仍然占有重要地位[12]。我國現(xiàn)階段打捆機的發(fā)展與國外發(fā)達國家的水平還有一定的差距，因此要加強我國自主創(chuàng)新能力，研制適合我國國情的打捆機，提高打捆機的使用性能。要滿足我國地域多樣性、作物多元化、農藝復雜性對農機裝備的需求，必須依賴自主創(chuàng)新解決[13]。

我國是一個傳統(tǒng)型的農業(yè)國家，農業(yè)機械化水平雖然在不斷的提高，但是由于農民的文化程度較低，以及傳統(tǒng)觀念的束縛，導致我國農業(yè)機械化程度仍然很低。但隨著國家對生態(tài)環(huán)境的重視，國內對打捆機的需求越來越大，這給我國打捆機的發(fā)展提供了一個新契機[14]。目前，我國從事打捆機研發(fā)制造的科研單位和大型企業(yè)較少，相關的理論研究不多，雖然在成捆機理、液壓控制等方面有所突破，但產品的穩(wěn)定性和可靠性還是不高，核心技術上還缺乏競爭力[15]。

各種農作物秸稈的處理將是農業(yè)生產以后面臨的一個大問題，如果能得到科學合理的解決將會產生巨大的收益，如果處理不當則會造成浪費甚至會污染環(huán)境。

（1） 吸取國外先進的設計經驗與技術手段，根據(jù)我國具體的國情和生產作業(yè)的具體情況，設計出適合的打捆機[16]。

（2） 我國的科研人員要提高自主創(chuàng)新能力，在保證打捆機的可靠性及安全性的同時，還需降低生產成本。

在資源緊張的今天，要建立環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，對農作物的秸稈回收利用顯得尤為重要。從長遠來看，研制多種打捆機以幫助農民處理廢棄的秸稈，讓農民有更多的時間去處理其他的事情[17]。隨著打捆機的進一步研制，不僅對農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，對社會也有巨大的經濟效益。

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