玉米收獲機研究現狀及發展趨勢分析

孫明慧

(成武縣農業機械服務中心，山東 成武 274200)

0 引言

玉米作為我國主要的糧食作物，近年來實現了持續的穩產高產，根據國家統計局的統計數據，2021年我國玉米種植面積達到43 324.1 khm2，總產量達到27 250 萬t，是我國產量最高的糧食作物，同時玉米的單位面積產量達到6 291.0 kg·hm-2，農藝技術的持續改進和玉米全程機械化顯著提升了玉米的產出。收獲是玉米生產中勞動強度較大的工作，其具有作業時間集中、作業任務重的特點，急需通過機械化技術提高生產效率、改善勞動過程。隨著農業機械化成為農業生產的主流，玉米收獲機的技術研發和產量都得到了快速提升，很多先進機型逐漸得到應用，使我國玉米栽培區的收獲能力大幅提升，玉米收獲機已成為玉米生產過程必不可少的現代化裝備。

1 技術研究與應用現狀

1.1 技術普及與發展情況

我國針對農業機械化的大部分研究起步時間落后于西方發達國家，對于玉米收獲機而言，其研發起始于20世紀60年代，而我國自行研制和生產的第一臺玉米收獲機誕生于20世紀70年代中期，由中國農業機械化科學研究院與趙光機械廠共同研制，該機型為牽引式臥輥雙行玉米摘穗機，只能用于替代人工摘穗。受到我國生產條件的限制，玉米收獲機的產品研究和發展始終相對緩慢，直到20世紀90年代，玉米收獲機的研制才逐漸成為農業機械化的重點，而當時的玉米收獲機械化水平僅達到2%。在我國機械行業發展的帶動下，玉米收獲機的研制和技術突破不斷取得新成績，2009年我國玉米收獲機應用量達到8.8萬臺，玉米機械化收獲水平為15%，僅2年后，到2011年，農業生產中玉米收獲機的保有量達到了18.9萬臺，玉米機械化收獲水平達到33%，增長迅速。在2011—2020年的10年間，我國的玉米收獲機械化技術、普及程度都得到了快速發展，到2020年我國玉米聯合收獲機數量達58.85萬臺，可見我國玉米收獲機在農業生產中的應用與技術普及取得了顯著成績[1]。

與此同時，隨著我國玉米收獲機自主研發和生產能力的逐步提升，國產機型的受認可程度不斷提升，圖1為2020年我國農機市場玉米收獲機生產企業的網絡關注熱度排行，可見我國農民對于自主生產的玉米收獲機已經形成足夠信心，自主生產的收獲機產品逐漸成為農民的首選，這對于玉米收獲機產業的技術升級與產品質量提升意義重大[2]。

圖1 我國農機市場玉米收獲機品牌網絡或關注度(人)

1.2 應用過程中存在的問題

1.2.1 技術先進性總體不足

目前，農業生產過程中已經使用的玉米收獲機盡管數量較多，但總體仍以技術落后的早期設備為主，玉米收獲機的整體動力配套較低，導致實際的玉米收獲能力不足，尤其在耕地條件較好、土地連片的集中生產區，存在明顯的收獲能力不足問題。農業生產對于大功率、自動化程度高、寬幅玉米收獲機的需求量明顯提升，而中大型機型的實際銷量與需求量始終不成正比。

1.2.2 機具適用性不足

我國的農機企業分布范圍廣，不同地區的農機企業受到地域性限制，在品種考察、農民需求、生產試驗等方面主要以適應本地區的農業生產為主，導致所生產的玉米收獲機產品存在明顯的適用性問題，加之不同地區的玉米種植方式、品種選擇存在較大差異，玉米收獲機在生產中應用常出現不適用問題，影響玉米收獲機的性能發揮。

1.2.3 機械質量不盡人意

從玉米收獲機的設計研發經驗來看，首先由于產品研發與應用時間較短，大部分玉米收獲機的產品優化周期還不能實現結構匹配的合理化，實際應用過程中的大部分收獲機產品仍表現為故障率高、收獲質量不佳、使用操作難等問題；其次，由于生產能力的制約，國產機型與進口機型相比，在外觀精細度、駕駛舒適度、控制精確度等方面仍存在明顯差距。

1.2.4 自主產品創新性不足

我國的玉米收獲機研發最初以引進國外成熟技術為基礎，大部分產品的結構、原理、功能都參照國外成熟機型，盡管近年來，很多企業為提高產品適用性，進行了本土化的改進，但是自主產品仍然缺乏自身特色，而仿制或以國外技術為基礎的產品會或多或少的存在本土適用性不良問題。

1.3 技術研發與成果

隨著玉米收獲機在農業生產中的應用熱度上升，針對玉米收獲機的科研與成果轉化工作也大量開展，為我國玉米收獲機技術的提升創造了有利條件。陳曉楠[3]等針對玉米收獲機車架載荷特性和疲勞壽命展開研究，通過實測載荷分析和有限元仿真結合的方法，對玉米收獲機使用過程的載荷譜特性和車架的靜、動力學特性展開研究，得出了危險部位節點應力響應功率譜密度影響規律，該研究對玉米收獲機車架的結構改進優化提供理論依據。霍洪鵬[4]等針對玉米收獲機收獲過程中的苞葉剝離機理展開研究，通過剝皮輥模型的建立，分析了剝離輥與玉米間的相互作用力,得出苞葉剝離條件與剝離輥參數關系，并對剝皮機的結構進行了優化，利用ANSYS軟件對設定不同偏置角度的剝離輥設計了一種適用于上拉莖玉米摘穗方式的撥禾喂入機構進行運動力學仿真驗證。徐文騰[5]等進行了撥禾及摘穗試驗臺設計與試驗研究，測試了撥禾機構的撥禾喂入能力，分析了莖稈拉斷、果穗碰撞損傷，以及撥禾喂入機構卡頓等問題產生的原因，對于收獲過程中的玉米果穗保護及降低籽粒損失具有積極作用。

2 玉米收獲機機型種類與典型機型

玉米收獲機是在玉米成熟后對玉米進行摘穗、收集、果穗處理、秸稈處理等多項工序的農業機械，現階段的玉米收獲機主要針對耕地中自然生長的站立玉米植株進行收獲，摘穗功能主要通過摘穗輥或摘穗板實現，果穗柄被拉斷后，果穗被輸送，并進行剝皮、脫粒(部分機型)、儲存，秸稈被割刀割斷，然后被粉碎或打捆。現階段，市場上常見的玉米收獲機包括自走式玉米收獲機(果穗型)、穗莖兼收玉米收獲機、自走式玉米籽粒聯合收獲機、鮮食玉米收獲機、履帶式玉米收獲機等幾大類。

2.1 自走式玉米收獲機(果穗型)

自走式玉米收獲機(果穗型)是現階段農業生產中使用最廣泛的機型，目前的產品種類按照型號分超過400種，其主要針對玉米果穗進行收獲，主流功能包括摘穗、剝皮、果穗收集、秸稈粉碎，機械結構包括分禾器、割臺、摘穗結構、升運器、剝皮機、風篩、集糧箱、秸稈粉碎裝置等，根據幅寬和動力差異，可分為小型、中型、大型三類機型。其中中小型玉米收獲機以國產品牌為主，例如山東巨明358C三行玉米收獲機，雷沃CD3系列玉米收獲機，均具有較高的自動化水平和市場認可度。而大型玉米收獲機產品國產機型與進口機型均占有一定的市場份額，常用機型例如牧神4YZ-4型、中聯收獲4YZ-4W(圖2)、久保田4YZB-4等。

圖2 中聯收獲4YZ-4W型玉米收獲機

2.2 穗莖兼收玉米收獲機

穗莖兼收玉米收獲機能一次完成玉米摘穗、果穗剝皮、果穗收集裝車，同時完成秸稈粉碎還田或秸稈回收等功能，該機型逐漸向著大型化的趨勢發展，部分機型可實現玉米收獲與秸稈打捆的同步實施。生產中應用的機型以新疆牧神4YZB-8B、九方泰禾牧王系列等機型為代表。其中新疆牧神4YZB-8B(圖3)能夠實現8行玉米的同時收獲，且能進行不對行作業，可完成玉米秸稈粉碎還田、秸稈回收裝車等工作。

圖3 新疆牧神4YZB-8B穗莖兼收玉米收獲機

2.3 自走式玉米籽粒聯合收獲機

玉米籽粒聯合收獲機是在傳統的谷物聯合收割機基礎上通過更換玉米割臺和相關的工作裝置部件實現對玉米的收獲功能，該機型在收獲過程能實現玉米的籽粒脫粒，并進行去雜與篩分。該機型的優點是工作效率高，但也存在著對玉米籽粒含水率要求較高，存在一定糧食損失等缺點，該機型在東北地區、新疆、內蒙古等地區應用較多。典型機型包括雷沃谷神GM100、中聯4LZ-8B1等。

2.4 鮮食玉米收獲機

近年來，隨著人們生活理念的改善，鮮食玉米的營養和健康價值得到了人們的認可，鮮食玉米的種植面積明顯擴大，鮮食玉米的栽培具有低成本高收益的特點，且市場前景良好。與之相應的鮮食玉米收獲機也紛紛被研制并投入市場，但鮮食玉米具有含水率高、易破損等問題，現階段市場上使用的鮮食玉米收獲機大多改制于傳統的自走式玉米收獲機，其技術還需要進一步優化。

2.5 履帶式玉米收獲機

履帶式玉米收獲機(圖4)主要應用于丘陵、山地、坡地或地面不平坦的耕地，能夠適應地形復雜的耕地，且大多以中小型設備為主，結構相對簡單，轉彎半徑小、作業靈活，可用于提高丘陵、山地等地區的農業機械化水平，降低勞動生產的強度。

圖4 履帶式玉米收獲機

3 發展趨勢

3.1 向大型化發展

從我國近年來玉米生產模式的變化來看，未來玉米的生產繼續呈現大面積連片化特點，這提升了大型玉米收獲機的市場需求量。大型玉米收獲機應在增加幅寬與動力的同時，將配套的功能進一步優化。

3.2 向智能化發展

農業機械自動化的發展目標就是智能化，玉米收獲機不僅具備成熟的機械結構，還應主動向自動駕駛、自動收獲、故障自檢、遠程控制等方向轉變，進一步降低人力需求，實現全面的智能化作業。

3.3 向適用性發展

玉米收獲機的適應能力還需進一步加強，設計過程充分考慮不同地區的玉米生產特點，為玉米收獲機設計自動適應或多項調整等功能，幫助收獲機提高適用性。

3.4 向模塊化發展

柔性化與模塊化已經逐漸成為機械行業發展的主流，玉米收獲機也應充分考慮農民需求，為不同的生產模式提供不同的功能模塊，使農民購機的選擇性增加，可以通過選擇不同的割臺、動力系統、秸稈處理系統等實現功能定制，有利于收獲機功能與地區生產的最佳匹配。