國內打捆機技術進展

劉晶

摘 要： 在分析國內打捆機研究現狀的基礎上，介紹了國內打捆機代表產品和主要技術特征，探究了國內打捆機的關鍵技術問題和未來發展趨勢，為今后研究技術和性能先進的打捆機提供基礎。

關鍵詞：打捆機；收獲機械；打結器；牧草；秸稈

中圖分類號：S225文獻標識碼：A文章編號：2095-1795（2023）12-0027-04

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.12.005

0 引言

打捆機作為一種高效、便捷的農作物秸稈處理設備，一直是研究的熱點和焦點。近年來，隨著科技的不斷進步和農業生產方式的轉變，國內打捆機技術也取得了顯著的發展。從傳統的機械式打捆到現代的自動化、智能化打捆，國內打捆機技術的每一次革新都凝聚了無數科研人員的智慧和努力。特別是智能化技術的應用，使得打捆機在作業效率、操作便捷性、捆扎質量等方面都有了質的飛躍。同時，環保理念的引入和節能減排的要求，也促使打捆機技術向著綠色、可持續的方向發展。本研究旨在系統梳理國內打捆機技術的最新進展，分析當前存在的主要問題和發展趨勢，探討未來可能的技術創新點。通過對國內相關文獻的綜述和國內代表產品技術特征的分析，為國內打捆機技術研究和發展提供參考。

1 打捆機技術分析

近年來，隨著畜牧業的快速發展，國內針對打捆機的研究也逐步增多，研究內容多集中在打捆部件、草捆纏繞問題、草捆質量檢測和智能控制等方面。高國民等[1] 設計了一種基于STM32 單片機的方捆打捆機草捆動態稱量試驗臺，用于實時監控草捆質量。通過分析稱量過程和數據，發展了一種草捆質量檢測方法，使用格拉布斯準則剔除異常數據，并對相鄰3個數據點取均值，以最大平均值代表該草捆的質量。應用SPSS 軟件進行曲線回歸分析，建立了草捆質量檢測值與實際值之間的回歸方程，測試結果顯示高度擬合（R2=0.998）。該稱量系統的監測誤差<3%，為方捆打捆機草捆隨車動態稱量系統的設計和優化提供了理論支持。

針對農業機械自動變速器智能換擋研究中神經網絡的局限性，葉凱強等[2] 提出了一種基于循環神經網絡的換擋策略。該策略通過設計與雙軸打捆機匹配的循環神經網絡架構，并在Matlab/Stateflow 中建立模型，使用Python 完成網絡訓練和評價。對比試驗表明，循環神經網絡在學習能力和魯棒性方面優于BP 神經網絡，為自動變速器的智能化提供了有效的理論和技術支持。

蔡金易等[3] 在研究高密度大方捆打捆機作業中避免牧草纏繞問題及提升壓縮效率的基礎上，根據牧草特性和切割機理，提出了一種牧草高密度大方捆打捆機預切割裝置。利用三維建模與拓撲優化，開發了一種輕量化的回轉刀盤設計，質量減少49.66 kg，實現了旋轉刀盤組和主軸質量減少至原有質量的89.93%。優化結果滿足剛度、強度及穩定性的設計要求，降低了能耗，保障了設備的安全性能。這些改進為提高牧草打捆機的工作效率提供了理論支撐，對節能降耗有顯著效果。

廖培旺等[4] 通過理論分析、仿真及試驗方法改進自走式棉稈聯合收獲打捆機的關鍵部件，包括滾筒式鍘切機構、撥禾輪、螺旋輸送輥和曲柄滑塊壓縮機構。改進后，機器關鍵部件轉速及壓縮頻率得到優化，撥禾輪增設為8 片撥禾板。對比試驗結果顯示，改造后棉稈回收率提高6.6%、壓縮打捆效率提高43.4%、打捆密度提高14.7%、成捆率提高10.1% 及規則草捆率提高4.7%，顯著提升了作業性能。

萬其號等[5] 針對小方草捆機缺乏自動監測和控制功能的問題，開發了一套自動監控系統并進行了試驗。系統集成了壓力傳感器、稱重傳感器和磁性行程開關，通過PLC 處理數據信號，并在駕駛室顯示裝置上展示打捆數量、工作面積、工作壓力和草捆質量等關鍵參數。此外，裝機的雙同步液壓缸可調整草捆密度。試驗結果顯示數據準確，草捆質量測量誤差控制在3.5%以內，滿足設計要求，并實現了過程監控和參數控制，為小方草捆機的自動監測系統設計提供了參考。

王海超等[6] 研究通過SolidWorks 和Matlab 軟件探討大方捆打捆機喂入機構的運動特性，建立并仿真分析了大、小喂入叉的運動軌跡和周期。結果表明，調整大喂入叉長度能延長其在壓縮室的停留時間，提升秸稈填充量，增強打捆機的工作效率。當大喂入叉長度560 mm 時，喂入效率提升至13.54%，該仿真為喂入機構設計提供了理論和實踐參考。

王成軍等[7] 設計了一種可變壓捆式圓捆機，解決了傳統秸稈打捆機只能制作單一直徑圓草捆的問題。圓捆機由撿拾、喂入、壓捆和草捆卸載等部分組成，在SolidWorks 中構建了其三維模型和關鍵部件設計。通過分析物料在壓捆室的積累和運動，計算出鋼輥線速度2.29 m/s。使用ADAMS 進行運動學仿真，確認打捆過程無物料堵塞，仿真得出鋼輥線速度2.3 m/s，與理論計算吻合。運用ANSYS Workbench 對機架進行模態分析，確保正常作業時無共振。這些結果為秸稈打捆機的創新設計提供了理論依據。

張海濱等[8] 設計了一款青貯秸稈圓捆打捆機。該設備能夠對青貯秸稈進行高密度纏網打捆作業，再配合包膜機進行封裝處理，制作成便于儲存的優質發酵秸稈飼料。設計包括了整機的總體構造和關鍵部件，并通過實際操作試驗確認了設計方案的有效性。

郭喜燕等[9] 為解決打捆機喂入系統因牧草纏繞和堆積而堵塞的問題，運用TRIZ 理論提出兩種改善措施，經分析后選擇空心螺旋輸送器方案對打捆機進行改進設計，并通過田間試驗驗證，結果表明，改進措施可有效防止系統堵塞，證實了TRIZ 理論在提升打捆機喂入效率方面的實用性。

劉信鵬等[10] 為解決甘蔗葉打捆作業中的粉碎不均及阻塞問題，基于甘蔗葉物理特性，設計了可調結構參數的中垂刀和45°傾斜斜切刀組合的撿拾粉碎機構。使用SolidWorks 進行三維建模，分析了刀輥轉速、離地高度等因素，并應用有限元分析確認了粉碎刀設計。田間試驗結果顯示，該機構能在保護宿根的前提下主要技術指標為甘蔗葉粉碎長度≤15 cm，撿拾率≥86.22%，粉碎合格率≥85.43%，作業效率≥0.16 hm?/h，為甘蔗葉打捆機優化設計提供了依據。

還有部分科研機構開展了其他關鍵打捆部件的研究，從目前市場應用看，國內打捆機應用情況呈現出以下特點。①需求量增長。隨著農業規模化經營和小麥、玉米等作物的收割需求增加，打捆機的需求量逐年增長。②品牌競爭激烈。目前市場上的打捆機品牌眾多，競爭激烈，各品牌之間的價格競爭和產品質量競爭尤為突出。③技術進步推動市場發展。隨著技術的不斷進步和應用，打捆機的效率和可靠性不斷提高，促進了市場的快速發展。

2 代表產品技術特征

2.1 華德9YG 系列圓草捆打捆機

華德9YG 系列圓草捆打捆機屬于農作物秸稈成捆收獲機械，主要用于各種田間種植農作物秸稈（如玉米、小麥和棉花秸稈等）的切割撿拾、喂入、打捆等作業，能夠將站立或散狀的農作物秸稈卷壓成外形規整的圓草捆。

9YG-2.2D 型圓捆打捆機如圖1 所示，9YG 系列產品主要技術參數如表1 所示，除部分機型撿拾寬度不同外，其他主要技術參數相同。另外，9YFF-2.2C 型秸稈揉碎除塵方捆壓捆機、9YFLD-2.2 型六道繩大方捆撿拾壓捆機、9YF-2.2S 三道繩方草捆撿拾壓捆機、9YF-2.2P 型方草捆撿拾壓捆機、9YJS-2.2 雙刀軸秸稈切割揉碎方捆壓捆機及9YFQ 系列跨行式方草捆撿拾壓捆機等多款產品國內市場占有率高。

2.2 上海世達爾打捆機

上海世達爾現代農機有限公司先后研制了圓捆打捆機、方捆打捆機、圓盤式割草機、旋轉式摟草攤曬機和青貯包膜機等農牧機械，產品主要適用于各地大小牧場、草場的牧草收獲。其中，9YGQ-1.2 型圓捆打捆機主要技術參數：外形尺寸（長×寬×高）420 cm×260 cm×215 cm，撿拾寬度175 cm，升降方式為液壓式，切刀裝置切刀數量14，整機質量3 450 kg，撿拾器條排數6，作物理論長度74 cm，草捆尺寸（直徑×長度）120 cm×122 cm，滾筒數量18，配套動力44～88 kW。9YFQ-1.4（THB2060）型方捆打捆機主要技術參數：草捆截面尺寸32 cm×42 cm，草捆長度30～100 cm可調，機器質量1 030 kg，外形尺寸（長×寬×高）420 cm×215 cm×130 cm，撿拾寬度127 cm，作業速度4～6 km/h，配套動力22～40.4 kW，動力輸出軸轉速540 r/min。

2.3 中聯重科9YF-2200 型打捆機

中聯重科9YF-2200 型打捆機如圖2 所示，其配套功率47.8 kW； 打捆形狀為方形， 草捆截面尺寸46 cm×36 cm，撿拾寬度220 cm。該機配置專業小麥、水稻撿拾系統，設計人字型加強牽引架，上下左右三級360°全地形牽引作業；壓縮系統配備了美國進口全密封皮爾軸承，刀片為進口；大容量喂入室，草捆壓力可多級調節；喂入底板為篩網式，減少打捆倉進入灰塵；寬幅撿拾器采用低平彈齒浮動式設計，地形適應性好；專門設計的防纏草裝置，可以降低作業故障率，提高打捆效率。

2.4 其他產品

市場上還有雷沃MF 系列打捆機、牧神4KZ-275打捆機等，市場表現也較好。還有部分小型打捆機企業也都在積極研發新技術，提升產品性能，以滿足不斷升級的市場需求。

3 打捆機關鍵技術問題和發展趨勢

3.1 關鍵技術問題

國內打捆機技術在發展過程中面臨了一些技術難題，這些難題在一定程度上制約了打捆機性能的提升和市場應用，主要體現在以下方面。

（1）打結器技術。打結器是打捆機的核心部件，其性能直接影響打捆質量和效率。國內打捆機在打結器技術上存在較大的差距，很多高性能打結器依賴進口。打結器的耐用性、成結率和靈活性等方面仍有待提升。

（2）喂入系統堵塞。在打捆機工作過程中，喂入系統堵塞是常見問題，尤其是在處理高濕度或密度大的農作物秸稈時，喂入系統容易發生堵塞，導致打捆機無法正常工作。如何優化喂入系統設計，提高其對不同物料的適應性，是國內打捆機技術需要解決的重要問題。

（3）傳動效率與穩定性。打捆機在田間作業時，需要頻繁地轉彎和移動。國內一些打捆機在傳動效率和穩定性方面存在不足，導致打捆機在轉彎或移動時效率低下，甚至出現故障。如何提高傳動效率和穩定性，是國內打捆機技術研究的重點之一。

（4）智能化與自動化水平。隨著智能化和自動化技術的不斷發展，農業機械的智能化和自動化水平也在不斷提高。然而，國內打捆機在智能化和自動化方面仍有一定的差距。如何實現打捆機的自動駕駛、智能監測和精準控制等功能，是國內打捆機需要突破的關鍵點。

（5）環保與節能要求。在環保和節能方面，國內打捆機也面臨一定的挑戰。如何在保證打捆質量和效率的同時，降低打捆機的能耗和排放，減少對環境的負面影響，是國內打捆機技術發展的重要方向。

3.2 技術發展趨勢

隨著農業現代化的推進和農業生產效率的提高，打捆機作為農業機械化的重要設備之一，在農業生產中扮演著越來越重要的角色。近些年，國內打捆機研究趨勢主要有以下方面。

（1）多樣化與專業化發展。國內打捆機研究正朝多樣化和專業化的方向發展。根據不同農作物和作業需求，研究人員致力于開發適用于不同場景的打捆機，如小麥秸稈打捆機、玉米秸稈打捆機、稻草打捆機等。同時，針對特定農作物和作業環境，打捆機的結構和功能也在不斷優化和改進。

（2）智能化與自動化技術應用。隨著智能化和自動化技術的不斷發展，國內打捆機研究正積極應用這些先進技術。如通過引入傳感器、控制系統和導航技術等，實現打捆機的自動駕駛、智能捆扎和精準作業等功能。這些技術的應用不僅提高了打捆機的作業效率和精度，還降低了操作人員的勞動強度。

（3）環保與節能要求。在環保和節能方面，國內打捆機研究也取得了一定的進展。研究人員致力于開發低能耗、低排放的打捆機，以減少對環境的負面影響。同時，打捆機的材料和制造工藝也在不斷改進，以降低生產成本并提高設備的耐用性。

國內打捆機研究正朝著多樣化、智能化、環保化和國際化的方向發展，為農業生產的高效、精準和可持續發展提供了有力支持。未來，國內打捆機研究將繼續取得新的突破和進展。

4 結束語

隨著科技不斷創新和農業現代化的深入推進，國內打捆機技術在近年來取得了顯著的進展。從多樣化與專業化的設備研發，到智能化與自動化技術的廣泛應用，再到環保與節能要求的不斷提升，國內打捆機行業正逐步邁向高效、精準、環保的嶄新階段。這些技術的突破不僅提升了打捆機的作業效率和質量，還為我國農業生產方式的轉型升級提供了有力支撐。未來，國內打捆機技術將迎來更加廣闊的發展前景，為我國農業現代化進程貢獻更多力量。

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