不分行作業(yè)讓玉米收割機(jī)“南征北戰(zhàn)”——解讀國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)“玉米籽實(shí)與秸稈收獲關(guān)鍵技術(shù)裝備”

    自走式玉米收割機(jī)

    “雇人收，一畝得140多塊，怎么也得三四天才能收完，用聯(lián)合收割機(jī)個(gè)吧小時(shí)就能把玉米送回家了，每畝地才80塊。” 說(shuō)起新購(gòu)置的玉米聯(lián)合收割機(jī)，沈陽(yáng)蘇家屯區(qū)農(nóng)民張大爺高興地說(shuō)：“掰完玉米棒子，秸稈還能自動(dòng)打成捆，可以賣給發(fā)電廠。”

    樸實(shí)的話語(yǔ)道出了玉米生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的重要性。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年玉米機(jī)械化收獲比例提高至25.8%，秸稈撿拾打捆面積提高了13.36%。

    這得益于玉米籽實(shí)與秸稈收獲關(guān)鍵技術(shù)的突破，也正是2011年科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)“玉米籽實(shí)與秸稈收獲關(guān)鍵技術(shù)裝備”項(xiàng)目的功勞。“該項(xiàng)目提升了我國(guó)玉米機(jī)械化收獲裝備技術(shù)水平，推動(dòng)了玉米收獲的技術(shù)進(jìn)步和機(jī)械化水平的提高。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司副董事長(zhǎng)，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)陳志說(shuō)。

    國(guó)外玉米收割機(jī)“水土不服”

    玉米是我國(guó)三大糧食作物之一，占糧食種植面積的26%和糧食總產(chǎn)量的30%。隨著科技進(jìn)步，玉米已成為食品、化工、飼料、能源等領(lǐng)域的重要原料，其綜合利用價(jià)值不斷提高。由于我國(guó)各地不同的玉米種植農(nóng)藝，且收獲期短，勞動(dòng)強(qiáng)度大，國(guó)內(nèi)外沒有一種玉米收獲機(jī)可滿足我國(guó)玉米收獲的需要，致使機(jī)械化收獲水平低，2004年僅為2.5%，制約了我國(guó)玉米全價(jià)增值利用。

    據(jù)陳志介紹，發(fā)達(dá)玉米收獲較早進(jìn)入機(jī)械化，是由于玉米種植農(nóng)藝較規(guī)范，比如美國(guó)、加拿大等玉米主產(chǎn)區(qū)，其玉米一般是一年一熟，品種和行距都很統(tǒng)一，等玉米籽含水率降到15%左右時(shí)實(shí)現(xiàn)籽粒的統(tǒng)一收獲。

    而我國(guó)，包括東北等玉米主產(chǎn)區(qū)，特別是黃淮海地區(qū)，收獲時(shí)玉米籽粒含水率大多在25%以上，如果采取直接脫粒的方式，“玉米很可能打成漿了”，只能采取摘穗的方式。

    國(guó)際上，烏克蘭赫爾松公司和法國(guó)布光公司也研發(fā)生產(chǎn)米摘穗機(jī)，但由于我國(guó)不同地方玉米種植行距差異很大，從25cm到80cm不等，而特定型號(hào)的玉米收獲機(jī)械只能適應(yīng)特定的行距。若超出范圍，作業(yè)質(zhì)量與收獲效率將大打折扣，果穗損失率也很高。

    此外，我國(guó)玉米除了收獲籽粒外，還有為了奶牛飼養(yǎng)需要的玉米青飼收獲機(jī)械，以及為了造紙或發(fā)電而需要的收獲后玉米秸稈打捆機(jī)械等需求。

    不分行讓收割機(jī)“南征北戰(zhàn)”

    每年小麥?zhǔn)崭畹募竟?jié)，小麥聯(lián)合收割機(jī)“南征北戰(zhàn)”的場(chǎng)面蔚為壯觀。而玉米收獲卻只能“自掃門前雪”。

    據(jù)陳志介紹，我國(guó)地域遼闊、地貌多樣、氣候各異，各地形成了不同的玉米種植農(nóng)藝，特別是在種植行距上差異更大，常見的有窄行、寬行、寬窄行等，常規(guī)的對(duì)行收獲根本不適應(yīng)我國(guó)多變種植方式的需要，制約了玉米機(jī)械化作業(yè)的進(jìn)程。

    陳志帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)7年攻克玉米收獲技術(shù)。由于沒有國(guó)外樣機(jī)可以參考，實(shí)際研制過(guò)程中做了大量試驗(yàn)，也走了一些彎路。但研制也得益于中國(guó)農(nóng)機(jī)院雄厚的技術(shù)儲(chǔ)備，如底盤、摘穗、剝皮技術(shù)。

    在“863”及科技支撐計(jì)劃資助下，該項(xiàng)目重點(diǎn)研究不分行割臺(tái)技術(shù)，突破了原來(lái)鏈?zhǔn)阶ト》绞?，利用仿生的原理，模仿人雙手扶持，三點(diǎn)喂入，系統(tǒng)地建立了玉米不分行收獲的分禾撥禾、扶禾導(dǎo)入的邊界條件，創(chuàng)建了玉米不分行收獲理論，并首創(chuàng)了相鄰收獲單元交叉布局結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了橫向有效抓取、有序輸送、縱向扶禾導(dǎo)入、形成單株喂入摘穗。它解決了摘穗的功能以外，真正實(shí)現(xiàn)了不分行收獲，解決了不同玉米行距收割的問題，大大提高了玉米收獲機(jī)的適應(yīng)性，為實(shí)現(xiàn)玉米收獲的“南征北戰(zhàn)”奠定了物質(zhì)裝備基礎(chǔ)。

    玉米秸稈成能源“新寵”

    我國(guó)是糧食生產(chǎn)大國(guó)，又是秸稈生產(chǎn)大國(guó)。據(jù)專家預(yù)測(cè)，農(nóng)作物的果實(shí)能量和秸稈能量在數(shù)量上大體相當(dāng)。我國(guó)農(nóng)業(yè)每年生產(chǎn)10000多億斤糧食，生產(chǎn)14000多億斤秸稈。

    在玉米打捆技術(shù)成熟之前，玉米聯(lián)合收割機(jī)一般將玉米秸稈還田，作為土壤的有機(jī)肥料，但由于降解速度慢，影響耕作及作物生長(zhǎng)。而且，在能源日益緊缺的時(shí)代，秸稈正從田間的“棄兒”變成能源界的“寵兒”。用秸稈作為生物質(zhì)能發(fā)電的前提是將秸稈壓縮成高密度的大型方捆，陳志介紹說(shuō)，使其具有一定的形狀和規(guī)格，才能解決秸稈儲(chǔ)運(yùn)及喂入發(fā)電的難題。

    目前，像國(guó)能生物發(fā)電（電網(wǎng)的子公司）等生物質(zhì)能發(fā)電公司，在秸稈打捆機(jī)出現(xiàn)之前，都是采用傳統(tǒng)的方法，由農(nóng)民一家一戶把秸稈運(yùn)到固定的地點(diǎn)進(jìn)行集中打捆，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率較低。雖然市場(chǎng)上也有進(jìn)口的打捆機(jī)，基本是用于麥稈和牧草的打捆。

    玉米秸稈與麥稈、牧草柔軟性不同，稈粗而長(zhǎng)，進(jìn)口的打捆機(jī)不能適用。陳志說(shuō)，他們所研制的玉米打捆技術(shù)在國(guó)際上屬于首創(chuàng)。秸稈通過(guò)打捆機(jī)后變成截面為120×90cm，長(zhǎng)度200－250cm的可調(diào)的長(zhǎng)方體，每捆重達(dá)500公斤，便于后續(xù)的運(yùn)輸和碼垛等工序的實(shí)施。該技術(shù)突破了玉米秸稈碎斷、預(yù)壓、二次壓縮成型、密度反饋控制、大截面均勻布料、自動(dòng)捆扎一體化等關(guān)鍵技術(shù)，并形成了玉米籽實(shí)與秸稈收獲3大類10種系列設(shè)備，已列入農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣目錄，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，滿足了玉米秸稈集儲(chǔ)利用的發(fā)展需求。

    讓青飼收獲 “易如反掌”

    近年來(lái)，隨著我國(guó)養(yǎng)牛業(yè)的快速發(fā)展，青飼玉米的種植面積不斷擴(kuò)大，但由于缺少青飼收獲機(jī)械，青飼料加工多采用落后的分段收獲或人工收割莖稈再運(yùn)回切碎的方法，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，飼料氧化嚴(yán)重，飼料養(yǎng)分含量降低，加上割、運(yùn)、切碎過(guò)程的損失也較大，已不能滿足現(xiàn)代化大規(guī)模養(yǎng)殖業(yè)的需要，迫切需要損失少、效率高的新型青飼料聯(lián)合收獲機(jī)。

    項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)多年的努力，采用人工扶持切割原理，突破了多層多齒塔形扶持、大圓盤切割裝置、夾持輸送等關(guān)鍵技術(shù)，研制出物料長(zhǎng)度可調(diào)（5—40mm）、均勻切段、低耗的3種型號(hào)不分行玉米青貯飼料收獲機(jī)，實(shí)現(xiàn)了切割與縱橫向輸送、喂入、切碎、拋送一體化，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

    “該收割臺(tái)采用圓盤刀切割、水平旋轉(zhuǎn)圓盤撥禾的夾持喂入技術(shù)，是目前國(guó)際最為先進(jìn)的切割喂入技術(shù)，經(jīng)農(nóng)機(jī)具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，9265型收獲機(jī)留茬高度為95mm，喂入量達(dá)到11.2kg/s，收獲損失率為0.7%。與國(guó)外同類機(jī)型相比，該機(jī)可收割各種種植方式的高稈青飼作物，且割茬低，收割倒伏作物能力強(qiáng)，飼料切碎質(zhì)量好，解決了收獲高稈青飼作物的難題。3種型號(hào)玉米青貯飼料收獲機(jī)全部進(jìn)入農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣目錄。”陳志說(shuō)。

    截至2010年底，3種型號(hào)玉米青飼收獲機(jī)共銷售148臺(tái)，占據(jù)了國(guó)內(nèi)玉米青飼收獲市場(chǎng)40%的份額。

    陳志告訴記者，玉米籽實(shí)與秸稈收獲關(guān)鍵技術(shù)裝備的推廣，除了構(gòu)建了玉米收獲全程機(jī)械化作業(yè)體系，引導(dǎo)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。更大的意義在使民族農(nóng)機(jī)制造企業(yè)增強(qiáng)了信心，明確了方向：“要想占有市場(chǎng)，必須主打‘技術(shù)牌’”。

    據(jù)介紹，目前中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)公司正通過(guò)機(jī)構(gòu)重組，加大改造改造投資、提高裝備水平外，設(shè)立中央技術(shù)研究院，進(jìn)行農(nóng)機(jī)技術(shù)前瞻性的共性技術(shù)研究。