不分行作業(yè)讓玉米收割機“南征北戰(zhàn)”——解讀國家科技進步獎二等獎“玉米籽實與秸稈收獲關鍵技術裝備”

    自走式玉米收割機

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

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

    這得益于玉米籽實與秸稈收獲關鍵技術的突破，也正是2011年科技進步獎二等獎“玉米籽實與秸稈收獲關鍵技術裝備”項目的功勞。“該項目提升了我國玉米機械化收獲裝備技術水平，推動了玉米收獲的技術進步和機械化水平的提高。”項目負責人、中國機械工業(yè)集團公司副董事長，中國農(nóng)業(yè)機械協(xié)會會長陳志說。

    國外玉米收割機“水土不服”

    玉米是我國三大糧食作物之一，占糧食種植面積的26%和糧食總產(chǎn)量的30%。隨著科技進步，玉米已成為食品、化工、飼料、能源等領域的重要原料，其綜合利用價值不斷提高。由于我國各地不同的玉米種植農(nóng)藝，且收獲期短，勞動強度大，國內(nèi)外沒有一種玉米收獲機可滿足我國玉米收獲的需要，致使機械化收獲水平低，2004年僅為2.5%，制約了我國玉米全價增值利用。

    據(jù)陳志介紹，發(fā)達玉米收獲較早進入機械化，是由于玉米種植農(nóng)藝較規(guī)范，比如美國、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%左右時實現(xiàn)籽粒的統(tǒng)一收獲。

    而我國，包括東北等玉米主產(chǎn)區(qū)，特別是黃淮海地區(qū)，收獲時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。

    國際上，烏克蘭赫爾松公司和法國布光公司也研發(fā)生產(chǎn)米摘穗機，但由于我國不同地方玉米種植行距差異很大，從25cm到80cm不等，而特定型號的玉米收獲機械只能適應特定的行距。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械等需求。

    不分行讓收割機“南征北戰(zhàn)”

    每年小麥收割的季節(jié)，小麥聯(lián)合收割機“南征北戰(zhàn)”的場面蔚為壯觀。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)的對行收獲根本不適應我國多變種植方式的需要，制約了玉米機械化作業(yè)的進程。

    陳志帶領團隊歷時7年攻克玉米收獲技術。由于沒有國外樣機可以參考，實際研制過程中做了大量試驗，也走了一些彎路。但研制也得益于中國農(nóng)機院雄厚的技術儲備，如底盤、摘穗、剝皮技術。

    在“863”及科技支撐計劃資助下，該項目重點研究不分行割臺技術，突破了原來鏈式抓取方式，利用仿生的原理，模仿人雙手扶持，三點喂入，系統(tǒng)地建立了玉米不分行收獲的分禾撥禾、扶禾導入的邊界條件，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，實現(xiàn)了橫向有效抓取、有序輸送、縱向扶禾導入、形成單株喂入摘穗。它解決了摘穗的功能以外，真正實現(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的適應性，為實現(xiàn)玉米收獲的“南征北戰(zhàn)”奠定了物質(zhì)裝備基礎。

    玉米秸稈成能源“新寵”

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

    在玉米打捆技術成熟之前，玉米聯(lián)合收割機一般將玉米秸稈還田，作為土壤的有機肥料，但由于降解速度慢，影響耕作及作物生長。而且，在能源日益緊缺的時代，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，使其具有一定的形狀和規(guī)格，才能解決秸稈儲運及喂入發(fā)電的難題。

    目前，像國能生物發(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到固定的地點進行集中打捆，費時費力，效率較低。雖然市場上也有進口的打捆機，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，進口的打捆機不能適用。陳志說，他們所研制的玉米打捆技術在國際上屬于首創(chuàng)。秸稈通過打捆機后變成截面為120×90cm，長度200－250cm的可調(diào)的長方體，每捆重達500公斤，便于后續(xù)的運輸和碼垛等工序的實施。該技術突破了玉米秸稈碎斷、預壓、二次壓縮成型、密度反饋控制、大截面均勻布料、自動捆扎一體化等關鍵技術，并形成了玉米籽實與秸稈收獲3大類10種系列設備，已列入農(nóng)業(yè)機械推廣目錄，填補了國內(nèi)空白，滿足了玉米秸稈集儲利用的發(fā)展需求。

    讓青飼收獲 “易如反掌”

    近年來，隨著我國養(yǎng)牛業(yè)的快速發(fā)展，青飼玉米的種植面積不斷擴大，但由于缺少青飼收獲機械，青飼料加工多采用落后的分段收獲或人工收割莖稈再運回切碎的方法，勞動強度大，效率低，飼料氧化嚴重，飼料養(yǎng)分含量降低，加上割、運、切碎過程的損失也較大，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。

    項目組經(jīng)過多年的努力，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、夾持輸送等關鍵技術，研制出物料長度可調(diào)（5—40mm）、均勻切段、低耗的3種型號不分行玉米青貯飼料收獲機，實現(xiàn)了切割與縱橫向輸送、喂入、切碎、拋送一體化，填補了國內(nèi)空白。

    “該收割臺采用圓盤刀切割、水平旋轉(zhuǎn)圓盤撥禾的夾持喂入技術，是目前國際最為先進的切割喂入技術，經(jīng)農(nóng)機具質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，9265型收獲機留茬高度為95mm，喂入量達到11.2kg/s，收獲損失率為0.7%。與國外同類機型相比，該機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，飼料切碎質(zhì)量好，解決了收獲高稈青飼作物的難題。3種型號玉米青貯飼料收獲機全部進入農(nóng)業(yè)機械推廣目錄。”陳志說。

    截至2010年底，3種型號玉米青飼收獲機共銷售148臺，占據(jù)了國內(nèi)玉米青飼收獲市場40%的份額。

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

    據(jù)介紹，目前中國機械工業(yè)集團公司正通過機構重組，加大改造改造投資、提高裝備水平外，設立中央技術研究院，進行農(nóng)機技術前瞻性的共性技術研究。