我国青贮玉米收获机械技术分析

河北省耕作机械技术创新中心 张培增 冯振水 赵纯 王帅

大多数青贮玉米收获机可根据生产实际需求进行玉米青贮或黄贮收获作业。一般的青贮玉米是在玉米籽粒蜡熟初期进行收获，此时的玉米茎秆和叶片呈嫩绿色，玉米籽粒乳线位于玉米籽粒长度的1/3～2/3处，收获机作业要将玉米茎秆（含叶片）和果穗一起收割，作业过程主要包括茎秆切割、茎秆输送压扁、茎秆喂入切碎、籽粒破碎以及物料抛送等作业。收获后的物料还要通过一定的方法，充分进行压实排气，并在特定的贮存设施内密闭发酵，这样才可以调制成青贮饲料。一般的黄贮玉米是在玉米籽粒完全成熟以后进行收获，收获时要将玉米果穗单独摘取，只将遗留在田间的玉米茎叶作为饲料进行收获。此时，玉米茎秆的末梢和大部分叶子已经枯黄，故称为黄贮。实际上，玉米黄贮是传统的玉米收获方式的补充作业，也是一项玉米秸秆综合利用技术。

青贮玉米机械化收获技术的发展主要经历了人工作业、半机械化分段作业以及全过程机械化联合作业3个阶段。目前玉米饲料青贮收获联合作业机（简称青贮玉米收获机，下同）有好多种类，按照适合收获对象分为饲料专用型、粮饲兼用型以及粮饲通用型；
按照与动力系统的配合连接方式分为牵引式、悬挂式和自走式3种。

牵引式玉米青贮收获机需要依靠拖拉机牵引才能行走作业，工作动力通过万向节传动轴与拖拉机动力输出轴连接获取。这种机型的特点是组成结构简单，使用成本较低，但在进地后进行第一趟作业时，需要人工辅助开出机组行走道才可正常作业，而人力辅助作业劳动强度较大，生产效率较低。此外，由于作业机组整体很长，到地头转弯时走过的半径较大，不适合在小地块作业，存在很大的局限性，对作业条件的适应性较差，所以，这种机型目前已很少在生产中使用。

悬挂式玉米青贮收获机需要与拖拉机或其他大型谷物联合收获机等配套使用。与拖拉机采取悬挂式配套连接，主要有侧悬挂和后悬挂两种连接方式，而与大型谷物联合收获机连接主要采用前悬挂连接方式。这种机型可以利用配套主机的动力，除了具有结构简单和价格便宜的优点外，在非作业状态下还可以依靠主机的悬挂系统提升起来，离开作业地面，因而有更好的机动性能。其不足之处是作业功能受主机限制，且驾驶操作方便性差，所以在生产上使用的数量正在逐年减少。

自走式玉米青贮收获机可一次性完成收割、输送、切碎、揉搓和抛送、装运等多项作业，与牵引式、悬挂式玉米青贮收获机相比，有自己独立的行走系统，整机的配套性和协调性好，转弯半径小，机动灵活，不需要人工辅助作业开作业道，适应范围广。除此之外，还具有作业性能好、作业效率高、操作舒适性和工作可靠性高等优点。有的机型还可更换不同割台，对牧草、小麦、燕麦等低杆青贮饲料进行收获，实现一机多用。但是，不足之处是整机结构复杂，生产成本和购买价格较高，维护保养的要求和使用成本也相对较高。

我国青贮玉米收获技术的起步较晚，技术相对落后。国内初期生产的青贮玉米收获机以往复割刀为主，虽然也可以一次实现切割、喂入、铡切、抛送装车等作业，但多数机型对高秆饲料作物适应性差，而且收获效果也有较大差距，突出问题是作业效率低、功率损耗大、茎秆切碎质量低、玉米籽粒不能破碎、工作稳定性和可靠性差等。自走式青贮玉米收获在欧美发达国家起步较早，使用非常普遍，几乎全部采用圆盘式割台，茎秆切碎和籽粒破碎等相关技术应用较为成熟，机械化、自动化程度较高，作业功能完善，技术水平先进，突出问题是价格昂贵，一台机械少则上百万，多则数百万。

近些年来，国内许多青贮饲料收获机厂商开始学习消化国外先进产品，研究开发出多种机型，其中具有代表性的有：新疆机械研究院股份有限公司研制生产的牧神牌9QSZ系列自走式青贮饲料收获机、中机美诺科技股份有限公司研制生产的美诺牌9800型自走式饲料收获机、石家庄美迪机械有限公司生产的美迪牌9QZ系列自走式青饲料收获机等。此外，一些国外企业也在国内设厂生产和设点销售大型青贮饲料收获机，主要有：德国克拉斯（CLAAS）公司的JAGUAR800/900系列青饲收获机、美国约翰迪尔（John Deere）公司的7000/8000系列青饲收获机、美国纽荷兰（NEWHOLLAND）公司的FR系列青饲收获机、德国科罗尼（KRONE）公司的BIGX系列青饲收获机等。

2.1 市场需求以中型机械为主，大型机械呈逐步增加态势

国外青贮玉米种植主要以大型农场为主，土地集中连片，地块面积大，种植模式基本统一，机械化程度很高，所使用的青贮玉米收获机大多是割幅在5m以上的大中型自走式机型。然而，我国的基本情况是人口众多，土地资源紧缺，地块零碎，高低起伏，面积小，青贮玉米种植分散、模式多样，大型农业机械应用受条件局限较大。

伴随着我国农业产业结构的调整，农村经济水平迅速提升，农村从事非农产业的劳动力比重增加，土地集中化程度逐步提高，以及畜牧养殖产业规模化逐步发展，青贮玉米种植面积以及种植规模相应扩大，青贮玉米收获装备逐步向大中型方向转变，甚至在一些地方配备了超大型机型，以满足提高作业效率、降低生产成本的需求。从发展趋势看，大中型、自动化、智能化的青贮玉米收获装备的需求数量正在提升，满足市场对大型机具的需求已成为必然，这标志着我国农业装备的开发与应用正在进入一个新的阶段。但就近期市场需求来看，大中小型机械并存应是基本态势，其中作业幅宽在2～3米的中型青贮玉米收获机仍然占有较高的比重。

2.2 高效能与低能耗机型受到用户青睐

随着全球能源危机的加重以及人们环境保护意识的不断提高，低能耗、高效能的农机产品的开发与应用越来越受到人们的普遍重视。大多数发达国家很早就开始进行了这方面的研究，投放到市场的机型无论是整体结构、适用范围、制造质量，还是作业功能、作业性能、作业效率等，均处于领先地位。国外研发生产的自走式青贮饲料收获机许多都配备有金属物探测装置、玉米籽粒破碎装置和智能化控制系统，一台主机可以根据收获对象更换高秆割台、矮秆割台和捡拾割台，多数割台具有割幅宽、喂入量大、结构紧凑、可折叠运输、能地面仿形、能反转清堵、能不对行低割茬收割等技术特点。例如，德国克拉斯（CLAAS）公司生产的青贮饲料收获机作业效率高，性能好，质量优，单位作业量油耗低，操作环境舒适，视野开阔。美国约翰迪尔（John Deere）公司的青贮饲料收获机还配备有割台自动仿形控制系统，能够在斜坡地或者起伏不平的地面条件下自动仿形作业。

由于受多种因素影响，国内企业研发的机型相对落后，很多方面不能满足高端用户的要求。进入21世纪以来，随着国内畜牧业产业化、规模化的快速发展，各地对青贮饲料收获机械的作业质量和作业效率等性能提出了更高的要求。一部分大型养殖场，开始引进国外先进机型，并且出现进口机型数量逐年增加的情况，国内企业很快开始了对国外先进机型的消化研究，先后就有中机美诺科技股份有限公司研制开发了美诺牌9265型自走式青贮饲料收获机、石家庄美迪机械有限公司研制了美迪牌9QZ系列自走式青饲料收获机、新疆机械研究院股份有限公司研制了牧神牌9QSZ-3000型自走式青（黄）贮饲料收获机。这些产品的功能与国外机型接近，可一次作业完成作物收割、喂入、切碎、揉搓及抛送装车等作业，代表了国内机型的领先水平，但价格大幅度低于国外机型，成为国内农机市场的主导产品，市场销售占有率一度达到70%以上。

同时也应该看到，目前国产青贮饲料收获机与国外产品还存在着不小的差距，主要问题是可靠性和适应性差。因此应该在现有研究基础上，进行深入系统的研究与创新，尤其要对关键核心零部件进行技术攻关，在结构设计、材料选择、加工工艺、动力匹配以及动力传动等方面进行突破和优化，以期在技术性能和使用可靠性上逐步达到或超过国外先进产品。

2.3 注重自动化与智能化技术的应用

国外青贮饲料收获机械的自动化与智能化技术也处于先进水平，相关技术的开发与应用技术也处于前列。大多数自走式机型普遍采用了先进的自动化、信息化与智能化技术，如机电液一体化技术、自动导航与辅助驾驶技术、智能控制技术、自动对行收获技术、关键部件工作状态电子监控技术、一键驾驶和可视界面操控技术、液压驱动底盘与自动转向技术等，从而大大提高了机器作业效率和作业性能的可靠性与稳定性、作业条件适应性以及驾驶操作的舒适性与方便性。尤其像克拉斯（CLAAS）、约翰迪尔（John Deere）、纽荷兰（NEWHOLLAND）、科罗尼（KRONE）等知名国际品牌在性能、质量等方面具有明显的优势，而且不断向着更加智能化、自动化、大型化、多功能、高效率的方向发展。

从最近引进的国外先进机型看，青贮饲料收获机械又呈现出一些新的特点，主要有：基于CAN总线控制的智能控制系统、作业过程中金属异物智能监控和报警、切碎刀具修磨自动控制系统、切碎长度无级调整系统、堵塞故障自动反转排除、超耐磨籽粒破碎辊、破碎辊间隙自动调整、主要作业参数自动监控等。与此同时，我国农机制造企业和科研机构也加强了农业机械的自动化与智能化技术研究，一批可用于青贮饲料收获机械的自主研究成果不断在青贮饲料收获机械上得到应用，加之人们对国产自动化与智能化技术的认可度不断提高，从而使得自动化与智能化程度较高的青贮玉米收获装备的研究开发应用成为了当前的研究热点。

根据以上分析，对现有国产青贮饲料收获装备进行技术升级，开发功能更加完善、性能更加领先的国产青贮饲料收获机，满足我国畜牧养殖业对青贮饲料收获机械日益增长的技术需求，已经成为行业面临的必然选择。笔者认为，当前应重点把握以下技术研究方向。

3.1 研究新型切割和输送技术

研究新型不分行割台，可有效控制割茬高度和一致性，茎秆的收拢和输送流畅，喂入均匀，方向一致，为后续均匀切碎创造了条件；
一旦发生堵草现象，排堵系统能及时工作，有效解决出现的问题，保证作业正常进行；
研究掉落果穗回收技术，能有效降低果穗收获损失，保证收获作业后的田间干净整洁，做到应收尽收，实现低损收获。

3.2 研究强压喂入和铡切技术

研究强压浮动多辊喂入机构和速度调节系统，提高茎秆压扁和破节效果，缩短喂入距离，保证喂入均匀，提高铡切长度调整的方便性，进而有效提高饲料调制的质量和营养转化率；
研究金属或异物探测技术，有效保护铡切装置不被金属异物损坏，提高刀具使用寿命；
研究新型滚筒式切碎器，开发抗磨损切碎刀片，研究合理的刀组布局方案，减少重复铡切浪费，提高铡切效率，大幅度降低铡切功耗。

3.3 研究创新籽粒破碎技术

籽粒破碎是提高玉米籽粒营养利用率的重要手段，未经破碎处理的玉米籽粒很难被动物充分吸收，白白损失大量的营养物质。破碎辊是籽粒破碎装置的核心零部件，主要作用是将完整的玉米籽粒破碎成5～7瓣，同时可将切成段状的茎叶进行揉搓，使其变得更加细碎、柔软，使牛、羊等牲畜采食用后更容易消化。要重点研究破碎辊表面高耐磨材料及制造工艺，研究破碎辊结构设计和运动参数优化以及智能化控制技术，提高籽粒破碎率和破碎均匀性。同时要加强籽粒破碎机理的试验研究，在此基础上创新籽粒破碎装置。

3.4 研究自动磨刀控制技术

青贮玉米收获机切碎饲料主要依靠切碎装置的动刀片，工作一段时间后刃口会出现严重磨损，直接影响青贮饲料效率和质量，还会使动力消耗大大增加。因为切碎装置动刀磨损是青贮饲料收获机普遍存在的问题，所以不少的青贮饲料收获机增加了磨刀装置，而且最近几年又出现了自动磨刀装置，已经受到用户的普遍欢迎。需要深入研究铡切刀具自动磨削和智能控制系统，要综合应用自动化、智能化以及机电液一体化技术，实现在作业过程中适时磨刀，保持铡切装置良好的技术状态，其对实现机器作业的高效率、高质量、低能耗意义重大。

3.5 研究青贮收获与打捆包膜一体化技术

青贮玉米收获配套打捆包膜一体化技术已成为用户的需求之一。据了解，欧美等发达国家较早就开始了这方面的研究，但目前仅在小型青贮玉米收获机上有应用。而我国现有的青贮玉米收获机械，多是抛送到运输车上，或者抛送到自身附带的集料箱内，如果需要打捆包膜储存，还需要用专门的打捆包膜机完成。这样的分段作业方式，过程较为繁杂，工作效率不高，还会因为打包不及时，造成物料水分和营养成分的流失，影响青贮玉米的后期发酵贮存，降低青贮饲料的质量与适口性。因此，研究适合我国条件的青贮玉米收获与打捆包膜一体化技术，开发与青贮玉米收获装备配套的打捆包膜装置，也应是青贮玉米收获技术研究的重点方向之一。