一,、引言

　　玉米是我國主要的糧食作物之一,，也是農(nóng)民收入的重要來源。隨著我國農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策的實(shí)施,，以及農(nóng)村勞動(dòng)力不斷向二,、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，農(nóng)村勞動(dòng)力越來越少,，玉米的生產(chǎn)成本也在不斷增加,。收獲作業(yè)是整個(gè)玉米生產(chǎn)過程中**重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量的提升具有很大的影響,。其作業(yè)特點(diǎn)是時(shí)間緊,、任務(wù)重、季節(jié)性強(qiáng),，易遭受風(fēng),、雨等自然天氣侵蝕而造成減產(chǎn)。因此,，實(shí)現(xiàn)玉米收獲機(jī)械化作業(yè)對(duì)于提高生產(chǎn)效率,、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低收獲損失和確保豐收具有非常重要的意義,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，至2013年底，我國玉米機(jī)收率為49%,，且發(fā)展緩慢,，使用機(jī)型以背負(fù)式為主，工藝落后,、生產(chǎn)效率低,、收獲損失大等問題已經(jīng)成為制約我國玉米生產(chǎn)的主要因素之一。然而,，美國,、德國、日本等發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)60年代初期已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了玉米收獲的全程機(jī)械化,，并朝著大型化,、自動(dòng)化,、現(xiàn)代化和精準(zhǔn)化方向發(fā)展。

資料圖

　　二,、國外玉米收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)

　　在機(jī)械化程度較高的歐洲和美洲的一些國家,，玉米機(jī)械化收獲已有幾十年的歷史。根據(jù)地域,、氣候條件和種植制度的不同,，各地區(qū)的玉米收獲機(jī)械正在朝著不同的方向發(fā)展。19世紀(jì)初期,，美國就發(fā)明了由人或牲畜提供動(dòng)力的脫粒機(jī)和割捆機(jī),，1920年生產(chǎn)出29.4kW的玉米聯(lián)合收獲機(jī)，到1939年成功制作出第1臺(tái)自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)械,，從此美國玉米收獲基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,。20世紀(jì)70年代后進(jìn)入高速發(fā)展階段，機(jī)具朝著大型化,、通用化和高效的方向發(fā)展,，電子技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù),、遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)的智能技術(shù)也紛紛運(yùn)用到玉米收獲機(jī)上,。結(jié)合其比較成熟、統(tǒng)一的種植工藝,，使得玉米收獲機(jī)快速發(fā)展,。

　　歐洲國家則在割捆機(jī)和脫粒機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了眾多類型的玉米收獲機(jī),，如東德E512型聯(lián)合收獲機(jī)、克拉斯D76和法國布勞特801等,。日本則借鑒西方先進(jìn)的玉米收獲機(jī)械經(jīng)驗(yàn),，結(jié)合日本多山地的地貌，設(shè)計(jì)制作出了一系列結(jié)構(gòu)小巧,、性能優(yōu)良的收獲機(jī)械,。由于該國以種植水稻為主，所以收獲機(jī)械多數(shù)為水稻收獲機(jī)械,。日本收獲機(jī)械發(fā)展特點(diǎn)是起步晚但發(fā)展迅速:從1967年開始推廣半喂入式聯(lián)合收獲機(jī)械到1977年全國水稻機(jī)收率為91.4%,，僅用了10年。目前,，日本的水稻收獲機(jī)械在自動(dòng)化程度和收獲性能等方面均達(dá)到世界先進(jìn)水平,，久保田、洋馬等公司生產(chǎn)的收獲機(jī)械性能處于**領(lǐng)先水平,。

　　玉米收獲是通過一次或幾次作業(yè)完成切割,、摘穗,、秸稈還田(或回收)、果穗收集和脫粒等過程,，可以用不同的方法來實(shí)現(xiàn),。根據(jù)不同的自然環(huán)境、技術(shù)水平,、種植規(guī)模和種植制度,，目前常用的玉米收獲工藝主要有以下幾種:

　　A、分段收獲法

　　分段收獲是將玉米收獲各個(gè)環(huán)節(jié)分開進(jìn)行,。首先人工將玉米果穗摘下,，再用玉米割臺(tái)將秸稈割倒，鋪放在田間;然后人工將果穗和秸稈運(yùn)送回場地晾曬,，用脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒,、分離和清選。這種機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,、成本低,、易于操作;缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)眾多勞動(dòng)力、生產(chǎn)效率低;適用于種植規(guī)模較小,、經(jīng)濟(jì)發(fā)展欠缺的地區(qū),。

　　B、聯(lián)合收獲法

　　聯(lián)合收獲法是利用玉米聯(lián)合收獲機(jī)在田間一次性完成切割,、摘穗,、剝皮、脫粒,、清選和秸稈還田作業(yè),。這種方法效率高、損失少,，非常適合大型農(nóng)場使用;但該類玉米收獲機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、售價(jià)高、收獲結(jié)束閑置時(shí)間長,，整機(jī)利用率較低,。

　　C、兩段收獲法

　　該方法首先用割曬機(jī)將秸稈割倒并鋪放在割茬上,，經(jīng)過3～5天晾曬使玉米成熟并風(fēng)干,，然后使用具有拾禾器的玉米收獲機(jī)進(jìn)行撿拾、摘穗,、剝皮和脫粒,、分離、清選作業(yè),。這種方法可以使絕大多數(shù)籽粒飽滿,、堅(jiān)實(shí),、色澤一致，提高了糧食的等級(jí);收獲后玉米籽粒含水率低,，可直接入倉,。但是，兩段收獲法耗時(shí)較長一般需要提前7～8天進(jìn)行,，割曬和收獲分別作業(yè),，進(jìn)地兩次，增大機(jī)械對(duì)土壤的壓實(shí)作用的同時(shí),，功率消耗有明顯增加,。

　　D、割前脫粒法

　　這是一種比較新的玉米收獲工藝,，先將玉米果穗摘下然后再進(jìn)行秸稈切割,。這種方法的特點(diǎn)是機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單，功率消耗低,，收獲損失大,。目前，該機(jī)型還處在開發(fā)研制階段,，工作質(zhì)量有待提高,，普及程度較小。隨著適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)玉米品種的出現(xiàn)和玉米種植農(nóng)藝技術(shù)的不斷發(fā)展完善,，玉米收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)和類型也在不斷地發(fā)生變化,。目前，發(fā)達(dá)國家根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和種植制度的不同,，主要采用玉米果穗收獲機(jī)和換裝玉米割臺(tái)的谷物聯(lián)合收獲機(jī)這兩種形式,。

　　三、玉米果穗收獲機(jī)

　　在俄羅斯,、烏克蘭和歐洲的一些國家,，受當(dāng)?shù)貧夂驐l件和種植制度的影響,，收獲時(shí)玉米籽粒含水率一般在25%～35%之間,，不宜采用直接脫粒的方法進(jìn)行收獲，故采用專用的玉米果穗收獲機(jī)進(jìn)行分段收獲,。第1段收獲是指將秸稈切斷后摘穗,，收集果穗并將秸稈粉碎還田;第2段收獲是指將玉米果穗晾干后去皮脫粒，經(jīng)清選后入倉,。如約翰迪爾Y210型玉米果穗收獲機(jī),，該機(jī)設(shè)計(jì)新穎，在剝皮,、莖稈粉碎處理等方面進(jìn)行大膽創(chuàng)新,，可以一次完成玉米作物的摘穗,、輸送、剝皮,、裝箱,、秸稈粉碎還田的全過程作業(yè)。該機(jī)型裝配先進(jìn)的靜液壓驅(qū)動(dòng)行走裝置,，操作更加靈活便捷,，作業(yè)速度高達(dá)8km/h，并可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速,，且機(jī)構(gòu)更加耐久可靠;安裝的莖稈鋪放裝置性能優(yōu)越,，高效可靠，滿足用戶對(duì)莖稈回收利用和粉碎還田的不同需求,。

　　四,、在谷物聯(lián)合收割機(jī)上配置專用的玉米割臺(tái)

　　像美國、加拿大等國家,，其種植方式為一年一季,，收獲時(shí)玉米籽粒的含水率低于24%，可以直接收獲玉米籽粒,。美國迪爾公司,、凱斯公司、德國Mengle公司和道依茨公司等生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機(jī),，絕大部分是在小麥聯(lián)合收獲機(jī)上換裝玉米割臺(tái),，并通過調(diào)節(jié)脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速和脫粒間隙進(jìn)行玉米的聯(lián)合收獲。例如,，JohnDeere公司的C110型谷物聯(lián)合收獲機(jī),，采用切流式脫離滾筒加軸流板齒分離滾筒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了機(jī)器的脫離,、分離性能,，降低了谷物破碎率，喂入量高達(dá)7kg/s;通過選配不同割臺(tái),，可以收獲水稻,、麥、大豆和玉米等多種作物,，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用,。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，國外玉米收獲機(jī)發(fā)展主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):

　　1)向高效,、大型,、大功率、寬割幅、大喂入量和高速發(fā)展

　　在美國和加拿大的一些大型農(nóng)場,，大型的玉米收獲機(jī)正在逐漸推廣,。該類機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)**大功率可達(dá)250kW，喂入量達(dá)到10kg/s;割臺(tái)**大割幅已經(jīng)超過9m并可以折疊,，收獲機(jī)作業(yè)速度超過8km/h,。

　　2)向擴(kuò)大機(jī)器的通用性和提高適應(yīng)性發(fā)展

　　聯(lián)合收獲機(jī)除了可以配置不同的割臺(tái)實(shí)現(xiàn)收獲大豆、玉米,、小麥和水稻外,，同一臺(tái)機(jī)器還可以配置不同割幅的割臺(tái)以適應(yīng)不同地塊種植密的需要；通過改變分禾器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)植株連續(xù)導(dǎo)入技術(shù),，強(qiáng)制抓取,、橫向輸送、有序喂入,，從而解決了不同行距玉米的收獲問題,，擴(kuò)大機(jī)器通用性。設(shè)計(jì)玉米收獲機(jī)脫粒機(jī)構(gòu)為仿生機(jī)構(gòu),，使其能夠自動(dòng)適應(yīng)傾斜地面,，提高機(jī)器對(duì)不同地形的適應(yīng)能力;選配大尺寸輪胎或履帶，提高收獲機(jī)對(duì)不同土壤狀況的適應(yīng)能力,。

　　3)高清潔度主要工作部件的研究更為深入

　　籽粒清潔度是衡量收獲機(jī)工作性能的重要指標(biāo)之一,，提高脫粒清選裝置的生產(chǎn)率和籽粒清潔度，降低谷物損失率和破碎率是現(xiàn)代玉米聯(lián)合收獲機(jī)的主要發(fā)展趨勢,。研究發(fā)現(xiàn):摘穗輥輥型是影響摘穗性能的主要因素,，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)新型摘穗輥，提高摘穗輥對(duì)玉米不同直徑,、不同結(jié)穗部位和不同穗型的適應(yīng)性,，減少果穗損傷、降低籽粒破碎率及提高籽粒清潔度,。脫粒機(jī)構(gòu)采用雙滾筒軸流式脫粒分離結(jié)構(gòu),，大大提高了脫粒效率的同時(shí)提高籽粒清潔度。

　　4)廣泛應(yīng)用新材料和先進(jìn)制造技術(shù)

　　伴隨著新制造技術(shù)和新材料的應(yīng)用,，收獲機(jī)的性能更好,、更快、可靠性更高,。通過利用ADAMS,、Pro/E,、UG等虛擬仿真軟件對(duì)零部件的力學(xué)性能及整機(jī)的作業(yè)效果進(jìn)行仿真分析,，可以降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。玉米收獲機(jī)的機(jī)架使用質(zhì)量輕,、強(qiáng)度大鋁合金材料,，降低機(jī)身質(zhì)量的同時(shí)減少動(dòng)力消耗;在脫粒機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)等容易磨損的零件表面進(jìn)行硬化處理,，延長零部件的使用壽命;重要零部件要進(jìn)行磨合試驗(yàn)和試運(yùn)轉(zhuǎn),，從而降低機(jī)組故障率，提高機(jī)組可靠性,。

　　5)廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)

　　機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,，使玉米收獲機(jī)朝著高效、舒適及安全的方向發(fā)展,。駕駛室內(nèi)有空調(diào),，座椅具有按摩功能，以改善駕駛員的工作條件,；關(guān)鍵工作零部件設(shè)置傳感器以檢測其工作狀態(tài);收獲機(jī)割臺(tái)配備自動(dòng)控制裝置,，可自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)行，減少植株的推倒率,，降低果穗的漏摘損失,；在谷物脫粒分離裝置前設(shè)置流量傳感器，根據(jù)不同地塊的谷物生長狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)車速,，防止喂入量過大而造成輸送系統(tǒng)堵塞,。

　　6)向智能化收獲機(jī)發(fā)展

　　隨著科技進(jìn)步，電子技術(shù),、航天測量技術(shù),、導(dǎo)航技術(shù)也逐漸應(yīng)用于玉米收獲機(jī)。發(fā)達(dá)國家的玉米收獲機(jī)可以自動(dòng)駕駛,，智能化的玉米收獲機(jī)可以在收獲過程中直接測出該地塊的實(shí)時(shí)產(chǎn)量,，部分比較先進(jìn)的機(jī)型還可以根據(jù)玉米產(chǎn)量和土壤狀況，繪制地塊的土壤肥力圖,，以便于后期施肥管理,。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)在智能化聯(lián)合收割機(jī)上的應(yīng)用,，使國外玉米收獲機(jī)械化技術(shù)水平有了飛速發(fā)展,。王堃等利用遙感技術(shù)觀測玉米形態(tài)的變化，從而準(zhǔn)確地預(yù)測玉米的收獲時(shí)間,，為地域之間合理配置玉米收獲機(jī)提供技術(shù)支持,。

　　本文作者：耿愛軍，楊建寧,，張兆磊,，張姬，李汝莘