棉秆收获机的研究现状及发展方向

张爱民 禚冬玲 王振伟 李伟 刘凯凯

棉秆收获机的研究现状及发展方向

张爱民 禚冬玲 王振伟 李伟 刘凯凯

我国作为世界棉花生产大国，经过长期的历史发展逐步形成了长江棉区、黄河棉区、西北内陆棉区、北部早熟棉区和华南棉区五大生产基地。综合提高棉秆的利用水平，实现棉秆的商品化和资源化，对促进国家能源发展、环境保护和经济效益具有重大的意义。但是我国棉秆收获受装备技术水平的限制，棉秆的收获成本高，严重制约了棉秆综合利用价值。棉秆收获效率低下，作业成本较高的技术已经成为限制我国棉秆的资源化和商品化的重要因素，加快棉秆收获机械的研究，也是我国当前国情所需。

一、国内棉花秸秆收获装备现状及问题

早在上世纪60年代中期，我国就开始棉花秸秆收获机械的研制工作；到70年代末、80年代初研制出较多类型棉花秸秆收获装备。主要包括中国农机研究院、新疆农业科学院、天津市农业机械推广总站、山东省多个市区都相继对棉秆收获机械进行了研究，研制出了多种类型的棉秆收获机械。概括起来，国内棉秆收获机根据拔棉秆的原理不同可以分为铲切式、提拔式、剪切式、滚切式几种类型。

1.铲切式棉秆收获机

铲切式棉秆收获机的结构比较简单，主要工作部件是一个“人”字形铲刀。工作时随着机器的前行，铲刀深入地下，将棉秆根部铲断并使棉秆沿着铲刀面抬高，同时利用辅助装置将棉秆铺成条状。这种机构结构简单、制造容易，但功率消较大。

2.提拔式拔棉秆机

提拔式拔棉秆有对辊式提拔棉秆和水平圆盘式提拔棉秆。对辊式提拔棉秆与国外的对辊拔棉秆技术相似，采用一对或多对相向转动的拔棉辊结构。该拔棉秆方式对棉秆的行距要求很高。当采取大小行种植时，拔棉辊的位置不好布置，且对于较细的棉秆，拔棉效果不好。水平圆盘式提拔棉秆的主要工作部件则是由一对相向转动的水平齿盘。工作时，由地轮驱动水平齿盘相向转动，并将棉秆夹住于齿刀间向一侧拉动，将棉秆和根部一起拔出地面。该机拔净率比较高，能耗比较小，但是受到结构和棉秆种植行距的制约，拔取过程断秆较多。

3.剪切式棉秆收获机

剪切式棉秆收获机与小麦收获机收割小麦的原理类似。即用拨禾轮拨送棉秆的上部，刀片切割棉秆的根部，然后将棉秆倒在收获台上。此种棉秆收获机型虽然能克服棉秆对行的问题，但是受地面不平，棉秆质地较硬的影响，刀片容易磨损。且收获后棉秆的根部留在土壤中，影响下茬作物的播种。

4.刀辊式棉秆收获机

刀辊式收棉秆的代表机型为4MBQX-1.5型棉花拔秆清膜旋耕机，由新疆农牧机械技术推广站研制。该机的主要工作部件为在刀轴上错位安装的3组刀辊，工作时，刀辊入土3～5cm，将棉秆的根切断或者将棉秆拔取出来。该结构不受棉秆对行收获的限制，而且拔净率极高，但是由于刀辊在土壤中旋转，所以存在能耗大、刀片磨损快等问题。

5.V形齿板提拔棉秆机

中国农业机械化科学研究院现代农装科技有限公司的唐尊峰等人对以V形齿板提拔棉秆的不对行棉秆收获台进行过研究。其棉秆收获台的主要结构是由拔棉辊、喂入链耙、整理链板、传动系统等组成，可以完成棉秆的不对行拔取、整理。这种棉秆收获机械收获棉秆时具有能耗小，棉秆收获效率高的优点，但是工作时很容易在拔棉辊上缠草、缠膜或者棉秆不能顺利脱离拔棉辊从而造成其性能不稳定的问题。

虽然国内研究的机型众多，其中铲切式拔棉秆、圆盘式提拔棉秆等都需要对行收获，导致对国内种植模式多样化的棉花适应能力差；剪切式收棉秆、刀辊式收棉秆以及V形齿板提拔棉秆可以实现棉秆的不对行收获，但是它们都存在致命的缺陷，比如剪切式棉秆收获机的刀片容易磨损，甚至损坏，刀辊式棉秆收获机则需要深入土层，同时切割棉秆和土层，造成的能耗非常大，显然很难达到棉秆收获低成本的要求，不适合当前棉秆收获。目前V形齿板提拔棉秆的机型容易出现性能不稳定的问题，但是其工作能耗小、拔净率高的特点是其具有很大的发展空间。

二、棉秆收获机的发展方向

当前，国内对棉秆的处理情况大致为焚烧还田或加工商品。随着我国经济的发展、技术的提高以及能源的短缺对棉秆商品化的需求越来越大，大规模的实行棉秆机械收获也是必然的趋势。棉秆收获机械也必会向着大型化、智能化、高效率的方向发展。

虽然当前国家正大力推行棉花全程机械化，各科研机构也在围绕着棉秆收获机械进行一些列配套机具的研发和农艺的研究。但是受中国国情的限制，在较长的一段时间内，棉花的规范化种植很难统一，因此棉秆的对行收获机型必然面临着一系列的难题。通过大量的调研总结出不对行棉秆收获是当前棉秆收获机械规模化发展的关键因素。不对行收获可在合理的范围之内尽可能的提高拔棉秆的行数，提高拔棉秆的效率，使棉秆收获机械有向大型化发展的潜力。

对比当前国内已经出现过的棉秆不对行收获机型剪切式棉秆收获机型、刀辊式棉秆收获机型、V形齿板提拔棉秆机型的优缺点，不难发现V形齿板提拔棉秆机型是最具有研究价值的，其不但能实现棉秆的不对行拔取而且拔棉秆效率高、拔净率高，且能耗少。

棉秆机械拔取后的后续处理主要有装车运输、粉碎还田、捡拾打捆和捡拾粉碎、运输等四种方式。而棉秆直接装车运输由于棉秆整秆堆积起来后比较蓬松，从而导致运输效率低下；棉秆进行粉碎还田也不太合适，因为棉秆属于木本植物，其木质部在土壤中腐烂转化成肥料的时间较长，且影响后续作物的播种；棉秆的捡拾打捆和棉秆的粉碎集箱都能有效的提高棉秆的运输效率，但是棉秆收获打捆联合机的造价远高于棉秆收获粉碎集箱机，因此考虑农民的经济水平，棉秆的粉碎集箱更具有市场前景。

综上所述，短期内可预见的机型可能是采用V型齿板拔棉秆然后粉碎集箱的机型，这种机型具有对于不同棉秆种植规格的适应性强，拔棉秆效率高，造价低廉的特性，具有广阔的市场前景。