秸秆打捆机研究现状及发展趋势.doc

秸秆打捆机研究现状及发展趋势 郭博 贺敬良 王德成 赵建柱 李伟 刘全攀 北京信息科技大学机电工程学院 中国农业大学工学院 新疆天山职业技术学院工程学院 摘 要： 结合国内外各类秸秆打捆机的工作原理及应用现状, 对打捆机的性能进行对比分析分析表明:割捆机价格低、适用性强, 便于小地块秸秆收割;圆捆打捆机价格适中、可与包膜机配套使用, 在小型农场秸秆收割中广泛使用;方捆打捆机所打的秸秆捆密度高、可连续作业, 用于大中型农场收割同时, 根据不同打捆机性能特点, 总结了发展趋势关键词： 秸秆; 打捆机; 应用现状; 发展趋势; 作者简介：郭博 (1991-) , 男, 河南开封人, 硕士研究生, (E-mail) 317254808@.com作者简介：王德成 (1965-) , 男, 吉林吉林人, 教授, 博士生导师, (E-mail) wdc@收稿日期：2016-11-08基金：公益性行业 (农业) 科研专项 (201203024) The Research Situation and Development Tendency of Straw Baling MachineGuo Bo He Jinglang Wang Decheng Zhao Jianzhu Li Wei Liu Quanpan College of Electrical and Mechanical, Beijing Information Science and Technology University; College of Engineering, China Agricultural University; College of Engineering, Xinjiang Tianshan Vocational and Technical College; Abstract： This paper combines the working principle and application in domestic and foreign straw baler machine, and analyzed the performance of the straw baler machine.For the reason of low price and strong applicability, sheaf binder applied to small fields.Circular baler can be matched with wrapping machine and the price is moderate, which is widely used in small farms.Rectangular baler is used to large and medium farms, because it can work continuously, and the density of straw bale is higher than other bale.According to the performance characteristics of different straw bale machine, we elaborated the development trend.Keyword： straw; baling machine; application status; development trend; Received： 2016-11-080 引言中国的秸秆资源非常丰富、数量巨大、种类繁多。

据农业部统计数据显示:2015年, 我国秸秆总量达 9 亿 t 多其中, 水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆分别占全国秸秆总量的 25%、24%、12.73%;长江中下游区、黄淮海区、东北区、西南区秸秆总量分别占全国秸秆总量的 25.63%、23.48%、17.19%、13.74%[1], 秸秆是 21 世纪具有潜力的可再生生物质资源秸秆可用于喂养牲畜、焚烧发电等, 但存在密度比较松散、受作物收获时间限制、贮存运输困难等问题, 因此有效解决这些矛盾, 是提高秸秆的综合利用率的关键环节在田间, 秸秆直接被打捆, 不仅解决秸秆浪费和就地焚烧难等问题, 且可推动秸秆资源规模化、工业化使用, 提高了秸秆资源的综合利用率, 具有显著的经济和社会效益据中国农业大学成套设备所的实验统计得出:秸秆经过打捆机压缩成型后平均密度增大 10 倍, 存储空间减少了 90%, 运输成本降低 70%[2]图1 为当前主要打捆机分类1 割捆式打捆机1.1 割捆机工作原理割捆机按工作形式分为侧面形、后面形、后侧面形及回转形其中, 侧面形和后侧面形主要应用于水稻、小麦打捆, 后面形主要应用于芦苇打捆这几种割捆机虽然工作形式不同, 但工作原理基本一致。

该机型由行走机构、动力传动机构、切割机构、秸秆输送机构、操纵机构和打捆机构等组成[3-5], 如图 2 所示图 1 打捆机分类 Fig.1Classification of straw baler 下载原图工作原理:割捆机工作时, 倒伏的秸秆被扶禾器扶起, 分禾器将秸秆分开;扶禾器把待割的秸秆向切割器方向引导并在切割时扶持, 经割刀割断后推向割台输送装置, 通过链传动送至打捆装置处;当秸秆进入打捆装置后, 可以摆动的压紧杆使秸秆集中在打捆绳一侧, 并暂时停靠在离合器控制杆上, 此时秸秆被挤压在压紧杆和离合器控制杆之间;当受到压紧杆挤压的秸秆压力达到预设值时, 离合器接通, 打捆机构开始工作;完成打结后秸秆捆被放出杆抛送出割捆机, 同时捆绳被压绳板上的割刀切断, 打捆完成[3-5]图 2 割捆机结构示意图 Fig.2 Sheaf baler structure 下载原图1.操纵杆 2.发动机 3.传动箱 4.行走系统 5.传动链 6.分配箱 7.打捆机构 8.副箱 9.割刀组 10.链盒 11.分禾器1.2 国外水稻割捆机发展现状随着美国摇臂收割机的推广使用, 1850 年许多科研机构和公司开始研究设计打捆机构, 之后欧美等国家陆续研制出手动打捆机、自动打捆机、铁丝割捆机和麻绳割捆机等。

1880-1900 年期间, 麻绳割捆机在市场上的占有率逐年增加;1900 年以后英国、加拿大、前苏联、德国等国家也开始在小麦地里使用麻绳割捆, 机割捆机得到飞速发展;进入 1930 年以后, 联合收割机在欧美等国逐渐替代了麻绳割捆机日本相对欧美国家在割捆机运用方面晚了大约 100 年, 但日本根据本国农业机械化特点设计并生产了小型割捆机[3];1950 年左右, 打捆装置可以稳定工作的人力割捆机研制成功;1960 年, 日本发明了动力连续的割捆机并在 1965 年推广使用, 这种割捆机是当今亚洲等地割捆机的研究和设计的基础近年来由割捆机打捆的水稻秸秆只占机器收获的 15%, 但割捆机研制水平仍处于世界前列1.3 国内水稻割捆机发展现状国内于 1990 开始研究割捆机黑龙江八一农垦大学对进口割捆机的各个工作机构进行了深入研究;同期, 黑龙江省水田机械化研究所研制出 4GK-90 型水稻割捆机, 并将其投入市场;2005 年, 李保成等人对割捆机打捆机构各部件的相位变化规律做出详细分析;2009 年, 张洪山等人提出采用水稻、小麦等农作的秸秆代替原有割捆机的捆绳, 根据现有割捆机的结构与工作原理, 研制出一种水稻本禾割捆机。

该割捆机不仅解决了水稻、小麦等秸秆晾干后体积缩小产生捆绳脱落的问题, 而且打捆后的秸秆能及时晾晒, 农作物的籽粒继续吸收茎秆的营养, 增加产量2014 年, 杨垆昱分析研究了割捆机的往复式切割机构, 通过实验得出:切割机构的刀片采用削切的方式后, 切削载荷与切削功率分别降低60%及 30%我国的一些农机企业如浙江挺能胜机械有限公司、鑫绿金机械有限责任公司对割捆机也进行了探索研究并生产了一批割捆机通过调研发现, 多数产品存在一些问题, 如打结器工作不稳定及成捆率低等2 圆捆机打捆机2.1 圆捆打捆机工作原理圆捆打捆机主要由捡拾粉粹机构、捆绳机构、成捆室、链传动机构、卸捆机构和密度调节机构等组成, 能完成秸秆的收集、运送、打捆、绕绳、割绳和开关仓门等一系列动作[8-10], 如图 3 所示图 3 圆捆打捆机结构示意图 Fig.3Circular baler structure 下载原图1.车轮 2.钢辊 3.后门 4.液压系统 5.喂入钢辊 6.链条 7.机架工作原理:圆捆打捆机一般和拖拉机配套使用, 其动力由拖拉机提供并传递到各工作部件;由喂入机构把秸秆送进四周布满不停转动钢锟的成捆室内, 秸秆在成捆室内不断翻滚积累扩大;当秸秆捆最外围与成捆室内的钢锟完全接触并达到预设密度时, 控制器发出信号使绕绳机构的电磁离合器接通, 夹绳辊开始转动, 对圆秸秆捆进行绕绳, 同时喂入机构的电磁离合器分离, 喂入机构停止输送秸秆;绕绳结束时, 在割刀割断麻绳的同时蜂鸣器接通, 驾驶员操纵液压油缸打开仓门进行卸捆;仓门关闭后, 控制器发出信号接通喂入机构的电磁离合器, 再次喂料重复下一个循环[8-10]。

2.2 国外圆捆打捆机发展现状国外于 1960 年后开始研究圆捆机1961 年, 前苏联科研人员开始研究圆捆机, 并在 1963 年成功研制出具有捡拾功能的圆捆打捆机, 虽然该机器的结构相对简单, 但打捆后的圆秸秆捆重高到 400kg;之后, 德国 Vermeer 公司研制出长胶带内缠绕式圆捆机, 该机型在市场上拥有较高的占有率, 不仅提高了整机的操作性能, 而且具有较高的工作效率欧美等国家的农机公司通过分析、研究长胶带内缠绕式圆捆机的工作原理, 成功研制了链式圆捆机和固定圆捆机1974 年, 德国 Weiger 公司成功研制出成捆室外径固定的外缠绕式圆捆机, 该机型所打的秸秆捆密度外紧内松, 具有良好的透气性[8]20 世纪 90 年代后, 为了符合市场的需求, 开始研究包捆方面的技术, 为秸秆的青贮提供便利, 而且圆捆机的结构、性能不断地改进和完善以适应不同种类的物料2.3 国内圆捆打捆机发展现状我国在 1975 年开始对圆捆机进行研究辽宁省鞍山农机厂成功研制出短皮带外卷式的 9JY-1.8 型圆捆机, 虽然圆捆机的生产率、可靠性高;但存在动力消耗大、皮带磨损严重等问题2007 年, 王春光等人成功研制出 9YG-1.2 型钢辑外卷式圆捆机和 9YD-1.2 型短胶带式圆捆机, 并详细分析了这两种机型工作原理、性能参数;同期, 王德福等人为了提高青贮圆捆机的适用性, 改进了打捆机的成捆室, 该成捆室的入口采用 2 组短胶带式, 解决了秸秆堵塞的问题, 同时在成捆室的入口添加喷嘴, 在秸秆打捆过程中添加各种添加剂, 为后续的青贮作业提供便利。

2008 年, 王琛等人合理改进了圆捆机的机架及捡拾机构等, 并研制出工作稳定、操纵便利的 9YY-550 型捡拾圆捆机, 该机可实现固定打捆和行走打捆2009 年, 丛宏斌等人对圆捆机的自动控制系统进行设计, 可实现自动送料、绕绳、割绳及开闭仓门等功能, 并通过实验验证控制系统的可行性2010 年, 王德福等人在钢辊式圆捆机的成捆室内增设了喂入对辊, 并通过仿真、试验分析得出喂入对辊的详细参数, 增加喂入对辊后的圆捆机可以有效地解决秸草打捆时的堵塞问题中机美诺科技股份有限公司研制的 5120 圆捆机可以打捆多种软秆作物, 该机型具有打捆直径可调、秸秆捆密度高及可实现自动卸捆等特点2011 年, 金诚谦、唐宗义等人成功研制出国内第一台实现秸秆收割、打捆一体化的联合收割打捆机, 不仅增加牵引机构、喂入软管等, 而且改进了圆捆机的部分工作机构, 虽然联合收割打捆机的打捆机构需要单独提供动力, 但是第一次实现秸秆不落地打捆;。