草种收获机现状及发展展望

裴建杰 谢旭华

1、河北省机械科学研究院 050051 2、石家庄职业技术学院 050081

本文介绍了牧草（羊草）种子收获机的研究现状，对牧草（羊草）种子收获机先进机型的工艺流程进行了简述，介绍了6种梳脱机构的主要形式及使用范围，并对各机型存在的问题进行了分析，提出了草种收获机未来的发展方向。

羊草；种子；收获机；现状；研究

饲草是畜牧业发展的物质基础。近几年来，我国草原的生态环境呈整体恶化趋势，草原的建设速度赶不上退化速度，草畜矛盾十分突出。恢复草地植被、提高草地生产力、改善生态环境、实现畜牧业可持续发展，是我国面临的迫切任务。因此我国确定了到2010年新建人工草地、改良草地5000万hm2的任务，每年至少需种草730万hm2。当前各地都在进行大规模草原生态建设和改良，开展大面积退耕还草，对牧草种子的需求日益增加。

羊草是我国种植牧草的主要品种之一，也是我国目前唯一可出口创汇的牧草。羊草属禾本科,是多年生草本，其种子长在茎秆的顶部，重量轻，体积小，飘移速度低。跟据羊草生长的特点，为了确保草种的适时收获，草种的收获和牧草收割需分段进行，设计羊草种子收获机的工作原理，必须满足草种收获的技术要求，即收获草种要损失小，效率高，工作可靠，同时要尽量减轻对羊草茎秆的损伤，以免影响羊草的继续生长。

1 羊草草种收获机的研究国内外现状

牧草尤其是羊草种子的收获与大田作物种子的收获有很大不同，虽然所用机械设备有很多相似之处，但由于种子的生长特性和外形参数差异很大，决定了牧草种子的收获要采用特殊的工艺和特殊的设备。目前国外也缺少专门用于对生长着的羊草等禾本科牧草种子的收获机具。

从80年代开始，我国只有内蒙、黑龙江等地的几个牧草机械厂进行了牧草收割机械的研究开发，生产了专门割草的中小型机械，但对于草种收获机械的研究，都处于起步阶段。如目前的小型尼龙丝梳刷式草籽采集机、气吸式草籽梳脱机，均存在着适应性和可靠性差、草籽损失大、效率低等问题，不适应大型牧场的作业要求，难以得到应用。目前我国草种收获主要靠人工收种、打碾，粗放清选、自然干燥，以致草种生产效率低、损失大、病害多，草种的净度、发芽率等指标超过国家标准，严重阻碍了牧草产业的发展。随着我国种植结构的调整和退耕还草政策的实施，牧草特别是羊草的种植面积越来越大，研制开发牧草种子收获机械，提高草种的产量和质量，已成为我国当前牧草业发展的迫切需求。因此针对牧区草场面积大、地理、气候条件复杂、以及羊草生长的物理特性，研制开发效率高、适应性强的大中型自走式禾本科牧草（羊草）种子收获机，十分必要。目前该项目已列入国家“十五”科技攻关计划。

2 当前先进机型的工作原理

自走式牧（羊）草种子收获机，是我国最近正在研制开发的先进机型，其草种收获的工艺流程如图1。它采用梳脱式收获割台，机械、风力联合输送，气流和筛子联合清选，并带有二次回收装置。这种收获方法对高矮茎秆适应性好，草种的损失小。梳脱收获形式与全喂入和半喂入收获形式相比，具有喂入物料的草谷比小、功率消耗少、生产效率高的优点。

图1 草种收获机工艺流程简图

2.1 机具的主要结构及工艺流程

自走式牧（羊）草种子收获机总体结构如图2，它主要包括动力传动及行走机构，梳脱机构，机械、风力联合输送机构，物料与气流分离机构四部分。

图2 草种收获机结构简图

牧（羊）草种子收获机的工艺流程是：生长在田间的羊草种子由梳脱割台脱下后，通过输送机构和气流向后输送至物料与气流分离仓，在仓内容积增大，输送气流流速减慢，较重草籽及茎叶在惯性力、重力的作用下均匀落至倾斜的振动筛上，经过筛分，草籽落入卸料搅龙内，茎叶排出，较轻的籽粒与物料吸附在转筛上，为清除吸附在转筛上的物料，毛刷与转筛设计为相对转动，毛刷将物料刷掉进入卸料搅龙内，然后由卸料搅龙将种子装入口袋内，完成牧草种子的收获。

表1 牧（羊）草种子收获机主要技术参数

2.2 梳脱机构的主要形式

羊草种子收获机的关键部件是草种的梳脱机构，其功能就是将牧（羊）草穗头进行梳刷捋脱，使穗头及籽粒根蒂被捋断并获得输送初速度。研究优化草种梳脱机构的结构形式，是提高收获部件对羊草种子的适应性，减少草种损失，降低草种破损率所必做的基础工作。

2.2.1 旋转刷式该形式有单刷和双刷两种。

A、旋转单刷式主要包括高速旋转的单刷。工作过程是：机具行进，转刷接触牧草，将牧草上的种子刷落，由于转刷高速旋转，在采集机壳体上部形成一个负压区，刷落的种子被吸入，进入到沉积室，种子沉积，而大部分轻杂随风被吹出外。

B、旋转双刷式主要工作部件是两个相向旋转的刷子。其采集力度较单刷大，能采集相对较难脱粒的草种。工作过程是：机具前进，相对靠前的刷辊将接触到的植株推到两刷中间，形成对植株的夹持状，两刷的转动使草种脱离植株，同时被抛向后部，由风吸走，进入集中箱。

2.2.2 旋转梳齿式主要工作部件是一个旋转的梳齿。其工作过程是：机具行进，旋转的梳齿象梳头的篦子一样将草种从植株上捋下，在梳辊的上部有风机将种子吸走，送入沉积室。这种机具在牧草缠绕严重时不太适合。

2.2.3 击杆梳齿式主要由转动的拨禾刷杆和指状分禾器组成，工作时，机具前进，拨禾轮将牧草推向分禾器，同时拨禾轮上的刷杆敲击草穗、草秆，击落部分种子，最终，草穗贴在分禾器上，刷杆从上面滑过，将种子彻底脱下，并像扫帚一样把种子扫向种子箱

2.2.4 帆布夹持式该机主要由上、下回转环行帆布带组成，帆布带上固定有橡胶条，下帆布带与上帆布带配合完成喂入、夹持、脱粒、种子输送到集中箱等过程。其工作原理与双刷式基本一致。但其转速较低，可靠性也低。

2.2.5 真空采摘式真空种子收获机利用空气负压来采摘和捡拾草种。可收集矮秆牧草和散落到地面的小而轻的种子。该机主要工作部件是一个较宽的真空吸管，有的机具还配有振击牧草的机构。由于真空吸力有限，采集力度不大，所以此法易于那些自然落粒性强、粒子小、轻的矮秆牧草的种子收获。

图3 梳脱割台的主要形式

3 存在的问题

3.1 草种的收获损失问题

草种收获损失包括草种的梳脱损失、漏脱损失和清选损失，是收获机的一个重要指标。梳脱损失是指草种被梳脱后散落在梳脱台之外的损失，它是收获损失中的关键指标。

羊草种子长在茎秆的顶部，重量轻，体积小，飘移速度低，根据其物理特性，最理想的收获草种形式应采用气吸和机械采集相结合的形式，机械采收使草种与籽粒根蒂脱离，气吸运动使脱落在空中的草种沿所要求的方向产生有序流动，可有效的降低草种的梳脱损失。目前小型草种收获机由于其动力和体积的限制，都难以解决草种收获损失大这一难题。自走式收获机采用了先进的梳脱收获工艺，成功的解决了羊草种子难采集，采收草种损失大，采收效率低的难题，使机具具有了较高的机动性，适应性和可靠性。该机首次采用结构简单的旋转单刷式结构，并在梳脱滚筒与收集草种板之间设置了草种二次回收装置，这一结构为国内首创。它主要有回收搅龙、回收草种板和叶片式抛射器等组成，可将由梳脱搅龙不能完全回收的草种继续回收，大大地降低了草种的梳脱损失率。该关键技术的突破，为梳脱式牧（羊）草种子收获机进入生产应用奠定了基础。

3.2 草种的输送问题

羊草类禾本科牧草种子小、重量轻、流动性差，小型机由于草种输送路程短、气流流速大，可以较好的解决草种的输送问题，但由于它不能实现草种的清选，造成了种子含杂率较高。自走式机组草种输送路程较长，在刮板式机械输送的基础上增加了引风气流输送，加强了输送系统的密封性，保证了输送可靠，并确保采收的草种内所含的较大茎叶顺畅到达筛分仓，较好的解决了草种小，难输送的难题。

3.3 草种的清选

目前我国还没有先进实用的草种专用清选加工设备，小型草种收获机由于动力和体积的制约，仅仅能够完成草种的收获作业。而自走式机组通过优化筛分仓的结构参数，采用毛刷与转筛、振动筛相结合，进行物料与气流的分离，确保草种与输送气流在筛分仓分离，减少草种随气流排出的损失，提高了草种的净度，可以满足草种的加工要求。

4 草种收获机的发展展望

草种收获机的结构复杂，作业草场面积大，地理、气候条件以及牧草长势变化多样。为提高收获机对草种的适应性、使收获技术进一步完善，必须深入研究优化草种收获机的工艺参数，探索其结构和工艺参数的最佳配置。一方面要在原有技术基础上针对我国牧草品种及其特点开发研制不同类型的草种收获机，另一方面在草种收获加工领域里继续开发研制国内急需的空白产品。

4.1 应研发高效率，自动化的草种收获机

我国牧区草场面积大，地表条件及牧草长势不尽相同，不同草种收获期长短不一。要保证草种收获质量，必须根据牧草的情况选用不同形式的梳脱机构，并使梳脱机构能够实现与地面仿行。同时要减少功耗，增加机器的工作幅宽和速度，提高其工作效率。因此，研制自走式功能全的草种收获机是未来的发展方向。

4.2 应采用先进的电子技术，监控收获机的作业工况，提高其工作可靠性

目前，我国的计算机和微电子技术发展很快，应充分利用成熟的技术，给机器配置能够监控各个部件工作参数的电子元件，以便把每个工作机构的运行状况及时反映给驾驶员，使驾驶员能够适时明了机器的作业工况，及时调整收获机的作业状态，确保整机工作的连续性和可靠性。

4.3 制定先进的设计方案，提高收获机的利用率，实现牧草种子联合收获作业

自走式草种收获机技术先进，但价格较高，应在尽可能的条件下，把需分段进行的草种收获和牧草收割两种作业，通过简单地换装不同的部件来完成，以提高收获机的利用率。甚至也可把小麦的收获作业，利用草种收获机的简单改装来完成。

4.4 要根据地理位置、经济特点和草地状况，建立一批现代化的大中型规模的草种收获加工基地，采用先进的收获加工技术和设备形成专业化生产，规模化经营，直接生产加工并销售优质草种，实行生产、加工、销售一体化的大型草种收获加工基地，形成一定的规模效益。

5 结语

自走式牧草（羊草）种子收获机是一个结构复杂的综合性机具，它集机械、电子、液压、自动控制于一身。梳脱机构多种多样，因此收获台应根据收获对象的不同特征选择不同的梳脱机构。虽然我国对草种收获机的研制开发起步晚，但随着我国大规模草原建设与改良的进行，牧区经济发展水平的快速提升，草种收获机械市场需求的日益迫切，许多新的草种收获机型很快出现在市场上，经过大量的试验、改进，具有工艺合理、结构简单、操作简便、工作可靠、价格适中的收获损失少、效率高的牧草种子收获机会很快应用于生产。

[1]袁建宁；李显旺等，梳脱式收获机设计理论的研究。农业机械学报，1998（6）：37～43

[2]Kranz-WL;Parkhurst-AM,Comparison of harvest techniques for grass-seed field demonstrations.American-Journal-of-Alternative-Agriculture.1980,4:2,68～72

[3]王全喜，牧草种子收获工艺及设备，中国农机学会收获加工机械分会第二届学术研讨会论文集，1989，10

[4]徐元伦，进口牧草收获机械及配套方案的选择。农业机械，2002（5）：5～14