山区谷子收获机械化的创新分析

河北省农林科学院粮油作物研究所 籍俊杰 张峰 李谦

作为世界上最古老的农作物之一，谷子的种植历史十分久远，这种耐干旱、易存活的农作物养活了一代又一代的中国人。我们国家是最早种植谷子的国家，在我国的河北、河南、内蒙古、陕西等地都广泛种植谷子[1]。但是这些地方的谷子大多种植在丘陵、山地，虽然谷子的存活能力强，但是其产量依旧受到了较为严重的影响。丘陵山地的谷子不仅产量受到影响，其收获机械化的发展也受到了限制，如果在平地，大型机械很容易进行作业，可以大大提升谷子的收获效率，但是在丘陵以及山地中，受复杂地形影响，机械的作业会受到限制，从而影响机械化进程。当前我国山区的谷子收获依旧以人工收割半机械化为主，如何解决该收获的机械化问题，是实现山区谷子收获机械化的关键。

1 当前我国谷子收获模式

受到谷子种植规模、地形等方面的影响，所以也形成了不同的谷子收获模式，机械化的谷子收获可以大大提升谷子收获的效率，减轻农民的工作负担，促进整个地区的经济发展。当前，我国谷子的收获模式分为三种，分别是联合收获机械化模式、分段收获机械化模式以及人工收割半机械化模式，三种模式适用的地形以及种植规模不同。

1.1 联合收获机械化模式

联合收获机械化模式可以极大提升谷子收获的效率，同时也是一种谷子收获工作高度机械化的模式，但是这种模式对于地形、种植规模等要求较高，在山区并不适用。这种模式适用于大面积种植的农户或者农业合作社等，并且要求是66 公顷以上面积的较为平坦的地形，一般的散户种植达不到这样的规模，所以也不适用这种收获模式。这种模式可以将谷子的收割、运输、脱粒、分离、清选等步骤都实现机械化运作[2]。因为这些地区的机械化程度高，种植规模也较大，所以谷子种植产业的发展也较好，农户有着较高的收益。

1.2 分段收获机械化模式

这种模式针对的是一家一户的种植模式，虽然看上去谷子种植的总规模较大，但是由于农户较为分散，并且收获时都以各家为单位，不宜进行大规模的联合收获机械化，所以需要进行分段收获机械化。每家每户种植的面积并不大，单独收获时，并不满足使用大规模机械的条件，针对这样的情况，分段收获机械化模式就可以良好适应。与联合收获机械化模式有较大区别，分段收获机械化模式将收割、晾晒、脱粒的步骤分开进行，由于地形的限制，所以只能让手扶拖拉机或者小四轮拖拉机进入场地工作，先利用手扶拖拉机配套的割晒机收割成熟的谷子，并将这些谷子进行晾晒，之后再用脱粒机进行脱粒。由于谷子存在着后熟的现象，所以利用分段收获机械化模式也十分符合谷子的后熟特点。某些山区的谷子收获也可以适用分段收获机械化模式，可以极大提升农民的工作效率，但是这样的山区地形较为简单，对于那些较为复杂的山区，即使分段收获机械化的模式也难以适应。

1.3 人工收割半机械化模式

山区受到地形的限制，有些地方不适合手扶拖拉机进入，并且，山区种植的谷子较为分散，即使有些地方允许手扶拖拉机进入，但是由于山区地形复杂，距离远、耗油高，会带来较高的经济成本，农户种植谷子本来能够收获的利益较少，如果使用机械耗费了大量成本，那么他们最终的收获就会更少，于他们而言十分不划算。所以这些地区进行谷子收获时，主要以人工收割的方式进行，最后再使用机械进行辅助脱粒或者清选。其流程一般为，首先先将谷子进行人工收割，随后进行人工摘穗，随后再通过人工进行脱粒或者使用机器进行脱粒，这种收获方式较为传统，对人力的需求较高，即使实现了半机械化，但是也需要耗费大量人力，工作效率也较低，农民的工作强度非常高，于谷子种植业的发展不利。针对当前我国山区谷子收获人工收割半机械化的现状，如何提升其机械化的覆盖率，减少山区谷子收获过程中的人力以及经济成本支出，是十分重要的研究课题。

2 当前我国常用的谷子收获机械

谷子收获的机械化可以提升农民的工作效率，但是当前我国常用的谷子收获机械较难处理山区的谷子收获问题，所以需要对这些机械的优缺点进行分析，并结合山区特点以及谷子本身存在的特点，给出相应的创新改良意见。

2.1 谷子割晒机

谷子割晒机是专门进行谷子收割晾晒的机械，其工作效率远远大于人工，并且使用该机械进行作业时，谷秆的回收也十分容易。谷子割晒机可以与手扶拖拉机或者小四轮拖拉机进行配套，从而适应不同地理环境下的使用。谷子割晒机对地形的要求较小，因而受到农户的广泛欢迎，但是由于谷子具有秸秆高、谷穗较大、籽粒容易散落等特点，所以农户在使用谷子割晒机进行谷子的收割工作时，常常出现谷子喂入困难、缠绕、铺放不整齐、籽粒损失等问题，这些问题会影响谷子的收获，于农户而言可能会造成一定损失。

2.2 谷子脱粒机

当前为我国的谷子脱粒机分为两种，分别为谷穗脱粒机以及整株脱粒机，这两种脱粒机由于价格低，使用起来方便快捷，所以受到了农户们的喜爱，但是这两种脱粒机都存在一定的缺点，影响了其使用效果[3]。如果在进行脱粒工作时，人工喂养谷子秸秆存在不均匀的现象，那么就容易出现机械的缠绕、堵塞等，并且还可能出现谷粒破损、漏籽量大、清选效果差等问题，农户可能因此而遭受损失，本来农户种植谷子的利润并不高，再加上这部分损失，他们的收益就会更少，也会打击到农户种植谷子的积极性。

2.3 谷子联合收获机

谷子联合收获机也分为两种类型，分别为轴流式联合收获机以及切流式联合收获机。两种收获机在进行谷子的收割、脱粒、清选等工作时，常常会由于谷子谷穗大的特点，而出现谷秆喂入困难、脱粒困难、谷穗击碎等问题。当前我国的谷子联合收获机主要通过击打或者揉搓的方式实现谷子的脱粒，这种方式的脱粒效果有些不尽人意。在山区地域，谷子联合收获机并不适用，因为该机械对于地形的要求较高，还需要拥有较为宽阔的地方，并且其收获的规模也较大，山区一般都会散户种植，相互之间的距离比较远，规模也较小，所以谷子联合收获机并不适用于山区的谷子收获。

3 当前我国谷子收获机械化发展存在的主要问题

抛开丘陵、山地等地形限制不谈，谷子本身的一些特征也会严重影响收获机械化的效果，即使通过机械，提升了谷子收获的效率，但也会造成大量的谷子损耗，对于农户来说，也有较大的损失，所以这些问题都需要在谷子收获机的创新中获得解决。

3.1 地形限制问题

虽然我国大部分种植谷子的地区都位于平原，但是也有部分谷子种植在山区，河北省是我国谷子的主要种植区域之一，在该地区，就有大部分山区种植谷子，山区固有的地形限制了大型机械的作业，即使是小型机械，在这样复杂的地形之中，也难以发挥作用，或者会耗费大量的经济成本，得不偿失，对于农户来说，仅有的一点方便并不足以弥补其经济损失，并且，山区种植谷子的农户经济实力有限，他们更注重经济成本，如果谷子收获的机械化可以给他们提供一定便利，但是需要他们付出较大的经济成本，对于他们而言也得不偿失，这也给山区谷子收获机械化的发展造成了一定的不利影响。

3.2 谷子特点限制

与别的农作物不同，谷子在成熟之后，其谷穗较为饱满，下沉现象较为严重，并且谷穗会相互绞缠在一起，在使用机械进行谷子的收获工作时，常常会出现清选方面的问题，或者谷穗缠绕机器，脱粒不干净等。这些都是谷子特点限制从而导致的问题，在进行谷子收获机械化创新时，也需要充分考虑到谷子的特点，从而创新出更适宜收获谷子的机器。

4 山区谷子收获机械化的创新分析

针对山区环境以及谷子本身所具有的特点，在进行收获机械化的创新时，要尽量控制机械的运输难度，降低运输成本，同时提升机器的工作效率，让机器可以实现更充分的脱粒，为农户创造出更大的经济价值。

4.1 机械的创新需求

在山区中使用的谷子收获机械，既要考虑到经济效益，同时也要考虑到其工作成效。所以需要一种可以集收割、晾晒、运输、脱粒等功能于一体的机械，这样可以在很大程度上提升山区农户收获谷子时的机械化水平，让他们摆脱原来的半机械化状态，提升他们的工作效率，减轻他们的工作负担[4]。再加上山区谷子种植分散、往来路途较远的特点，该机械不仅要适应山区的复杂严苛环境，即使运动了较远距离，其耗费的经济成本也应该控制到一个较低的范围，减少农户的经济支出。同时，还需要考虑到散户种植时的劳力问题，散户种植的种植面积小，再加上大部分农村劳力都选择外出务工，所以一般农户家中的劳力少，所以该机械最好能够单人操作。最后，针对谷子成熟后谷穗饱满、下沉、绞缠等问题，会影响到机械的运行，并且会影响到机械工作的效果，所以还需要针对该特点进行设计，提升机械的脱粒、清选等工作效果。

4.2 技术创新

为了满足以上创新需求，可以设计出一款能够单人操作的手推式谷子收获机，通过手推的形式，控制该机械的大小，从而满足山区复杂道路的行进条件，再加上手推的形式，可以尽量减少其能量消耗，节约经济成本。现在基本每家每户都有电动车，所以可以考虑将谷子收获机的能源设置为电动的形式，这样农户可以使用电动车的蓄电池给收获机提供动力，既满足了控制成本的需求，同时也可以给予农户最大的使用方便[5]。针对谷穗饱满、下沉的问题，手推式谷子收获机也可以较好应对该情况，在遇到下沉现象较为严重的谷子时，农户可以先用机械将谷字底部的谷秆切断，然后捡起整株谷子，将谷穗头送入谷穗切割机部分进行切割，剩下的谷秆则可以手动放置在一旁的田地上。该机械应该配备有两个切割机，分别为谷穗切割机以及谷秆切割机，农户推动收获机进行作业时，谷穗切割机运转将谷穗下方的谷秆切断，随后谷穗掉入收集袋，而谷秆切割机运转，将谷子底部的谷秆切断，被切断后的谷秆在导向杆的作用下，整齐有序地排列在田地中。面对倒伏程度较低的谷子时，农户可以手动或者利用倒伏扶杆进行扶正，随后进行正常的切割作业。这样的设计也可以较好地解决谷穗绞缠问题，即使不同谷子的谷穗相互绞缠在一起，但是农户的机械收割会依次序将各谷子植株收割，绞缠在一起的谷穗也会掉入相同的收集袋，这样其绞缠带来的不利影响将会降到最低。由于能源采用了蓄电池，所以还需要考虑到其电耗以及效能问题，在避免出现电耗过快的同时也需要避免动力不足的情况，所以收获机的切割刀需要按照斜切原理进行设计，让切割刀相对谷秆有一定的倾斜度，这样的切割最省力，同时也要计算出切割刀的最佳旋转速度，从而保障切割效率与能耗之间的平衡。

4.3 脱粒、清选

在完成了切割工作之后，农户可以将收集到的谷穗运输到家中进行脱粒、清选，即在田地中主要完成切割收集部分，这样可以减少机械的运作负担。如果需要在田地中完成脱粒清选时，那么势必需要增加机械的体积，从能源损耗以及山区复杂道路的行进方面进行考虑，很显然这样是较为不科学的，所以可以将脱粒、清选等步骤放到农户家中或者别的地方完成。

5 结语

机械化是提升劳动效率的良好方式，对于谷子种植与收获来说，平原地区的大规模种植已经可以较高程度地实现机械化，这也促进了这些地区的经济发展。河北省作为我国谷子种植的大省之一，该地区中有不少谷子种植在山区，山区复杂的地形以及散户种植的形式，都给谷子收获的机械化带来了不少困难，再加上谷子本身的特征，也影响到当前谷子收获机械的运行，所以对于山区的谷子收获工作来说，更需要创新的技术。针对以上情况，本文提出了手扶谷子收获机的创新形式，并且将其能源改成蓄电池，通过电力的驱动，可以节省农户的经济成本，同时他们也可以利用家中的电动车蓄电池作为能源，极大地方便了他们的使用，可以满足山区环境下谷子的机械化收获需求，农户在田地中完成谷子的收割工作，然后到别的地方进行脱离、清选，采用分段式的方式，可以在很大程度上避开山区地形的影响限制。