果园绿肥粉碎打捆装备研究现状分析

谭洪岩，冶 瑞，韩苏健，王贞元，赵劲飞，廖结安※

（1.塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔 843300；2.新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室）

0 引言

果园绿肥是指在果树行间或全园种植草本植物用作肥料的一种果园土壤管理方式。绿肥是指通过对绿色植物体直接翻压还田、供给牲畜、异地施用、集中发酵等用作生物肥料的绿色植物体，是一种富含有机质、氮磷钾及微量元素的天然肥料。

随着我国对果园机械自动化生产技术和装备的迫切需求及发展，果园绿肥生产管理机械化水平的提升已成为实现“绿色果业”现代化的必然要求。由于果园中农作物种类较多，现需要研制出适宜果园的粉碎打捆装备，集中对果园中农作物进行粉碎打捆，成捆后方便运输、便于储存。绿肥可供牲畜食用，亦可作为绿肥进行施用等。

1 国内研究现状

相比国外，我国粉碎打捆装备的研制与开发相对较晚，1940年着手研究固定式打捆装备；1960年从国外引进小方捆捡拾压捆机进行初步的测绘仿形；1970年部分企业相继开始仿制国外方捆机并开始了批量生产[1]。2010年我国开始自主研发粉碎打捆装备，我国在粉碎打捆装备方面发展较为缓慢，主要由于基础理论不成熟、制造技术不完善等因素。

1.1 传统打捆装备

圆草捆打捆装备，主要包括传动系统、捡拾装置、喂入系统、成型室、缠网系统、控制系统、报警系统、液压系统、抛捆系统和牵引装置。其工作原理为：打捆机在拖拉机的牵引下，通过拖拉机提供动力给传动系统，捡拾系统通过弹齿旋转将牧草或秸秆捡拾后抛向喂入系统，喂入转子连续旋转将秸秆推送到成型室，秸秆在成型室内随钢辊不停地旋转，当成型室内秸秆密度到达设定值后，将信号传递给控制系统，控制系统反馈信号，缠网装置对草捆进行捆轧操作，最后开启成型室仓门将成型的草捆抛出，完成一个草捆的打捆工作，继续进行下一个草捆的捡拾打捆工作循环[2]。

图1 传统打捆机类型

我国研发的圆草捆打捆装备具有工作效率高、适用性强、操作简单、打捆直径可控、打捆密度可调等特点。可自动卸捆，绕线准确可靠，绕线间距幅宽可调、低平弹齿捡拾器动作轻柔，捡拾精准可靠，可最大程度减少作物损失[3]。但由于在粉碎打捆技术方面起步较晚，粉碎打捆技术不成熟以及粉碎打捆装备设计方案不够健全，因此我国在设计制造上仍处于测绘仿形阶段，国产打捆装备在性能方面和国外产品有一定差距。另有一些关键性技术，始终受制于人，例如德国D型打结器以及刀辊等[4]，由于技术层面的不足，导致成捆后密度尺寸不均匀、散捆率较高以及秸秆的未完全利用等问题。

1.2 打捆装备最新研究现状

目前，果园绿肥粉碎打捆装备的研发较迅速，如中联重科研制开发的9YF-2200型方草捆打捆装备（图2），整机设计采用优质高强度锰钢板材，除增大喂入室，加装多机构草捆调节压力以及高强度双排链和剔草刀外，还配备了德国拉司伯重型双D打结器（RS6003），具有打捆高效、成捆后草捆密度高、稳定可靠、坚实耐用等特点[5]。

星光玉龙9YYD-1.25型圆草捆打捆机（图2），该机无凸轮盘、无弹齿梁的弹齿，降低了捡拾器故障率，提高了捡拾率。切网系统中刀片采用特殊钢材锯齿形设计，大大提高切刀率和稳定性。电控系统界面简单易用，在其控制下自动卷网系统和草捆密度控制系统协同工作、紧密配合，完成高效作业[6]。该机具有体积小、工作效率高、工作性能可靠、适用于果园作业等特点。

图2 新型打捆装备

孙芊芊等人设计研发的9YG-1.2A型圆草捆打捆机（图3）其工作原理为：圆捆机的前下方有捡拾器，捡拾器里的弹齿旋转会将地面的草条和秸秆捡拾收集、喂入由多个压辊滚筒形成的圆柱形打捆室。草条在打捆室内受到离心力的作用，逐渐挤压形成一个草芯。在不断喂入草条的条件下钢辊会旋转带动草芯越滚越大，最后形成一个内紧外松的圆草捆，同时打绳器进行打捆工作。打捆机结束打捆后释放草捆，通过引导缓冲装置放置于地面[7]。其对果园绿肥粉碎打捆装备的研制开发具有一定的参考价值。

图3 9YG-1.2A型圆捆机内部结构示意

由于农业的不断发展以及我国市场对打捆装备的需求，我国形成了以中机美诺、蒙拓科技、星光玉龙、德沃科技等为代表的打捆装备生产制造厂商，生产的打捆机具有工作效率高、适用性强、操作简单、打捆直径可控、打捆密度可调、可自动卸捆、绕线准确可靠、绕线间距幅宽可调、低平弹齿捡拾器动作轻柔和捡拾精准可靠等特点，可最大程度减少作物损失。

2 国外研究现状

在国外，绿肥被称作“覆盖作物”，广泛应用于农业生产中，国外的绿肥粉碎打捆作业和作物翻压作业同时进行[8]。著名的圆草捆打捆装备生产企业有：德国克拉斯、科罗尼，美国约翰迪尔、凯斯纽荷兰，法国库恩，挪威格兰等。在国外生产圆草捆打捆装备的过程中，其机械配置、动力输出、液压传动和自动控制等方面都各有其特色，并且产品已经规格化生产，其较高的作业效率以及机械化水平在国际上遥遥领先。

国外粉碎打捆装备的种类齐全，可以实现多种作业要求[9]。早在70多年前，纽荷兰公司就开始对方形草捆打捆装备进行研发。纽荷兰生产的打捆装备具有操作容易、性能可靠、维护简单便捷和配套动力适应性广等特点。成捆后尺寸大小统一、密度适中、成捆率高，方便运输储存[10]。但由于纽荷兰生产的大方草捆打捆机，机型过大，需要配备大型动力，并不适合我国实际生产（图4）。

图4 国外相关打捆装备

由于国外粉碎打捆机械大多以大中型为主，价格高昂、与国产拖拉机动力匹配度较差，而且考虑到我国果园作业条件、绿肥种植规模以及农户经济水平等各方面因素，国外绿肥粉碎打捆机械在国内果园绿肥的推广应用方面存在很大的局限性。

3 我国果园绿肥打捆装备存在的问题

一是在粉碎打捆装备的设计过程中，关键性核心技术始终受制于人，仿制出来的粉碎打捆装备在实际生产过程中出现了很多的技术问题[11]。

二是国内在果园绿肥打捆装备方面略显不足，玉米秸秆和稻秆是打捆装备的主要收获对象，对其他如麦秸、苜蓿等农作物秸秆研究不多，同时由于各种农作物的物理性特性不同，其粉碎打捆装备制造工艺流程也不同，现阶段我国缺乏针对特定作物的专用粉碎打捆装备。

三是粉碎打捆装备的传动方式，目前国内粉碎打捆装备的传动方式以挂接牵引偏多，缺乏自走式粉碎打捆装备，相对牵引挂接式粉碎打捆装备而言，结构紧凑、效率高、转弯半径小是自走式粉碎打捆装备具有的特点，更适宜小地块以及果园内作业，目前我国缺乏对自走式粉碎打捆装备的研究。

4 展望

通过我国在农业机械装备上的不断开发与研究，我国果园绿肥粉碎打捆装备的研究与制造取得一定成绩，今后粉碎打捆装备的发展应重点考虑以下几个方面。

4.1 深化理论研究，攻破关键技术

从科学理论研究出发入手深入研究打捆物料在粉碎捆室的旋转运动力学特性，分析捆在成型前和成型后的原理，突破快速粉碎捆绳自动缠网控制技术，研发一套高效率的快速捆绳自动缠网控制装置[12]。

4.2 借鉴国外先进技术经验，提高研发效率

在深入研究国外先进作业技术基础的同时，重点研究目前我国果园绿肥粉碎打捆装备技术研制的薄弱环节，研究高效的粉碎压缩技术和打捆装备，对粉碎打捆室的结构形状及压缩辊的大小数量精度进行控制优化，从而达到高效率、高质量的粉碎打捆作业要求。

4.3 提高机器自动化作业程度，向智能化方向发展

随着我国果园绿肥项目的发展与推进，果园绿肥的高质量收获作业，成为发展的重中之重。攻破作业参数传感器采集技术，精准采集粉碎打捆作业信息（粉碎速度、物料含水率等）与粉碎打捆质量指标（成捆率、能耗等），时时显示粉碎打捆装置作业状态，以向驾驶员、农户反映真实作业情况，同时建立各因素对粉碎打捆质量的响应模型，建立精准多参数融合的智能调控方法，以实现效率与效益并存的智能高效粉碎打捆作业。