国内外秸秆打捆机械研究现状与展望

朱奕庚，姚林晓，古冬冬，张 莹，杨 杰

(1.河南农业职业学院，郑州 451450；2.华北水利水电大学，郑州 450000)

0 引言

我国的秸秆资源总量十分丰富，年产量约占全球总产量20%～30%。据农业部统计数据显示，2017年中国农作物秸秆可收集资源总量达到8.27亿t，其中，小麦、水稻、玉米三大粮食作物秸秆资源量分别为14.7 亿，19.1 亿，37.2亿t，合计占全国秸秆资源总量的84.8%[1]。

目前，我国大部分地区的秸秆综合利用率较低，为了方便处理秸秆，主要采用秸秆粉碎还田的处理方法，但秸秆还田后导致土壤碳氮比失衡、后茬作物出苗质量差，进而影响产量；部分秸秆进行露天焚烧，导致空气污染严重，严重影响周围居民的身体健康，且存在一定的安全隐患，因此改善对秸秆的处理方法十分必要[2]。秸秆作为可再生资源，通过合理利用会带来良好的经济效益和社会效益[3-4]。

为了减少秸秆还田、秸秆焚烧所带来的危害，可将秸秆集中回收并应用于多种行业，提高秸秆利用率。前提是需要将秸秆资源合理地收集起来，由于秸秆物料松散，需对其进行压实打捆，否则很难完成对秸秆的高效收集、贮藏、运输[5-7]。因此，需结合我国的具体情况设计出结构合理、功能齐全、高效稳定的秸秆打捆机。

1 国内外研究现状

秸秆打捆机是收集秸秆的必要装备，其功能是通过机械部件将地上的秸秆捡拾粉碎，通过压捆室进行挤压，使其具有较高的密度，方便运输与储存。根据草捆不同形状，可分为圆捆打捆机、方捆打捆机；其中为了方便运输，又将方捆打捆机所成捆的大小分为小方捆、大方捆两类，按照机械配套形式的不同，可分为牵引式打捆机、自走式打捆机[8]。

1.1 国外研究现状

国外对打捆机的研究较早，距今已有200多年的历史。1958年，美国人罗托-巴勒研制出圆捆打捆机，可将秸秆压缩成重量约18～45 kg的捆，至今有些地方仍在使用该打捆机；1870年，美国人迪德里克发明了第一台固定式方草捆打捆机；20世纪中期，由于国外的人力资源稀缺，持续加强新型打捆机研制，从而提高秸秆处理效率，使农业秸秆利用率提升近一倍。为实现机械自动化，1980年以后，欧美农机企业开始研发功能多样化、智能化、节能高效的打包机。国外发达国家生产的打捆机性能稳定，种类齐全，可以应对不同的工作环境，主要生产厂家有约翰迪尔、库恩、科乐收、纽荷兰等。

纽荷兰公司生产的BC5000系列打捆机是世界范围产量最多的小方捆打捆机，该系列共有BC5050、BC5060、BC5070、BC5080四款，已累计生产80万余台，在市场上有很高的占有率[9-13]，BC5000系列打捆机可靠性高，喂入顺畅，可应对多种环境作业，打捆柱塞轴承的维护与保养更加方便，打出的草捆捆型规则，方便捡拾与堆垛。其生产的大方捆打捆机已立足市场30余年，如图1所示的BIGBALER1270Plus打捆机，针对不同的农作物都能高效稳定地完成打捆作业，同时采用纽荷兰专利设计LoopMaster环形打结器，可以获得更加强韧坚固的草捆，减少了捆绳末端打结时的浪费，打捆速度最高可达110捆·h-1。

图1 纽荷兰BIGBALER1270Plus大方捆打捆机

QUADRANT5300方捆机(图2)是德国科乐收公司生产的一款可以在多种环境下工作的智能大型方捆打捆机，该打捆机装配了最新款的捡拾台(图3)，采用五行捡拾弹齿结构设计，捡拾更加高效稳定。另外该打捆机采用了新型Cormick打结器，当打节器大针做完一次往复运动后，会形成双环绳结，绳结强度高；有效降低捆绳的消耗；地面及草捆上没有捆绳残余，保证了打结器工作的可靠性[14]。喂入系统配备了可连接预压室，其作用为当预压室内的传感装置受到的压力达到规定值时，会自动增大拨草叉的动作幅度，将秸秆送进打捆室，随后在压捆室的不断挤压下，便可根据预定值形成一个相应的草捆，预处理室可从驾驶室进行调节。

图2 QUADRANT5300打捆机图

图3 QUADRANT5300打捆机捡拾台

约翰迪尔公司生产的L341大型方捆机(图4)采用了车载液压密度控制技术，根据作业水分含量的不同，可在不改变草捆密度的情况下进行监测调整液压系统气缸对打捆仓的压力[15-16]。该打捆机具有BalarAssit系统，即可通过驾驶室内的显示屏或者遥控钥匙对动力输入系统进行正反装调节，正反方向具有两挡速度可供选择，一人即可轻松进行排堵、维保、故障维修。该打捆机采用电子打结技术(图5)，可以在驾驶室内调整方捆长度，提高了草捆长度的精确性与一致性，减少了维护难度。

图4 约翰迪尔L341大型方捆机

图5 电子打结器

1.2 国内研究现状

我国对打捆机的研究起步较晚，且发展速度较慢，20世纪60年代引进国外的小型打捆机，开始了对打捆机的研究；20世纪80年代我国仿制出国外的小型打捆机，投入国内市场[17]。通过对引进的打捆机进行技术学习，对部分打捆机进行优化，使产品性能不断提高。我国的打捆机产品以中小型为主，主要机型为小型牵引式方捆打捆机，部分高端产品依赖进口[18-19]。

通过不断对国外先进打捆机技术的学习与研究，并结合我国作物种植与土地的特点及种植户对打捆机的需求与使用反馈，逐渐研发出适合我国行情的秸秆打捆机，目前，我国打捆机主要生产制造企业有中联重科、福田雷沃、星光玉龙等[20]。

2016年湖北星光玉龙公司研制的9YFL-1.9型履带自走式方草捆打捆机(图6)采用前置捡拾装置及压草结构设计，具有捡拾干净、秸秆无二次碾压、秸秆喂入效果好、工作效率高等特点；采用了柔性侧面皮带输入，传动故障率低，可实现无级变速，田块适应范围广。

图6 9YFL-1.9型履带自走式方草捆打捆机

上海世尔达公司生产的9YFQ-2.3Z型正牵引方草捆打捆机(图7)可以处理多种作物秸秆。该打捆机采用单向摩擦离合器，具有三重保险螺栓，可以有效防止机器超负荷工作，对关键部件起到过载保护作用；捡拾宽度增至227 cm，提高了工作效率；可通过弹簧或手柄调节草捆密实度，压紧效果好，捆型规则，方便捡拾与堆垛。同时该机采用了大角度广角传动的联轴器，打捆机可以在较窄的范围内完成转向，可以在小田块的环境下完成作业。

图7 世达尔9YFQ-2.3Z型正牵引方草捆打捆机

雷沃公司生产的MF6045打捆机(图8)采用德国进口RS6003重型打结器，装配了打结器除尘装置，提高了打结可靠性，可满足复杂工况作业需求;主传动采用组合式9簧离合器、双排链轮、双链条结构传动，应对硬茬作物仍然可以有效完成打捆处理；装配双辊粉碎机构，对秸秆进行二次破碎，使秸秆更细化，不需要对秸秆二次加工即可达到饲养标准；同时该机在只更换捡拾装置的情况下即可完成对牧草等软秸秆的作业，实现一机多用。

图8 雷沃MF6045打捆机

虽然我国生产的打捆机与国外的产品在功能上比较接近，但是我国主要以仿制国外的打捆机为主，关键技术的研究并不成熟，因此国产打捆机的工作性能仍存在不足，打捆成捆率、草捆密实度、绳结强度、可靠性等方面仍与国外打捆机存在很大差距。打结器等关键技术的部件依赖进口，打出的草捆质量不理想，直接导致了秸秆、草料压捆时的密实度、尺寸与设定值存在偏差、散捆率较高。

2 发展趋势

近年来，国家将粮食、经济作物的二元结构调整为粮食、经济、饲料作物的三元结构，加上秸秆等替代性饲料资源的需求不断增加，现在焚烧秸秆与秸秆还田成为了秸秆的主要处理方式，对资源环境带来了很大的污染，造成了资源浪费。我国开始加大对打捆机研发的扶持力度，并将打捆机列入农机补贴项目，打捆机的发展也随之迎来了契机。

1)我国田间地形多变且山地较多，小型打捆机仍占据一定的市场地位。因此，提高小型打捆机的适应性、可靠性、工作效率等性能是未来的一个发展方向。

2)自然环境的不断恶化及国家对环境的重视程度越来越高，打捆机在工作及草捆运输过程中对环境的影响也需要得到改善，打捆机械会向着提高捡拾、粉碎及打捆防尘效果，提高草捆密度的方向发展。

3)随着社会的进步，为能实现机械的自我故障检测、维护、数据分析等智能化功能，对机械的工作性能、操作方式等方面要求也越来越高，因此我国打捆机应向智能化方向发展。

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