秸秆打捆机研究现状与趋势

秸秆打捆机研究现状与趋势
赵小娟; 杨莉; 戴晓军; 张宁; 郭喜燕; 董佳佳; 吴玉霞; 师慧婷
【期刊名称】《《农业工程》》
【年(卷),期】2019(009)010
【总页数】5页(P24-28)
【关键词】农业机械; 秸秆; 打捆机; 现状; 趋势
【作者】赵小娟; 杨莉; 戴晓军; 张宁; 郭喜燕; 董佳佳; 吴玉霞; 师慧婷
【作者单位】中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院有限公司内蒙古呼和浩特010010; 卓资县农牧和科技局内蒙古乌兰察布012300; 清涧县农机安全监理站陕西榆林718399
【正文语种】中文
【中图分类】S817.11
0 引言
中国的秸秆资源种类十分丰富，主要有玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆[1]。

其中，玉米秸占比最高，达到32.5%，稻草和麦秸紧随其后，分别达到25.1%和18.3%，其余秸秆品种占比均不到5%，如图1所示。

长期以来，秸秆一直是农民生活和农业发展的宝贵资源。

改革开放以来，在党中央、国务院强农惠农政策支持下，农业连年丰收，农作物秸秆产量逐年增多。

据调查统计，2010年全国秸秆理论资源量8.4亿t，可收集资源量7亿t；2017年我国秸秆理论资源量8.84亿t，可收集资
源量7.36亿t。

秸秆是一种具有多用途的可再生资源，我国秸秆综合利用上有“肥料化、饲料化、燃料化、基料化和原料化”5大类。

发展成熟的秸秆饲料化收获加工技术，可以有效保留秸秆中粗蛋白、粗脂肪、碳水化合物和淀粉等含量，提高消化率。

图1 我国农作物秸秆品种结构Fig.1 Structure of crop straw in China
我国秸秆打捆设备主要针对田间直立、铺放和散状的玉米、小麦秸秆，一次完成收割、饲料化粉碎以及打捆成型作业，为后续的秸秆“饲料化、基料化、燃料化与原料化”利用提供了前提条件，如图2所示。

图2 秸秆综合利用流程Fig.2 Straw comprehensive utilization process
通过切割揉碎打捆，使农作物秸秆变成体积小、形状规则的丝状物，便于收集、运输、贮存以及进一步利用，农牧民通过秸秆切割揉碎打捆，将秸秆变废为宝，实现经济增收，玉米秸秆可增收3 000元/hm2左右，同时杜绝了秸秆焚烧、污染环境，实现资源化利用，创造了经济效益的同时也产生了可观的生态效益。

我国虽然大力推广秸秆的饲料化处理和应用，但受农作物秸秆收获机械化程度的制约，秸秆的综合利用率较低，随意抛弃、焚烧现象依旧严重，不仅造成一系列环境问题，还浪费了宝贵的生物资源，如图3所示[2]。

图3 秸秆焚烧现场Fig.3 Straw burning site
无论是饲料加工、有机肥料、饲料化处理还是秸秆发电，农作物秸秆的综合利用首先要解决的就是运输问题。

无法提供有效的机械化收获，秸秆的综合利用无从谈起，鉴于秸秆的综合利用价值和经济价值，开发成本较低、符合国情的秸秆收获机械是我国当下亟需解决的问题[2]。

1 国内外研究现状
1.1国外研究现状
国外的秸秆打捆机研发起步较早，距今已有100多年的历史。

20世纪30—40年
代，田间捡拾打捆机被成功研制出，但直到第二次世界大战后才开始普及和应用。

如美国在20世纪60年代末，方草捆收获作业占饲草收获总量的80%以上，捆草机保有量一度达到70多万台。

20世纪70年代初，大圆草捆打捆机、捡拾压垛机等饲草收获机械在欧洲、北美和澳大利亚等地得到迅速推广，使饲草收获工艺进入了新时期。

当今，发达国家的秸秆打捆机自动化程度高，结构先进。

多功能、大型化、机电一体化和智能化控制是主要发展方向[3]。

秸秆打捆机是收获秸秆的重要装备，将田间的秸秆(直立、铺放或散状)自动切割捡拾，通过揉碎、输送喂入、压缩成型以及打捆结扎等作业工序，把秸秆捆扎成外形整齐的草捆。

收集方式主要有两种，圆捆和方捆，其中圆捆又分为内卷式和外卷式两种[4]。

国外秸秆主要以分段式收获为主，即联合收获机收获以后，将秸秆铺放
在田间晾晒，待含水率达到要求之后，再进行秸秆的打捆、运输和贮存等一系列工作。

国外的秸秆打捆机种类丰富，能够在不同地域、不同地形和不同条件下完成打捆作业。

目前国际上的3大农机装备制造公司德国克拉斯公司、美国凯斯-纽荷兰
公司以及美国约翰迪尔公司都生产秸秆收获装备，此外还有法国库恩、挪威格兰和日本高北等，他们生产的装备种类齐全，配套性能高，可实现秸秆高效智能收获。

正是由于机械化水平较高，使得发达国家的农作物秸秆几乎达到100%再利用[5]。

发达国家使用的秸秆成型机械大多为高密度方草捆打捆机或圆草捆卷捆机，技术已经非常成熟。

以欧洲普遍采用的德国克拉斯公司生产的2200方捆打捆机(图4)为例，该机器打捆后的草捆密度高，运输时排列方便，形状完美，1.20 m×0.70 m
尺寸的方捆能更好地满足秸秆处理的要求。

图4 QUADRANT 2200方捆打捆机Fig.4 QUADRANT 2200 Square baler
再如德国克罗尼的CF155XC型牵引式碎料物料圆捆打捆缠膜机，既可以对细碎物料进行打捆，也可以完成捆后缠膜作业，工作效率很高。

日本研发的一种新型细切打捆机，每小时能处理十几吨全株玉米，是目前全世界范围内较为先进的机型。

1.2国内研究现状
我国在秸秆收获方面起步稍晚，并且由于种种原因推广期较长。

20世纪70年代
末期，我国开始从美国、法国等国引进秸秆打捆机，开展相关研究工作。

20世纪80年代初研制成功并在吉林、江苏和内蒙古等地投产使用。

我国秸秆收获机械真
正起步于2000年左右，在从德国CLASS公司、美国CNH公司和美国约翰迪尔
公司引进小方捆打捆机后，我国陆续研发了小圆捆打捆机、正牵引小方捆打捆机、侧牵引小方捆打捆机及二次压缩等产品。

在国内有以潍坊为中心的山东农机产业集群，以洛阳为中心的河洛产业集群，沿太湖流域的苏、锡、常产业集群，以天津为中心的京津冀产业集群，在这些传统农机产业集群的基础上，发展出了打捆机的产业集群[6]。

2006年，中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院有限公司(以下简称呼分院)研
发出9YFQ-1.9型方草捆捡拾压捆机，该机采用了一体机架、正牵引和跨行式的工作方式，在整个打捆过程中，秸秆的运动更加顺畅，生产率得到进一步提高。

目前，呼分院在不断完善9YFQ系列方捆机的基础上，不断推出系列新产品，主要研发
了9YJS-2.2型双刀轴秸秆切割揉碎方捆压捆机、9YFS系列中密度秸秆切割揉碎
方捆压捆机、9YGJ-2.2系列圆草捆卷捆机以及9YGR系列切割揉碎圆草捆打捆机。

目前我国研制生产打捆机的公司还有上海世达尔现代农机有限公司、黑龙江德沃科技开发有限公司和新疆机械研究院股份有限公司等[7]。

图5所示的9YJS-2.2型双刀轴秸秆切割揉碎方捆压捆机由呼分院自主研发，该机可将田间的秸秆(直立、铺放或散装)自动切割捡拾，通过揉碎、输送喂入、压缩成形和打结捆扎等作业工序，把站立的、散装的秸秆捆扎成外形整齐规则的长方形草捆。

创新设计的二次切割揉碎装置使秸秆粉碎更细，可直接饲喂牛羊，深受养殖专业户的青睐。

图6所示的9YFQ-2.2ZS方草捆打捆机是上海世达尔现代农机有限公司自主研发，
适合高大粗壮型秸秆的割倒、粉碎及捡拾打捆作业。

主要用于玉米秸秆、棉花茎秆等多种农作物秸秆的收获。

能将田间站立、铺放或散落的秸秆自动捡拾切割，通过揉搓、输送喂入、压缩成型及打结捆扎等作业工序，形成外形整齐规则，密度均匀的长方形草捆。

该系列机器与拖拉机配套，转弯灵活，能完成360°全地形牵引连
续作业。

图5 9YJS-2.2型双刀轴秸秆切割揉碎方捆压捆机Fig.5 9YJS-2.2 double knife shaft straw cutting and crushing square baling press
图6 9YFQ-2.2ZS方草捆打捆机Fig.6 9YFQ-2.2ZS square baler
图7所示的9Y-2200方捆打捆机本由黑龙江德沃科技开发有限公司开发。

该机采用正牵引式作业，整机具有对称纵轴线，行驶稳定性好、便于牵引且转弯灵活，能适应在小块和不规则的地块上作业。

关键部件打结器采用德国原装进口，打结高效、散捆率低，打结器轴采用直径35mm大轴径，确保对玉米秸秆打捆的高可靠性。

图7 9Y-2200方捆打捆机Fig.7 9Y-2200 square baler
图8所示的4KZ-300自走式秸秆打捆机由新疆机械研究院股份有限公司自主研发。

该机具有选择性收获的特点，将棉杆侧枝收获打捆，由于棉杆侧枝和棉铃壳营养价值高，可满足农牧民在冬季、夏季饲喂牛羊优质饲料的需求。

该机同样适用于玉米秸秆的切割收获打捆。

图8 4KZ-300自走式秸秆打捆机Fig.8 4KZ-300 self-propelled straw baling machine
从技术层面来看，国内打捆机行业经过多年发展，装备技术和质量逐步提升，设备稳定性高，与进口打捆机差距逐步缩小。

但是，国内秸秆打捆机在技术上还处于“模仿+改进”的阶段，原创技术很少，特别是打捆机的核心部件打结器主要依赖进口，制约了国内打捆机制造企业进一步发展。

一些企业盲目追求产品规模的扩张，品牌观念淡薄，产品同质化严重，不得不通过低价竞争争夺市场，不利于行业的长
远发展[8]。

如果说农作物秸秆处理是农业创业风口，那么秸秆机械就是农机行业的新“蓝海”。

目前我国打捆离田的秸秆不到10%，与欧美国家100%的水平差距悬殊。

目前打
捆机下游秸秆资源的开发利用率，制约了打捆机销售量的提高，只有充分开发和利用秸秆资源，才能拉动秸秆打捆机产业发展[9]。

2 发展趋势
2.1国外发展趋势
国外发达国家秸秆收获技术已经成熟，其发展趋势体现在以下4方面：一是在保
证良好性能的前提下，向高效、大型、大功率、智能及高速的方向发展；二是不断采用新材料和先进的制造技术，使产品性能更加优越，装备的可靠性大幅度提高；三是基于人机工程学，广泛应用机电一体化和自动化技术，进一步提高机具的舒适性、安全性和可操作性；四是集成3S技术，向智能化收获装备方向发展[10]。

2.2国内发展趋势
首先，针对环境污染、雾霾严重的现状，国家持续加大秸秆焚烧治理力度，不仅出台了相关政策，而且加大处罚力度。

国家在不断严控秸秆焚烧并加大对秸秆离田还田政策的支持力度，因此打捆运输依然是政策支持的重点[11]。

其次，《2018—2020年全国农机购置补贴机具种类范围》(公示稿)已经发布，其中有两个品类涉及打捆机，一是收获机械品类里的打(压)捆机，二是废弃物处理设备里秸秆打压块(粒、棒)机。

此外，《全国种植业结构调整规划》指出，到2020年，青贮玉米面积达到166.7万hm2，苜蓿面积达到233.3万hm2。

这表明，国内农业种植结构由二元结构向三元结构“粮食作物+经济作物+饲料作物”转变的速度会加快，由于库存较大以
及出于追求经济利益的考虑，后期农作物种植结构中粮食作物所占比例会逐渐降低，经济类作物、饲料作物占比会逐渐增加[12]。

多年来，我国在农业方面投入的科研经费不足，致使打捆机机理的研究不够深入，造成产品质量不稳定，在动力消耗、成捆率和草捆密度等方面存在一些缺陷。

针对这些现状，不仅需要深入研究相关机理，优化打捆机和打结器结构，而且需要加强打捆机实地试验与改进工作；在打捆机满足各项要求的前提下，降低机器的制造成本；针对我国田间地形多变的情况，打捆机应向标准化、多功能化、小型化、节能化、智能化与高适应性方向发展；结合现有的打捆机理论和各个部件的作用及工作特点，使打捆机与其他农业机械相互配合，实现联合作业也是未来发展的趋势。

3 结束语
我国已成为全球第一农机制造和使用大国，现阶段秸秆打捆机的发展与国外发达国家相比还有一定差距[13]。

产品整机存在布局不合理、结构不紧凑以及能耗大等缺陷，多数机型仍属于仿制品，核心部件也依赖国外进口，导致成本增高。

部分农机企业在产品开发过程中为降低成本，缩短了样机试验周期，造成整机可靠性偏差、秸秆成捆率偏低等问题。

因此我国必须不断增强自主创新意识，提高自主创新能力，加大科研支持力度，突破核心技术和关键零部件的“瓶颈”制约，不断优化产品结构，研制更适合我国国情的作业性能好、可靠性高且经济适用的秸秆打捆机，进一步满足我国地域多样性、作物多元化以及农艺复杂性对农机装备性能的要求，为我国农业机械化发展插上科技的翅膀。

参考文献
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