我国向日葵收获割台的研究现状和发展建议_高小龙.pdf

新疆农机化2023 年第 1 期通讯作者：李 斌修回日期：2022-11-05基金项目：兵团重点领域科技攻关计划（2021AB001）doi:10.13620/ki.issn1007-7782.2023.01.006中图分类号:S817.3文献标识码：A0引言向日葵又名葵花，其具有抗旱、耐盐碱等特性，是我国具有地区特色的重要经济作物，种植地主要集中在新疆、内蒙古、东北、河北和山西等地。我国向日葵种植面积每年大约在 100 万 hm2，年产量达 250万t1，单产为180kg/667m2，新疆、内蒙古作为向日葵的主产地，其产量占全国总产量的 75%。向日葵根据用途的不同可划分为油用型向日葵和食用性向日葵。我国对于向日葵联合收获机的研发起步较晚，各地区中只有新疆、内蒙等部分地区能够实现机械化收获2，但仍然存在含杂率高、通用性差以及籽粒破损严重等问题，其原因在于割台技术粗糙，达不到理想的收获要求，增加了后续脱粒、清选工作的难度。现有的割台技术已经开始制约我国向日葵产业的发展，因此开发出一款适应我国的向日葵收获机割台是目前需要解决的问题3。1国内向日葵收获现状1.1油用型葵花油葵（油用型葵花）作为我国四大油料作物之一，被广泛应用于轻化工等领域。其籽粒可提取出大量油脂，其中富含亚油酸、维生素E、胡萝卜素和低胆固醇4。随着我国经济的快速发展和健康消费观念的普及，人们对于优质食用油的需求将进一步增加，油葵种植效益高。1.1.1 油葵收获模式油葵植株茎秆较细，成熟后水分含量少，易于收割，主要收获方式为人工收获和联合收获。人工收获周期长，成本高；联合收获可在田间一次性完成取盘、脱粒、清选等作业工序，该收获方式效率高、成本低，遇到霉雨天气时可进行抢收。目前中国市场上的油葵割台一部分为在稻麦联合收文章编号：1007-7782（2023）01-0022-04我国向日葵收获割台的研究现状和发展建议高小龙1,2，李 斌1，刘 洋1，王士国1，董云成1（1.新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆 石河子 832000；2.石河子大学机械电气工程学院）摘要：向日葵作为我国重要的油料及食品加工原料，其机械化收获技术对于降低劳动强度、提高经济实力有着重要的意义，但向日葵割台核心技术的难以攻克造成了向日葵机械化收获进展缓慢。本文根据向日葵的物理特性及用途，从食用型葵花、油用型葵花两个角度，分别叙述了两种向日葵在我国的收获方式及其收获割台的研究现状，提出了我国在向日葵收获割台的研发中存在的问题及建议，为我国向日葵机械化收获的发展提供了参考依据。关键词：机械化收获；割台；油葵；食葵Present research situation and development suggestion forsunflower cutting head in ChinaGao Xiaolong1,2,Li Bin1,Liu Yang1,Wang Shiguo1,Dong Yuncheng1(1.Institute of Machanical Equipment,Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science,Shihezi,832000,Xinjiang,China;2.College of Mechanical and Electrical Engineering,Shihezi University)Abstract:As an important raw material of oil and food processing in our country,the mechanized harvest technology of sun-flower is of great significance to reduce the labor intensity and improve the economic strength,but the diffuculty in overcomingthe core technology of sunflower cutting head results in slowly mechanized harvest progress.According to the different physicalcharacteristics and uses of sunflower,the harvesting methods of two kinds of sunflower in our country and the research status ofthe cutting head from the angle of edible sunflower and oil sunflower were expounded in this paper,the existing problems andsuggestionsinthe researchand development of sunflower harvester in our country were put forward,it could provide a referencefor development ofmechanized harvest ofsunflower inchina.Key words:Mechanizedharvest;Cuttinghead;Oilsunflower;Edible sunflower 开发研究 22新疆农机化2023 年第 1 期获机的基础上加装收获油葵的部件；另一部分为改装国外割台，虽然国内也研发了专用割台，但依旧难以达到预期的收获要求，推广较难。1.1.2 油葵割台研究现状中收公司研发的4LZ-7/8B自走式谷物收获机割台根据油葵的特性设计于适用油葵的拨禾轮，可以同时收获水稻和玉米1，但由于油葵与其他谷物物理差异较大，所以这类收割装置并不能达到理想的收获效果。图1 4LZ-7/8B自走式谷物收获机割台靳伟5等人研发了一款拨禾板式割台装置，由机架、分禾器、拨禾板、拨禾板高度调节机构、液压装置和螺旋输送器等组成。收获时可根据油葵品种调节拨禾板和分禾器的距离和割台距离地面的距离。分禾器为倾斜导板式，可以收集掉落的籽粒，拨禾板上安装有U型拨禾齿，可将切割下的葵盘拨入输送装置，输送装置为伸缩扒齿结构，可以减少葵盘之间的碰撞、防止回带。焦鼎6设计了一种油葵盘收获装置，该收获装置由梳齿式收获台、连杆、压板和液压油缸等组成。在收获过程中，液压升降装置将割台调整到合适高度，梳齿式收获台夹持油葵秆逆时针转动固定葵盘一端，另一端由压板固定，当割刀割下葵盘时，收获台会转动到竖直状态，葵盘落入螺旋输送器，完成收获。该割台收获的葵盘保留有极少的油葵秸秆，不易堵塞，但收获过程过于繁琐，收获效率低。新疆农业大学张学军7研究了一款油葵割台，主要结构为拨禾链、夹持带、拉茎辊和输送搅龙等。收获时，油葵茎秆进入分禾器，拉茎辊转动将茎秆向下拉动直至葵盘接触分禾器，同时拨禾链连同夹持使将茎秆向后运动，葵盘切割分离后落入输送搅龙中，完成收获。该割台收获的葵盘碰撞较少，所以籽粒损伤小，损失率低。新疆大学张凌杰8在此基础上加装葵盘接穗板、籽粒收集槽和输送带，去除传统的往复式割刀，采用棱柱、对刀式组合拉茎辊来切割油葵盘，降低了割台振动，避免葵盘掉落。华中农业大学刘巍9等研制了一种油葵收获机专用割台，该割台采用大型的三幅式拨禾轮来减少对葵盘的损伤。安装内外分禾器，并且在外分禾器外侧加装排禾秆，防止左右两侧油葵茎秆堆积。华中农业大学黄小毛10在此基础上增加了落粒回收装置，该装置由输送带、大翼板和小翼板组成。利用两个翼板的倾斜角度使击落的葵花籽全都掉落在输送带上，减少落粒损失。山东宁联机械制造有限公司研发的4LZ-4KH自走式谷物联合收获机（图2）割台结合了双拨禾轮和拉茎、输送功能，避免了籽粒损失，减少了籽粒中的杂余占比，减轻了脱粒滚筒和清选筛的负担，收获效果好、喂入率高。图2宁联4LZ-4KH自走式谷物联合收获机割台1.2食用型葵花食葵（食用型葵花）是我国重要的食品加工原料，国内对于食葵收获的含杂率和破损率要求较为严格11。国外并不注重食葵收获机械的研发，通常使用油葵收获机进行食葵收获，因此我国的食葵在国际市场上具备明显的竞争优势。近几年来，我国食葵种植面积以及产需缺口逐年增加，在食葵机械化收获上取得了一定的成果，但技术并不成熟。1.2.1 食葵收获模式食葵成熟后需要先将葵盘割下插到秸秆上进行晾晒，经晾晒后的葵盘籽孔变大，不易破坏种皮。食葵收获方式通常为分段收获和机械收获，分段收获需要人工将食葵盘取下，然后放入脱粒清选装置，这种收获方式耗时长，效率低；机械收获是利用食葵收获机将晾晒好的食葵盘在田间一次性完成取盘、脱粒、清选等过程12，收获速度快，劳动强度低，是当前新疆内蒙等地的主要收获方式。1.2.2 食葵割台研究现状吴世龙13设计了一种食葵收获专用割台，该割台加装了喂入护罩和喂入搅龙，葵盘在拉茎辊的作用下随着机具运动沿喂入护罩向下运动，直至可以进入喂入护罩与托盘之间的间隙，喂入搅龙将葵盘送往割刀处切断，使收获的葵盘保留较少的茎秆，相邻托盘的边缘上安装交叉状毛刷，可以防止籽粒掉落。菅志亮14设计的4ZXRKS-4型食用向日葵收获机割台（图3）由分禾器、拨禾链、取盘装置和切割部件等组成，采用作物夹持切割的收获方法。在收获时，割台可调节到合适高度，取盘装置将食葵盘翻转使其籽粒向上，圆盘割刀在籽盘根部进行切割，使收获的葵盘上保留有极少量的秸秆，便 开发研究 23新疆农机化2023 年第 1 期于后续脱粒，含杂率低。图3 4ZXRKS-4型食用向日葵收获机割台许美珍15等设计了一种牵引式食葵头收割机，该割台由机架、旋转刀架和分株板等组成。食葵株进入割台时被每个分株板卡紧，随后茎秆被旋转刀头切除，食葵盘落入机壳内，完成收割。机壳上部设置镂空的栅栏盖，预防食葵盘堵塞或掉出割台。分株板也可根据食葵种植宽度自行调节设置，灵活性高、实用性强。刁宏伟16设计了一种食葵取盘脱粒一体机，其割台由分禾器、机架、取盘装置和输送装置等组成。输送装置为倾斜放置的输送链链条，链条上安装有可调节托盘杆，葵秆进入取盘装置时，托盘杆触碰机架前挡板变为伸出状态，将食葵盘托起并输送至脱粒装置。该装置降低了人工抛送中的籽粒损失，提高了作业效率。康秀生 17 设计了一种食葵收获割台，由拨秆、分禾器和锁止销等组成。食葵茎秆进入分禾器时，拨杆将其拨入分禾器末端一侧的缺口处，此时锁止销将茎秆固定防止脱出，茎秆随着机具向前运动从割台下方抽离。拨杆往复运动，将下一株食葵秆拨向另一侧缺口，推送之前的葵盘进入螺旋输送器，如此往复完成食葵收获。该割台含杂率和破损率皆能达到理想要求，但食葵盘输送不流畅，容易从托盘缺口滑出。韩长杰18等人设计了一款新型的食葵采收台，关键部位为捡拾装置。该捡拾装置可模仿人工方式将取盘杆插入食葵茎秆之间，将葵盘从茎秆上挑起后落入输送装置，避免多道工序造成的落籽损失。该割台结构简单，易于操作，但由于割台体型较小，不适用于大面积收获。达布希拉图19设计了一种葵花盘收获机，关键零部件为可调茬高收集装置以及圆盘切割装置。收获时，葵花秆沿着分禾器进入到可调茬高收集装置工作范围，弧形挑杆架夹持葵花秆进行圆周运动，转动到葵花盘根部时，葵盘被圆盘割刀割下，自茎秆分离的葵盘沿着弧形挑杆架旋转方向抛入收集装置。该割台小巧灵活，不同株高的油葵食葵皆可通用，适应性强，但对葵花种植的整齐度要求较高。2我国向日葵收获割台存在的问题（1）我国向日葵种子市场杂乱，不同个体的田间管理措施具有较大差异，对种植行间距和播种品种等没有统一标准，导致割台的通用性不高。（2）我国的油葵收获割台大都借鉴于国外或改装于其他收获机，没有深入对比国内外的种植模式和物理差异，导致油葵割台适应性差20。由于我国缺少专用的食葵收获割台，因此对于食葵的机械化收获只停留在起步阶段。（3）我国的向日葵收获机械智能化程度较低，机具简单粗糙，收割后葵秆留茬过高且容易被机具压覆，田地中杂草异物繁多，容易堵塞割台，要求驾驶员操控娴熟。割台的高速工作会加剧葵盘与取盘装置的碰撞，造成向日葵籽粒破损，收获效率与破损率相掣肘。（4）我国除去内蒙古、新疆等向日葵主产地外，其他地区都以小规模种植为主，不适合大中型机械的推广和使用，而国内对于小型收获机割台的研发仍然处在初级阶段。3向日葵收获割台的发展建议（1）割台采用液压升降等装置控制，关键部件的主要参数能够根据实际情况进行调节，降低葵盘的碰撞损失，增加割台的适应性和可操作性。（2）对不同向日葵品种进行物料特性研究，制定统一的向日葵收获标准，通过调整关键部件参数收获不同品种的向日葵，缩短机具调试时间。（3）我国的向日葵种植面积全球第 6，但亩产却排名全球第 11，必须制定相应的田间栽培管理技术，加强种子市场的管理，使向日葵播种标准化。应加强农艺和农机的结合，研发出茎秆粗壮、不易倒伏、适合机械化收获作业的新品种。（4）深入割台智能化技术的研究，如机电液一体化技术、动态监测和路径导航等，降低驾驶员的操作要求。（5）深入食葵采收获割台的研发，借鉴国外及各地区的相关经验，克服割台收获效率和破损率之间的矛盾，使割台在高速作业时仍具有理想的收获质量，研制出一款低损耗、高效率的食葵收获割台，弥补我国在食葵收获方面的短板。（6）研制适宜小规模种植的个体户使用的葵小型收获机割台，满足双行甚至单行收获，降低劳动强度，推进向日葵机械化收获在全国的发展。4总结（下转第 40 页）开发研究 24新疆农机化2023 年第 1 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