玉米脱粒机的发展现状及前景

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:玉米脱粒机是我国农业生产中的重要机械,其结构和性能对脱粒效率和质量影响较大。本研究介绍了我国玉米脱粒机的发展现状,分析了市场上玉米脱粒机的种类及特点,指出了玉米脱粒机存在的不足并提出相关建议,希望能为我国研究性能更优的玉米脱粒机提供思路。研究结果表明,企业和高校要加强理论研究,提升装备性能,促进玉米脱粒机的功能完善,监管部门等要加强对玉米脱粒机的产品监管,多方协作,提升玉米脱粒机的脱粒效率和质量。

  关键词:玉米脱粒机;发展现状;脱粒原理;存在的不足;发展趋势;

  玉米是我国三大主要粮食作物之一,玉米既可以供人直接食用,又可以作为优质的饲料,其经济地位的重要性不言而喻。随着玉米育种技术的提高,其产量也在增多。因此,及时高效地完成玉米脱粒工作是十分必要的。但人工脱粒耗费时间长,所需人员多,工作效率不高,玉米脱粒机的出现提高了脱粒速度和质量。随着玉米脱粒技术的不断发展,各种机型的玉米脱粒机相继推向市场,从20世纪70年代初我国自行研制的冲击式原理玉米脱粒机到如今多种机型的全自动玉米脱粒机,脱粒效率和质量不断提升。现在玉米脱粒机是农户不可缺少的必备农业机械,我国北方地区的土地广阔平坦适合大面积种植玉米,多采用大型自动化玉米脱粒机进行脱粒或采用玉米联合收获机进行籽粒直收;南方地区多盆地和丘陵,多采用小型玉米脱粒机进行脱粒[1]。在长期的生产实践中,笔者发现,我国不少玉米脱粒机的生产技术和生产质量还存在一定问题,使得玉米脱粒机在脱粒时会出现堵塞、脱净率低等问题,工作性能亟待提高。

1 国内外发展现状

  毋庸置疑,美国是全球现代化农业发展的标杆,几乎在农业生产的方方面面都已实现了专业化、智能化、网络信息化作业,可以说,美国是全球农业机械化、自动化程度最高的国家。我国玉米机械化脱粒技术虽然进步较大,但与国际上农业发达的国家相比还有较大的距离,国内大部分地区用于农业生产的农机具仍然具有体积大、能耗高、技术性能低等特点。基于此,要多借鉴发达国家的各种先进经验、先进技术,从实际国情出发,建设一条有中国特色的、符合中国国情的农业发展之路,继续扩大和加强农业建设,为乡村振兴战略奠定坚实基础[2]。

2 种类及特点

  2.1 玉米脱粒机分类

  玉米脱粒机机型众多,可按以下标准分类:1)按脱粒方式分,可分为烂芯玉米脱粒机和不烂芯玉米脱粒机;2)按动力分,可分为手动玉米脱粒机、电动玉米脱粒机和机械动力玉米脱粒机;3)按入料口数量分,可分为单管玉米脱粒机、双管玉米脱粒机、四管玉米脱粒机、多管玉米脱粒机;4)按脱粒规模分,可分为微型玉米脱粒机、小型玉米脱粒机、大型玉米脱粒机;5)按喂入程度分,可分为全喂入玉米脱粒机和半喂入玉米脱粒机。

  2.2 玉米脱粒机工作原理

  2.2.1 打击脱粒原理

  通过脱粒滚筒的高速转动,钉齿或纹杆的上面和侧面、凹板的表面等都会快速敲击玉米棒,同时玉米棒之间存在彼此撞击,从而分离籽粒和玉米芯。脱粒效果主要由钉齿或纹杆与玉米的接触面积和打击时的速度来决定。这种打击式玉米脱粒机的工作效率较高,籽粒脱净率较好,但籽粒破损程度较大。

  2.2.2 碾压脱粒原理

  装置工作时,玉米棒与碾压滚筒相互作用,使得玉米籽粒和玉米芯之间会出现一个侧向相互挤压的力,这个侧向力经过碾压滚筒进一步撞击挤压会在籽粒和芯之间产生剪切力,用以克服连接玉米粒与玉米芯的力。但这种脱粒方式的工作效率不高,并且由于装置内部的脱粒主辊和脱粒定位辊间隙较小,当一次喂入较多玉米棒时,玉米棒会堵在脱粒滚筒内部,导致籽粒破损。

  2.2.3 挤搓脱粒原理

  应用该种脱粒原理的玉米脱粒机主要由浮动齿头、齿笼、收粒斗、排芯斗、螺旋滚齿滚筒等部件组成。滚筒上的板齿在滚筒的带动下拨动脱粒仓内部的玉米棒螺旋前进。挤搓式的玉米脱粒机的优点是它仿照人搓动籽粒的样子,有效提升了玉米粒的完整率。机器外壳设置为锥形结构,使玉米棒在向前运动时,受到的挤压力越来越多,在浮动锥齿和凹板的作用下,玉米粒克服与玉米芯的连接力,实现脱粒。这种脱粒方式较为柔和,对玉米籽粒的作用力不大,不会造成较大的籽粒破碎,同时又能保证将籽粒和芯分离,有较好的脱净率和较高的工作效率[3]。

  2.2.4 差速脱粒原理

  机器工作时,大胶带轮带动其脱粒装置运行,装置内部的两辊轮转速不一致,螺旋辊的转速比直辊的转速低,但两辊的转向一致,这种运动方式使两辊之间产生差速,利用这种差速对玉米棒进行脱粒。籽粒以及部分杂余从两辊间的间隙通过落在筛子上,筛子运动筛除杂余,然后由籽粒回收滑板回收。但是采用这种原理的玉米脱粒机工作效率不高,不适用于大面积的玉米脱粒。

  综合比较各种玉米脱粒机发现,打击式玉米脱粒机的工作效率较高,籽粒脱净率较好,但对籽粒破损程度较大,玉米籽粒质量难以保证;碾压式玉米脱粒机工作效率不高,且当一次喂入较多玉米棒时易造成玉米棒的堵塞和籽粒的破损;差速式玉米脱粒机的工作效率也不高,不适用于大面积的玉米脱粒;挤搓式玉米脱粒机工作方式较柔和,对玉米籽粒的作用力不大,不会造成较大的籽粒破碎,同时又能保证将籽粒和芯分离,有较好的脱净率和较高的工作效率,所以目前挤搓式的玉米脱粒机应用较广。

3 存在的不足

  3.1 理论技术和实践方面

  由于地理位置和气候不同,我国各地玉米收获时的含水率在28%~40%不等,玉米收获时期也不同,导致不同含水率玉米对收获机的性能要求不同,而因地制宜的玉米收获技术还不完善。因此,在脱粒时,部分地区的籽粒破损率较高,未脱净率较高。目前,我国许多专家学者针对此不足进行了大量的研究和试验,但真正能较好地解决这一不足并应用于实地作业的机型较少。此外,2018年我国收割机、脱粒机进口金额为24.7亿元,占农业机械进口总额的38.8%,这体现我国在此方面创新能力和实践能力不足。因此,我国要加大对玉米脱粒机的理论和实践研究。

  3.2 制造工艺方面

  我国部分玉米脱粒机的生产制造可靠性差,制造水平有待提高。由于玉米脱粒机许多技术可复制性高,部分企业通过自行组装或仿造高效、高质量的机型来降低成本,从而拓宽市场。但通常这些企业的生产设备落后、机械制造工艺水平低、加工精度低,甚至一些厂商使用的是六七十年代的车床、铣床等老旧设备来加工脱粒机,通过这种方式加工出的机器质量和性能自然很难满足目前农户作业要求。特别是对于玉米脱粒机的重要部件来说,如滚筒轴、齿轮等都需要经过热处理才能更好地增加硬度等性能;而这些厂商一般没有热处理设备,为了节省外包加工的费用,一些厂家直接省去对零部件的热处理工序。此外,为了减少成本,将材料和零部件以次充好,致使玉米脱粒机的工作性能得不到保障,可靠性较低,甚至有时会威胁到操作人员的安全。

  3.3 行业标准和监管方面

  2019年,国家发布了最新的玉米脱粒机行业标准,对玉米脱粒机的整机性能和关键零部件等技术要求、安全要求进行了更加细致和全面的划分和规定。但由于不同玉米脱粒机生产企业的生产规模和生产能力存在差异,各企业对行业标准的执行力度不同,从而玉米脱粒机的质量和性能存在较大差异,很难形成统一切实可行的行业标准。部分生产玉米脱粒机的小型企业招收的员工技术水平低,在工作中对脱粒机生产标准和质量没有科学准确的认识,导致零部件生产和整机装配等存在缺陷;而企业通常是重产量、轻质量,缺少专业可靠的检测设备,导致零部件和机器的工作性能下降,远达不到行业标准所要求的技术指标[4]。此外,各地对玉米脱粒机的质量监管情况差异较大,部分地区仍存在“三无”玉米脱粒机,即“无生产许可证、无产品合格证、无产品鉴定证”。产品质量不合格或未按照要求设置安全提示和保护装置的产品仍在市场中流动。

  3.4 操作规范方面

  使用玉米脱粒机的对象大多是没有接受过系统操作培训的农民,同时玉米脱粒机的作业环境较差,因此,农民往往为了追求作业效率,忽视操作规范和机器维护保养。例如,玉米喂入量过多会导致脱粒机运转负荷过高;喂入量过低会造成运转效率不足,浪费资源;喂入量不均匀会导致脱粒工作效率低下,影响脱净率。这些都会在一定程度上减少机器的使用寿命,降低机器的工作性能。

4 发展趋势

  4.1 加强理论研究和试验

  企业设计人员和相关部门要以问题为导向,以方法为引领,从实际问题出发,利用经验和先进理论研究方法设计玉米脱粒机基本结构;借助计算机软件模拟分析玉米脱粒机在不同环境下的状态,调整机器的参数和结构,特别是加强对关键部件———脱粒装置的性能分析和脱粒测试。在进行玉米脱粒机的设计和实践中,还要兼顾机器堵塞、脱粒损失、含杂率、籽粒损伤等问题。同时,企业除了设立研发机构并加大投资力度、攻克薄弱技术外,还应主动与研究所、高校等建立合作关系,开展技术合作,弥补自身不足,推出有竞争力的产品。此外,还需加强玉米脱粒机的实地试验,将理论和实践相结合,进一步优化机器的参数和结构。

  4.2 提升制造工艺,增强企业实力

  相关企业要学习先进的管理理论和经验,树立长远的发展目标,完善机械制造设备,在追求利润的同时,提升企业的制造工艺水平和加工装配精度。研发部门需加大对钉齿、脱粒滚筒等玉米脱粒机关键部件结构的改进和创新,提升企业的核心竞争力和产品的技术壁垒。

  4.3 统一行业标准,加强监督管理

  行业标准制定者应调研考察多种层次的玉米脱粒机生产厂商,对其生产能力进行综合评估,针对不同地区、不同规模使用玉米脱粒机设立不同的标准,做到局部统一、整体协调。厂商要加强企业员工的技能培训,提升员工专业素质,将玉米脱粒机生产行业标准落实到员工的思想中和行动中,从而提高玉米脱粒机的生产质量;厂商也需要完善检测设备,把好质量关。同时,执法部门、质检部门和监管部门要联合起来,加大对玉米脱粒机厂商的监察力度,对厂商的产品进行严格检查和监管,严格执法,坚决抵制质量不合格品流入市场,从而促使行业标准的推广和实施,整体提升玉米脱粒机性能[5]。

  4.4 重视技能培训,提高农民素质

  政府部门和农业合作社等应定期开展农机技能培训和农艺知识普及活动,鼓励农民参加,提高农民素质,减少在使用玉米脱粒机等农机过程中因操作不当带来的损失,同时也能够维持机器工作性能,延长机器使用寿命。

5 总结

  2020年,我国玉米总产量为26 067万t,预计2021年将达到27 027万t。因此,高效率、高质量地完成玉米脱粒工作是十分重要的。但目前很多玉米脱粒机存在籽粒破损率较高、未脱净率较高等不足,玉米脱粒机的生产质量也存在一定问题。企业和高校要加强理论研究,提升装备性能,促进玉米脱粒机的功能完善,监管部门等要加强对玉米脱粒机的产品监管;多方协作,从根本上提升玉米脱粒机的脱粒效率和质量,共同促进玉米脱粒机的发展,保障玉米脱粒机为农民带来更大收益。

参考文献

  [1]张秀琴,孙伟,张力允,等.小型玉米脱粒机的研究现状及发展[J].农业机械,2016(7):113-115+117.

  [2]孟繁江.我国谷物脱粒机使用现状及问题分析[J].农机使用与维修,2017(7):34.

  [3]耿端阳,谭德蕾,于兴瑞,等.玉米柔性脱粒滚筒脱粒元件设计与试验[J].吉林大学学报(工学版),2020,50(5):1923-1933.

  [4]梁冰.玉米脱粒机质量问题分析与对策[J].南方农机,2018,49(11):82.

  [5]郭海昆,谭福春,彭广森,等.玉米脱粒机质量问题分析与对策[J].农业科技与装备,2008(2):105-106.

作者:罗莉 张蔚然 韩金钢 赵静 单位:山东理工大学农业工程与食品科学学院

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