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江西农业大学学报2017,39(3:600-606Acta Agriculturae Universitatis
Jiangxiensishttp ://xuela(. jxau.edu.cnDOI :10」3836/j.jjau.2017078宗望远，刘羊，黄小毛，等.向日葵机械化收获研究现状及发展对策[J].江西农业大学学报，2017,39(3 :600-606.向日葵机械化收获研究现状及发展对策宗望远，刘羊％黄小毛，马丽娜，唐胜平(华中农业大学工学院，湖北武汉430070摘要:向日葵是重要的经济作物和主要的油料作物，我国向日葵种植面积世界排名第6,但是我国向日葵生产 机械化总体水平较低。葵花机械化收获的难点在于葵花割台技术没有突破，重点从向日葵机械化收获的角度，
分析了国内外向日葵机械化收获技术研究现状和葵花割台研究现状，重点探讨了我国向日葵机械化收获存在 的不足以及与国外技术的差距，最后提出了促进我国向日葵机械化收获技术发展的建议。关键词：向日葵;机械化收获;研究现状;葵花割台;建议中图分类号:S225 文献标志码:A 文章编号：1000-2286(201703-0600-07Present Situation and Developmental Strategies for
Sunflower Mechanized Harvest in ChinaZONG Wang-yuan，LIU Yang*，HUANG Xiao-mao，MA Li-na，TANG Sheng-ping(College ol Engineering，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，ChinaAbstract :Sunflower is an important economic crop and a main oil crop，China’s sunflower planting area
ranks sixth in the world，but the overall level ol mechanization ol sunflower production in China is low.Not hav­ing technologic breakthrough in the sunflower header is a key difficulty in Sunflower mechanized harvest.This paper，lrom the point ol view ol sunllower mechanized harvesting，analyzes the present situation ol research on the technology for mechanized sunflower harvest including the design of the sunflower header at home and a- broad，locusing on the delects in the mechanization ol suflower harvest in China and its gap lrom loreign tech­nology ，and puts lorward some suggestions to promote the technology lor the development ol mechanized sun- llower harvest.Keywords :sunllower；mechanized harvest;research status；sunllower
header；suggest向日葵又称葵花，其生物特征为花盘可宽达30 cm，整个植株高1~3 m。向日葵按用途分为食用向 日葵，油用向日葵，中间型向日葵和观赏型向日葵，其中油用向日葵简称“油葵[1] ”，基本特征同其他向 日葵一样,主要区别在油用向日葵的植株较矮，为1.2〜1.8 m;生育期短,一般在85〜120 d;花盘大小中 等，种子较短小，果皮多为黑色，种子含油率高达40%〜55%，油用向日葵为我国四大油料作物之一。我 国向日葵种植面积在世界排名第6[2]，每年大约在100万hm2，年产量高达250万t左右,其中食葵和油 葵的比例为各占50%，我国向日葵主要种植地分布如图1，主要集中在东北的黑龙江、辽宁，华北的河北、收稿日期：2017-03-14 修回日期：2017-05-09基金项目：国家重点研发计划（2016YFD0702104Project supported by the National Key Research and Development Plan( 2016YFD0702104作者筒介:宗望远（1969—），教授，博士生导师，主要从事现代农业装备设计与测控技术研究，zongwangyuan@ mail.
hzau.edu.cn，*共同第一作者。
第3期宗望远等：向日葵机械化收获研究现状及发展对策601山西、内蒙古以及西北宁夏、新疆等地[3]。向日葵在世界各地均有种植，其中俄罗斯、阿根廷、中国、美 国、法国和西班牙等国家种植面积较大，现已成为世界第四大油料作物[4]。我国向日葵种植面积从解放前不到2万hm2到2004年的46.75万hm2,增长了近24倍[6]，但是，近 十年来，向日葵的种植面积增长速度缓慢并有下滑趋势（图2[7]。主要由于向日葵机械化作业水平不 高，尤其机械化收获基本处于空白阶段，向日葵收获主要以人工为主，劳动强度大、用工量多、生产成本 高，再加上农民大量外出打工，实际耕作人数大幅下降，从而导致向日葵的大规模种植和推广停滞不前。 因此加快向日葵收获机具的研发，提出向日葵机械化收获水平，是减轻农民劳动强度，促进向日葵产业 发展的当务之需。图1我国向日葵种植主要分布区域图[5]major distribution diagram图2我国2004—2014年向日葵种植面积 Fig.2 Sunflower planted area in our country from 2004 to 2014Fig.1 Sunflower cultivation of China5 s
1我国向日葵机械化收获现状我国向日葵种植面积较大，但机械化收获水平很低且机械化进程缓慢。我国目前向日葵收获主要
包括人工收获、分段收获和联合收获等作业模式，其中人工收获为主要收获模式，分段收获和联合收获 属于机械收获，发展水平较低[8]。1.1人工收获人工收获指收割、晾晒、脱粒、清选、秸秆处理等一系列步骤全由人工完成，这些作业过程中劳动强 度大，效率低。尤其是晾晒阶段，需要良好的天气，遇到阴雨天气，向日葵籽由于没有充分晾晒，发霉变 质会给农民带来很大损失。此外，人工作业步骤多，一旦其中的某一个环节延误都会导致整个周期延 长。目前，农村青年人口大量外出，收获季节人工的缺失，促使人工成本大大上涨，导致向日葵种植经济 效益降低[9-10]。1.2分段收获分段收获又称半机械化收获，把割晒与捡拾脱粒、清选分成两个阶段完成，主要工序通过向日葵割 晒机和向日葵捡拾脱粒机完成，收获过程延长。分段收获前阶段只进行割晒，对作物的成熟度及其一致 性、株型等不敏感，因此适应性强、适收期长，有利于提高单机收获作业量，增加作业收入[11]。分段收获 在割晒环节也存在损失，但这些损失可以被其潜在的产量弥补[12]，从而实现高产低损，尤其是可以缓解 阴雨天气对收获影响的问题[13]。1.2.1向日葵割晒机向日葵割晒机是向日葵分段收获的主要装备之一，目前我国还没有专有的向日 葵割晒机，主要运用油菜割晒机来实现作业，代表机型有湖南农业大学和南京农业机械化研究所分别研 制的4SY-2.2型油菜割晒机，4SY-2.0型油菜割晒机[14]。这些机型主要由于油菜的割晒，同时也能实现 向日葵，大豆等作物的割晒。作业时，往复切割器将向日葵切倒，在拨禾轮的作用下推向割台，在单带式 输送器作用下，铺放在地上。
602江西农业大学学报第39卷1.2.2向日葵捡拾脱粒机向日葵捡拾脱粒机是分段收获的另一个主要装备，国内向日葵捡拾脱粒机 主要在现有联合收割机上进行改装，增加针对向日葵的捡拾器[15],目前向日葵捡拾器主要是在油菜捡 拾器的基础上针对向日葵的物理特性改装而来，安装在向日葵联合收获机割台的前面。向日葵分段收获整个收获过程中需要配合相当多的人力完成打捆、运输、脱粒和清选等环节，存在 人力损耗多，成本大，作业周期长等缺点。1.3向日葵联合收获向日葵联合收获即当向日葵处于完熟期时（外观形态指标是叶片全部枯黄，茎秆开始变黑，花托霉 变发黑，花盘背面呈黄褐色[16]在田间一次性完成其收割、输送、脱粒、分离清选等作业工序的收获方 式。其特点是效率高，省工省时，尤其在气候条件不好的情况下，有利于进行抢收。但这种方式对收获 时机要求较严，要合适时期，不能过早或过迟。收获过早，会导致籽粒含水量高、品质差、出油率低等问 题;收获过晚，因过于成熟，向日葵籽易炸裂脱落，造成损失，影响产量;因此向日葵机械化收获最佳的收 获期在向日葵到八成熟，即接近完熟期[17]。我国向日葵机械化收获起步较晚，向日葵联合收获机的研制仍处于起步阶段，目前获得国家准入资格 而商品化的向日葵联合收获机较少，市场上已有的向日葵联合收获机主要在稻麦联合收割机的基础上增 设向日葵专用的工作部件比如中收（图2自走轮式谷物联合收割机，针对向日葵的特性设计了适用向日 葵的拨禾轮，从而可以实现收获水稻、玉米同时可以兼收向日葵[18]，该机型的优点是利用率高可以收获多 种作物，由于不同作物的差异性，存在飞溅损失、脱粒不彻底、向日葵损伤大、损失率大等不足。河北雷肯农业机械有限公司研发设计的YZ-KH葵花收获机（图3，针对拨禾轮打击向日葵导致飞 溅损失问题，设计了一种宽大的分禾槽，可以回收跌落的向日葵子粒。该机型可一次完成葵花的割秆、 摘盘、输送、脱粒、分选、籽粒收集等作业程序，有效解决了划皮、破籽、丢粒等问题，但由于安装刚性拨禾轮，在刚性拨指打击下，容易造成籽粒飞溅和损伤，此外由于全喂入式收获容易造成输送搅龙堵塞情况。图2 4LZ-8B型向日葵收获机（中收公司）Fig.2 4LZ-8B sunflower harveste of zhongshou
company图3 YZ-KH型葵花收获机 Fig.3 YZ-KH sunflower
harvester德州春明农业机械有限公司针对向日葵 的果实与根茎无法分离、收获的向日葵杂质 较多、向日葵籽的破损率较高、籽粒分离不理 想等问题，设计了一种新型向日葵联合收获 机[19](图4。该机型割台安装了一对拉茎 辊，两挤压辊外壁上均设置有螺旋状凸棱，通 过拉茎辊向内转动，且两拉茎辊相接触的挤 压空隙由外向内逐渐缩小，即两拉茎辊由外 向内逐渐靠拢，植杆在拉茎辊作用下向下运 动，而葵盘不能继续向下运动从而可实现葵 盘和植杆在连接处分离，最后只收获葵盘。这些向日葵收获机基本上属于在稻麦收获机基础上改装设计而来，由于向日葵没有分支只有硕大的花图4春明牌自走式葵花联合收获机 Fig.4 Chunming brand
self-propelled sunflower combine
harvester
第3期宗望远等：向日葵机械化收获研究现状及发展对策603盘，以及向日葵籽粒与稻麦籽粒的物理差异比较大，因此这一类改装而来的向日葵收获机普遍存在脱粒 不净，破皮严重，以及损失率大等问题。国内部分农机企业针对向日葵收获设计出油葵 专用割台，石家庄天人农机装备技术有限公司设计 了可配套不同机型的向日葵割台（图5，该割台设计 采用V型分禾槽，分禾槽可回收跌落的子粒同时具 有引导向日葵植株向分禾槽向两边运动的作用，同 时针对拨禾轮打击葵盘飞溅情况，在拨禾轮压板上 增加塑胶，从而减少对向日葵的刚性打击，减少打击 损失。黑龙江齐齐哈尔稻花香农垦农业机械公司设 计的向日葵割台可配套车型克拉斯470,凯斯6130, 迪尔660,这些向日葵联合收获机的油葵割台，是在 借鉴国外的向日葵割台技术而设计。图5天人向日葵专用割台Fig.5 Sunflower special headers of tianren
company2国外向日葵收获现状国外油葵机械化程度比较成熟，国外不同机型的葵花联合收获机主要区别在于割台的不同，大多葵 花联合收获机采用专门的向日葵割台配套相应车型进行收获，实现一机多收，收获机械化程度高[2°]。国外代表性的专用割台主要有4种，第一种是
Capello Helianthus 9400系列向日葵专用割台（图6，由美国Capello公司设计生产，用稀疏的塑料柔性拨 禾板替代传统稻麦拨禾轮中密排的刚性拨禾齿，拨 禾轮位置向后向下调整，同时尽量降低拨禾轮转速 以减小对葵盘打击力度;改扶禾器为扶禾槽，起到一 定的收集落粒损失的作用；第二代产品在拨禾轮上 方设置弧形盖板（图7。第二种油葵割台是Falcon向日葵专用割台（图 图6 CAPELLO Helianthus
9400系列向日葵专用割台 Fig.6 CAPELLO Helianthus 9400 series
8，由俄罗斯Rostselmash公司（在乌克兰、哈萨克斯 sunflower special
headers坦和欧洲设有分部）设计生产;采用对行作业，为了 减少拨禾轮飞溅损失，去掉传统的拨禾轮，采用扶禾器两侧的链条拨齿进行强制喂入；同时扶禾器改成 扶禾槽并且尽量向两侧延伸翼板以实现割台横向方向全覆盖地接收掉落的籽粒;另外收集槽中部设置 输送带，将收集的籽粒及时向后传送。图7第二代CAPELLO Helianthus
9400系列向日葵专用割台 Fig.7 The second generation of CAPELLO
Helianthus 9400 series sunflower special
headers图8 Falcon公司向日葵专用割台 Fig.8 Falcon company sunflower special
headers第三种油葵割台为Fantini公司向日葵专用割台（图9，由意大利Fantini公司（该公司在美国明尼 苏达州设有北美分部）设计生产；总体采用折叠式结构，用扶禾器两侧的链条带动柔性输送带进行喂 入，扶禾槽未设置翼板，大小未实现割台平面全覆盖，中部也没有输送带。第四种油葵割台为了解决向日葵葵盘和植杆一起收获的问题，借鉴玉米收获机割台工作原理设计 的向日葵割台。比如ZIEGLER公司的向日葵割台如图10,采用拉茎辊，拉茎辊上有螺旋状凸棱，通过
604江西农业大学学报第39卷拉茎辊向内转动，且两拉茎辊相接触的挤压空隙由外向内逐渐缩小；即两拉茎辊由外向内逐渐靠拢，植 杆在拉茎辊作用下向下运动，拉茎辊下面安装连续旋转的刀片，连续切割向下的秸秆，当向日葵葵盘下 面的秸秆被切至不能被拉茎辊加紧时，而葵盘不能继续向下运动从而可实现向日葵葵盘和植杆在连接 处的分离，最后只收获只剩少许秸秆的葵盘。图9 Fantini公司向日葵专用割台 Fig.9 Fantini company sunflower special headers 图10 IEGLER公司向日葵专用割台Fig. 10 ZIEGLER company sunflower special
headers目前中国市场上的向日葵收获机，一部分从稻麦联合收获机改装而来进行向日葵收获还有一部分; 通过测绘、改装国外割台等手段而来的向日葵收获机;这些向日葵收获机都存在适应性比较差，收获效 果不好，通用性差等问题，国外向日葵收获机功率大、性能好、可靠性强，但国外割台大多割幅巨大，对地 块及种植模式要求较高，国外土地大而平整、种植模式单一，与我国田块细小分散、种植模式及农艺参数 多样的国情适应性较差，此外价格昂贵，因此，研制符合我国国情的多用途中小型低损失向日葵联合收 获机至关重要[21]。3我国向日葵机械化收获发展制约因素与发展建议(1 没有配套成熟的向日葵收获作业机械。我国向日葵收获机械，从分段收获到联合收获的相关
3.1我国向日葵机械化收获发展制约因素机械大多从稻麦收获相关机械改装而来。比如向日葵割晒机，向日葵捡拾脱粒机，都是从油菜割晒机， 油菜捡拾脱粒机上简单改装而来。由于向日葵和油菜的物理特性差异较大，从而导致收获损失很大，而 向曰葵联合收获机一部分来自于油菜联合收获机的改装而来;还有一部分，直接借鉴国外的向日葵收获 机改装而来，直接从油菜联合收获机改装而来的机器，存在秸秆与向日葵子粒难以完全清选分离、损失 率大等问题。借鉴国外向日葵收获技术生产的机器，由于没有深入对比国内外向日葵种植模式和生物 特性的差异，从而导致设计的产品适应性不好。(2 向日葵种植土地分散，散户种植为主。我国除了蒙古、新疆等地方大规模种植外，其他的地区 大多以家庭种植为主，小规模种植，不利于中大型机械的使用和推广，而适应小面积的小型向日葵收获 机目前还一片空白[22]。(3 向日葵品种老而杂，农艺和农机缺乏有效结合。我国向日葵品种比较多，不同品种的向日葵高 度不同，此外不同地方采用不同种植方式，导致向日葵行距范围从40 cm到70 cm波动，这些都不利于 向日葵联合收获机的设计和推广[23]。(4 缺乏向日葵生物特性和力学特性的研究。我国目前市场上的向日葵收获机的开发都缺乏结合 向日葵的物理特性和力学特性的研究，机具的开发只是满足于功能性的开发，而针对向日葵秸秆力学特 性[24]以及种子的破碎、内部的损伤等都没有相关配套研究[25]。(5 机具的开发比较粗犷，性能较差。我国收获机械的开发设计尤其是向日葵联合收获机的设计，
基本上还只是模仿和抄袭国外技术。目前国内有一些自主设计的向日葵收获机，仅简单地实现收获，而 联合收获机的每个部件的设计，缺乏更深入的研究，比如强度研究，零件的寿命等都缺乏研究[26]。3.2向日葵机械化收获发展建议(1开展向日葵专用切割器的研究，针对向日葵秸秆粗壮，韧性大等特点研究开发高效，低功耗的 专用向日葵茎秆切割器。
第3期宗望远等:向日葵机械化收获研究现状及发展对策605(2 针对向日葵典型品种向日葵的物理特性和生物参数，进行试验测定研究,结合研究数据开发出 低损失率、低功耗向日葵专用割台。(3 开展脱粒分离装置的研究，针对葵花籽物料特性,展开向日葵专有脱粒装置的研究。(4 开展清选装置的研究，探究新的清选机理，针对油葵籽、葵盘的物理特性，尝试新的清选装置,
简化结构等为目标设计专有的清选装置。(5 (6 (7 加大农艺研究和农机研究的合作,培育出抗倒伏、矮杆等适合农机作业的新品种，而农业机械 制定完善严格的农业机械鉴定标准促使企业更加注重质量，不要追求短期利益，使农业机械从 产学研相结合，组织农机科研院所与企业，推广部门的结合，优势互补，协调发展。加大对向日 也可以大大降低农艺相关作业强度，相互促进,国外现代农业就是两者高度合作的结果。粗放式生产到高质量、高品质、高智能发展。葵联合收获机的研发投人。4结束语“中国制造2025”将农机装备列为重点发展的十大领域之一，为高端农机装备发展提供了历史性机 遇；国家“ 一带一路”发展战略的实施，为位于丝绸之路前沿的西北、新疆等向日葵主产区的经济发展提 供了重要战略机遇。紧抓历史性战略机遇,充分学习和借鉴国外先进向日葵收获机械设计制造经验，针 对我国优势向日葵品种物性特点和种植结构，开展向日葵机械化收获关键部件研究，开发低损高效的向 曰葵收获机械，是促进向日葵产业发展和提升我国油料作物收获机械化水平的当务之需。参考文献：[1] 李晓丽，张边江.油用向日葵的研究进展[J].安徽农业科学，2009,37(27 :13015-13017.Li X L,Zhang B J. Research progresson Helianthus annuus L. [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences. 2009,37 ( 27：
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