0、引言
機械收獲方式主要分聯合收獲和分段收獲\\(二次收獲\\) 兩種。分段收獲把割曬與撿拾脫粒、清選分成兩個階段完成，收獲過程延長; 但分段收獲前階段只進行割曬，對作物的成熟度及其一致性、株型等不敏感，因此適應性強、適收期長，有利于提高單機收獲作業量，增加作業收入。分段收獲在割曬時的額外損失可以被其潛在的產量所彌補，從而總的損失少，產量較高，特別是遇到陰雨的天氣更明顯?，F階段，我國許多作物種植制度多樣性及品種的不適宜性決定了分段收獲具有廣泛的市場。
在作物分段收獲技術中，割曬技術是基礎。對于植株高大、分枝多的作物，割曬技術是分段收獲的技術難點，其中的技術關鍵是作物禾稈的輸送與鋪放技術。國外實行分段收獲的國家都是采用大型的自走式專用割曬機實現割曬作業。這些機型主要適合于大面積作物割曬作業。在輸送系統上，采用抗穿刺和撕裂的 V 型帶作為輸送帶。為了保證作物的流動性和鋪條的形狀，采用特大鋪條開口，外加后面割臺面板的“后退設計”，增加帶的深度及拖拉機地隙來實現作物更好的鋪放。
目前，我國分段收獲中輸送鋪放技術主要研究水稻、小麥、蘆葦、麻類、玉米和甘蔗等作物的秸稈的輸送鋪放。通過文獻檢索，結合作物秸稈生物性狀，可以將現有實現分段收獲中輸送鋪放的作物秸稈分為兩類: 一是矮、細、分枝少的秸稈，如: 水稻、小麥秸稈;二是高大、粗、分枝多的秸稈，如: 蘆葦、麻類、玉米、油菜和甘蔗秸稈。
為此，通過對近年來作物分段收獲中禾稈輸送鋪放技術的有關研究進行綜述，將農作物禾稈分為兩大類，分別從輸送鋪放結構方式研究、輸送鋪放機理研究、研究方法及手段 3 個方面進行闡述; 最后，對存在的問題及未來的發展趨勢進行總結，探討進一步研究的技術領域。
1、 矮、細、分枝少作物秸稈輸送鋪放技術
1． 1 輸送鋪放結構方式的研究
目前，在水稻、小麥及牧草類矮、細、分枝少的作物秸稈輸送方式上，主要采用輸送帶、輸送輥、輸送鏈的結構方式實現割倒后禾稈的橫向輸送; 為了增強輸送效果，在輸送帶上置有窄條帆布凸棱或安裝撥指，以增加輸送力。在鋪放方式上，主要在輸送帶末端接近排禾口處，安裝有撥禾星輪、弧形鋪放導板，實現禾稈按要求鋪放。這種輸送鋪放方式多采用臥式或立式割臺的形式來實現。
馬成軍等研制了 4SL － 5． 0 型割曬臺，其輸送機構采用輸送帶式，大小輸送帶均采用整體帆布式，其上橫向平行置有窄條帆布凸棱\\(壓膠結構\\) 。曹陽等設計的 4SZ － 4． 2 型自走式割曬機，在割臺的兩側配置 10 根輸送輥，兩側的輸送輥分別向割臺的中心轉動，實現作物輸送。藍文鋒研究了割前脫粒中禾稈的輸送，輸送器由若干組水平回轉輸送鏈構成，輸送鏈上鉚有等間距的撥指，實現禾稈的輸送。
潘家善等設計了南 －303 稻麥收割機，輸送裝置由兩排長短、寬窄不等的帆布輸送帶組成輸送鋪放裝置。楊天興研究了齒形鏈式牧草收割機輸送系統，由上、下兩條輸送帶及右側的 3 個輔助星輪和導向板組成，完成切割后牧草的輸送。韓正晟等設計了4GG － 170 型高速收割機，采用側鋪放的形式，輸送鋪放機構由輸送帶、撥禾星輪及弧形鋪放導板構成，實現禾稈鋪放與機器前進方向成 90°夾角; 給出了弧形鋪放導板曲率半徑以及撥禾星輪與輸送帶速度之間的關系。張建民等研究設計了小麥割曬機放鋪器，在懸掛式割曬機的割臺上加裝多滾式放鋪器技術，放鋪器由 5 個輸送滾組成，解決了小帆布放鋪小麥鋪放質量差的問題。姜文研究了一種稻禾鋪放質量好的割曬機，在中間多設了一個傳送帶，速度比兩邊高出 30% ，能夠使稻禾均勻地鋪開，而且與前進方向呈45°角，解決了順壟割曬水稻時，稻禾鋪放質量不好，穗頭落地問題。楊天興分析了前懸掛牧草收割機輸送系統，該牧草收割機的輸送鋪放機構由上、下兩條輸送帶及右側的 3 個輔助星輪和導向板組成，在輸送帶速度、星輪速度和導向板曲率半徑上進行了計算。
1． 2 輸送鋪放機理的研究
在輸送鋪放機理的研究上，主要進行以下 3 方面研究:
1\\) 對輸送過程中禾稈進行了力學研究。主要對禾稈在輸送帶上進行了受力分析; 在理論分析的基礎上，給出了作物禾稈順利輸送的數學表達式。
2\\) 對條鋪形成過程進行研究。林景堯等研究了條鋪形成的一般過程: 利用莖稈染色法對割臺上作物運動狀態進行了測定，得知單輸送帶拋擲谷物流分做翻轉、不翻轉與其斷面著地 3 種情況; 研究了被切割作物在割臺上轉角、割臺上谷物流的穗幅差。研究表明，在收割臺上莖稈下層轉角大于上層轉角，這種轉角在輸送帶輸送過程中逐漸增大; 割臺上莖稈穗幅差增大時，可提高條鋪中莖稈穗頭暴露的數目。
3\\) 對鋪放質量相關因素進行研究。分析了放鋪質量與株高及產量、作物成熟度、撥禾輪轉速、輸送帶轉速和前進速度、放鋪窗口大小及割臺傾角等因素相關。對撥禾輪轉速、輸送帶轉速和前進速度之間的相互關系，許多學者作了大量的研究，針對不同的輸送鋪放機構形式，計算了切割速度比和輸送速度比; 研究分析了被切割作物在輸送帶上的轉角和輸送帶上谷物流的穗幅差等參數。
馬成軍等認為影響割曬機放鋪質量的關鍵在于作業速度、大小輸送帶的輸送速度、小輸送帶放鋪窗口大小及割臺傾角。采取高作業速度、高輸送速度\\(比一般割曬機輸送帶速度高 20% －30% \\) 、大放鋪窗口和小割臺傾角的方案可以獲得較好的放鋪效果。
林景堯研究了割曬機前進速度與輸送帶速度之間的關系，給出了上下限值，推導了相關公式。李萬英等探討了立式割臺割曬機前進速度的選擇與作業質量關系，計算了切割速度比和輸送速度比。
1． 3 研究方法與手段
在研究方法上，主要以稻麥割曬機為基礎，結合輸送鋪放裝置，采用田間試驗，利用單因素實驗和正交實驗方法，分析輸送鋪放裝置結構參數、運動參數對鋪放形成過程、鋪放質量的影響。
2、 高、粗、分枝多作物秸稈輸送鋪放技術
2． 1 輸送鋪放結構方式的研究
在蘆葦、麻類、玉米、甘蔗等作物秸稈輸送方式上，目前國內外常用的輸送裝置有 4 種:
1\\) 柔性夾持輸送方式，夾持輸送鏈由鏈條和柔性夾持元件組成。柔性夾持元件材料為帆布簾橡膠帶，切成長條對折后固定在滾子鏈鏈板上，利用皮帶的彈性達到柔性夾持功能，利用鏈條運動實現輸送。楊然兵等設計了花生聯合收獲機柔性夾持裝置，提出了三夾持帶柔性夾持技術，并設計了三夾持帶夾持輸送裝置。陳連飛等研究分析了整稈式甘蔗收割機柔性夾持輸送裝置，夾持輸送鏈由鏈條和柔性夾持元件組成，鏈條由托板及鏈輪支撐，通過張緊裝置調節鏈條張緊力; 柔性夾持元件材料為帆布簾橡膠帶，切成長條對折后固定在滾子鏈鏈板上，安裝間距為兩個鏈條節距，利用皮帶的彈性達到柔性夾持功能。高立輝等設計了 4FZ － 140 型自走式亞麻拔麻機，采用裝有間隔 U 形彈齒的輸送帶來實現亞麻從收獲臺輸送到鋪放臺的亞麻原莖撥成薄厚均勻的亞麻線性有序條放鋪。
2\\) 撥齒桿式。撥齒能在輸送始端自動伸出，然后保持一定夾持角，實現撥動作物秸稈輸送; 待撥齒運動到輸送末端時，夾持角逐漸增大，放開秸稈，實現鋪放。舒彩霞等設計了 4WG － 1． 5 型高稈蘆葦收割機，輸送機構由輸送鏈和輸送撥齒組成，由橫向輸送撥齒撥送到左側，借助弧形擋桿的作用將切割的蘆葦連續鋪放在田間，完成蘆葦的切割鋪放作業。
3\\) 鏈齒式。在輸送鏈上鉚接有撥齒，撥齒的夾持角在輸送過程中保持不變，靠撥齒對秸稈的撥送作用實現輸送。張偉等設計的 4W －2． 2 型蘆葦收割機和陳東耀等設計的小型大豆割曬機，采用立式割臺，帶有雙排橫向輸送鏈的輸送裝置，實現大豆橫向連續鋪放在田間。張連奇設計了手扶油菜割曬機，輸送裝置由輸送鏈條和滑板組成，將切割下來的作物輸送到割臺的右端窗口，均勻地散鋪在作物割茬上。
為了得到良好的鋪放效果，采用了獨創的輸送鏈組少齒差技術，即在主動輸送軸上安裝齒數呈遞減的驅動鏈輪，每個單元按照設計的速比轉動，使輸送鏈組的各個輸送單元以不同的輸送速度運轉，在前進速度與輸送速度的合成下，達到作物鋪放形成魚鱗鋪效果。
4\\) 雙螺旋輸送式。莖稈在壓緊裝置作用下引導至螺旋輸送器并被壓緊于螺旋輸送器上實現橫向有序立姿輸送。耿令新等研究高稈作物立式割臺雙螺旋輸送器: 高稈作物立姿輸送割臺裝置工作時，首先在行進狀態下使螺旋輸送器旋轉，割臺前方的莖稈在立姿狀態下先被對應的引導裝置引至割臺切割裝置的對應位置并從根部被切斷; 被切斷的莖稈經所述壓緊裝置被引導至螺旋輸送器并被壓緊于螺旋輸送器上依次向左側輸送，從而方便了對高稈作物莖稈的后續加工處理工序，實現了對切斷后的高稈作物莖稈的有序立姿輸送。
5\\) 輥式輸送，由一系列旋轉輥構成輸送裝置。董世平等研究設計了自走式棉稈撿拾收獲機，設計了適用于冠狀交織木質化秸稈的 3 輥式輸送過橋，主要由張緊彈簧、第1 喂入輥、第2 喂入輥、浮動臂、過橋殼體、第 3 喂入輥及輸入帶輪組成。第 1、第 2 喂入輥通過浮動臂連接，可以繞回轉軸旋轉，并在張緊彈簧的作用下保持喂入輥與底板之間的間隙。當喂入量過大時，喂入輥可以向上抬起，保證物料順利通過。曹震等設計了 4SY － 1． 8 型油菜割曬機，適合油菜機械化分段收獲，與輪式拖拉機通過液壓懸掛架掛接，以實現割曬機前進作業。其輸送系統由立輥總成、伸縮滾筒總成和輸送帶總成構成。割曬機工作時，油菜莖稈在伸縮滾筒作用下被推向輸送帶，兩側的油菜莖稈則受立輥相向運動作用被橫向輸送至伸縮滾筒中間位置，再被推向輸送帶，到達輸送帶上的油菜莖稈由輸送帶輸送至機器后部放鋪田間。整個輸送系統在3 個部分的匹配協同作用下完成油菜莖稈輸送鋪放。
6\\) 由單帶式輸送器構成輸送系統，由橫向撥動機構、縱向撥動機構構成鋪放系統。金誠謙等研制了4SY － 2 型油菜割曬機，輸送機構采用單帶式輸送器，倒向割臺的油菜向排禾口輸送，在橫向撥動機構的往復作用下，油菜被撥離單帶式輸送器，在縱向撥動機構的作用下，油菜呈成條魚鱗狀鋪放于排禾口處。
在鋪放方式上，主要在輸送帶末端安裝有弧形擋桿或弧形擋板，借助輸送裝置對莖稈的作用力，依靠弧形擋桿或弧形擋板的作用，改變莖稈運動速度方向，實現莖稈橫向鋪放。這種輸送鋪放方式多采用立式割臺的形式來實現。
2． 2 輸送鋪放機理的研究
在輸送鋪放機理的研究上，主要進行以下 2 方面研究:
1\\) 建立高粗作物莖稈的力學模型
現有的建模方法主要采用有限元分析軟件建模后轉存為模態中性文件，用 ADAMS/Flex 加載和 ADAMS/AutoFlex 法。
張楊等研究了撥指鏈式扶蔗裝置，應用動力學仿真軟件 ADAMS 建立了甘蔗 － 撥指鏈式扶蔗裝置虛擬樣機模型; 通過虛擬正交試驗和虛擬雙因素試驗研究了扶蔗器的結構參數和運動參數對扶蔗效果的影響規律，并在此基礎上進行了實驗室臺架試驗以驗證虛擬試驗的結論。李志紅等對整稈式甘蔗收獲機甘蔗鋪放裝置進行了運動學分析，通過對拋出后甘蔗運動過程的高速攝影結果的分析，確立了甘蔗的運動形式，并進行了運動學分析，建立了數學模型，推導出了甘蔗向機車外鋪放的條件、甘蔗鋪放距離、鋪放角的理論計算公式; 采用 MatLab 編程，分析了整稈式甘蔗收獲機圓弧軌道式柔性夾持輸送裝置甘蔗鋪放過程中運動參數、結構參數以及甘蔗幾何參數對甘蔗向外鋪放、鋪放距離、鋪放角的相互影響規律。王海龍等對玉米收獲機秸稈放鋪機構進行了運動模擬仿真，通過曲柄擺桿機構實現彈齒的間歇運動。放鋪機構末端執行部件摟齒需實現的循環運動過程為: 持續停止在壟溝高度一段時間 － 緩慢抬起到一定高度\\(待秸稈落下\\) － 迅速落回壟溝高度并停止一段時間\\(繼續摟鋪\\) 。應用三維設計軟件 Solidworks 對放鋪機構進行仿真建模，應用運動仿真分析軟件 Cosmo-smotion 對放鋪機構進行了運動仿真分析。李凡愛研究了立式割臺伸縮桿撥禾器，建立了撥桿的運動方程式，在推導出撥桿瞬時速度和伸出長度計算公式的基礎上，研究了它們的變化規律與撥桿的動力特性和工作過程，提出了選擇撥禾器轉速和工作區段，分析計算輸禾能力和確定主要結構參數的觀點與方法。
2\\) 研究輸送鋪放相關參數及對鋪放效果的影響
提出合適的輸送機構和傳輸速度是保證鋪放質量的技術關鍵。在收割量與輸送量關系分析的基礎上，給出了機器前進速度與輸送速度之間的匹配關系。金誠謙等將油菜割曬機看作一種有許多輸入和輸出變量的復雜動態系統，用數學模型對油菜割曬機輸送和鋪放相關因素進行描述。舒彩霞等認為我國南方蘆葦重心較高\\(一般在 1． 7m 左右\\) ，輸送撥齒的間隔根據蘆葦生長密度及其在輸送鏈上的積聚密度確定，高度方向設計為 4 層，橫向間距為 210mm，輸送速度為 1． 61m/s，機組作業速度為 0． 933m/s，二者的合成速度正好有利于鋪放，能夠保證鋪放質量。耿令新等利用室內試驗臺，通過正交試驗找出了影響螺旋輸送器輸送效果的顯著因素，通過回歸試驗找出了顯著因素的較優參數值。廖慶喜等研究了蘆葦收割機前進速度與輸送帶轉速匹配關系，在收割量與輸送量關系分析的基礎上，給出了收割機前進速度與輸送帶轉速匹配關系。景楓等利用高速攝影儀觀察玉米莖稈橫向輸送情況，以雙撥齒式玉米秸稈橫向輸送裝置的結構、運動參數為研究對象，進行正交試驗、單因素試驗和較優參數的驗證試驗，為新型玉米聯合收獲機秸稈輸送裝置的設計提供了參考依據。金鑫等對輸送鋪放過程進行了研究，對過程進行了描述，采用能量守恒定律推出了鋪放角; 進行了油菜秸稈摩擦試驗，給出了摩擦角。譚鴻雁等分析了油菜的生物形態、割曬時油菜的成熟度、輸送和鋪放機構結構參數之間的關系以及排禾口因素對油菜割曬作業鋪放質量的影響; 給出了鋪放質量與機器前進速度以及輸送裝置、排禾口部分參數之間的關系。
2． 3 研究方法與手段
在研究方法上，主要采用以下 4 種研究方法: 利用室內試驗臺，通過正交試驗找出了影響輸送效果的顯著因素，通過回歸試驗找出了顯著因素的較優參數值。應用動力學仿真軟件 ADAMS 建立了作物 － 輸送裝置虛擬樣機模型。通過虛擬正交試驗和虛擬雙因素試驗研究分析輸送機構的結構參數和運動參數對輸送效果的影響規律，并在此基礎上進行實驗室臺架試驗以驗證虛擬試驗的結論。利用高速攝影儀觀察莖稈橫向輸送中的情況，以秸稈橫向輸送裝置的結構、運動參數為研究對象，進行正交試驗、單因素試驗和較優參數的驗證試驗; 應用三維設計軟件 Solid-works 對輸送放鋪機構進行仿真建模，應用運動仿真分析軟件 Cosmosmotion 對放鋪機構進行運動仿真分析。對鋪放機構進行運動學分析，結合對拋出后秸稈運動過程的高速攝影結果的分析，確立秸稈的運動形式，進行運動學分析，建立數學模型，推導出秸稈向機車外鋪放的條件以及鋪放距離、鋪放角的理論計算公式，采用 MatLab 編程，分析輸送裝置秸稈鋪放過程中運動參數、結構參數以及秸稈幾何參數對秸稈向外鋪放、鋪放距離及鋪放角的相互影響規律。
3、 結論與討論
由于我國地域遼闊，農作物種植制度多樣，分段收獲因其具有較強的適應性與靈活性而逐漸受到重視，尤其在收獲經濟作物方面具有優勢。本篇綜述將農作物秸稈按物理性狀分為兩類，分別從輸送鋪放結構方式、輸送鋪放機理、研究方法與手段等幾個方面總結和梳理了目前的研究現狀。通過對現有技術分析，可以發現以下問題:
1\\) 分枝多、高大作物秸稈生物性狀建模方法研究目前還是空白。水稻等第一類作物秸稈、油菜等第二類作物秸稈生物性狀有很大差別，對于高大、分枝多的作物秸稈的生物性狀模型建模方法研究目前仍是空白; 而作物生物性狀模型的建立，有利于輸送、鋪放機理研究，對于機械化分段收獲仿真研究有重要作用。
2\\) 輸送機理研究不充分。在輸送鋪放機理的研究上，部分學者借鑒水稻等第一類作物秸稈的研究方法對第二類作物秸稈輸送特性作了一些分析，但沒有考慮到第二類作物秸稈分枝多、冠層直徑大的特點，在輸送裝置中運動學與動力學特性有很大差別。
3\\) 鋪放機理研究仍是空白。從文獻可以看出，無論針對哪一種作物莖稈，所做的研究都在輸送技術上，對于鋪放機理研究還是空白，現有的研究僅僅只在輸送裝置末端加一些簡單機構，實現禾稈離開輸送裝置后自然鋪放。作物禾稈離開輸送裝置后成自然狀態，鋪放效果不佳，對于第二種作物秸稈尤其如此。
4\\) 對于禾稈輸送鋪放技術研究方法、研究手段落后?，F有的研究方法多采用田間試驗手段，在作物收獲季節，測定試驗數據，進行統計分析。試驗手段落后，受季節影響，數據有限，試驗不充分; 現代先進的試驗方法、試驗手段都沒有得到運用。
參考文獻:
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