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玉米秸秆剪切打捆收获机设计的文献综述
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绪论
- 课题背景及研究目的和意义
秸秆是农作物生产系统中的重要生物资源[1][1]，据统计，全世界秸秆的年产量约为29亿吨，其中玉米秸秆的产量约占其35%[2][2-3]。同时，我国作为农业大国，农作物秸秆年产量6亿-8亿吨,三种主要部分玉米秸秆约占40%，小麦秸秆约占15%，稻草秸秆约占23%[3][4-5]，由此可见我国秸秆类资源非常丰富。
我国作为农业大国，玉米种植面积很大，玉米的年产量超过2.5亿吨，每年可生成七亿多吨玉米秸秆。玉米作为食品以及畜牧业饲料的来源，虽然能够带来巨大的收益，但同时也会带来一定的麻烦。例如，其副产物玉米秸秆的处理一直是我国近年来粮食生产中的一大难题。从经济效益方面来说，玉米秸秆资源综合利用率的提高对于我国乃至全世界来说都具有很高的经济价值。研究表明，玉米秸秆中不仅含有大量碳元素，还含有氮、磷、钾、钙、镁等诸多微量元素，且玉米秸秆是一种可再生的生物资源，也是最可能代替石油、天然气等化石能源的宝贵资源[4][6-7]。因此，玉米秸秆资源的合理开发对于我国畜牧业、能源业、建筑业、设备制造业等多元化产业链具有重要意义。
随着时代的发展，秸秆资源对于人们来说，可以利用之处越来越少，特别是在农村这样的地区，大范围普及了的清洁能源外加秸秆收集加工设备的发展并不成熟，大量的秸秆只能粉碎还田、就地焚烧[5][8]，秸秆的燃烧会释放大量一氧化碳、二氧化氮等有毒气体，对于空气质量以及环境安全都会造成严重的影响[6][9-10]。近年来，国家政府通过发布“禁烧令”、安装监控等方式监测焚烧秸秆情况，并且在《中华人民共和国大气污染防治法》中明令禁止露天焚烧秸秆，但秸秆就地焚烧的现象仍旧无法得到有效的控制[7][11]。对于秸秆资源的利用问题，我国政府提出“五化”即将秸秆能源化、肥料化、饲料化、原料化及基料化以此来提高秸秆综合利用率，在2019年我国秸秆资源综合利用率已达85.45%，达到了国家要求的2020年达到85%以上的目标[8][12-13]。
秸秆得到充分利用的前提是先将这些秸秆资源收集起来。虽然我国在玉米秸秆收集、处理、加工等各个环节都取得了一定的突破，整个玉米秸秆的产业链也在逐渐扩大，但是我国幅员辽阔，玉米的种植面积大，加上玉米秸秆本身的密度小且松散，在运输存储时并不方便，所以我国应该更加深入研究秸秆压缩成型技术使国产压缩装备尽快成熟起来，以能够尽快解决以上问题。玉米秸秆处理最基本也是最高效的方式就是压缩打捆，压缩打捆能够在一定程度上增大秸秆成型产品的密度、减小成型体积，使散乱的秸秆变成规则的捆状、块状，使得玉米秸秆在储存运输时更方便高效。压缩打捆的主要流程包括收集、剪切、压缩、打捆回收一系列流程，想要生产合格的秸秆产品，对各个部分的深入研究是必不可少的。
近几年来，对玉米秸秆综合利用的趋势日益扩大，各行各业对玉米秸秆产品的需求量也越来越多，为了得到成型良好的秸秆产品，我国加大了对玉米秸秆成型理论以及玉米秸秆剪切打捆收获设备方面的研究。玉米秸秆的压缩成型以及剪切打捆收获设备的研发应将压缩过程分为预压缩整型和主压缩两部分，预压整型目的是使玉米秸秆形成低密度的草片或者草块，单一的密度较低的草片或草块有利于更好的松弛，对于整个秸秆捆产品来说，可以有效防止出现散捆、涨捆以及捆型不佳的现象，所以说预压整型这一部分至关重要。
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- 玉米秸秆剪切打捆收获机研究现状
- 国外研究现状
纵观整个剪切打捆收获机的发展史，机械式剪切打捆收获机的市场占有率比较高。机械式剪切打捆收获机是以牵引拖拉机作为动力输出，驱动曲柄活塞压缩喂入压缩室内的物料，以形成高密度的秸秆捆产品。当然，除机械式剪切打捆收获机外，近年来，液压式剪切打捆收获机也得到了广泛的使用，虽是固定式剪切打捆收获设备，但是能形成更高密度的产品，并且液压式剪切打捆收获机运行更加稳定。在秸秆的综合利用这一问题上，欧美国家起步较早，所以国外的剪切打捆收获机具有较长的发展历程。1870年美国人德里克研制出历史上第一台机械式固定牧草剪切打捆收获机，在20世纪30年代初，又有人研制出了移动式小方捆剪切打捆收获机，由于当时欧美地区的牧草产量比较高，这种小方捆剪切打捆机的产量在20世纪50 年代达到饱和，当时的美国拥有这款剪切打捆收获机高达70万台，有约90%的牧草都用于生产加工草捆产品，到20世纪60年代中期，圆捆剪切打捆收获机问世，20世纪70年代发展到鼎盛时期，20世纪80年代方捆、圆捆剪切打捆收获机开始并行发展[9][14-15]。
大方捆剪切打捆收获机成型产品比小方捆剪切打捆收获机生产出的密度大、尺寸大，其主要构成有：捡拾部分、喂入部分、压缩机构、打捆回收系统，由于大方捆剪切打捆收获机成型产品比小方捆剪切打捆收获机生产出的密度大、尺寸大，需要在物料喂入后多加一道填料预压工序，并且在打结系统部分采用的是双打结系统。相比方捆剪切打捆收获机，圆捆剪切打捆收获机的尺寸更小，结构简单紧凑，物料捡拾喂入后直接通过多组链辊，不间断的向中心挤压，其效率更高、消耗动力小，但是产品成型时容易内松外紧，密度不均匀，且产品密度比方捆密度低；并且产品的形状导致运输不便，浪费储存空间。
