一、立項背景
我國是農業大國，小麥、水稻、玉米等種植面積均居世界前列。玉米秸稈由于體積蓬松、分散分布，長期以來只能就地焚燒或任其在田間爛掉。現在市場上針對玉米秸稈綜合利用的機械不少，包括玉米青貯機、穗莖兼收型玉米收獲機、秸稈飼料粉碎揉碎機、搓絲機、飼料秸稈壓塊機、玉米秸稈粉碎還田機等等。雖然上述機械已涵蓋了玉米秸稈利用的全部加工環節，但卻未能將玉米收獲與秸稈利用兩個環節無縫銜接，蓬松態運輸、低效率、高人工成本等問題仍未被解決。
1992年始，我國開始研發自走式穗莖兼收型玉米聯合收獲機，但均是圍繞著1921年由澳大利亞人艾倫提出的輥式收獲的根源技術路線進行設計。由于“輥式收獲”確定了只收穗而不收秸稈的基礎技術路線，也就更談不上連收秸稈帶分離壓縮的問題。因此基于這一技術路線下，國產玉米聯合收獲機至今都不能達到高效穗莖兼收兼加工的目的。
二、高速秸稈資源化收獲機的主要研究內容
(1)首創“逆行摘穗”原理，使玉米收獲質量發生根源性改變。
“逆行摘穗”原理，即采用非旋轉方式，從果穗梢頭逆生長方向，朝向玉米根部，將果穗與玉米植株分離。由于與果穗接觸是采用非旋轉體，故不會對玉米果穗產生因旋轉輥產生的搓傷。從按術原理上根本杜絕了傷糧產生。“逆行摘穗”是相對于順摘的一種摘穗方式。玉米植株被從根部割倒后，整體植株梢部朝前，鋪放在輸送皮帶上，在輸送皮帶的推動下梢部朝前運動。這時，與摘穗刮板迎面相逢，產生逆向運動。摘穗刮板就模仿人工摘穗動作，從玉米穗稍部逆向切入，使玉米穗被刮板掛住，而玉米植株則繼續逆向運動。當玉米穗朝反向彎曲到達一定角度，就使玉米穗柄與植株自然斷裂分離，完成了整個摘穗動作。整個過程如圖示意：
上述過程，就相當于人手掌五指并攏，從玉米植株稍部向下運動，切入玉米穗與植株之間，并使玉米穗朝下彎曲到達一定角度，使玉米穗柄自然斷裂的全部過程。由于它是從果穗梢部逆玉米生長方向向下撥動果穗，使果穗順自然方向脫離植株，從而完成玉米穗收獲，故稱逆摘。由于逆摘是采用撥動摘穗原理，從人工摘穗以及自然界瓜熟蒂落的自然掉落形式仿生而來，故相對于采用輥式旋搓強制從根部擠搓摘穗，其在摘穗過程中對果穗無直接沖擊，不會對果穗產生搓傷。并且逆行摘穗方式，由于摘穗方式是由穗梢至穗根開展，故可完全適用與地面夾角250的倒伏玉米以及果穗全部下垂玉米及干枯狀秸稈。通過國內外查新證明，“逆行摘穗”原理在國際上屬于首創，它打破了自1921年以來澳大利亞人艾倫提出的“輥式摘穗”原理，屬原理性創新，其技術意義重大。
(2)首創“并行喂入”原理，使玉米收獲效率發生根源性改變。
“并行喂入”原理，是指將被割倒的玉米全株成排并列，以12m/s線速度進入口寬2m的收獲機。而輥式原理則是玉米植株按行依次進入兩輥之間，其效率取決于兩輥線速度。目前可見到最大摘穗直徑為+76cm，若達到12m/s線速度，其兩輥轉速應為每分鐘3015轉，而目前可見生產的摘穗輥由于受傳動與結構限制轉速最高為300轉，其線速度大致在1.2m/s左右。如此慢的線速是造成目前輥式收獲機低效的原因，若在車速稍快或種植密度的變化，均會引起堵塞。玉米進入本機是靠一對水平安裝在稈、葉、穗分離機前端的牽引輥，其輥徑為+219cm。由于此牽引輥被兩端軸系支承，可在2000r/min范圍內長期穩定工作，故極大地提高了入料的線速度，使其遠遠大于本機工作時行走速度4m/s。由于本機用兩個大直徑牽引輥，替代了由數對懸臂安裝低速運行的摘穗輥，變成行收獲為成排收獲，使玉米收獲機從原理上突破了輥式原理，實現高速穩定收獲。
(3)首創“連續鋸切”方式，使玉米割斷方式發生根源性改變。
本機采用連續鋸切方式切割玉米，避免了爆發式做功方式帶來的功耗過大問題。由于鋸切方式采用的是平均功作業，使作業速度及穩定性均有數量級提高，可適應4m/s左右的高速收獲粗大玉米作業。
(4)實現真正“不對行收獲玉米”方式。
本機收割部分是由安裝在割臺前部下方若干個鋸片組成。由于這些鋸片組成了一個矩陣，使通過這個矩陣面的任意位置玉米植株無一幸免的被若干鋸片組成的矩陣攔截，進行鋸切作業，故沒有作業方向性，從技術原理上實現了高速可縱橫不對行收獲。
(5)獨創“壓縮裝袋”功能，使玉米秸稈粉碎物料輸送方式發生根源性改變。
本機獨創“壓縮裝袋”功能。如圖所示，由兩名操作人員將用來裝置粉碎后玉米秸稈的周轉袋分別套在收獲機后部的稈皮粉碎料裝料筒出口和葉片粉碎料裝料筒出口上，接裝來自粉碎機送出的玉米秸稈粉碎料。由于其周轉袋是緊密的套在其設備出口上，在其自然裝滿后，由裝料筒上部安裝的壓料液壓缸來壓縮筒內及袋內物料，使其在機械力下繼續壓縮裝料，使袋裝密度增大，完成壓縮、排氣、打包、裝袋的系列操作。當每一側完成裝袋后，由推袋機構將周轉袋從車后滑道推卸下車并落地，實現連續化不停車作業，故稱“壓縮裝袋”。
本機采用首創的鏈式齒板提升輸送裝置，每小時輸送能力400噸，耗功2kW’，直接與壓縮筒配接完成對粉碎物料的壓縮打包，打包密度400kg/m3，每畝地8~10袋，可采用任意樣式的農用運輸車輛運輸，極大地提高了運輸通用性，降低了運輸費用。
(6)玉米果穗收集方式的根源性改變。
目前玉米收獲機的果穗倉均為高位傾倒型，其原意是將玉米果穗直接裝卸到運輸車輛上。如果此時運輸果穗的車輛未到，就只能卸向地面。在目前收獲實踐中，包括小麥機，大多數是直接將收獲物卸在田間，然后再進行裝袋。如果將玉米果穗直接不裝袋，由于普通農用車馬槽都不高，在上下顛簸的田間行走，其表層果穗將被顛震到田間，故目前我國絕大多數農民在運送玉米果穗時，均采用袋裝，以求裝的多而不掉落。結合目前農民包產到戶的小生產關系，以裝袋運輸成為主要運輸方式。高速秸稈資源化收獲機采用兩種果穗處理方式：
①對于小農戶集中的地塊，采用果穗直接落地形成條壟狀，便于農戶田間晾曬。②采用車載袋裝機構。高速秸稈資源化收獲機上設有果穗裝袋機構，每裝1袋，便在行進中從車尾卸下，對一些田里有人有車又無需晾曬果穗的地塊實現直接裝袋以方便裝車，省去了農民二次裝袋的勞動。
(7)高速秸稈資源化收獲機與田地伺服系統的根源性改變。
由于田間地面起伏不平，以及從道路進入田間的高低差，都會影響收獲機的工作速度，因此本機首次采用了輥式伺服系統，在地面起伏0.5m的范圍內，割茬高度無任何變化，這同時保護了切割鋸片不受起伏不平的地面傷害。
(8)制動系統的新設計。
本機采用四輪制動，極大地提高了其在高速行駛中的安全性，這一設計的改變使其移區行駛車速可提高90km/h，方便了玉米機收跨區作業。
(9)輪荷系統的新設計。
目前自走式玉米收獲機自重大多在7噸左右，而底盤設計無一例外的照搬拖拉機底盤設計。故每個驅動輪對地荷載大約為3噸左右。若本機自重為8噸，由四輪均載，平均單輪荷載為2噸，極大的減小了對農田的壓實板結，也提高了田間的通過能力。
（10）可變機身長度新設計。
本機在工作時其機身長度為7.2m，出田移動時，除抬高割臺外還自動收縮變型為5m，實現割臺二維變型，以方便其在田間道路行駛。此項技術設計，極大地提高了其在田間作業的靈活性，適應我國農村小塊田與小塊田之間的頻繁轉移作業。
（11）實現玉米摘穗青貯與帶穗青貯完全兼容。
目前所有的玉米青貯機無一例可實現摘穗青貯功能；目前所有的玉米收獲機也同樣無一例可完成帶穗青貯功能。本機首次實現了兩種功能兼容運行，當從帶穗青貯轉換向摘穗青貯時或者從摘穗青貯轉向帶穗青貯時，由于采用了逆行摘穗原理，所以只需搬動開關摘穗機構上移即可功能轉換，改變了長期以來玉米青貯機械與玉米收獲機械互不兼容的歷史，給使用者帶來極大方便。
（12）高速秸稈資源化收獲機夾茬耙地功能新設計。
以往任何一款玉米收獲機或玉米青貯機均在收獲后，留有長短不齊的根茬，造成收獲作業不徹底。本機在其收獲鋸片下方，設計有旋耙，將掠過旋耙的根茬粉碎，并將根茬與土地進行充分旋拌，根茬還田，實現保護性耕作，使經高速秸稈資源化收獲機收獲過的田地，土壤蓬松無站立根茬。
三、主要技術指標
(1)實現完全不對行收獲；
(2)傷籽率≤0.2%；
(3)收獲效率40畝/h;
(4)日回收秸稈800噸；
(5)秸稈體積壓縮到原來的1/8。
四、與當前國內外同類研究、同類技術的綜合比較
從上表中可以看出，“收穗+秸稈切碎還田”型將秸稈直接回田，未實現秸稈的資源化利用；“穗莖兼收”型只完成了秸稈收集，但蓬松態、大體積運輸，并需要大量車輛跟隨接運，仍未降低秸稈運輸成本，這樣既不適合我國國情，也未實現秸稈的資源化利用。只有高速秸稈資源化收獲機完成了秸稈壓縮打包裝袋的全過程加工，真正降低了秸稈收運成本（每噸直接收運成本僅6元），徹底實現了秸稈的資源化。
從以上分析我們可以看出，高速秸稈資源化收獲機的重點在于秸稈資源化。只有高效率收獲、低成本運輸、高密度壓縮、標準化包裝、可機械化裝卸、可商品化流通等，才能真正實現秸稈商品化、資源化，而這也正是本機功能的精髓所在。
五、效益分析
由于秸稈體積壓縮到原來的1/8，使整個秸稈收集、流通的成本降低了8倍。據測算，該機每收獲一噸干秸稈，在20km內運抵倉庫后并存儲一年時，其直接成本僅為20元（見下表）。該成本完全可以被秸稈利用的下游各產業所接受。
目前，本機已被納入我國首個“高速秸稈收集與生物質能熱電集成示范工程”，對全國突破秸稈發電瓶頸具有重要的規模示范意義。僅此100臺收獲機，就可滿足一座24MW生物電站的燃料供應，杜絕20萬畝玉米種植面積的秸稈焚燒，使其進入循環經濟。而由于該機傷糧率極低，并且因具備秸稈資源化效益而免收農民收獲費，使農民首次開始大面積接受秋收機械化，解決多年來只見“夏收”不見“秋收”的局面，使秸稈資源化在為國家提供清潔可再生能源的同時又能惠及三農，富通新能源生產銷售秸稈顆粒機、秸稈壓塊機等生物質燃料、飼料成型機械設備。
