一、立项背景
我国是农业大国，小麦、水稻、玉米等种植面积均居世界前列。玉米秸秆由于体积蓬松、分散分布，长期以来只能就地焚烧或任其在田间烂掉。现在市场上针对玉米秸秆综合利用的机械不少，包括玉米青贮机、穗茎兼收型玉米收获机、秸秆饲料粉碎揉碎机、搓丝机、饲料秸秆压块机、玉米秸秆粉碎还田机等等。虽然上述机械已涵盖了玉米秸秆利用的全部加工环节，但却未能将玉米收获与秸秆利用两个环节无缝衔接，蓬松态运输、低效率、高人工成本等问题仍未被解决。
1992年始，我国开始研发自走式穗茎兼收型玉米联合收获机，但均是围绕着1921年由澳大利亚人艾伦提出的辊式收获的根源技术路线进行设计。由于“辊式收获”确定了只收穗而不收秸秆的基础技术路线，也就更谈不上连收秸秆带分离压缩的问题。因此基于这一技术路线下，国产玉米联合收获机至今都不能达到高效穗茎兼收兼加工的目的。
二、高速秸秆资源化收获机的主要研究内容
(1)首创“逆行摘穗”原理，使玉米收获质量发生根源性改变。
“逆行摘穗”原理，即采用非旋转方式，从果穗梢头逆生长方向，朝向玉米根部，将果穗与玉米植株分离。由于与果穗接触是采用非旋转体，故不会对玉米果穗产生因旋转辊产生的搓伤。从按术原理上根本杜绝了伤粮产生。“逆行摘穗”是相对于顺摘的一种摘穗方式。玉米植株被从根部割倒后，整体植株梢部朝前，铺放在输送皮带上，在输送皮带的推动下梢部朝前运动。这时，与摘穗刮板迎面相逢，产生逆向运动。摘穗刮板就模仿人工摘穗动作，从玉米穗稍部逆向切入，使玉米穗被刮板挂住，而玉米植株则继续逆向运动。当玉米穗朝反向弯曲到达一定角度，就使玉米穗柄与植株自然断裂分离，完成了整个摘穗动作。整个过程如图示意：
上述过程，就相当于人手掌五指并拢，从玉米植株稍部向下运动，切入玉米穗与植株之间，并使玉米穗朝下弯曲到达一定角度，使玉米穗柄自然断裂的全部过程。由于它是从果穗梢部逆玉米生长方向向下拨动果穗，使果穗顺自然方向脱离植株，从而完成玉米穗收获，故称逆摘。由于逆摘是采用拨动摘穗原理，从人工摘穗以及自然界瓜熟蒂落的自然掉落形式仿生而来，故相对于采用辊式旋搓强制从根部挤搓摘穗，其在摘穗过程中对果穗无直接冲击，不会对果穗产生搓伤。并且逆行摘穗方式，由于摘穗方式是由穗梢至穗根开展，故可完全适用与地面夹角250的倒伏玉米以及果穗全部下垂玉米及干枯状秸秆。通过国内外查新证明，“逆行摘穗”原理在国际上属于首创，它打破了自1921年以来澳大利亚人艾伦提出的“辊式摘穗”原理，属原理性创新，其技术意义重大。
(2)首创“并行喂入”原理，使玉米收获效率发生根源性改变。
“并行喂入”原理，是指将被割倒的玉米全株成排并列，以12m/s线速度进入口宽2m的收获机。而辊式原理则是玉米植株按行依次进入两辊之间，其效率取决于两辊线速度。目前可见到最大摘穗直径为+76cm，若达到12m/s线速度，其两辊转速应为每分钟3015转，而目前可见生产的摘穗辊由于受传动与结构限制转速最高为300转，其线速度大致在1.2m/s左右。如此慢的线速是造成目前辊式收获机低效的原因，若在车速稍快或种植密度的变化，均会引起堵塞。玉米进入本机是靠一对水平安装在秆、叶、穗分离机前端的牵引辊，其辊径为+219cm。由于此牵引辊被两端轴系支承，可在2000r/min范围内长期稳定工作，故极大地提高了入料的线速度，使其远远大于本机工作时行走速度4m/s。由于本机用两个大直径牵引辊，替代了由数对悬臂安装低速运行的摘穗辊，变成行收获为成排收获，使玉米收获机从原理上突破了辊式原理，实现高速稳定收获。
(3)首创“连续锯切”方式，使玉米割断方式发生根源性改变。
本机采用连续锯切方式切割玉米，避免了爆发式做功方式带来的功耗过大问题。由于锯切方式采用的是平均功作业，使作业速度及稳定性均有数量级提高，可适应4m/s左右的高速收获粗大玉米作业。
(4)实现真正“不对行收获玉米”方式。
本机收割部分是由安装在割台前部下方若干个锯片组成。由于这些锯片组成了一个矩阵，使通过这个矩阵面的任意位置玉米植株无一幸免的被若干锯片组成的矩阵拦截，进行锯切作业，故没有作业方向性，从技术原理上实现了高速可纵横不对行收获。
(5)独创“压缩装袋”功能，使玉米秸秆粉碎物料输送方式发生根源性改变。
本机独创“压缩装袋”功能。如图所示，由两名操作人员将用来装置粉碎后玉米秸秆的周转袋分别套在收获机后部的秆皮粉碎料装料筒出口和叶片粉碎料装料筒出口上，接装来自粉碎机送出的玉米秸秆粉碎料。由于其周转袋是紧密的套在其设备出口上，在其自然装满后，由装料筒上部安装的压料液压缸来压缩筒内及袋内物料，使其在机械力下继续压缩装料，使袋装密度增大，完成压缩、排气、打包、装袋的系列操作。当每一侧完成装袋后，由推袋机构将周转袋从车后滑道推卸下车并落地，实现连续化不停车作业，故称“压缩装袋”。
本机采用首创的链式齿板提升输送装置，每小时输送能力400吨，耗功2kW’，直接与压缩筒配接完成对粉碎物料的压缩打包，打包密度400kg/m3，每亩地8~10袋，可采用任意样式的农用运输车辆运输，极大地提高了运输通用性，降低了运输费用。
(6)玉米果穗收集方式的根源性改变。
目前玉米收获机的果穗仓均为高位倾倒型，其原意是将玉米果穗直接装卸到运输车辆上。如果此时运输果穗的车辆未到，就只能卸向地面。在目前收获实践中，包括小麦机，大多数是直接将收获物卸在田间，然后再进行装袋。如果将玉米果穗直接不装袋，由于普通农用车马槽都不高，在上下颠簸的田间行走，其表层果穗将被颠震到田间，故目前我国绝大多数农民在运送玉米果穗时，均采用袋装，以求装的多而不掉落。结合目前农民包产到户的小生产关系，以装袋运输成为主要运输方式。高速秸秆资源化收获机采用两种果穗处理方式：
①对于小农户集中的地块，采用果穗直接落地形成条垄状，便于农户田间晾晒。②采用车载袋装机构。高速秸秆资源化收获机上设有果穗装袋机构，每装1袋，便在行进中从车尾卸下，对一些田里有人有车又无需晾晒果穗的地块实现直接装袋以方便装车，省去了农民二次装袋的劳动。
(7)高速秸秆资源化收获机与田地伺服系统的根源性改变。
由于田间地面起伏不平，以及从道路进入田间的高低差，都会影响收获机的工作速度，因此本机首次采用了辊式伺服系统，在地面起伏0.5m的范围内，割茬高度无任何变化，这同时保护了切割锯片不受起伏不平的地面伤害。
(8)制动系统的新设计。
本机采用四轮制动，极大地提高了其在高速行驶中的安全性，这一设计的改变使其移区行驶车速可提高90km/h，方便了玉米机收跨区作业。
(9)轮荷系统的新设计。
目前自走式玉米收获机自重大多在7吨左右，而底盘设计无一例外的照搬拖拉机底盘设计。故每个驱动轮对地荷载大约为3吨左右。若本机自重为8吨，由四轮均载，平均单轮荷载为2吨，极大的减小了对农田的压实板结，也提高了田间的通过能力。
（10）可变机身长度新设计。
本机在工作时其机身长度为7.2m，出田移动时，除抬高割台外还自动收缩变型为5m，实现割台二维变型，以方便其在田间道路行驶。此项技术设计，极大地提高了其在田间作业的灵活性，适应我国农村小块田与小块田之间的频繁转移作业。
（11）实现玉米摘穗青贮与带穗青贮完全兼容。
目前所有的玉米青贮机无一例可实现摘穗青贮功能；目前所有的玉米收获机也同样无一例可完成带穗青贮功能。本机首次实现了两种功能兼容运行，当从带穗青贮转换向摘穗青贮时或者从摘穗青贮转向带穗青贮时，由于采用了逆行摘穗原理，所以只需搬动开关摘穗机构上移即可功能转换，改变了长期以来玉米青贮机械与玉米收获机械互不兼容的历史，给使用者带来极大方便。
（12）高速秸秆资源化收获机夹茬耙地功能新设计。
以往任何一款玉米收获机或玉米青贮机均在收获后，留有长短不齐的根茬，造成收获作业不彻底。本机在其收获锯片下方，设计有旋耙，将掠过旋耙的根茬粉碎，并将根茬与土地进行充分旋拌，根茬还田，实现保护性耕作，使经高速秸秆资源化收获机收获过的田地，土壤蓬松无站立根茬。
三、主要技术指标
(1)实现完全不对行收获；
(2)伤籽率≤0.2%；
(3)收获效率40亩/h;
(4)日回收秸秆800吨；
(5)秸秆体积压缩到原来的1/8。
四、与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较
从上表中可以看出，“收穗+秸秆切碎还田”型将秸秆直接回田，未实现秸秆的资源化利用；“穗茎兼收”型只完成了秸秆收集，但蓬松态、大体积运输，并需要大量车辆跟随接运，仍未降低秸秆运输成本，这样既不适合我国国情，也未实现秸秆的资源化利用。只有高速秸秆资源化收获机完成了秸秆压缩打包装袋的全过程加工，真正降低了秸秆收运成本（每吨直接收运成本仅6元），彻底实现了秸秆的资源化。
从以上分析我们可以看出，高速秸秆资源化收获机的重点在于秸秆资源化。只有高效率收获、低成本运输、高密度压缩、标准化包装、可机械化装卸、可商品化流通等，才能真正实现秸秆商品化、资源化，而这也正是本机功能的精髓所在。
五、效益分析
由于秸秆体积压缩到原来的1/8，使整个秸秆收集、流通的成本降低了8倍。据测算，该机每收获一吨干秸秆，在20km内运抵仓库后并存储一年时，其直接成本仅为20元（见下表）。该成本完全可以被秸秆利用的下游各产业所接受。
目前，本机已被纳入我国首个“高速秸秆收集与生物质能热电集成示范工程”，对全国突破秸秆发电瓶颈具有重要的规模示范意义。仅此100台收获机，就可满足一座24MW生物电站的燃料供应，杜绝20万亩玉米种植面积的秸秆焚烧，使其进入循环经济。而由于该机伤粮率极低，并且因具备秸秆资源化效益而免收农民收获费，使农民首次开始大面积接受秋收机械化，解决多年来只见“夏收”不见“秋收”的局面，使秸秆资源化在为国家提供清洁可再生能源的同时又能惠及三农，30码期期必中生产销售秸秆颗粒机、秸秆压块机等生物质燃料、饲料成型机械设备。
