摘要：针对传统立式秸秆压捆机间歇作业、人工依赖度高、草棒紧实度不足的行业痛点，研发了适配我国南方农耕模式的卧式双向连续压捆成型机。集成双向连续压捆、全自动捆扎、高密度成型三大核心技术，创新设计水平布置双型腔结构与扎钩-弯折一体化捆扎系统。经实测与第三方验证，设备作业效率达47 . 12根/小时，较传统立式设备提升 47 .08%；草棒紧实度稳定在6 .5kg/根，捆扎自动化率、产品合格率均达 100%；秸秆综合利用率从82 .02%提升至90 .02%。在湖南湘潭县、雨湖区、双峰县累计推广 19 .61 万亩，新增纯收益 1558 .45 万元，年减少秸秆焚烧 7 .844 万吨、CO2 排放约 11 .77 万吨，生产草棒可替代木材33 .6 万立方米，为南方稻区秸秆资源化利用提供了高效可行的技术装备与产业化方案。

       关键词：卧式秸秆压捆机；双向连续压捆；自动捆扎；技术创新；秸秆资源化

       1. 引言

       1.1 研究背景与意义

       秸秆作为农业生产最主要的废弃物，其资源化利用是推进农业绿色发展、落实“双碳”目标、促进乡村振兴的重要举措。湖南省湘潭县作为农业大县，年产生秸秆约 65 . 3 万吨，传统秸秆处理以焚烧、丢弃为主，不仅造成严重的大气污染，还浪费了宝贵的生物质资源。当前我国南方稻区广泛使用的立式秸秆压捆机存在作业模式落后、人工依赖强、产品质量差等突出问题，设备利用率仅 60 %，实际作业效率仅 32 . 04根/小时，草棒紧实度≤ 5 kg/ 根，散捆率达 20 %，无法满足秸秆原料化、规模化利用需求。国家及地方层面先后出台《“十四五”全国农业绿色发展规划》、《湖南省 2024 — 2025 年农作物秸秆综合利用实施方案》等政策，明确要求加快秸秆资源化利用技术装备创新与推广。因此，研发高效、自动化、低成本的新型秸秆压捆成型设备，破解传统设备瓶颈，对于推动秸秆资源化产业发展、提升农业机械装备水平具有重要的工程实践意义与应用价值 [1,2]。

       1.2 国内外研究现状

       国内秸秆压捆设备以立式结构为主，近年相关研究聚焦压捆机构优化，如安徽助成信息科技有限公司研发的双压缩室压捆装置（CN 201510714531 . 1）、星光农机股份有限公司的履带式压捆机（CN 201521045508 . X）， 虽在效率提升上有一定突破，但均未实现连续作业与自动捆扎的一体化融合，且适配南方高湿度水稻秸秆的能力不足 [ 3 , 4]。欧 美国家以大 型卧式压捆设备为主，如约翰迪尔方捆压捆机，作业效率可达 60 根 /小时，但存在设备成本高、操作复杂、适配性差等问题，难以在我国县域农业生产中规模化推广。

       现有秸秆压捆技术未能兼顾效率提升、自动化捆扎、高密度成型、低成本适配及产业链配套五大核心需求。卧式结构与双向连续作业的融合设计、南方水稻秸秆适配的自动捆扎系统集成仍是亟待突破的技术空白 [1,5] 。基于此，开展卧式双向连续压捆成型机研发，构建秸秆资源化利用全链条技术体系，为南方稻区秸秆高效处理提供技术支撑 [6]。

       1.3 研究目标与内容

       研发卧式双型腔压捆结构与全自动捆扎系统，实现填充 - 压捆 - 捆扎全流程自动化，设备作业效率≥ 45根/小时，草棒紧实度≥ 6 . 5 kg/ 根，秸秆综合利用率≥ 90 %；构建可复制的产业化推广模式，累计推广面积≥ 10 万亩，新增纯收益≥ 800 万元。

       优化卧式双向冲压组件与双型腔结构设计；研发扎钩 - 弯折一体化自动捆扎系统并完成性能调试；优化适配南方水稻秸秆的高密度成型工艺参数；构建秸秆“收储运 + 产供销”产业链；开展设备性能测试、区域试验与产业化应用验证。

       2. 核心技术创新

       研究历经 3 年区域试验（2018 — 2020 年）、6 年产业化推广（2020 — 2025 年）， 集成创新四大核心技术，形成“设备 + 工艺 + 软件 + 产业链”一 体化技术体系，获多项知识产权，技术达国内先进水平。

       2.1 创新点 1：卧式双向连续压捆结构设计（原创性创新）

       突破传统立式单腔间断作业模式，采用“水平布置 + 双向冲压组件 + 双组成型腔”一体化设计，通过PLC 控制系统协调两组型腔交替作业，一组压捆成型时另一组同步完成秸秆填充，实现设备连续运行，设备利用率从 60 % 提升至 100 %。

       关键设计：双向冲压组件由 2 组额定压力 16 MPa的双向驱动油缸与双向移动架构成，配备同步阀确保压捆力均衡，移动压板厚度 12 mm、行程 1200 mm，适配 120 × 160 × 1450 mm 草棒标准规格；双组成型腔对称布置，内壁采用耐磨涂层处理，使用寿命提升 3 倍；两组型腔作业间隔≤ 8 秒，确保连续作业效率。

       技 术突 破：作 业效 率 从 32 . 04 根/小 时 提升 至47 . 12 根/小时，提升幅度 47 . 08 %；设备重心高度降至1. 2 m，较立式设备稳定性提升 60 %；适配 5 %— 20 %湿度的水稻秸秆，满足南方稻区规模化处理需求 [5,7]。

       2.2 创新点 2：扎钩 - 弯折一体化自动捆扎系统（集成创新）

       针对人工捆扎效率低、质量不稳定的问题，研发“扎钩部件+弯折部件”一体化捆扎系统，实现捆丝自动挂钩、提拉、弯折、扎丝全流程自动化，无需人工干预。

       关键设计：5 组扎丝钩与捆扎槽相对应，配备升降油缸（额定行程 300 mm）与旋转驱动机构（旋转角度180°),捆扎全程耗时≤ 8 秒，效率较人工提升 3 倍；摆动横杆长度 1450 mm，通过驱动杆带动摆动 60°,弯折位置偏差≤ 2 mm；采用三级捆丝输送通道，避免缠绕卡顿，设备故障率降低 87 . 5 %。

       技术突破：捆扎自动化率提升至 100 %，降低人工成本占比超 60 %；捆扎合格率从 80 % 提升至 100 %，散捆率、运输损耗率为零；单根草棒捆扎成本稳定在0 . 4 元，较人工捆扎节省 50 %[4]。

       2.3 创新点 3：基于水稻秸秆特性的高密度成型工艺（工艺创新）

       结合南方水稻秸秆物理特性，采用“等距捆扎 + 限位固定 + 压力动态调控”协同工艺，确保草棒紧实度达标，适配不同湿度秸秆处理需求。

       关键工艺：5 组捆扎槽沿成型腔长度方向等间距30 cm 布置，紧实度偏差＜ 5 %；移动压板下方安装5 mm 厚钢板限位件，限制捆丝竖向位移≤ 1 mm；根据秸 秆 湿 度 动 态 调 整 冲 压 压 力（5 %— 10 % 湿 度 时14 MPa，10 %— 20 % 湿度时 16 MPa）；固定压板设置分隔板，避免捆丝缠绕。

       技术突破：草棒紧实度从≤ 5 kg/ 根提升至 6 . 5 kg/根，提升幅度 30 %，满足建材、钢铁、物流行业枕垫产品需求；适配单一水稻秸秆及稻油轮作混合秸秆，成型合格率≥ 98 %；草棒抗压强度显著提升，产品质量达标率 100 %[5]。

       2.4 创新点 4：设备智能监控与秸秆产业链管理系统（系统集成创新）

       开发多维度智能监控与产业管理软件系统，涵盖设备运行监控、工艺参数优化、产业链数据追溯三大模块，为技术规模化推广提供软件支撑。

       关键设计：通过传感器实时采集 12 项设备运行参数，故障预警准确率达 95 % 以上，提供远程排查指导；可根据秸秆湿度自动调整冲压参数，确保草棒质量稳定；实现秸秆收集、加工、销售全流程数据追溯，覆盖“农户 - 收集站 - 企业 - 市场”产业链。

       技术突破：设备故障率从 12 %/ 月降至 1 . 5 %/ 月，运维效率提升 80 %，设备使用寿命从 3 年延长至 6 年；操作人员培训周期缩短 50 %，适配基层轻量化操作需求；构建完善的数据台账，为技术推广与政策制定提供数据支撑 [8,9]。

       3. 技术先进性验证

       3.1 核心指标对比

       选取传统立式压捆机与研制的设备进行关键技术经济指标对比试验，结果表明，研制的设备在作业效率、草棒紧实度、捆扎自动化率、设备故障率等核心指标上均优于对照设备，具体对比见表 1。

       3.2 试验与测产验证

       区域试验（2018 - 2020 年）：在湘潭县 8 个点次开展试验，新技术平均每小时增产草棒 14 . 63 根，作业效率提升 41 . 94 %，草棒紧实度稳定在 6 . 5 kg/ 根，验证了技术可行性。

       生 产示范（2020 — 2025 年）：在 湘 潭县、雨湖区、双峰县 42 个点次 示范，新技 术平均每 小时 增产草 棒15 .17 根，作业效率提升 48 .16 %，产品质量全部达标。

       第三方测产（2026 年1月）：由湘潭市农业农村局组织专家组测产，覆盖 9 个测产点，处理组作业效率 47.12根/小 时、草 棒紧 实度 6 . 5 kg/根， 较 对照 组 分 别 提 升47. 08%、34 . 30 %，数据变异系数＜5%，结果真实可信。

       3.3 查新与鉴定结论

       2025 年 7 月，湖南省科学技术信息研究所出具科技查新报告（编号：CX- 20250322）， 结论为“除委托单位已申请专利外，未见与本项目‘双向冲压 + 自动捆扎’综合技术特点相同的文献报道”，证实技术创新性。2023 年 5 月、2025 年 1 月，核心技术先后获 9 项湖南省科技成果登记证书，鉴定结论为“技术路线可行，成果达国内先进水平”。2022 — 2023 年，项目成果先后获 2 项湘潭市农业丰收奖二等奖，得到行业认可。

       4. 产业化应用与效益分析

       4.1 产业化应用情况

       构建“监测站牵头 +科研所支撑 + 企业应用”三方协作推广模式与“收储运 + 产供销”产业链联动模式， 2020 — 2025 年在湖南 3 个县市区 11 个乡镇规模化推广，累计转化设备 12 台，推广面积 19 . 61 万亩，超项目目标 96 . 1 %；建立 12 个秸秆收集站，累计收集秸秆7 . 844 万吨，生产草棒 1206 . 77 万根，草棒市场收购价8 . 1 元/ 根，与湘钢、顺丰物流等企业达成长期供货合作，实现产销一体化。同步开展分层技术培训，覆盖县级农技员 17 个乡镇，企业操作员 200 人次，培养基层技术骨干 50 人、企业操作员 60 人，推广模式被湘潭市农业农村局作为典型在全市推广。

       4.2 综合效益分析

       经济效益：累计新增总产值 3128 . 28 万元，新增纯收益 1558 . 45 万元，超项目目标 94 . 8 %，投入产出比2 . 03 : 1；农户通过出售秸秆增收 2353 . 2 万元，亩均增收 120 元，实现企业与农户双赢。

       社会效益：累计带动 520 人就业，其中基层人员占84 . 6 %；培养农技与操作人才 110 人，形成可复制推广模式；生产草棒可替代木材 33 . 6 万立方米，减少森林砍伐，推动农业三产融合 [6]。

       生态效益：区域秸秆综合利用率提升 8 %，年减少秸秆焚烧 7 . 844 万吨，累计减少 CO2 排 放 约 11 . 77 万吨，改善大气环境，提升土壤有机质含量，助力“双碳”目标实现 [2,6]。

       5. 结论与展望

       5.1 结论

       研发的卧式双向连续压捆成型机集成四大核心技术，破解了传统立式压捆机效率低、人工依赖、质量差、产业链缺失的瓶颈。核心技术获多项知识产权，经查新为国内先进水平；设备各项技术经济指标均超额完成项目目标，作业效率、草棒紧实度等核心指标优于国内同类设备 [1 , 3 , 5 ]；“三方协作+产业链联动”推广模式可行可复制，实现经济、社会、生态三大效益协同共赢，为南方稻区秸秆资源化利用提供了高效技术装备 [6 ]。

       5.2 展望

       未来将聚焦技术优化、推广扩面与标准制定，研发小型化、移动化卧式压捆设备，适配丘陵山区零散秸秆处理需求；拓展草棒多元化应用场景，延伸秸秆产业链；2026 — 2027 年在湖南省新增推广面积 50 万亩，辐射南方稻区；联合相关部门制定地方行业标准，申报全国行业标准；深化产学研融合，推动技术持续迭代升级，为农业绿色发展与“双碳”目标实现提供更强支撑。

参考文献：

[1] 张庆华 , 李建科 , 王磊 . 秸秆压捆成型设备技术现状与发展趋势[J]. 中国农机装备 , 2023,54(05): 45-52.

[2] 农业农村部农业生态与资源保护总站 . 中国农作物秸秆综合利用发展报告（2024）[R]. 北京 : 中国农业出版社 , 2024.

[3] 刘军 , 陈芳 , 赵伟 . 卧式秸秆压捆机连续作业机构优化设计 [J]. 农业机械学报 , 2022,53(08): 102-110.（EI 核心）

[4] 陈明 , 李丽 , 张强 . 全自动秸秆捆扎系统设计与试验研究 [J]. 中国农机化学报 , 2023,44(03): 89-96.

[5] 赵刚 , 李勇 , 陈明 . 双向连续压捆技术在秸秆处理中的应用研究[J]. 中国农机装备 , 2022,53(09): 56-63.

[6] 陈静 , 王丽 , 孙浩 . 秸秆资源化利用产业链构建与产业化推广模式研究 [J]. 农业环境科学学报 , 2023,42(07): 1521-1528.

[7] 王浩 , 赵艳 , 李娟 . 南方稻区秸秆特性及高密度压捆成型工艺优化 [J]. 农机化研究 , 2022,44(11): 105-111.

[8] 李建国 , 张艳 , 刘敏 . 农业机械智能监控系统研发与应用 [J]. 中国农机装备 , 2024,55(02): 67-74.

[9] 张敏 , 刘杰 , 王强 . 秸秆压捆成型设备故障诊断与智能运维系统设计 [J]. 机械设计与制造 , 2023(04): 234-237.