新能源甘蔗联合收获机技术改造路径
 
 摘要
 
甘蔗收获是糖料蔗生产全程机械化中最难突破的环节。当前，我国甘蔗收获仍以人工砍收为主，机收率长期低位徘徊，传统柴油动力联合收获机面临能耗高、排放重、丘陵山地适配性差等结构性困境。新能源技术的引入为甘蔗联合收获机的技术改造提供了全新的技术路线。本文在系统分析甘蔗机械化收获现实困境的基础上，从动力系统电动化改造、智能控制系统升级、轻量化与地形适应性改进三个维度，探讨了新能源甘蔗联合收获机的技术改造路径，并结合崇左、柳州、来宾等地的典型应用案例验证了改造成效。研究表明，以全电驱动、混动电驱为代表的新能源技术改造路径，可使甘蔗联合收获机能耗降低30%以上，作业效率提升2倍以上，有效破解丘陵山区“有机难用”的困局，正成为推动甘蔗收获机械化水平跨越式提升的关键技术方向。
 
关键词：新能源；甘蔗联合收获机；电动化改造；混动技术；丘陵山区
 
 
 1 引言
 
甘蔗是我国重要的糖料作物，广西作为全国最大的甘蔗和蔗糖生产基地，甘蔗种植面积、蔗糖产量连续多年稳定在1100万亩、600万吨以上，占全国的60%以上。然而，甘蔗收获环节的机械化水平长期低位徘徊，成为制约蔗糖产业降本增效的核心瓶颈。据统计，广西糖料蔗机收率长期在5%左右徘徊，2025/2026年榨季在政策强力推动下首次突破13%。甘蔗机收未能全面推广的主要原因在于：甘蔗主产区多在丘陵山区，大型切段式联合收获机使用困难；现阶段甘蔗生产仍以小规模农户为主；传统柴油动力收获机存在能耗高、噪音大、排放污染严重等问题。
 
在新能源技术快速发展的时代背景下，电动化、混动化已成为农业机械转型升级的重要方向。科技创新与应用等学术平台持续关注新能源技术在农业装备领域的应用探索，为甘蔗联合收获机的技术改造提供了理论支撑；现代农业研究对丘陵山区农业机械化路径的深入探讨，亦为新能源收获机的适地化改进提供了方法论参照。新能源甘蔗联合收获机的技术改造，正从“油改电”的局部尝试走向“原生电动平台”的系统重构，成为破解甘蔗机收困局的关键突破口。本文从动力系统、智能控制与地形适配三个维度，系统探讨新能源甘蔗联合收获机的技术改造路径。
 
 2 传统甘蔗联合收获机的技术瓶颈
 
 2.1 动力系统的能耗与排放困境
 
传统甘蔗联合收获机以柴油机为动力源，存在传动系统复杂、效率低、噪音大、环境污染严重等突出问题。在能耗方面，传统柴油动力收获机燃油消耗大，作业成本居高不下。在排放方面，非道路移动机械排放标准日趋严格，国四阶段全面实施对柴油动力收获机提出了更高的排放控制要求。在作业效率方面，传统机型在丘陵山地的适应性较差，部分机型在大坡度、小地块条件下的作业效率远低于设计标准。
 
 2.2 丘陵山地的适配性难题
 
我国甘蔗主产区多在丘陵山区，地块零散、坡度不一。传统大型切段式联合收获机体型庞大、重量重，在丘陵山地的通过性和灵活性严重不足。农业农村部农业机械化总站的调研表明，大型切断式联合收割机在丘陵蔗区的适配性存在突出问题。甘蔗分步式机收“第一刀”关键机具的缺失，进一步加剧了丘陵山区“有机难用”的困境。
 
 2.3 智能化水平的不足
 
现有甘蔗收获机的智能化水平普遍较低。收获过程中，驾驶员依赖肉眼和经验判断蔗梢位置、切割高度等关键参数，难以实时精准调整。由于智能化水平较低，依靠人工操作很容易对甘蔗收获机的运行状态产生误判，从而造成物流通道堵塞、能源浪费、收割效率低。智能控制系统的缺失，使收获机难以适应复杂多变的田间工况。
 
 3 新能源甘蔗联合收获机的技术改造路径
 
 3.1 动力系统的电动化改造
 
动力系统的电动化改造是新能源甘蔗联合收获机技术改造的核心环节。其技术路线可归纳为“纯电驱动”与“混动电驱”两种主要模式。
 
纯电驱动模式采用电池组供电、电动机驱动的技术方案，行走及作业部件全部由大扭矩电机驱动。广西福域智能农业机械有限公司与广西大学研发团队合作推出的纯电驱动甘蔗割堆机，收割一吨甘蔗仅耗一度电。该机型具备部分无人化功能，重点攻关自动对行、自主行走及多机协同作业等技术。蓝星甘蔗联合收获机采用电控系统控制，可遥控操作作业，行走和作业部件全部采用大扭矩电机驱动，由低压直流高功率柴油发电机提供电力，同时内置蓄电池，也可在纯电池供电模式下工作。
 
混动电驱模式融合了燃油发电与电力驱动的技术优势。中联重科推出的高端混合动力系列产品采用120KW超级电池、多电机直驱、全域SOC校准、无级变速等技术，可实现作业效率提升约15%，节能效果达10%至30%。混动甘蔗收割机的动力系统通过高压配电盒连接各电机控制器，实现了动力分配的最优化管理。
 
从“油改电”到“原生电动平台”的演进，标志着新能源甘蔗收获机技术路线的成熟。广西糖料蔗机械化收获产业创新科技“尖锋”专项明确要求，新能源切段式甘蔗收获机的研发应攻克低压增程技术、锂电池防震动技术、电驱技术等关键技术。纯电、混动、氢能等多条技术路线在甘蔗收获机领域的适用性、经济性及商业化前景正在加速验证。
 
 3.2 智能控制系统的升级改造
 
智能控制系统的升级是新能源甘蔗联合收获机技术改造的另一核心方向。新能源动力系统的引入为智能化控制提供了更好的电气基础——电驱系统的精确可控性使智能算法的嵌入更为顺畅。
 
智能感知与决策系统的研发是升级重点。针对收获机驾驶员依赖肉眼和经验判断蔗梢位置、难以实时精准调整切割高度的问题，研究者提出了基于双模态及模糊自适应PID控制的切梢器智能定位系统，利用YOLO v8实例分割模型检测蔗梢，实现了切割高度的自动精准控制。通过基于海量作业数据的AI智能体结合边缘计算，可实现智能控制和作业参数指令的自动调节。
 
无人驾驶与辅助驾驶技术正在加速落地。搭载北斗导航系统的智能联合收获机运用了人工智能技术，能够自主收割甘蔗。在崇左宁明县，无人驾驶小型蓝星甘蔗收获机仅用1个小时就完成了约6吨甘蔗的切梢、收割、切段、清选、装载及蔗叶切碎还田等工序。油电混动电控无人驾驶甘蔗割堆机已通过农业农村部农机化总站的技术参数与智能化指标现场验证。
 
远程监控与故障诊断系统的建立进一步提升了装备的智能化水平。模块化智能作业监控系统可实现田间辅助导航驾驶、自动掉头功能，作业轨迹误差控制在±5cm，对行精度±10cm。系统具备人机交互功能，可实现田块边界作业路径规划，并具备远程故障诊断、作业质量监测、机群作业调度等功能。据测算，智能农机可将甘蔗收割损失率降低3至5个百分点，同时减少人工成本约30%，显著提高了糖料蔗种植的经济效益。
 
 3.3 轻量化与地形适应性改进
 
丘陵山地的特殊地形条件要求新能源甘蔗收获机具备更好的轻量化和地形适应性。轻量化设计不仅是降低能耗的手段，更是提升丘陵山区通过性的关键。
 
整机轻量化是基础性改进方向。广西农机服务集团2025年推出的4GD-10B甘蔗割堆机，机身仅重3.7吨，适配1.1米以上主流作业行距，单机日均作业面积达16亩，效率超人工8至10倍，入土高度精准控制在30至50mm，实现入土切割不留茬。轻量化设计使机器在丘陵山地的机动性大幅提升。
 
全地形自适应底盘的研发正在推进。研究重点包括全地形自适应电控底盘技术，以提升机器在农田中的通过性，适应丘陵山区复杂工况。收获机自平衡技术同样在攻关中，目的是实现机器在坑洼不平复杂地况下的平稳作业。履带式或铰接底盘将进一步提升山地适应性。
 
模块化设计使装备能够快速适配不同作业场景。甘蔗分步式机收“第一刀”关键机具已实现从单一机型到系列化产品的突破，甘蔗割铺、割堆机由榨季初的4款增加至20款。模块化的设计思路使同一平台能够衍生出适应不同地块条件的多种机型。
 
 4 典型应用案例与成效分析
 
 4.1 崇左市：全电驱动收获机的率先突破
 
崇左市作为广西甘蔗主产区，率先引进推广全电驱动甘蔗联合收获机。2025年1月，宁明县文政农机合作社甘蔗种植基地引进的首台无人驾驶小型蓝星甘蔗收获机，1小时完成约6吨甘蔗的全程机械化收获。该机型采用电控系统控制，行走和作业部件全部由大扭矩电机驱动，可在纯电池供电模式下工作。截至2024年12月31日，崇左市共引进10个品牌联合收获机758台，推广电动甘蔗剪1000多把。
 
 4.2 柳州模式：新能源机具崭露头角
 
2024年全国甘蔗机收现场推进会上，混动电驱切段式联合收获机、甘蔗电动割刀等新能源机具集中亮相。电动甘蔗剪的作业效率比人工提高近2倍，每株甘蔗可减少收获损失50克，折算每亩增收约100元。柳州市甘蔗耕种收综合机械化水平达71.35%，已培育14家甘蔗机械化服务组织，建成27个分步式机收除杂中心。柳江区成为全国甘蔗机械化生产建制推进试点县，将打造可复制、可推广的“柳州模式”。
 
 4.3 广西全区：从“油改电”到国产化替代
 
2025/2026年榨季，广西甘蔗联合收获机具全面实现国产化替代，实现从依赖进口到自主可控的转变。近20家广西本土农机企业开展技术攻关与产品研发，20款产品通过性能和安全检验。截至2026年5月11日，广西累计完成糖料蔗机收面积158.56万亩，总机收率达13.08%，同比提高8.99个百分点。联合机收率、分步式机收率均创历史新高。广西首次承担农业农村部农机研发制造推广应用一体化试点项目，对亟需发展的糖料蔗作业机具实行“委托检验合格后给予一年作业补贴”的政策支持。
 
 4.4 改造成效的综合评估
 
综合各地实践数据，新能源甘蔗联合收获机技术改造的成效可从以下维度加以评估：
 
能耗降低方面，全电驱动方案收割一吨甘蔗仅耗一度电；混动方案节能效果达10%至30%；高效率的电机驱动使能耗水平较传统柴油机型降低30%。
 
效率提升方面，混动方案作业效率提升约15%；电动甘蔗剪效率比人工提高近2倍；4GD-10B割堆机单机日均作业16亩，效率超人工8至10倍。
 
成本节约方面，智能农机可减少人工成本约30%；智能甘蔗夹机系统综合成本降低42%；部分农机合作社通过减排项目年均额外收益超7万元。
 
 5 面临的挑战与发展趋势
 
 5.1 当前面临的主要挑战
 
新能源甘蔗联合收获机的推广应用仍面临若干挑战。技术成熟度方面，纯电驱动方案在续航能力和大功率作业场景下的稳定性仍需验证，锂电池防震动技术等关键技术有待进一步突破。基础设施方面，充电网络在蔗区的覆盖不足，制约了纯电驱动方案的规模化应用。成本方面，新能源收获机的初始购置成本高于传统机型，虽然全生命周期成本具有优势，但较高的前期投入仍构成推广障碍。标准规范方面，新能源收获机的技术规范和验证标准尚在形成中。
 
 5.2 未来发展趋势
 
展望未来，新能源甘蔗联合收获机的发展将呈现以下趋势。技术路线多元化：纯电、混动、氢能等多条技术路线并行发展，根据不同作业场景选择最优方案。智能化深度集成：AI视觉识别将实时调节割台高度与转速，降低杂质混入；数据终端将能识别蔗秆粗细、自动调整收割参数。轻量化持续深化：履带式或铰接底盘将提升山地适应性。从单机智能到系统智能：甘蔗收获机将深度融合精准农业理念与智能装备技术，向轻量化、低损高效与能源多元化方向发展。随着2026年广西进一步优化调整作业补贴政策，以及专业化、标准化甘蔗农机装备中试基地与试验验证平台的建设，新能源甘蔗联合收获机的技术成熟度与市场接受度将持续提升。
 
 6 结论
 
（1）传统柴油动力甘蔗联合收获机面临能耗高、排放重、丘陵山地适配性差等结构性困境，是制约甘蔗收获机械化水平提升的核心瓶颈。甘蔗收获环节机械化率长期低位徘徊，2025/2026年榨季总机收率仅为13.08%，说明该领域仍处于机械化突破的初期阶段。
 
（2）动力系统的电动化改造是新能源甘蔗联合收获机技术改造的核心环节。纯电驱动模式实现收割一吨甘蔗仅耗一度电，混动电驱模式实现节能10%至30%、作业效率提升约15%。从“油改电”到“原生电动平台”的技术路线演进，正在加速新能源收获机的产业化进程。
 
（3）智能控制系统的升级是技术改造的另一核心方向。基于AI视觉的切梢器智能定位、北斗导航无人驾驶、远程监控与故障诊断等技术的集成应用，使新能源收获机从“经验操作”走向“数据驱动”，可将收割损失率降低3至5个百分点，减少人工成本约30%。
 
（4）轻量化与地形适应性改进是新能源收获机适配丘陵山区的关键。4GD-10B割堆机机身仅重3.7吨，效率超人工8至10倍；全地形自适应电控底盘和模块化设计正在推动装备从单一机型向系列化产品突破。
 
（5）新能源甘蔗联合收获机的技术改造已取得阶段性突破，广西甘蔗联合收获机具已全面实现国产化替代。随着充电基础设施的完善、技术标准的健全和推广模式的创新，新能源甘蔗收获机有望在未来几年内实现更大规模的推广应用，成为破解甘蔗机收困局、推动蔗糖产业降本增效的关键技术力量。
 
 
 参考文献
 
[1] 广西糖料蔗机械化收获产业创新科技“尖锋”专项2025年项目申报指南[Z]. 广西农业科学院, 2025.
 
[2] 崇左市大力推进甘蔗机械化收获工作[N]. 崇左新闻网, 2025-01-07.
 
[3] 全国甘蔗机收现场推进会广西举办 破解机械化收获难题[N]. 中国新闻网, 2024-12-06.
 
[4] 广西福域智能农业机械有限公司[EB/OL]. 百度百科.
 
[5] 广西农机服务集团：科技赋能强根基 服务提质促升级[EB/OL]. 广西国资委, 2025-10-31.