劉志軍，王曉霞

(1.內(nèi)蒙古呼倫貝爾職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000;2.內(nèi)蒙古呼倫貝爾學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

油菜生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械化技術(shù)應(yīng)用研究

劉志軍1，王曉霞2

(1.內(nèi)蒙古呼倫貝爾職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000;2.內(nèi)蒙古呼倫貝爾學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域集中模式的不斷推廣，油菜生產(chǎn)過(guò)程傳統(tǒng)作業(yè)模式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際需求，必須提升油菜生產(chǎn)機(jī)械化程度。為此，就油菜生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化技術(shù)應(yīng)用展開研究。首先，對(duì)油菜生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)需要在播種、移栽、收獲階段最需引進(jìn)機(jī)械化；然后，研究直播施肥聯(lián)合機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)及性能；最后，通過(guò)試驗(yàn)研究驗(yàn)證油菜生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)應(yīng)用效果，旨在為后期機(jī)械化技術(shù)推廣奠定基礎(chǔ)。

油菜；機(jī)械化；生產(chǎn)

0 引言

油菜是我國(guó)重要的產(chǎn)油作物，當(dāng)前我國(guó)油菜種植占據(jù)每年產(chǎn)油作物40%以上，產(chǎn)油量占據(jù)30%以上。隨著我國(guó)油菜種植逐漸趨向集中模式，對(duì)油菜種植效率有一定要求，傳統(tǒng)人力種植方式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際種植需求，因此需要提升油菜種植全過(guò)程機(jī)械化程度。從現(xiàn)狀看，我國(guó)油菜生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展機(jī)械化技術(shù)未跟上時(shí)代步伐，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，需要通過(guò)人力支持完成，由此造成人力成本較高，不利于油菜種植大面積推廣。推進(jìn)我國(guó)油菜生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化技術(shù)應(yīng)用應(yīng)該本著節(jié)能、綠色、低成本、高效率及可行性強(qiáng)等原則，推動(dòng)我國(guó)油菜種植由傳統(tǒng)作業(yè)模式向現(xiàn)代化種植模式發(fā)展，為油菜種植后續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 油菜生產(chǎn)工藝流程

油菜生產(chǎn)全過(guò)程流程較多，主要為：油菜播種—油菜移栽—油菜生長(zhǎng)維護(hù)(施肥、除草除蟲、治病等)—油菜收獲—油菜脫粒—油菜籽加工等環(huán)節(jié)。在以上過(guò)程中，最影響油菜種植效率的是油菜播種、油菜移栽及油菜收獲幾個(gè)環(huán)節(jié)。油菜生長(zhǎng)維護(hù)過(guò)程周期較長(zhǎng)，一般不影響油菜種植周期，油菜脫粒可作為聯(lián)合收割部分環(huán)節(jié)，也可作為后續(xù)加工環(huán)節(jié)。基于此，為提升油菜生產(chǎn)全過(guò)程機(jī)械化程度，需從油菜播種、油菜移栽及油菜收獲幾個(gè)環(huán)節(jié)入手。

2 油菜直播施肥聯(lián)合播種機(jī)應(yīng)用研究

油菜播種有穴播、條播、散播集中方式。不同于其他作物播種，油菜籽粒較小、結(jié)構(gòu)脆弱，實(shí)際播種過(guò)程中易出現(xiàn)破損、播種不均等問題。傳統(tǒng)播種方式為翻耕、開溝、施肥、直播或移栽等，為減少作業(yè)環(huán)節(jié)，降低移栽過(guò)程油菜損傷，可在播種時(shí)選用直播方式，即播種后無(wú)需進(jìn)行移栽。傳統(tǒng)播種方式工序繁多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，需耗費(fèi)大量人力、物力，種植效率無(wú)法保證。因此，在油菜生產(chǎn)機(jī)械化過(guò)程中，采用直播施肥聯(lián)合機(jī)作為播種機(jī)械，實(shí)現(xiàn)耕地、施肥、播種三位一體作業(yè)方式，并可消除移栽環(huán)節(jié)，以提升油菜種植成活率。圖1 為某直播施肥聯(lián)合機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。

1.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 2.排種器 3.螺栓 4.旋耕 5.掛接及主機(jī)架 6.旋耕裝置圖1 某直播施肥聯(lián)合機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

該裝置工作時(shí)主要通過(guò)其懸掛裝置與動(dòng)力拖拉機(jī)相連，旋耕裝置通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與動(dòng)力裝置相連，并采用2級(jí)帶傳動(dòng)風(fēng)泵提供動(dòng)力，通過(guò)風(fēng)泵向旋耕裝置提供正負(fù)氣壓。拖拉機(jī)主要作用是帶動(dòng)播種機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，配備仿形地輪通過(guò)鏈傳動(dòng)將左驅(qū)動(dòng)輪與外槽排肥器相連，肥料經(jīng)排肥器排入旋耕種床夠內(nèi)，右輪通過(guò)鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)排種器內(nèi)排種圓盤旋轉(zhuǎn)；控制正負(fù)壓，通過(guò)正壓推種、負(fù)壓吸種。

1)排種器。排種器是播種核心部件，其性能好壞直接關(guān)乎到整機(jī)質(zhì)量。當(dāng)前，常用排種器主要有機(jī)械式和氣力式兩種，機(jī)械式排種器播種效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，但在播種時(shí)對(duì)種子尺寸有一定要求，種子尺寸一致的種子優(yōu)先選用機(jī)械式排種器；氣動(dòng)式排種器適用性強(qiáng)，適用于各種尺寸種子，排種過(guò)程不會(huì)傷害到種子，且可有效提升排種頻率，是當(dāng)前使用較多的排種器。

2)傳動(dòng)系統(tǒng)。本排種機(jī)采用功率超出36kW的動(dòng)力拖拉機(jī)，輸出端軸轉(zhuǎn)速可達(dá)到540r/min，傳動(dòng)路線為：拖拉機(jī)動(dòng)力輸出至旋耕裝置和風(fēng)泵，以及仿形驅(qū)動(dòng)輪傳遞至排種器和施肥裝置。

3)風(fēng)泵系統(tǒng)。風(fēng)泵系統(tǒng)主要作用是為排種器器提供氣壓，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.風(fēng)泵 2.負(fù)壓分配室 3.正壓分配室 4.膠帶輪圖2 風(fēng)泵系同結(jié)構(gòu)圖

4)旋耕刀。為提高油菜種植效率，在播種中一般都采用旋耕方式，盡量降低土壤翻滾次數(shù)，僅僅在種床布置旋耕刀組，種床寬度一般設(shè)置在100mm左右，并且在結(jié)構(gòu)上增擋土板，從而使得土壤可被有效回填，提升平整度。

5)排肥系統(tǒng)。排肥系統(tǒng)需要施專用肥料。選用外槽排肥輪，排肥開溝采用窄翼開溝器。在實(shí)際工作中，可通過(guò)控制外槽輪寬度實(shí)現(xiàn)對(duì)排肥量控制。

3 油菜聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用

當(dāng)前油菜收獲方式主要有兩種：一種是分段收獲，即先將油菜收割曬干后再進(jìn)行脫粒等。該種收割方式一般為人工收割，在油菜未完全成熟前將油菜收割，在收割中充分利用油菜后熟作用。該種作業(yè)方式不僅人力成本較高，還會(huì)造成收獲周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)種植風(fēng)險(xiǎn)較大。同時(shí)，該種方式不僅會(huì)在收獲過(guò)程中造成掉粒情況嚴(yán)重，還會(huì)產(chǎn)生較多秸稈，而秸稈一般采用就地焚燒方式，對(duì)環(huán)境造成一定影響，因此該種方式已經(jīng)逐漸被放棄。另一種是機(jī)械化聯(lián)合收獲。即當(dāng)油菜成熟后便可使用機(jī)械化聯(lián)合收獲方式實(shí)現(xiàn)油菜收割、物料運(yùn)送、清選、籽?；厥占敖斩挿鬯榛靥锏热鞒淌斋@工序。該種收獲方式不僅效率高，且具備省時(shí)、省工等特點(diǎn)。油菜種植受天氣影響較大，種植過(guò)程中往往需要緊急搶收，通過(guò)聯(lián)合收獲機(jī)不僅可有效降低種植風(fēng)險(xiǎn)，還可有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短油菜種植周期。

3.1 油菜聯(lián)合收獲機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案

油菜聯(lián)合收獲機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用機(jī)、電、液等一體化技術(shù)，配備橡膠輪胎、液壓裝置、無(wú)級(jí)變速箱、行走底盤、割臺(tái)及脫離清選分揚(yáng)結(jié)構(gòu)等，具備較高工作性能及工作效率，如圖3所示。

1.底盤 2.通用割臺(tái) 3.油菜專用割臺(tái) 4.輸送槽 5.儲(chǔ)糧倉(cāng) 6.脫粒清選裝置 7.秸稈粉碎裝置圖3 油菜聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)圖

油菜聯(lián)合收獲機(jī)工作流程如圖4所示。該油菜聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)正前方位置。發(fā)動(dòng)機(jī)在底盤左前方位置，該種方式可將機(jī)器重心位于履帶接地中心前面，便于油菜聯(lián)合收獲機(jī)在農(nóng)田中作業(yè)時(shí)出現(xiàn)翹頭現(xiàn)象。駕駛室與脫粒裝置分布于上下方，可開闊駕駛員視野。排草口位于整機(jī)后部，高度較低，可降低工作灰塵量。采用油菜專用割臺(tái)與小麥、水稻等通用割臺(tái)相連接，并與底盤機(jī)架鉸接。整機(jī)內(nèi)部有脫粒分離清選裝置、回收裝置及秸稈粉碎裝置等。

圖4 油菜聯(lián)合收獲機(jī)工作流程

3.2 油菜聯(lián)合收獲機(jī)技術(shù)參數(shù)

1)喂入量和割幅。喂入量是聯(lián)合收割機(jī)其他部件設(shè)計(jì)依據(jù)。當(dāng)前，常見油菜聯(lián)合收獲機(jī)喂入量約為q=1.5kg/s，割幅B=1.8kg/s

2)機(jī)器前進(jìn)速度。設(shè)定喂入量及割幅后，便可以此為依據(jù)計(jì)算機(jī)器前進(jìn)速度，計(jì)算公式為

式中Vm—機(jī)器前進(jìn)速度；

W—農(nóng)作物畝產(chǎn)量；

B—聯(lián)合收獲機(jī)割幅；

q—喂入量；

β—谷草比。

生產(chǎn)效率為

θ=5.4ηBVm/15

式中θ—生產(chǎn)效率；

η—收獲時(shí)間利用系數(shù)。

實(shí)際生產(chǎn)中，為滿足生產(chǎn)率要求及生產(chǎn)可靠性要求，上式可轉(zhuǎn)換為

在此基礎(chǔ)上，設(shè)定工作速度為0.8～1.2m/s。

3)行走系統(tǒng)功率計(jì)算。行走裝置采用履帶結(jié)構(gòu)，其最大動(dòng)力應(yīng)滿足爬坡需求。行走系統(tǒng)功率式為

式中Px—行走系統(tǒng)輸入功率；

T—履帶行走裝置牽引力；

η1—履帶傳動(dòng)效率，取η1=0.9；

η2—液壓裝置傳動(dòng)效率，取η2=0.8。

履帶行走裝置牽引力T為

T=Tf+Ti=f×G+sinα×G

式中Tf—履帶行走裝置滾動(dòng)阻力；

Ti—履帶行走裝置坡道阻力；

f—履帶行走裝置滾動(dòng)阻力系數(shù)，取f=0.15；

α—最大設(shè)計(jì)坡度角，取α=16°；

G—聯(lián)合收獲機(jī)質(zhì)量，取G=2 100kg。

在此基礎(chǔ)上計(jì)算得知：T=894kg，Px=14kW。

脫粒功率主要與喂入量、油菜莖稈長(zhǎng)度、滾筒轉(zhuǎn)速等直接相關(guān)，收獲機(jī)每1kg/s喂入量平均功率為9kW，收獲機(jī)設(shè)計(jì)喂入量為1.5kg/s。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算脫粒功率為PT=1.5×9=13.5kW，輔助部件功率估算為Pq=8kW。最后，計(jì)算出油菜收獲機(jī)整機(jī)功率為

P總=Px+PT+Pq=36.1kW

4)行走變速機(jī)構(gòu)。聯(lián)合收獲機(jī)行走裝置一般采用靜壓傳感器結(jié)合變速箱組合底盤、前輪驅(qū)動(dòng)、橡膠寬履帶等作為行走裝置主要機(jī)構(gòu)，通過(guò)該種裝置可實(shí)現(xiàn)收獲。無(wú)級(jí)變速便于有效提升收割機(jī)性能及效率，降低勞動(dòng)者強(qiáng)度。行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

1.液壓組合泵傳動(dòng)變速箱組合 2.發(fā)動(dòng)機(jī) 3.底盤架 4.行走機(jī)構(gòu)圖5 行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

行走底盤部分靜液壓無(wú)級(jí)變速轉(zhuǎn)向、離合器等組合裝置如圖6所示。

1.制動(dòng)、轉(zhuǎn)向油缸 2.調(diào)節(jié)螺栓 3.分離杠桿圖6 靜液壓無(wú)級(jí)變速轉(zhuǎn)向、離合器等組合裝置

4 試驗(yàn)材料、方法和結(jié)果

4.1 試驗(yàn)材料

針對(duì)某試驗(yàn)田，從播種階段使用油菜精量聯(lián)合直播機(jī)進(jìn)行播種，并在收獲階段使用多功能油菜聯(lián)合收獲機(jī)進(jìn)行收獲工作。

4.2 播種試驗(yàn)

1)通過(guò)JPS-12型排種器實(shí)驗(yàn)臺(tái)展開試驗(yàn)。首先，對(duì)排種器進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為該排種器種子破碎率為0，漏播指數(shù)不足2%，重播指數(shù)不足3%。

2)田間試驗(yàn)。該機(jī)器在某實(shí)驗(yàn)基地展開田間試驗(yàn)，對(duì)照人工撒播實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)面積共計(jì)0.8hm2，油菜品種為“華雜9”。試驗(yàn)結(jié)果表明：通過(guò)油菜精量聯(lián)合直播機(jī)播種均勻，無(wú)破損率，種子用量在1.6～2.6kg/hm2之間，施肥量在220～520kg/hm2之間。播種完成后無(wú)需人工處理，出苗率高，生長(zhǎng)勢(shì)頭良好；人工播種種子用量因人而異，種子播種不均勻，出苗率較低，需要后期進(jìn)行人工間苗。播種30天和60天后分別在田間隨機(jī)采樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)機(jī)器播種試驗(yàn)田中油菜苗生長(zhǎng)粗壯、苗齊、根系較為發(fā)達(dá)。人工播種區(qū)域根系不明顯，且油菜苗生長(zhǎng)良莠不齊，成活率不高。田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，機(jī)器播種效果遠(yuǎn)高于人工播種。

4.3 收獲試驗(yàn)

油菜聯(lián)合收獲機(jī)喂入量為1.3～1.5kg/s，試驗(yàn)田油菜莖稈粒子比例為2.5～5.5，油菜粒子含水率在10%～25%之間，莖稈含水率在10%～25%之間。

在實(shí)際收獲過(guò)程中，對(duì)油菜粒子、莖稈、排出物等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。喂入量為

其中，Q為喂入量；W為喂入總總量；t為作業(yè)時(shí)間。設(shè)測(cè)定區(qū)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，通過(guò)測(cè)定區(qū)時(shí)間為t，則通過(guò)測(cè)定區(qū)行進(jìn)速度V為

其他參數(shù)計(jì)算可參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在選定試驗(yàn)田進(jìn)行收獲試驗(yàn)，成熟作物高度達(dá)到120cm，自然落粒3.0g/m2，粒子含水率21%，莖稈含水量為71.5%，油菜畝產(chǎn)量可達(dá)到2 760kg/hm2。

試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，實(shí)際喂入量為1.5kg/s，行進(jìn)速度為1.2m/s。在此基礎(chǔ)上，其他參數(shù)如表1所示。

表1 聯(lián)合收割機(jī)實(shí)驗(yàn)參數(shù)

由表1可知：以上參數(shù)均滿足生產(chǎn)需求，且生產(chǎn)率可達(dá)到0.32hm2/h，極大地縮短了生產(chǎn)周期和成本。

5 結(jié)論

提升油菜生產(chǎn)全過(guò)程機(jī)械化程度需從油菜播種、油菜移栽、油菜收獲幾個(gè)環(huán)節(jié)入手,在油菜生產(chǎn)機(jī)械化過(guò)程中可采用直播施肥聯(lián)合機(jī)作為播種機(jī)械。通過(guò)直播施肥聯(lián)合機(jī)，可實(shí)現(xiàn)耕地、施肥、播種三位一體作業(yè)方式，并可消除移栽環(huán)節(jié)。油菜成熟后便可使用機(jī)械化聯(lián)合收獲方式，實(shí)現(xiàn)油菜收割、物料運(yùn)送、清選、籽?；厥占敖斩挿鬯榛靥锏热鞒淌斋@工序。該種收獲方式不僅具備較高效率，還具備省時(shí)、省工等特點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。

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ID:1003-188X(2018)02-0110-EA

Application of Mechanization Technology in Rape Production

Liu Zhijun1， Wang Xiaoxia2

(1.Neimenggu Hulunbeir Vocational and Technical College，Hulunbuir 021000, China; 2.Neimenggu Hulunbuir Vocational and Technical College，Hulunbuir 021008, China)

Abstract： with the promotion of agricultural production regional concentration model in our country, the traditional operation mode of rapeseed production process has been unable to meet the actual needs, based on this must enhance the degree of rape production mechanization. This paper studies the application of mechanization technology in rape production process. Firstly, rapeseed production whole process analysis, found in seeding, transplanting, harvesting stage the introduction of mechanization, on the basis of the research on the structure and properties of live machine and fertilization combined harvester, through the verification test on the rapeseed production mechanization technology application on the basis of this, to lay the foundation for the post mechanization technology promotion.

rape; mechanization; production

2016-12-21

教育部國(guó)家教師科研“十二五”重點(diǎn)項(xiàng)目(GNM1340713)

劉志軍(1964-),男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，副教授，(E-mail)343228738@qq.com。

S233.74

A

1003-188X(2018)02-0110-04