黃世醒，曹耀林，鄭丁科，劉慶庭，黃燕娟，楊丹彤

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642）

0 引言

甘蔗是我國(guó)制糖的主要原材料之一，是生產(chǎn)食糖以及乙醇的重要原料[1]。甘蔗的栽植環(huán)節(jié)是甘蔗大田種植過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)之一，包括開溝、施肥、下種、覆土、覆膜等工序。其作業(yè)特點(diǎn)是工序多、勞動(dòng)強(qiáng)度大[2]。傳統(tǒng)的甘蔗栽植環(huán)節(jié)是拖拉機(jī)開溝、人工下種、覆土、人工覆膜，作業(yè)時(shí)需要的勞動(dòng)力多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低[1]。近年來(lái)，農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺，造成勞動(dòng)力成本大幅度上升[3]。因此，加快甘蔗栽植機(jī)械化發(fā)展，對(duì)解決勞動(dòng)力緊缺，降低甘蔗生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本，提高我國(guó)蔗糖市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

根據(jù)蔗種的形態(tài)分類，甘蔗種植機(jī)可分為整稈式、實(shí)時(shí)切斷式和預(yù)切斷式三種形式。2CZQ-2 型切段式甘蔗栽植機(jī)是華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的實(shí)時(shí)切斷式甘蔗栽植機(jī)，可依次完成開溝、砍送種、下種、施肥、覆土等作業(yè)工序，但存在排肥不暢、輸送通道易堵塞、蔗臺(tái)太高、機(jī)架較重等問(wèn)題，為此作了改進(jìn)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了田間試驗(yàn)。

1 2CZQ-2 型切段式甘蔗栽植機(jī)結(jié)構(gòu)與參數(shù)

1.1 整機(jī)機(jī)構(gòu)

栽植機(jī)通過(guò)三點(diǎn)懸掛與拖拉機(jī)相連，可依次完成開溝、施肥、切斷、下種、覆土、覆膜、覆土和鎮(zhèn)壓等工序。該機(jī)由于可液壓提升，具有調(diào)頭容易、地頭短、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。整機(jī)結(jié)構(gòu)如1所示。

圖1 2CZQ-2 型切段式甘蔗栽植機(jī)示意圖

1.2 技術(shù)參數(shù)

栽植機(jī)播種行數(shù)為2行；下種形式為整稈實(shí)時(shí)切斷式；喂入方式為人工擺放，輥筒機(jī)構(gòu)喂入；行距調(diào)節(jié)范圍為1 000~1 400 mm，調(diào)節(jié)單位為100 mm；開溝器開溝深度為250~300 mm；種蔗切段長(zhǎng)度為380 mm；施肥方式是刮板式排肥器，施肥量可調(diào)，可施有機(jī)肥、無(wú)機(jī)肥或復(fù)混肥，施肥箱1個(gè)，容量340 L；下種密度為8~12芽/m；樣機(jī)總質(zhì)量2 t；配套動(dòng)力66.18 kW（90馬力）以上四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)；覆土厚度80~150 mm，可調(diào)；作業(yè)速度0.5~0.8 m/s。作業(yè)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 作業(yè)性能指標(biāo)

本文分別對(duì)開溝器擋泥板及側(cè)板、施肥刮板、蔗種喂入機(jī)構(gòu)、導(dǎo)種斗內(nèi)壁、蔗種堆放臺(tái)、鋪膜覆土等裝置進(jìn)行了改進(jìn)。

2 性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

根據(jù)廣西農(nóng)機(jī)化管理局編寫的《農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣鑒定大綱 DG45/T 008—2011》[4]中甘蔗栽植機(jī)的鑒定標(biāo)準(zhǔn)等，對(duì)改進(jìn)以后的實(shí)時(shí)切段式栽植機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比改進(jìn)前后各項(xiàng)性能指標(biāo)和各部分工作狀況，檢驗(yàn)改進(jìn)是否達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

檢測(cè)的主要性能指標(biāo)包括蔗種段平均長(zhǎng)度、蔗段長(zhǎng)度合格率、下種均勻度、傷芽率、漏種率、開溝深度、開溝深度合格率、地膜覆土平均厚度、地膜覆土厚度合格率、地膜覆蓋率與施肥量等指標(biāo)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備與條件

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)備與工具

試驗(yàn)設(shè)備為2CZQ-2型切段式甘蔗栽植機(jī)，配套動(dòng)力是紐荷蘭TM 140型四輪驅(qū)動(dòng)輪式拖拉機(jī)（帶20塊前配重和4組雙作用液壓快速接頭)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力為106 kW。試驗(yàn)工具主要包括秒表、天平、卷尺、臺(tái)秤、計(jì)算器等。試驗(yàn)機(jī)組如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)用栽植機(jī)（配套紐荷蘭拖拉機(jī)）

2.2.2 試驗(yàn)條件與材料

1）試驗(yàn)地點(diǎn)：廣東湛江遂溪廣前糖業(yè)有限公司前進(jìn)農(nóng)場(chǎng)、廣東徐聞華海糖業(yè)有限公司海鷗農(nóng)場(chǎng)；

2）試驗(yàn)場(chǎng)地：地塊長(zhǎng)度300 m、寬度200 m，試驗(yàn)場(chǎng)地面積大約為6 hm2。試驗(yàn)場(chǎng)地處理包括深松、翻耕、耙平，目的是達(dá)到甘蔗栽植農(nóng)藝要求；

3）甘蔗蔗種：品種為臺(tái)糖F 66，人工選無(wú)變質(zhì)、無(wú)蟲眼、莖稈直，直徑為20～25 mm，長(zhǎng)度在1.0～1.5 m 的蔗種，去除葉片；

4）地膜：使用光降解膜，寬度為300 mm；

5）肥料：使用鉀肥、過(guò)磷酸鈣及尿素等；

6）操作人員：栽植行距為1.2 m，需3人拌肥及上肥，并將肥料和甘蔗裝上栽植機(jī)；需2人跟地膜、補(bǔ)地頭地尾等；需2人在栽植機(jī)上整條喂入蔗種；1個(gè)拖拉機(jī)機(jī)手。

2.3 試驗(yàn)方案

根據(jù)試驗(yàn)大綱的要求，對(duì)傷芽率、漏株率、排種均勻度、開溝深度、開溝深度合格率、蔗種段平均長(zhǎng)度、蔗種段長(zhǎng)度合格率和施肥量等指標(biāo)采用非覆土方法進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)地膜覆土平均厚度、地膜覆土厚度合格率、地膜覆蓋率等指標(biāo)采用覆土方法進(jìn)行試驗(yàn)。

在非覆土方法栽植試驗(yàn)中，將甘蔗栽植機(jī)左側(cè)的覆土器、地膜和鎮(zhèn)壓器等部件提起，不參與栽植作業(yè)，以利于觀察下種的情況，如圖3所示；在覆土方法栽植試驗(yàn)中，則將上述部件參與工作，以利于栽植試驗(yàn)指標(biāo)的檢測(cè)。

圖3 非覆土方法進(jìn)行栽植試驗(yàn)

試驗(yàn)步驟為：

1）非覆土方法進(jìn)行栽植試驗(yàn)重復(fù)5次，每次試驗(yàn)長(zhǎng)度為100 m，各檢測(cè)指標(biāo)的測(cè)量取10處，每處長(zhǎng)度為1 m，取樣間隔為9 m。則每次試驗(yàn)樣本數(shù)為10 個(gè)，試驗(yàn)樣本總數(shù)為50個(gè)；

2）覆土方法進(jìn)行栽植試驗(yàn)重復(fù)5次，每次試驗(yàn)長(zhǎng)度為100 m，各檢測(cè)指標(biāo)的測(cè)量取10處，每處長(zhǎng)度為1 m，取樣間隔為9 m。每處長(zhǎng)度上隨機(jī)取5個(gè)點(diǎn)，用以測(cè)量相應(yīng)數(shù)據(jù)，則樣本總數(shù)為250個(gè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)栽植機(jī)的技術(shù)參數(shù)與農(nóng)藝要求，開溝深度在250~350 mm范圍內(nèi)為合格；甘蔗下種切段（不包括有蔗頭與蔗尾的蔗段）長(zhǎng)度在370~390 mm范圍內(nèi)為合格；甘蔗下種段沿溝方向相互重疊100 mm以下或相距100 mm之內(nèi)為合格，下種間距大于100 mm為漏株；地膜覆土厚度在30~50 mm范圍內(nèi)為合格；地膜漏蓋為不合格。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

3.2 栽植機(jī)性能指標(biāo)

3.2.1 平均栽植密度與平均有效芽數(shù)

下種甘蔗段平均栽植密度為4.26條/m，標(biāo)準(zhǔn)差為0.18，變異系數(shù)為4.2%；有效芽數(shù)平均數(shù)為8.81個(gè)/m，標(biāo)準(zhǔn)差為0.53，變異系數(shù)為6.1%。

3.2.2 甘蔗種段平均長(zhǎng)度

甘蔗種段平均長(zhǎng)度為378 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為12.6，變異系數(shù)為3.1%。

3.2.3 傷芽率及漏株率

傷芽率為3.3%；漏株率為4.2%。

3.2.4 下種均勻度

下種均勻度為92.2%。

3.2.5 平均開溝深度及開溝深度合格率

平均開溝深度為331 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為15.2，變異系數(shù)為5.1%；開溝深度合格率為92.9%。

3.2.6 地膜覆土平均厚度及地膜覆土厚度合格率

地膜覆土平均厚度為48 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為4.3，變異系數(shù)為3.9%；地膜覆土厚度合格率為87.4%。

3.2.7 地膜覆蓋率

地膜覆蓋率為100%。

3.2.8 施肥量

施肥量按農(nóng)藝要求及栽植行距可調(diào)，一般為3 000 kg/hm2左右為宜。經(jīng)檢測(cè)，施肥量為2 870 kg/hm2滿足農(nóng)藝要求；落肥條狀整齊，肥量均勻。

主要性能指標(biāo)總結(jié)如表3所示。

表3 改進(jìn)后栽植機(jī)的主要性能指標(biāo)

3.3 栽植機(jī)改進(jìn)前后性能指標(biāo)對(duì)比分析

栽植機(jī)改進(jìn)前后性能指標(biāo)對(duì)比如表4所示。改進(jìn)前后性能指標(biāo)采用相同計(jì)算方法，且在同一塊試驗(yàn)地完成試驗(yàn)。

表4 栽植機(jī)改進(jìn)前后性能指標(biāo)對(duì)比

從表4可見(jiàn)，栽植機(jī)改進(jìn)前后主要性能指標(biāo)均有較為顯著差異，分析原因如下：

1）下種均勻度：改進(jìn)后比改進(jìn)前提高了7.4%。主要是通過(guò)改進(jìn)導(dǎo)種斗內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)種斗由多塊平板焊接而成，原來(lái)的內(nèi)壁有些地方會(huì)凸起，有可能會(huì)阻擋蔗段下種，造成均勻度下降。通過(guò)改變內(nèi)壁平板的焊接方式，減少了內(nèi)壁的凸起，從而提高了下種均勻度。

2）平均有效芽數(shù)：改進(jìn)后比改進(jìn)前每米多0.92個(gè)。同樣是因?yàn)閷?dǎo)種斗內(nèi)壁的改進(jìn)，減少了內(nèi)壁凸起，降低了因碰撞而造成的傷芽率，從而增加了平均有效芽數(shù)。

3）施肥量：在同樣栽植速度并且調(diào)定肥料刮板的前提下，改進(jìn)前施肥量為3 252 kg/hm2，改進(jìn)后為2 870 kg/hm2，增加了382 kg/hm2。原因主要是將肥料箱最下端的方形出肥口改為圓形出肥口，避免了方形出肥口四個(gè)拐角漏肥的情況發(fā)生。

[1]劉慶庭，莫建霖，李廷化，等. 我國(guó)甘蔗種植機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題[J].甘蔗糖業(yè)，2011，05：52-58.

[2]李明，黃暉，鄧干然. 甘蔗種植機(jī)械的研究現(xiàn)狀與分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2008，22：40-42.

[3]曾志強(qiáng)，袁成宇，區(qū)穎剛，等. 甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀分析與對(duì)策研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，19：196-199.

[4]DG45/T 008—2011《農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣鑒定大綱》[S].