張煜晗 徐勇 王聰

(吉林省農(nóng)業(yè)機械研究院，吉林 長春 130022)

引言

我國是世界上玉米秸稈資源擁有量最多的國家，2016年玉米產(chǎn)量約為2.2億t，按1∶1.2的草谷比計算，秸稈產(chǎn)量超過2.5億t，是農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)中重要的農(nóng)業(yè)資源之一[1,2]。秸稈用途廣泛，如加工作燃料、轉化作飼料、還田作肥料、編織作原料、粉碎作食用菌基料等[3,4]。但由于秸稈松散、密度小，造成收集運輸儲存困難，只有少數(shù)秸稈被用作生活燃料、養(yǎng)畜飼料，以及部分秸稈還田，絕大部分秸稈都被丟棄或就地焚燒，造成了極大浪費[5,6]。根據(jù)實際需要，把秸稈在地里直接打成高密度捆后再儲存或運輸，是降低秸稈原料收集儲運成本，促進田間秸稈生物質資源規(guī)?；玫年P鍵和基礎[7,8]。

玉米秸稈打捆機是一種田間秸稈切割、收集、壓縮成型并打捆的設備，其能一次成型，減少勞動力投入，提高生產(chǎn)機械化水平。在國外，打捆機發(fā)展較早，從誕生至今已有100a以上的歷史，歐美國家在這方面處于世界領先地位，其產(chǎn)品多以大型的圓捆機為主[9,10]；國際知名的打捆機制造商有世達爾(STAR)、克拉斯、凱斯紐荷蘭(CNH)、約翰迪爾、威猛(Vermeer)等公司。目前，打捆機的發(fā)展趨勢為大型化、智能化、高自動化[11]。

20世紀70年代，我國秸稈打捆機械開始起步，代表機型有尤耐特MK5050-G型青貯圓捆機、MRB0870懸掛式打捆機、內(nèi)蒙古華德9YFQ-1.9方捆打捆機、上海世達爾THB系列方草捆打捆機、沈陽方科FSB系列玉米秸稈撿拾打捆機和中收9YFQ-1.5方捆打捆機。國內(nèi)生產(chǎn)的打捆機以小型方捆為主，作業(yè)效率與自動化程度比較低[12-14]，需要改進提高。

因此，本文以目前市場上常用的小型方捆FSB-1900秸稈撿拾打捆機為例，針對不同草條鋪放情況進行田間作業(yè)性能測試，分析現(xiàn)有秸稈撿拾打捆機存在的問題，根據(jù)試驗結果對打捆機提出改進方案，為提高打捆機作業(yè)效率提供理論支撐。

1 試驗條件

如圖1所示，試驗配套拖拉機為海山AH604，機具為沈陽方科生產(chǎn)的FSB-1900秸稈撿拾打捆機，該機為側牽引式小方捆打捆機，該機采用滑道滾筒式撿拾器，幅寬1.9m；采用雙撥叉式輸送喂入裝置，喂入量設計為2.0～3.5kg/次，喂入叉填草次數(shù)為92次·min-1；壓捆室截面尺寸為360mm×460mm，草捆長度為500～1000mm可調；打捆機構采用D型打結器，捆繩所受拉力及草捆密度比較大。

圖1 田間試驗及指標測量

試驗地點為長春市燒鍋鎮(zhèn)，試驗時間為2015年10月29日，試驗地塊長300m、寬100m，玉米品種為“正丹958”，玉米秸稈由人工割倒，秸稈與壟垂直時為橫序鋪放，與壟平行時為縱序鋪放，0～10cm處土壤絕對含水率18.1%，空氣相對濕度47%，氣溫18℃。

2 試驗方案及測試指標

按照國家標準GB/T25423-2010、NY/T1631-2008對打捆機作業(yè)質量進行測試[15,16]，具體測量指標如下。

2.1 秸稈總損失率

隨機抽取5個秸稈捆間長度，在打捆后的地段上、壓縮器后的地段上，將撿拾器漏拾的7cm以上秸稈及壓縮器在壓縮時造成損失的秸稈收集起來，稱其質量，按公式(1)計算。

(1)

式中，S為秸稈總損失率，%；Gk為測區(qū)內(nèi)秸稈捆質量，kg；Gs為測區(qū)漏拾和壓縮損失秸稈質量，kg。

2.2 成捆率

從作業(yè)區(qū)統(tǒng)計打成的秸稈捆數(shù)和散捆數(shù)，按公式(2)計算。

(2)

式中，SK為成捆率，%；Id為作業(yè)區(qū)累計打捆數(shù)，捆；Is為作業(yè)區(qū)累計散捆數(shù)，捆。

2.3 秸稈捆密度

選取5個行程，每個行程測量2個秸稈捆的長、寬、高、質量，計算秸稈捆密度，按公式(3)計算，并求其平均值。

(3)

式中，ρ為秸稈捆密度，kg·m-3；V為秸稈捆體積，m3；G為秸稈捆重量，kg。

2.4 秸稈捆抗摔率

選取3個行程，每個行程抽取5個秸稈捆，5m高度自由落下，連續(xù)摔3次，記錄摔散秸稈捆數(shù)，按公式(4)計算。

(4)

式中，Ks為秸稈捆抗摔率，%；Ikc為被測秸稈捆數(shù)，捆；Iks為累計摔散捆數(shù)，捆。

3 試驗結果

3.1 不同鋪放條件對秸稈總損失率的影響

秸稈總損失率測量結果見表1。當秸稈橫序鋪放時秸稈總損失率僅為2.4%，達到國家標準要求，而當秸稈縱序鋪放時秸稈總損失率高達8.9%，主要是因為撿拾機構撿拾縱序鋪放的秸稈時，在壟溝處的部分秸稈較難撿拾，致使整機秸稈總損失率較高。

表1 秸稈總損失率結果

3.2 不同鋪放條件對成捆率的影響

成捆率測量結果見表2。秸稈橫序鋪放與縱序鋪放時平均成捆率分別為94.4%和94.1%，兩者差別不大，但均略低于國家標準要求。產(chǎn)生的主要原因是玉米秸稈粗壯、質地堅硬，且喂入機構對整株的玉米秸稈粉碎程度低，導致秸稈捆內(nèi)間隙大，秸稈段較長，降低了秸稈成捆率。

表2 成捆率測量結果

3.3 不同鋪放條件對秸稈捆密度的影響

秸稈捆密度測量結果見表3，秸稈橫序鋪放與縱序鋪放時平均秸稈捆密度分別為165.4kg·m-3和158.1kg·m-3，達到國家標準要求。

表3 秸稈捆密度測量結果

3.4 不同鋪放條件對秸稈捆抗摔率的影響

秸稈捆抗摔率測量結果見表4，秸稈橫序鋪放與縱序鋪放時平均秸稈捆抗摔率均為83.3%，兩者均低于國家標準，產(chǎn)生的主要原因是壓縮秸稈捆時規(guī)則度稍差，導致打結繩容易脫落。

表4 秸稈捆抗摔率測量結果

4 結論

不同秸稈鋪放條件下，對秸稈總損失率影響較大，橫序鋪放時秸稈總損失率僅為2.4%，明顯高于縱序鋪放時的8.9%；對成捆率、秸稈捆密度、秸稈捆抗摔率等指標影響不大，橫序鋪放與縱序鋪放基本無差別。

側牽引式小方捆打捆機在撿拾打捆玉米秸稈時，成捆率、秸稈捆抗摔率，以及撿拾縱序鋪放秸稈總損失率均低于國際標準，撿拾機構、喂入機構等關鍵部件需要進一步優(yōu)化，以提高整機工作性能。