油菜生產(chǎn)過程中的機械化技術(shù)應用研究

劉志軍，王曉霞

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

油菜生產(chǎn)過程中的機械化技術(shù)應用研究

劉志軍1，王曉霞2

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

隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域集中模式的不斷推廣，油菜生產(chǎn)過程傳統(tǒng)作業(yè)模式已經(jīng)無法滿足實際需求，必須提升油菜生產(chǎn)機械化程度。為此，就油菜生產(chǎn)過程機械化技術(shù)應用展開研究。首先，對油菜生產(chǎn)全過程進行分析，發(fā)現(xiàn)需要在播種、移栽、收獲階段最需引進機械化；然后，研究直播施肥聯(lián)合機和聯(lián)合收獲機結(jié)構(gòu)及性能；最后，通過試驗研究驗證油菜生產(chǎn)機械化技術(shù)應用效果，旨在為后期機械化技術(shù)推廣奠定基礎(chǔ)。

油菜；機械化；生產(chǎn)

0 引言

油菜是我國重要的產(chǎn)油作物，當前我國油菜種植占據(jù)每年產(chǎn)油作物40%以上，產(chǎn)油量占據(jù)30%以上。隨著我國油菜種植逐漸趨向集中模式，對油菜種植效率有一定要求，傳統(tǒng)人力種植方式已經(jīng)無法滿足實際種植需求，因此需要提升油菜種植全過程機械化程度。從現(xiàn)狀看，我國油菜生產(chǎn)機械化發(fā)展機械化技術(shù)未跟上時代步伐，導致生產(chǎn)效率低下，需要通過人力支持完成，由此造成人力成本較高，不利于油菜種植大面積推廣。推進我國油菜生產(chǎn)過程機械化技術(shù)應用應該本著節(jié)能、綠色、低成本、高效率及可行性強等原則，推動我國油菜種植由傳統(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)展奠定堅實基礎(chǔ)。

1 油菜生產(chǎn)工藝流程

油菜生產(chǎn)全過程流程較多，主要為：油菜播種—油菜移栽—油菜生長維護(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環(huán)節(jié)。油菜生長維護過程周期較長，一般不影響油菜種植周期，油菜脫?？勺鳛槁?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)全過程機械化程度，需從油菜播種、油菜移栽及油菜收獲幾個環(huán)節(jié)入手。

2 油菜直播施肥聯(lián)合播種機應用研究

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，實際播種過程中易出現(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)，降低移栽過程油菜損傷，可在播種時選用直播方式，即播種后無需進行移栽。傳統(tǒng)播種方式工序繁多，勞動強度大，需耗費大量人力、物力，種植效率無法保證。因此，在油菜生產(chǎn)機械化過程中，采用直播施肥聯(lián)合機作為播種機械，實現(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)合機設(shè)計結(jié)構(gòu)圖。

1.驅(qū)動系統(tǒng) 2.排種器 3.螺栓 4.旋耕 5.掛接及主機架 6.旋耕裝置圖1 某直播施肥聯(lián)合機設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

該裝置工作時主要通過其懸掛裝置與動力拖拉機相連，旋耕裝置通過萬向聯(lián)軸器與動力裝置相連，并采用2級帶傳動風泵提供動力，通過風泵向旋耕裝置提供正負氣壓。拖拉機主要作用是帶動播種機向前運動，配備仿形地輪通過鏈傳動將左驅(qū)動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)，右輪通過鏈傳動驅(qū)動排種器內(nèi)排種圓盤旋轉(zhuǎn)；控制正負壓，通過正壓推種、負壓吸種。

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

2)傳動系統(tǒng)。本排種機采用功率超出36kW的動力拖拉機，輸出端軸轉(zhuǎn)速可達到540r/min，傳動路線為：拖拉機動力輸出至旋耕裝置和風泵，以及仿形驅(qū)動輪傳遞至排種器和施肥裝置。

3)風泵系統(tǒng)。風泵系統(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.風泵 2.負壓分配室 3.正壓分配室 4.膠帶輪圖2 風泵系同結(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。在實際工作中，可通過控制外槽輪寬度實現(xiàn)對排肥量控制。

3 油菜聯(lián)合收獲機設(shè)計應用

當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，還會造成收獲周期較長，導致農(nóng)業(yè)種植風險較大。同時，該種方式不僅會在收獲過程中造成掉粒情況嚴重，還會產(chǎn)生較多秸稈，而秸稈一般采用就地焚燒方式，對環(huán)境造成一定影響，因此該種方式已經(jīng)逐漸被放棄。另一種是機械化聯(lián)合收獲。即當油菜成熟后便可使用機械化聯(lián)合收獲方式實現(xiàn)油菜收割、物料運送、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、省工等特點。油菜種植受天氣影響較大，種植過程中往往需要緊急搶收，通過聯(lián)合收獲機不僅可有效降低種植風險，還可有效降低勞動強度，縮短油菜種植周期。

3.1 油菜聯(lián)合收獲機總體結(jié)構(gòu)方案

油菜聯(lián)合收獲機在設(shè)計過程中采用機、電、液等一體化技術(shù)，配備橡膠輪胎、液壓裝置、無級變速箱、行走底盤、割臺及脫離清選分揚結(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 3.油菜專用割臺 4.輸送槽 5.儲糧倉 6.脫粒清選裝置 7.秸稈粉碎裝置圖3 油菜聯(lián)合收獲機結(jié)構(gòu)圖

油菜聯(lián)合收獲機工作流程如圖4所示。該油菜聯(lián)合收獲機割臺正前方位置。發(fā)動機在底盤左前方位置，該種方式可將機器重心位于履帶接地中心前面，便于油菜聯(lián)合收獲機在農(nóng)田中作業(yè)時出現(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。排草口位于整機后部，高度較低，可降低工作灰塵量。采用油菜專用割臺與小麥、水稻等通用割臺相連接，并與底盤機架鉸接。整機內(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)合收獲機工作流程

3.2 油菜聯(lián)合收獲機技術(shù)參數(shù)

1)喂入量和割幅。喂入量是聯(lián)合收割機其他部件設(shè)計依據(jù)。當前，常見油菜聯(lián)合收獲機喂入量約為q=1.5kg/s，割幅B=1.8kg/s

2)機器前進速度。設(shè)定喂入量及割幅后，便可以此為依據(jù)計算機器前進速度，計算公式為

式中Vm—機器前進速度；

W—農(nóng)作物畝產(chǎn)量；

B—聯(lián)合收獲機割幅；

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—收獲時間利用系數(shù)。

實際生產(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)功率計算。行走裝置采用履帶結(jié)構(gòu)，其最大動力應滿足爬坡需求。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—履帶傳動效率，取η1=0.9；

η2—液壓裝置傳動效率，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—履帶行走裝置滾動阻力；

Ti—履帶行走裝置坡道阻力；

f—履帶行走裝置滾動阻力系數(shù)，取f=0.15；

α—最大設(shè)計坡度角，取α=16°；

G—聯(lián)合收獲機質(zhì)量，取G=2 100kg。

在此基礎(chǔ)上計算得知：T=894kg，Px=14kW。

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

P總=Px+PT+Pq=36.1kW

4)行走變速機構(gòu)。聯(lián)合收獲機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、橡膠寬履帶等作為行走裝置主要機構(gòu)，通過該種裝置可實現(xiàn)收獲。無級變速便于有效提升收割機性能及效率，降低勞動者強度。行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

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

行走底盤部分靜液壓無級變速轉(zhuǎn)向、離合器等組合裝置如圖6所示。

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

4 試驗材料、方法和結(jié)果

4.1 試驗材料

針對某試驗田，從播種階段使用油菜精量聯(lián)合直播機進行播種，并在收獲階段使用多功能油菜聯(lián)合收獲機進行收獲工作。

4.2 播種試驗

1)通過JPS-12型排種器實驗臺展開試驗。首先，對排種器進行臺架試驗，試驗結(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。該機器在某實驗基地展開田間試驗，對照人工撒播實驗，試驗面積共計0.8hm2，油菜品種為“華雜9”。試驗結(jié)果表明：通過油菜精量聯(lián)合直播機播種均勻，無破損率，種子用量在1.6～2.6kg/hm2之間，施肥量在220～520kg/hm2之間。播種完成后無需人工處理，出苗率高，生長勢頭良好；人工播種種子用量因人而異，種子播種不均勻，出苗率較低，需要后期進行人工間苗。播種30天和60天后分別在田間隨機采樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)機器播種試驗田中油菜苗生長粗壯、苗齊、根系較為發(fā)達。人工播種區(qū)域根系不明顯，且油菜苗生長良莠不齊，成活率不高。田間試驗發(fā)現(xiàn)，機器播種效果遠高于人工播種。

4.3 收獲試驗

油菜聯(lián)合收獲機喂入量為1.3～1.5kg/s，試驗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。

在實際收獲過程中，對油菜粒子、莖稈、排出物等參數(shù)進行測定。喂入量為

其中，Q為喂入量；W為喂入總總量；t為作業(yè)時間。設(shè)測定區(qū)長度為L，通過測定區(qū)時間為t，則通過測定區(qū)行進速度V為

其他參數(shù)計算可參照相關(guān)標準。在選定試驗田進行收獲試驗，成熟作物高度達到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)量可達到2 760kg/hm2。

試驗進行過程中，實際喂入量為1.5kg/s，行進速度為1.2m/s。在此基礎(chǔ)上，其他參數(shù)如表1所示。

表1 聯(lián)合收割機實驗參數(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)全過程機械化程度需從油菜播種、油菜移栽、油菜收獲幾個環(huán)節(jié)入手,在油菜生產(chǎn)機械化過程中可采用直播施肥聯(lián)合機作為播種機械。通過直播施肥聯(lián)合機，可實現(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械化聯(lián)合收獲方式，實現(xiàn)油菜收割、物料運送、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、省工等特點，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

教育部國家教師科研“十二五”重點項目(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