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淺談機械化在油菜生產種植中的應用論文

淺談機械化在油菜生產種植中的應用論文

  摘 要: 隨著我國農業生產區域集中模式的不斷推廣,油菜生產過程傳統作業模式已經無法滿足實際需求,必須提升油菜生產機械化程度。為此,就油菜生產過程機械化技術應用展開研究。首先,對油菜生產全過程進行分析,發現需要在播種、移栽、收穫階段最需引進機械化。然後,研究直播施肥聯合機和聯合收穫機結構及效能。最後,透過試驗研究驗證油菜生產機械化技術應用效果,旨在為後期機械化技術推廣奠定基礎。

  關鍵詞: 油菜。 機械化。 生產。

  0 引言。

  油菜是我國重要的產油作物,當前我國油菜種植佔據每年產油作物 40% 以上,產油量佔據 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,傳統人力種植方式已經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。從現狀看,我國油菜生產機械化發展機械化技術未跟上時代步伐,導致生產效率低下,需要透過人力支援完成,由此造成人力成本較高,不利於油菜種植大面積推廣。推進我國油菜生產過程機械化技術應用應該本著節能、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作業模式向現代化種植模式發展,為油菜種植後續發展奠定堅實基礎。

  1 油菜生產工藝流程。

  油菜生產全過程流程較多,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)-油菜收穫-油菜脫粒-油菜籽加工等環節。在以上過程中,最影響油菜種植效率的是油菜播種、油菜移栽及油菜收穫幾個環節。油菜生長維護過程週期較長,一般不影響油菜種植週期,油菜脫粒可作為聯合收割部分環節,也可作為後續加工環節。基於此,為提升油菜生產全過程機械化程度,需從油菜播種、油菜移栽及油菜收穫幾個環節入手。

  2 油菜直播施肥聯合播種機應用研究。

  油菜播種有穴播、條播、散播集中方式。不同於其他作物播種,油菜籽粒較小、結構脆弱,實際播種過程中易出現破損、播種不均等問題。傳統播種方式為翻耕、開溝、施肥、直播或移栽等,為減少作業環節,降低移栽過程油菜損傷,可在播種時選用直播方式,即播種後無需進行移栽。傳統播種方式工序繁多,勞動強度大,需耗費大量人力、物力,種植效率無法保證。

  因此,在油菜生產機械化過程中,採用直播施肥聯合機作為播種機械,實現耕地、施肥、播種三位一體作業方式,並可消除移栽環節,以提升油菜種植成活率。圖 1 為某直播施肥聯合機設計結構圖。

  該裝置工作時主要透過其懸掛裝置與動力拖拉機相連,旋耕裝置透過萬向聯軸器與動力裝置相連,並採用 2 級帶傳動風泵提供動力,透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,配備仿形地輪透過鏈傳動將左驅動輪與外槽排肥器相連,肥料經排肥器排入旋耕種床夠內,右輪透過鏈傳動驅動排種器內排種圓盤旋轉。控制正負壓,透過正壓推種、負壓吸種。

  1) 排種器。排種器是播種核心部件,其效能好壞直接關乎到整機質量。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、結構簡單、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先選用機械式排種器。氣動式排種器適用性強,適用於各種尺寸種子,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。本排種機採用功率超出 36kW 的動力拖拉機,輸出端軸轉速可達到 540r/min,傳動路線為:拖拉機動力輸出至旋耕裝置和風泵,以及仿形驅動輪傳遞至排種器和施肥裝置。

  3) 風泵系統。風泵系統主要作用是為排種器器提供氣壓,其結構如圖 2 所示。

  4)旋耕刀。為提高油菜種植效率,在播種中一般都採用旋耕方式,儘量降低土壤翻滾次數,僅僅在種床佈置旋耕刀組,種床寬度一般設定在 100mm 左右,並且在結構上增擋土板,從而使得土壤可被有效回填,提升平整度。

  5) 排肥系統。排肥系統需要施專用肥料。選用外槽排肥輪,排肥開溝採用窄翼開溝器。在實際工作中,可透過控制外槽輪寬度實現對排肥量控制。

  3 油菜聯合收穫機設計應用。

  當前油菜收穫方式主要有兩種:一種是分段收穫,即先將油菜收割曬乾後再進行脫粒等。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後熟作用。該種作業方式不僅人力成本較高,還會造成收穫週期較長,導致農業種植風險較大。同時,該種方式不僅會在收穫過程中造成掉粒情況嚴重,還會產生較多秸稈,而秸稈一般採用就地焚燒方式,對環境造成一定影響,因此該種方式已經逐漸被放棄。另一種是機械化聯合收穫。

  即當油菜成熟後便可使用機械化聯合收穫方式實現油菜收割、物料運送、清選、籽粒回收及秸稈粉碎回田等全流程收穫工序。該種收穫方式不僅效率高,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,透過聯合收穫機不僅可有效降低種植風險,還可有效降低勞動強度,縮短油菜種植週期。

  3. 1 油菜聯合收穫機總體結構方案。

  油菜聯合收穫機在設計過程中採用機、電、液等一體化技術,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構等,具備較高工作效能及工作效率,如圖 3 所示。

  油菜聯合收穫機工作流程如圖 4 所示。該油菜聯合收穫機割臺正前方位置。發動機在底盤左前方位置,該種方式可將機器重心位於履帶接地中心前面,便於油菜聯合收穫機在農田中作業時出現翹頭現象。駕駛室與脫粒裝置分佈於上下方,可開闊駕駛員視野。排草口位於整機後部,高度較低,可降低工作灰塵量。採用油菜專用割臺與小麥、水稻等通用割臺相連線,並與底盤機架鉸接。整機內部有脫粒分離清選裝置、回收裝置及秸稈粉碎裝置等。

  3. 2 油菜聯合收穫機技術引數。

  1)喂入量和割幅。喂入量是聯合收割機其他部件設計依據。當前,常見油菜聯合收穫機喂入量約為q = 1. 5kg / s,割幅 B = 1. 8kg / s2) 機器前進速度。設定喂入量及割幅後,便可以此為依據計算機器前進速度,計算公式為:

  Vm = 1333qβ/[BW(1 + β)].

  式中: Vm-機器前進速度。

  W -農作物畝產量。

  B -聯合收穫機割幅。

  q -喂入量。

  β -穀草比。

  生產效率為:

  θ = 5. 4ηBVm/15.

  式中:

  θ -生產效率。

  η -收穫時間利用係數。

  實際生產中,為滿足生產率要求及生產可靠性要求,上式可轉換為Vm=θ/0. 19B.

  在此基礎上,設定工作速度為 0. 8 ~1. 2m/s.

  3)行走系統功率計算。行走裝置採用履帶結構,其最大動力應滿足爬坡需求。行走系統功率式為:

  Px = (T × V)/(102η1η2)。

  式中: Px-行走系統輸入功率。

  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,取 f = 0. 15.

  α -最大設計坡度角,取 α = 16°。

  G -聯合收穫機質量,取 G = 2 100kg.

  在此基礎上計算得知:T =894kg,Px= 14kW.

  脫粒功率主要與喂入量、油菜莖稈長度、滾筒轉速等直接相關,收穫機每 1kg/s 喂入量平均功率為 9kW,收穫機設計喂入量為 1. 5kg/s.在此基礎上,計算脫粒功率為 PT= 1. 5 × 9 = 13. 5kW,輔助部件功率估算為Pq= 8kW.最後,計算出油菜收穫機整機功率為:

  P總 = Px+ PT+ Pq= 36. 1 kW.

  4) 行走變速機構。聯合收穫機行走裝置一般採用靜壓感測器結合變速箱組合底盤、前輪驅動、橡膠寬履帶等作為行走裝置主要機構,透過該種裝置可實現收穫。無級變速便於有效提升收割機效能及效率,降低勞動者強度。行走機構結構圖如圖 5 所示。

  行走底盤部分靜液壓無級變速轉向、離合器等組合裝置如圖 6 所示。

  4 試驗材料、方法和結果。

  4. 1 試驗材料。

  針對某試驗田,從播種階段使用油菜精量聯合直播機進行播種,並在收穫階段使用多功能油菜聯合收穫機進行收穫工作。

  4. 2 播種試驗。

  1)透過 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,試驗結果為該排種器種子破碎率為 0,漏播指數不足 2% ,重播指數不足 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”.試驗結果表明:透過油菜精量聯合直播機播種均勻,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。播種完成後無需人工處理,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,需要後期進行人工間苗。播種 30 天和 60 天后分別在田間隨機取樣調查,發現機器播種試驗田中油菜苗生長粗壯、苗齊、根系較為發達。人工播種區域根系不明顯,且油菜苗生長良莠不齊,成活率不高。田間試驗發現,機器播種效果遠高於人工播種。

  4. 3 收穫試驗。

  油菜聯合收穫機喂入量為 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。

  在實際收穫過程中,對油菜粒子、莖稈、排出物等引數進行測定。喂入量為:

  Q = W/t.

  其中,Q 為喂入量。 W 為喂入總總量。 t 為作業時間。設測定區長度為 L ,透過測定區時間為 t ,則透過測定區行進速度 V 為:

  V =L/t.

  其他引數計算可參照相關標準。在選定試驗田進行收穫試驗,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.在此基礎上,其他引數如表 1 所示。

  由表 1 可知:以上引數均滿足生產需求,且生產率可達到 0. 32hm2/ h,極大地縮短了生產週期和成本。

  5 結論。

  提升油菜生產全過程機械化程度需從油菜播種、油菜移栽、油菜收穫幾個環節入手,在油菜生產機械化過程中可採用直播施肥聯合機作為播種機械。透過直播施肥聯合機,可實現耕地、施肥、播種三位一體作業方式,並可消除移栽環節。油菜成熟後便可使用機械化聯合收穫方式,實現油菜收割、物料運送、清選、籽粒回收及秸稈粉碎回田等全流程收穫工序。該種收穫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`發展前景。

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