王 剛，宋德慶，張 勁，薛 忠，黃正明，宋 剛，馮 屾

(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，廣東 湛江 524091; 2.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 開封 475004)

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甘蔗葉打捆收集機(jī)械作業(yè)性能的對(duì)比試驗(yàn)研究

王 剛1，宋德慶1，張 勁1，薛 忠1，黃正明1，宋 剛1，馮 屾2

(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，廣東 湛江 524091; 2.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 開封 475004)

通過對(duì)我國秸稈打捆機(jī)械的調(diào)查分析，針對(duì)目前甘蔗葉機(jī)械化收集缺乏配套機(jī)具及現(xiàn)有機(jī)型適應(yīng)性較差的現(xiàn)狀，選擇了5120型圓捆機(jī)和FSB-1600型方捆機(jī)作為試驗(yàn)研究對(duì)象。通過對(duì)這兩種打捆機(jī)收集甘蔗葉的田間性能對(duì)比試驗(yàn)，分析了各機(jī)型的主要技術(shù)指標(biāo)：作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率、單位面積耗油量、撿拾損失率。結(jié)果表明：兩種機(jī)型的作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率基本一致，5120型圓捆機(jī)的單位面積燃油消耗量明顯高于FSB-1600型方捆機(jī)，5120型圓捆機(jī)的撿拾損失率要優(yōu)于FSB-1600型方捆機(jī)，且波動(dòng)較小。通過兩種打捆機(jī)的對(duì)比試驗(yàn)分析，為甘蔗葉打捆機(jī)的理論研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和新思路，有利于甘蔗葉綜合利用產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。

甘蔗葉；打捆機(jī)；作業(yè)性能；對(duì)比試驗(yàn)

0 引言

甘蔗葉是甘蔗收獲后遺留在田間的廢棄秸稈，總量巨大，傳統(tǒng)的處理方式往往就是直接焚燒，不僅給大氣造成嚴(yán)重污染，而且浪費(fèi)寶貴資源。為此，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)與公司企業(yè)就甘蔗葉的綜合利用開展了大量的研究與應(yīng)用，主要包括生產(chǎn)沼氣[1-2]、培養(yǎng)基質(zhì)、粉碎還田[3]、直燃發(fā)電和制作飼料[4]等。由于甘蔗葉在自然堆放狀態(tài)下結(jié)構(gòu)松散、密度小、占用空間大，因此收集甘蔗葉時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行壓縮處理以減少運(yùn)輸和儲(chǔ)存的空間與成本。

打捆機(jī)是秸稈收儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的核心設(shè)備，能夠直接將秸稈從田間收集并進(jìn)行壓縮打捆，目前國內(nèi)雖然已經(jīng)研發(fā)了一些相關(guān)機(jī)型，但適應(yīng)性和成熟度還有待改進(jìn)。由于甘蔗種植模式和甘蔗葉物料特性的不同，目前的秸稈打捆機(jī)在收集甘蔗葉時(shí)仍存在許多問題。本文通過對(duì)我國秸稈打捆機(jī)械的廣泛調(diào)研，分析其主要類型及性能特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有機(jī)型在用于甘蔗葉收集打捆時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的田間對(duì)比試驗(yàn)和性能分析，為進(jìn)一步改進(jìn)和研制適合甘蔗葉收集的打捆機(jī)提供依據(jù)。

1 兩種秸稈打捆機(jī)的特性

圓草捆和方草捆是秸稈機(jī)械打捆的兩種常見形態(tài)，選用中機(jī)美諾科技股份有限公司生產(chǎn)的5120型圓捆機(jī)和沈陽方科機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的FSB-1600型方捆機(jī)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。這兩種打捆機(jī)是國內(nèi)目前秸稈打捆機(jī)械的主要類型，也具有相對(duì)良好的市場(chǎng)。

1.1 5120型圓捆機(jī)的主要參數(shù)與工作原理

5120型圓捆機(jī)主要由彈齒式撿拾器、打捆膠帶、成捆室、液壓機(jī)構(gòu)、卸捆機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架組成，主要參數(shù)，如表1所示。

表1 5120型圓捆機(jī)主要參數(shù)Table 1 The main parameters of 5120 round baler

工作原理：在拖拉機(jī)的帶動(dòng)下，撿拾器將甘蔗葉喂入由打捆皮帶圍成的成捆室，進(jìn)入到成捆室的甘蔗葉在打捆皮帶的帶動(dòng)下強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)，自動(dòng)形成芯捆；隨著撿拾器不停地喂入甘蔗葉，草捆直徑逐漸增大，然后通過壓力控制裝置來逐步改變成捆室容積直至蔗葉捆直徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求，也可根據(jù)蔗捆直徑浮動(dòng)標(biāo)志人為控制甘蔗葉草捆直徑大小。此時(shí)，拖拉機(jī)停止前進(jìn)，啟動(dòng)繞繩裝置，完成繞繩工作后，切斷捆繩，打開卸捆機(jī)構(gòu)，草捆因自重滾出成捆室，合上后門后繼續(xù)前進(jìn)，屬于間斷性作業(yè)[5]，如圖1所示。

1.2 FSB-1600型方捆機(jī)的主要參數(shù)與工作原理

FSB-1600型方捆機(jī)主要由滑道彈齒式撿拾器、喂入撥叉輸送器、切斷壓縮裝置、草捆長度密度調(diào)節(jié)裝置、打結(jié)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架組成，主要參數(shù)如表2所示。

圖1 5120型圓捆機(jī)甘蔗葉打捆試驗(yàn)Fig 1 Sugarcane leaf bundle test for 5120 round baler表2 FSB-1600型方捆機(jī)主要參數(shù)Table 2 The main parameters of FSB-1600 square baler

主要項(xiàng)目外形尺寸/mm撿拾幅寬/mm彈齒個(gè)數(shù)/個(gè)腔室截面/mm草捆長度/mm技術(shù)參數(shù)4740×2240×157016004×14300×400300～1200

工作原理：在拖拉機(jī)牽引下，甘蔗葉由撿拾器彈齒撿起，經(jīng)喂入撥叉輸送至壓捆室入口處，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的柱塞壓縮裝置將甘蔗葉切斷分層逐漸壓實(shí)；當(dāng)被壓縮的蔗葉層積累至一定長度時(shí)，打捆機(jī)構(gòu)離合器結(jié)合，啟動(dòng)打結(jié)器運(yùn)轉(zhuǎn)，將包絡(luò)蔗葉捆的兩道捆繩打成繩結(jié)；捆扎好的蔗葉捆在后續(xù)物料的推動(dòng)下逐漸移動(dòng)到壓捆室出口，經(jīng)放捆板跌落到地面，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)性作業(yè)[6]，如圖2所示。

圖2 FSB-1600型方捆機(jī)甘蔗葉打捆試驗(yàn)Fig.2 Sugarcane leaf bundle test for FSB-1600 square baler

2 田間性能對(duì)比試驗(yàn)

田間試驗(yàn)是機(jī)械性能測(cè)試的重要依據(jù)。在田間試驗(yàn)中，選擇條件比較均勻的試驗(yàn)田，盡量避免土壤的成分、硬度、濕度等因素對(duì)試驗(yàn)的影響。

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過甘蔗葉田間打捆作業(yè)試驗(yàn)，測(cè)定兩種打捆機(jī)的作業(yè)性能和質(zhì)量指標(biāo)；在相同的試驗(yàn)條件下，綜合分析兩種機(jī)型在用于甘蔗葉田間收集打捆時(shí)的生產(chǎn)率、燃油消耗及撿拾損失率等性能指標(biāo)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

主要試驗(yàn)設(shè)備為：中機(jī)美諾科技股份有限公司5120型圓捆機(jī)、沈陽方科機(jī)械制造有限公司FSB-1600型方捆機(jī)、上海紐荷蘭904拖拉機(jī)、MA-45快速水分測(cè)定儀、機(jī)械秒表及臺(tái)秤等。

2.3 試驗(yàn)條件

選擇中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所甘蔗種植基地為試驗(yàn)地，試驗(yàn)地坡度不大于5°，機(jī)器的每個(gè)作業(yè)行程不小于100m；配套動(dòng)力為上海紐荷蘭904拖拉機(jī)，作業(yè)速度為低速慢Ⅲ擋；甘蔗種植品種為新臺(tái)糖系列ROC22號(hào)，種植行距為90mm；試驗(yàn)時(shí)間為甘蔗人工收獲后的第10天，甘蔗葉平鋪于田間，無摟草聚攏處理，測(cè)定甘蔗葉含水率為15%～20%。

2.4 試驗(yàn)指標(biāo)

試驗(yàn)指標(biāo)包括：作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率、單位面積耗油量及撿拾損失率。

2.5 試驗(yàn)內(nèi)容

在拖拉機(jī)帶動(dòng)下，分別對(duì)5120型圓捆機(jī)和FSB-1600型方捆機(jī)進(jìn)行打捆試驗(yàn)，以1h為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分別記錄兩種機(jī)型的作業(yè)面積和燃油消耗，重復(fù)6次。撿拾損失率定為在測(cè)定地段全長上撿拾器遺漏的甘蔗葉質(zhì)量與該地段全部甘蔗葉質(zhì)量之比。各測(cè)定指標(biāo)具體計(jì)算方法如下：

1)作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率。在正常作業(yè)條件下測(cè)定時(shí)間1h左右，時(shí)間精確到“s”，記錄打捆作業(yè)面積(hm2)。則有

E=S/T

其中，E為生產(chǎn)率(hm2/h)；S為作業(yè)面積(hm2)；T為工作時(shí)間(h)。

2)單位面積耗油量。在測(cè)定小時(shí)生產(chǎn)率的同時(shí)，記錄拖拉機(jī)燃油消耗量(kg)，根據(jù)作業(yè)面積按公式計(jì)算，則有

Gn=M/S

其中，Gn為單位面積燃油消耗量(kg/hm2)；M為工作時(shí)間內(nèi)燃油消耗量(kg)；S為作業(yè)面積(hm2)。

3)撿拾損失率。在每個(gè)試驗(yàn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)取10m長行程稱其甘蔗葉質(zhì)量，撿拾后再收集原作業(yè)行程內(nèi)遺漏的15cm以上的全部甘蔗葉，稱其質(zhì)量[7]。則有

Sn=(Ml/Mz)×100%

其中，Sn為撿拾損失率(%)；Ml為10m漏撿甘蔗葉質(zhì)量(kg)；Mz為10m甘蔗葉總質(zhì)量。

2.6 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由圖3可以看出：5120型圓捆機(jī)在作業(yè)過程中，由于甘蔗葉葉片較長，錯(cuò)綜交纏，經(jīng)撿拾器后直接進(jìn)入成捆室，運(yùn)動(dòng)行程較短，喂入性能較好，不易堵塞，工作可靠性高；撿拾過后，損失率較小，撿拾后的地面達(dá)到了耕整地的要求，不會(huì)造成耕整犁的堵塞。但是，該機(jī)動(dòng)力消耗大，草捆質(zhì)量較大，不易搬運(yùn)，需要配合專門的裝載機(jī)具。

FSB-1600型方捆機(jī)由于甘蔗葉經(jīng)撿拾器后，還要通過撥叉喂入裝置才能進(jìn)入壓縮機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)行程較長，撿起的甘蔗葉與地面的甘蔗葉還有一定的牽扯作用，導(dǎo)致該機(jī)型的喂入口容易堵塞，工作可靠性較差，撿拾損失率較大，對(duì)后期的耕整地造成一定影響；但該機(jī)動(dòng)力消耗較小，節(jié)能環(huán)保，草捆容易搬運(yùn)。

表3 兩種機(jī)型甘蔗葉打捆試驗(yàn)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The compare experimental results of two models

圖3 兩種打捆機(jī)作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率的對(duì)比Fig.3 Comparison of two baler’s job productivity

2.7 結(jié)果分析

由表3及圖3～圖5可以看出：對(duì)于作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率來說，兩種機(jī)型的作業(yè)效率基本一致，但5120型圓捆機(jī)的穩(wěn)定性較FSB-1600型方捆機(jī)高。分析原因：FSB-1600型方捆機(jī)雖然為連續(xù)性作業(yè)，但打捆作業(yè)工序較為復(fù)雜，機(jī)器通過性較差；5120型圓捆機(jī)雖然通過性較好，但屬于間歇性作業(yè)，每次拖拉機(jī)需停止前進(jìn)完成繞繩工序才能繼續(xù)撿拾打捆，大大降低了其作業(yè)效率。對(duì)于單位面積耗油量來說，5120型圓捆機(jī)明顯較高，將近倍增于FSB-1600型方捆機(jī)，主要是由于5120型圓捆機(jī)在工作過程中打捆皮帶需不停的帶動(dòng)圓草捆轉(zhuǎn)動(dòng)，消耗了大量的能量。對(duì)于撿拾損失率來說，5120型圓捆機(jī)撿拾損失率較小，F(xiàn)SB-1600型方捆機(jī)撿拾損失率較大，且波動(dòng)較大，主要是和兩種機(jī)型的不同成捆原理和甘蔗葉的物料特性以及田間分布有關(guān)。

圖4 兩種打捆機(jī)燃油消耗量的對(duì)比Fig.4 Comparison of two baler’s fuel consumption

圖5 兩種打捆機(jī)撿拾損失率的對(duì)比Fig.5 Comparison of two baler’s cane leaves loss rate

3 結(jié)論

1)兩種打捆機(jī)收集甘蔗葉的作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率基本一致，5120型圓捆機(jī)為0.15hm2/h，F(xiàn)SB-1600型方捆機(jī)為0.14hm2/h。雖然5120型圓捆機(jī)通過性好，而FSB-1600型為連續(xù)性作業(yè)，但均存在各自的問題，整體作業(yè)效率低， 均有待提高。 從能耗來看， 兩種打捆

機(jī)的單位面積耗油量和變異系數(shù)表明：5120型圓捆機(jī)的性能耗油量要遠(yuǎn)大于FSB-1600型方捆機(jī)。

2)從撿拾后的工作效果來看，由于5120型圓捆機(jī)喂入口緊貼成捆室，甘蔗葉從地面到成捆室的行程較短，卷壓式的工作原理對(duì)地面甘蔗葉起到一定吸附作用，撿拾效果良好。FSB-1600型方捆機(jī)工作時(shí)，甘蔗葉從地面到成捆室的行程較長，且經(jīng)過多種工序，甘蔗葉舉升高度較大，撥叉喂入裝置與撿拾機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)存在時(shí)差，導(dǎo)致喂入口容易堵塞，通過性較差，撿拾損失率較高。

3)FSB-1600型方捆機(jī)打出的方捆，易于搬運(yùn)解捆，5120型圓捆機(jī)打出的圓草捆質(zhì)量大，需要配套專門的裝載機(jī)具，且后期解捆粉碎較為復(fù)雜。

[1] 焦靜，王金麗，張勁，等．甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵正交試驗(yàn)[J]． 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43(10)：110-113，142．

[2] 王金麗，焦靜，張勁，等.甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵工藝研究[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42(3)：109-114．

[3] 李明，盧敬銘，韋麗嬌，等．甘蔗葉機(jī)械化粉碎還田技術(shù)集成[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(8)：5022-5025．

[4] 蟻細(xì)苗，譚文興，鐘映萍，等．利用甘蔗梢(葉)作牛飼料[J]．甘蔗糖業(yè)，2013(2)：43-46．

[5] 唐遵峰．大型內(nèi)纏繞式圓捆機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J]．中國奶牛，2007(4)：42-46．

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[7] 楊鐵軍，康清華，楊錦章，等．GB/T14290-2008，圓草捆打捆機(jī)[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

Comparative Experimental Study on Mechanical Working Performance of Bundled Sugarcane Leaves Collection

Wang Gang1，Song Deqing1，Zhang Jin1，Xue Zhong1，Huang Zhengming1，Song Gang1，F(xiàn)eng Shen2

(1.Tropical Agricultural Machinery Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences, Zhanjiang 524091, China; 2.Yellow River Water Conservancy Technical College, Kaifeng 475004,China)

Because mechanization of sugarcane leaf collection is lack of ancillary equipment currently, and existing models are poor adaptability of the status quo.Through investigation and analysis the straw baling machinery in China,select the 5120 round baler and FSB-1600 type square baler as a pilot study.Through comparative the field performance two balers collect cane leaves,the dominant factors including: operating hours of productivity,fuel consumption per unit area, picking up the loss rate.Obtained a job hourly production of two models are basically the same, 5120 round baler fuel consumption per unit area was significantly higher than the FSB-1600 type square baler,5120 round baler pick-loss rate is superior to FSB-1600 type square baler, and less volatile. By comparing the test of two balers, which provide a basis and new ideas for theoretical research and optimization design sugarcane leaves balers, conducive to large-scale development of comprehensive utilization of industrial sugarcane leaves.

sugarcane leaves；baler；working performance；comparative experiment

2016-03-18

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203072)

王 剛(1986-)，男，湖北孝感人，助理研究員，碩士研究生，(E-mail)435399069@qq.com。

宋德慶(1957-)，男，湖北黃岡人，研究員，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)deqing@21cn.com。

S225.5+3

A

1003-188X(2017)03-0203-04