徐 海

(河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450046)

0 引言

我國是世界第一油菜生產(chǎn)大國，無論油菜種植面積還是產(chǎn)量都穩(wěn)居世界首位。隨著科技的不斷發(fā)展，油菜種植在多方面已實現(xiàn)機械化生產(chǎn)，如土地耕耘、種植、培育、施肥等環(huán)節(jié)都可通過機械化提高油菜種植水平及效率。目前，由于油菜品種不同導(dǎo)致成熟期不一致，農(nóng)機化技術(shù)難以適應(yīng)，且油菜收獲機械化程度較低，導(dǎo)致油菜整體生產(chǎn)出現(xiàn)瓶頸。統(tǒng)計表明，當(dāng)前我國油菜機械化程度不足50%。為提高我國油菜生產(chǎn)效率，可在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)，改善油菜生產(chǎn)瓶頸，從關(guān)鍵技術(shù)入手，以點帶面，全面促進油菜生產(chǎn)技術(shù)和效率的提升，降低油菜生產(chǎn)成本。

1 我國油菜機械化發(fā)展難點及制約因素

我國油菜育種目標(biāo)為提高單珠產(chǎn)量及油菜種植品質(zhì)。油菜種植過程中，需要保證油菜營養(yǎng)充足、植株高大。油菜生長枝繁呈柱狀，此種作業(yè)模式適合小面積油菜種植栽培，人均勞動力與單位面積配比平衡，難以實現(xiàn)大面積統(tǒng)一管理。機械化作業(yè)要求油菜具有一定抗倒性，對播種實際要求較為寬松，且具有一定抗裂角性。當(dāng)前，油菜育種在以上方面均未做過多考慮，因此成為機械化應(yīng)用阻礙因素，即農(nóng)機和農(nóng)藝不配套。

油菜生產(chǎn)機具獨立化明顯，各機具難以聯(lián)合發(fā)揮作用。一些機具雖然能夠及眾多功能于一身，但操作繁雜且需要大量人力，得不償失。

當(dāng)前，我國油菜移栽機具種類繁多，根據(jù)油菜苗是否帶有黏土可將其分為缽苗移栽機和裸苗移栽機兩大類。油菜移栽機仍無法適應(yīng)我國油菜生產(chǎn)工藝要求，難以實現(xiàn)大面積全程機械化。油菜直播方式主要有穴播、條播。油菜直播技術(shù)源自水稻及小麥播種技術(shù)，而因其種子大小存在明顯差異，播種時難以控制油菜種子下料量。

現(xiàn)有技術(shù)在收獲中仍舊存在損失嚴(yán)重的狀況，難以有效控制。目前，油菜聯(lián)合收割機主要通過傳統(tǒng)全喂入式水稻收割機改裝而來，重點改裝部件為撥禾輪、割臺及分禾器，在收獲損失率控制上存在先天性不足，很多時候使用該機具僅僅是為了縮短生產(chǎn)周期、降低人工成本，就種植作業(yè)本身而言意義不大。

2 油菜全程機械化關(guān)鍵技術(shù)研究

油菜全程機械化關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于播種及收獲，基于傳統(tǒng)作業(yè)模式已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展要求，必須加速油菜全程機械化的應(yīng)用。

2.1 少耕精量復(fù)式油菜直播技術(shù)

油菜直播關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)在于精量及復(fù)式。其中，精量主要指在播種過程中對粒子數(shù)掌控恰到好處；復(fù)式指完成直播過程一系列輔助作業(yè)。因此，研制出具有耕地、播種、挖溝及覆土等復(fù)式直播機，具有較大實用價值。少耕精量直播機主要采用異形孔窩眼輪式油菜排種器(見圖1)，根據(jù)油菜種子設(shè)置相關(guān)參數(shù)。例如，根據(jù)種子直徑設(shè)置排種器孔徑，根據(jù)實際播種需求設(shè)置孔數(shù)。

圖1 異形孔窩眼輪式油菜排種器

為確保油菜種子順利滑落至型孔，需計算種子在型孔下落平面夾角α，幾種常見狀況如圖2所示。

圖2 型孔正視圖

由圖2可列出方程：FN=mgcosα，f=FNtanψ(FN為重力分量；f為摩擦力)，cosα=-dx/ds。

當(dāng)y=H時，x=-sqrt(H/a)dw=fds,摩擦力做功為

由能量守恒定律可知

2.2 復(fù)式油菜分段收獲技術(shù)

油菜收獲主要包括油菜收割、脫粒、曬干及清選幾個階段，針對此流程設(shè)計分段收割方案 ，即將流程分為割曬和脫粒清選兩個階段。分段收割雖然不如聯(lián)合作業(yè)連貫，但在每一單獨工序上效率高于聯(lián)合作業(yè)；分段作業(yè)柔性高，能夠和其他作業(yè)方式有效結(jié)合起來，實用性強。分段收割方式關(guān)鍵在于解決油菜植株強制輸送問題。為解決此問題，可采用臥式割臺機(見圖3)，將油菜莖稈使用撥禾輪切割成段并輸送至傳動帶上再強行運送至出口。

1.拔禾輪 2.割刀擺環(huán) 3.喂入攪龍 4.割臺動力輸入軸

拔禾輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 拔禾輪結(jié)構(gòu)示意圖

拔禾輪作業(yè)條件為輪速比λ>1，此時其轉(zhuǎn)速為n=30vmλ/R，線速度應(yīng)小于1.5m/s，即πRn≤1.5m/s。轉(zhuǎn)速同平均當(dāng)量作用次數(shù)關(guān)系為n=60vmM/Zs。其中，m為平均當(dāng)量作用次數(shù)；s為單株角果層直徑。取轉(zhuǎn)速為11～23r/min。

脫粒時，需要提高撿拾臺的通用性和互換性。在設(shè)計時，結(jié)合當(dāng)前市場通用收獲機，在撿拾臺安裝彈齒結(jié)構(gòu)，使得油菜能夠被順利輸送進入脫粒裝置，降低夾粒和漏?？赡苄?。

2.3 油菜聯(lián)合收獲技術(shù)

聯(lián)合收獲技術(shù)主要指將油菜收割過程所有作業(yè)一次性完成，提高作業(yè)連貫性。油菜聯(lián)合收獲技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)是割臺技術(shù)，因此參考當(dāng)前相關(guān)技術(shù)設(shè)計割臺結(jié)構(gòu)，適當(dāng)安排拔禾輪相對割刀位置，如圖5所示。

1.割臺機架 2.主切割裝置 3.豎切割分禾裝置 4.喂入攪龍 5.拔禾輪A.前伸固定座 B.后縮固定座 C.刀梁 D.刀梁加強筋 E.底板加強筋 F.刀梁蓋板 G.底板圖5 聯(lián)合收割機割臺設(shè)計圖

油菜脫粒技術(shù)選用軸流脫粒分離，結(jié)合清選裝置設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，降低脫粒不凈狀況，提高粒子潔凈度。油菜聯(lián)合收割機還設(shè)置了齒輪檢視器，如圖6所示。

1.后輥軸 2.彈齒 3.中間托輥 4.皮帶 5.前輥軸 6.仿行輪

結(jié)合齒帶式撿拾器進行撥指的運動軌跡及運動方程確定，對拾撿器進行受力分析，如圖7所示。

圖7直角坐標(biāo)系中，彈齒根部圍繞圓弧dp運行，運行速度為vm，設(shè)初始點為B1，P點初始點為P1。由圖7可知：ε=ψ-90-β，cos(-ε)= cosε=sin(ψ-β)，則B點軌跡方程為

X=Vmt+OBsin(ψ-β)

Y=OBcos(ψ-β)

其中，ψ=wt；β為齒輪安裝角；t為齒輪轉(zhuǎn)動時間。

對以上兩式求導(dǎo)可得

Vx=λVm+OBcos(ψ-β)

Vy=-λ=Vmsin(ψ-β)

在p點有Vx=Vm-Vtpcosγ(Vtp為p點速度；γ為傾斜角)，可得出

Vx=Vm-Opwcosγ

Vy=-Opwsinγ

求解速度比λ，由以上可列出等式為

Vm-OBcos(ψ-β)=0

Vm-Opwcosγ=0

由ψ×18-γ得：Vm-OBwcos(λ+β)=0，Op/OB=e。

聯(lián)立以上方程得：tgγ=ctgβ-e/sinβ,λ=1/cosγ(0≤γ≤45°)。

確定拾器結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)后，還需進行被撿拾物受力分析，如圖8所示。

圖7 撿拾器運動分析筒圖

圖8 被撿拾物受力分析簡圖

圖8中：莖稈與齒帶摩擦力為Ff；莖稈之間牽扯力為Pt；Fm為質(zhì)點加速度產(chǎn)生的力。根據(jù)矢量合成有

aa=ae+ar+ac

其中，aa為牽連加速度；ac為科氏加速度；ar為相對加速度。速度不變時，ae=0，ac=0，aa=ar=Vd2/OB=OBW2。被撿拾物不落下時有

Ftsinβ1-Fmcosα1-Ffcosθ=0

mg-Ffsinθ-Fmsinα1+Ftcosβ1

α1=90-β，F(xiàn)m=maa=mOBW2

Ff=f(mgcosα1-Fmsinα1)

整理以上方程可得

Ftsinβ1-mOBW2(sinβ-fcosθcosβ-fmgcos2θ=0

Ftcosβ1+mOBW2cosβ(fsinθ-1)+mg(1-f)=0

cosθ=L-L1/sqrt[OB2+(L-L1)2]

由此可知：當(dāng)w確定時，撿拾其阻力方向角隨OB以及L-L1發(fā)生變化，因此需要通過OB及L-L1確定撿拾具體位置。

3 油菜全程機械化應(yīng)用案例

3.1 案例背景

我國2011-2012年樣本省種植面積和種植方式統(tǒng)計如表1所示。由表1可看出：我國大多數(shù)地區(qū)仍舊采用傳統(tǒng)作業(yè)模式進行油菜生產(chǎn)。隨著農(nóng)村大面積承包種植的不斷推廣，傳統(tǒng)油菜作業(yè)模式已經(jīng)無法滿足實際需求。因此，湖北黃岡市開始推行油菜全程機械化應(yīng)用，計劃5年引進專業(yè)機械化設(shè)備(設(shè)備類型和參數(shù)與本文一直)，并邀請專業(yè)技術(shù)人員給予技術(shù)指導(dǎo)，歸納總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，反饋給相關(guān)研究組，對相關(guān)機械設(shè)備不斷更新改進及對油菜全程機械化不斷優(yōu)化，目前已推行3年，效果明顯。3年示范項目統(tǒng)計如表2所示。

表1 我國2011-2012年樣本省種植面積和種植方式統(tǒng)計

Table 1 Statistics of planting area and planting pattern of 2011-2012 sample in China 萬/hm2

省份浙江省安徽省江蘇省湖北省播種面積17.9367.9044.70122.30直播面積6.9034.759.3362.67移栽面積11.0333.1535.3758.67收獲面積17.9366.2344.70115.07直播面積比/%38.4651.1820.8852.04移栽面積比/%61.5348.8279.1247.96

表2 油菜生產(chǎn)全程機械化示范項目測產(chǎn)統(tǒng)計表

Table 2 Statistical table of production demonstration project of rape production mechanization

年份調(diào)查地點面積/667m2前3年平均畝產(chǎn)/kg·(667m2)-1示范點平均單產(chǎn)/kg·(667m2)-13年示范點4000128.1161.22013小計1000128.6157.2A村300123.6160.2B村350125.1156.2C村350131.2155.22014小計1500128.3162.7A村400122.8159.7B村350123.6160.1C村350128.3161.2D村400138.6170.02015小計1500129.5163.8A村400125.3159.8B村400137.6170.3C村350127.3162.5D村350127.8162.5

3.2 案例實施

進行全程機械化和傳統(tǒng)作業(yè)模式的對比，3年來按照表2作業(yè)模式展開對照，分析經(jīng)濟效益。

3.3 經(jīng)濟效益

各種播種方式成本核算如表3所示。由表3可以看出:機器播種每667hm2比傳統(tǒng)播種節(jié)約78元，比傳統(tǒng)移栽節(jié)約145元/667hm2。實踐表明：聯(lián)合收割成品潔凈度較高，籽粒飽滿，漏籽率低，平均每千克可增加0.2元收益，每公頃增收450元。實施項目后，每公頃節(jié)約成本2 625元，總種植面積按200 hm2計算，可節(jié)支52.5萬元。

表3 各種播種方式成本核算

續(xù)表3

4 結(jié)論

油菜全程機械化是油菜生產(chǎn)未來發(fā)展趨勢，基于品種、栽培技術(shù)、地域、氣候及作業(yè)模式等因素影響，油菜全程機械化在種植過程中必須選用合適品種，并根據(jù)實際情況選用合適的機具，提高油菜種植適應(yīng)性，讓油菜種植過程、機具選擇、油菜種植工藝相互協(xié)調(diào)，以促進油菜全程機械化進程。

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