李坦東，劉 偉，林蜀云，劉蔓霖

(貴州省山地農(nóng)業(yè)機械研究所，貴州 貴陽 550000)

0 引言

油菜是我國重要的油料作物，是食用植物油的主要來源，用作大宗飼用蛋白也很有潛力，菜籽油在我國國民食用植物油的消費量中，占35%左右[1]。全國常年油菜種植面積約1.1億畝左右，產(chǎn)量約1200萬噸，種植面積和總產(chǎn)量在全世界都處于領(lǐng)先水平。貴州省油菜產(chǎn)業(yè)占據(jù)很重要的作用，是第四大農(nóng)作物和最大的油料作物，同時促進了貴州省的觀光旅游的發(fā)展，在全省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和帶動國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位[2]。

1 貴州省油菜種植及機械化收獲的基本情況

圖1和圖2分別為貴州省2014-2018年油菜種植和油菜籽產(chǎn)量情況。圖3為2014-2018年貴州省農(nóng)用機械擁有量情況。

通過查閱貴州省統(tǒng)計年鑒，2018年種植面積達到65.192萬公頃，產(chǎn)量86.22萬噸，種植面積和產(chǎn)量占全省糧食作物的比例分別為30%、10%。隨著我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展，油菜生產(chǎn)中的整地、開溝、植保、施肥等環(huán)節(jié)機械化問題基本解決，但是油菜的直播、移栽以及收獲機械研制開發(fā)仍處于起步階段，與小麥、水稻等其他大田作物相比，種植以及收獲機械化水平相對較低。由于油菜種植綜合效益相對低下，以致影響了農(nóng)民種植的積極性，收獲機械化成為制約我省油菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸[3]。

油菜機械化收獲是發(fā)展現(xiàn)代化油菜產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實選擇，也是增加農(nóng)民收入的重要手段。截至2018年底，貴州省內(nèi)擁有的聯(lián)合收割機3055臺，占全省農(nóng)用機械擁有量的1%不到，油菜生產(chǎn)機械化水平較低。所使用的油菜聯(lián)合收獲機在技術(shù)上也沒有新的突破，存在割臺損失大、含雜率高等問題。因此，要實現(xiàn)我省油菜規(guī)模化現(xiàn)代化生產(chǎn)，必須要解決機械化收獲的瓶頸。

2 國內(nèi)外最新研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

世界上主要發(fā)達國家的油菜機械化收獲在上世紀(jì)70年代就已經(jīng)比較成熟，能較好的滿足生產(chǎn)要求。如德國生產(chǎn)的HEGEl60和HEGEl80系列油菜收獲機，加拿大麥賽福格森公司的MF760型聯(lián)合收獲機以及美國約翰迪爾公司的JD770型聯(lián)合收獲機等。德國以聯(lián)合收獲為主，加拿大、美國等國家聯(lián)合收獲和分段收獲并存。歐美國家為了適應(yīng)大規(guī)模農(nóng)場化生產(chǎn)，其油菜收獲機割幅大，喂入量大，功率大；通用性和適應(yīng)性好；采用高精度制造工藝和優(yōu)質(zhì)新材料以提高機具可靠性。近年來，在基本工作原理不變的情況下，國外學(xué)者針對現(xiàn)有機具存在的一些問題，不斷在細節(jié)上進行優(yōu)化改進。并積極向無人化、自動化方向發(fā)展[4]。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)現(xiàn)有的油菜聯(lián)合收獲機，大多是在稻麥聯(lián)合收割機的基礎(chǔ)上進行改進研究而成的，其主要結(jié)構(gòu)由割臺、脫粒分離裝置、清選系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等組成。這種做法降低了研發(fā)成本和周期，但是技術(shù)含量不高，適應(yīng)性有待提高[5]。

(1)割臺的研究

作為聯(lián)合收獲機的關(guān)鍵部件，割臺的工作性能的優(yōu)劣對籽粒收獲率有重要影響。江蘇大學(xué)利用谷物聯(lián)合收獲機收獲油菜試驗研究，提出對割臺加裝豎直切割器以及對撥禾輪安裝位置進行調(diào)整等改進設(shè)計，解決因分禾拉扯和撥禾輪打擊等震動問題造成油菜籽損失過大的問題[6]。佳木斯大學(xué)朱聰玲等對引起割臺振動的主振源研究，得出割臺傳動系統(tǒng)不平衡的慣性力是主要震源，采用合理的配重使收獲機割臺振動減少多于40%[7]。李杰等對聯(lián)合收獲機割刀進行了運動學(xué)分析研究，表明了割刀的位移、速度以及加速度都是簡諧運動[8]。羅海峰等針對碧浪一200Y型油菜聯(lián)合收割機，設(shè)計了4種莖稈分離裝置，使收獲過程中的油菜籽粒損失降低為3.2%，有效減少機械化收獲時油菜籽的損失[9]。2014年，李海同等設(shè)計了一種分體組合式割臺，該種割臺將油菜莖稈切碎為短莖稈后喂入脫離裝置，該割臺可以提高油菜聯(lián)合收割機的性能，減少收獲機功率消耗[10]。

(2)脫粒分離裝置的研究

我國現(xiàn)階段的油菜聯(lián)合收獲機脫粒裝置多為參考水稻與小麥聯(lián)合收獲機軸流式脫粒裝置的基礎(chǔ)上進行改進優(yōu)化。軸流式脫粒分離裝置的原理是利用離心力分離油菜籽粒，其轉(zhuǎn)速相對較低，油菜脫粒過程較為穩(wěn)定。目前主要有縱軸流式、橫軸流式、切流與橫軸流組合式、切流與縱軸流組合式。其中，脫粒滾筒是脫粒分離裝置的主要工作部件，有釘齒式、弓齒式、紋桿式、釘尺與紋桿組合式等。江蘇大學(xué)李耀明等對履帶式切縱流聯(lián)合收獲田間試驗機的結(jié)構(gòu)進行改進，得到脫粒分離裝置的運動參數(shù)和最佳結(jié)構(gòu)[11]。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)黃鵬等基于縱軸流脫離試驗臺，對比釘齒、釘齒與短紋桿組合、短紋桿、長紋桿4種不同脫粒元件，得出短紋桿脫粒元件的脫前損失率為4．58%，篩下脫出率為95．38%，其綜合脫離性能較優(yōu)[12]。楊方飛等對谷物在縱向軸流滾筒內(nèi)運動受力狀態(tài)加以分析，通過運動狀態(tài)非線性微分方程，采用高階龍格庫塔數(shù)值方法，開發(fā)出了分析軟件，可以對谷物運動狀態(tài)進行數(shù)值分析及仿真[13]。

(3)清選裝置

清選裝置的作用是將油菜籽粒與雜質(zhì)分離開，得到含雜率比較低的油菜籽，利于后續(xù)加工，裝置的原理是利用油菜脫出物不同成分物理特性的差異，如密度、體積等物理特性的差異。聯(lián)合收獲機清選裝置的按工作原理分類，主要有用網(wǎng)篩進行篩分的篩選式；氣流清選式；綜合篩選式與氣流式清選的組合式。清選裝置在運行中主要有粘篩堵孔，油菜脫出物中的角果皮、短莖稈和油菜籽的漂浮速度差異較小，導(dǎo)致油菜風(fēng)選作用不明顯等問題。2011年，馬征對油菜脫出物的漂浮速度、多頻往復(fù)摩擦特性和浸潤性進行分析，發(fā)現(xiàn)低摩擦、疏水疏油特性的新型篩面能夠解決油菜清選粘篩堵孔問題[14]。2012年，陳立等針對油菜籽粒、莖稈、莢殼和輕雜余4種物料的懸浮速度進行了測定，結(jié)果顯示籽粒懸浮速度隨粒徑呈線性關(guān)系，莖稈懸浮速度隨直徑呈二次多項式關(guān)系，提出了采用氣流清選可有效分離出懸浮速度較小的莢殼及輕雜余并得出氣流清選流速最有取值范圍[15]。宗望遠等通過正交試驗得出，收集單體高度、長度以及風(fēng)機轉(zhuǎn)速對收集效果影響較強，噴嘴仰角對收集效果的影響較弱，較大的氣流場強度能夠有效提升整機收集效果[16]。

3 國內(nèi)油菜收獲機生產(chǎn)現(xiàn)狀

油菜機械收獲方式主要分聯(lián)合收獲和分段收獲，聯(lián)合收獲機能夠一次完成切割、脫粒分離、籽粒清選和秸稈還田作業(yè)，能夠省時省心省力，有助于減少中間環(huán)節(jié)和減輕勞動力強度。國內(nèi)的油菜聯(lián)合收獲機多是在引進國外收獲機的基礎(chǔ)上，進行試驗示改裝而成。主要代表有：

(1)東方紅4LZU-2.5油菜收獲機

該機型由洛陽中收機械裝備有限公司生產(chǎn)，如圖4所示。長寬高尺寸為7 140×2 927×3 520 mm，喂入量可以達到2-2.5 kg/s，割幅2 360 mm，整機質(zhì)量4 300 kg，糧箱容積1.7 m3。采用專機專配的東方紅92馬力發(fā)動機，動力強勁，服務(wù)快捷。油菜收獲專用割臺和豎直切割分禾裝置，有效解決了油菜收割蔓枝牽連收割分行難的問題，提高工作效率。專用脫粒與清選機構(gòu)，適應(yīng)油菜作物脫粒、分離與清選，滿足我國主要油菜種植產(chǎn)區(qū)機收的需要。可以一次完成收割、輸送、脫粒、集箱、自動卸糧，秸稈粉碎還田等作業(yè)[17]。

(2)洋馬AW70GY(4LZ-1.8A)油菜收獲機

該機型由洋馬農(nóng)機(中國)有限公司生產(chǎn)，如圖5所示。長寬高尺寸為5 120×2 375×2 535 mm，質(zhì)量3 175 Kg，履帶長寬分別為425×1 660(mm)，割幅為2 060 mm，液壓式無級變速，分為三檔，其中速度低速0-0.93 m/s，標(biāo)準(zhǔn)速度0-1.50 m/s，移動速度0-1.85 m/s。發(fā)動機是洋馬4TNV98型柴油發(fā)動機，經(jīng)濟實用。割取部為收割作物高度適應(yīng)廣，輸送穩(wěn)定可靠。喂入部采用大仰角輸出槽，結(jié)合喂入滾筒，即使在不連續(xù)作業(yè)狀態(tài)下，也能保證穩(wěn)定喂入作業(yè)。脫粒清洗部以超長鏤空耙齒滾筒使得脫粒更高效，卸糧裝置采用側(cè)位液壓自卸式，簡捷實用。操作簡單，作業(yè)舒適液壓HST無級變速，撥禾輪與割臺聯(lián)動，手控液壓轉(zhuǎn)向可靠便捷[18]。

(3)縱向軸流全喂入油菜耔聯(lián)合收割機(4LZ(Y)-2.0Z)

該機型如圖6所示。外形尺寸是5 030×2 510×2 530，割幅2 000 mm，喂入量每秒2 kg，純作業(yè)效率每小時小時4-7畝，可靠性95%，整機重量2 800 kg，結(jié)構(gòu)形式為縱向軸流全喂入履帶自走式，離地間隙220 mm，卸糧方式為人工，行走速度0-2.6 m/s，糧箱容量350 L，清選方式為振動篩+風(fēng)扇+復(fù)脫組合，接地壓力為23.1 Kpa[19]，總損失率小于8%，總破碎率小于1%，含雜率小于6%。

(4)柳林4LYZ-1.2油菜聯(lián)合收割機

該機型如圖6所示。由浙江柳林農(nóng)業(yè)機械股份有限公司生產(chǎn)，外型尺寸是5 370×2 850×2 675 mm，割臺割幅2 300 mm，每秒油菜喂入量1.2 kg，配套動力52 kW，變速箱形式為機械變速箱和液壓無級變速，生產(chǎn)率每小時0.2-0.47 hm2，糧倉容積有兩種型號，小糧倉0.2m3、大糧倉0.7m3，總損失率小于8.0%，破碎率小于0.5 %，含雜率小于6.0 %，整機使用質(zhì)量2730Kg[20]。

(5)沃得4LYZ-2.5油菜聯(lián)合收割機

如圖8所示，該機由沃得農(nóng)業(yè)機械股份有限公司生產(chǎn)，變速箱類型是機械轉(zhuǎn)向和液壓無級變速，離地最小間距240 mm，割幅2 000 mm，液壓式升降割臺。雙滾筒脫粒裝置，主滾筒550×1 295 mm，副滾筒550×648.5 mm。采用雙層振動篩進行篩選，前吹式離風(fēng)心機，往復(fù)振動方式。液壓翻轉(zhuǎn)方式卸料。改變滾筒轉(zhuǎn)速和降低雜余升運攪龍轉(zhuǎn)速，減少破碎，可以一機多用。果穗損失率小于3%，總損失率小于8%，含雜率小于6%，破碎率小于1%，可靠性大于93%[21]。

(6)星光4LZY-1.5S油菜聯(lián)合收割機

該機生產(chǎn)廠家為星光農(nóng)機股份有限公司，如圖9所示。該機為全喂入履帶自走式，配套發(fā)動機45 kW，外形尺寸長寬高為5 240×2 820×2 500 mm，整機質(zhì)量2 450 kg，割幅寬度2 000 mm，每秒喂入量1.5 kg，離地間隙240 mm，每小時作業(yè)生產(chǎn)率0.1～0.35 hm2，燃油消耗量每公頃小于28 kg，螺旋式攪龍，偏心式撥禾輪，軌距980 mm，履帶規(guī)格節(jié)距節(jié)數(shù)寬度為 90 mm×48×400 mm，變速箱類型三檔，采用齒輪變速加箱液壓無級變速器(HST)，接糧方式人工卸糧[22]。

(7)新三王4LZ-3型自走式油菜聯(lián)合收獲機

該機由鄭州三中收獲實業(yè)有限公司生產(chǎn)，如圖10所示。外形尺寸6 740×2 850×3 250 mm，整機質(zhì)量4 800 kg，有效割幅3 250 mm，每小時喂入量 3 kg，糧倉容量1.7 m3。其特點是采用加寬型的脫粒室喂入口，使喂入更均勻連續(xù)。割臺切割器、攪龍、輸送鏈耙等有機結(jié)合，為脫粒提供良好的工作條件。采用外掛式獨立驅(qū)動抖動板，使清洗損失降低最低。脫粒滾筒及主傳動均采用四聯(lián)組帶，多級可調(diào)式離心風(fēng)扇，使氣流分層，使籽粒更干凈。傳遞可靠，總損失率小于1.2%，工作效率高[23]。

4 結(jié)語

農(nóng)機生產(chǎn)安全事故風(fēng)險高，危害大，年年時有發(fā)生。目前油菜聯(lián)合收獲機有的仍采用人工卸料裝袋的方式，卸糧時需要操作人員坐在收獲機上接糧，但是由于收獲機作業(yè)時震動顛簸，操作人員有被甩出機器的危險。因此盡量采用機械卸料的方式，以減少安全隱患和減輕人工勞動強度。

要實現(xiàn)油菜收獲機械化，需要農(nóng)機農(nóng)藝配合好。要選擇生長期短、抗倒伏性好、成熟期相對一致、抗裂角的油菜品種，便于機械收獲。要規(guī)范種植規(guī)格，統(tǒng)一行距、株距，并適宜機具操作割幅，在種植時留好廂溝，以便最大限度減少收獲機割臺側(cè)面損失。因此要逐步形成配套機械化生產(chǎn)的油菜農(nóng)藝栽培體系，形成規(guī)范。

通用性和互換性是未來農(nóng)機平臺發(fā)展的趨勢，加強油菜聯(lián)合收獲機關(guān)鍵部件互換性研究，實現(xiàn)一機多用，在同一底盤能夠進行關(guān)鍵部件掛接互換，油菜、水稻、小麥等作物收獲的需要，提高機械的通用性和利用率，降低再針對特定作物在單獨購買機具的成本。