浅谈机械化在油菜生产种植中的应用论文
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摘 要: 随着我国农业生产区域集中模式的不断推广,油菜生产过程传统作业模式已经无法满足实际需求,必须提升油菜生产机械化程度。为此,就油菜生产过程机械化技术应用展开研究。首先,对油菜生产全过程进行分析,发现需要在播种、移栽、收获阶段最需引进机械化。然后,研究直播施肥联合机和联合收获机结构及性能。最后,通过试验研究验证油菜生产机械化技术应用效果,旨在为后期机械化技术推广奠定基础。
关键词: 油菜。 机械化。 生产。
0 引言。
油菜是我国重要的产油作物,当前我国油菜种植占据每年产油作物 40% 以上,产油量占据 30% 以上。随着我国油菜种植逐渐趋向集中模式,对油菜种植效率有一定要求,传统人力种植方式已经无法满足实际种植需求,因此需要提升油菜种植全过程机械化程度。从现状看,我国油菜生产机械化发展机械化技术未跟上时代步伐,导致生产效率低下,需要通过人力支持完成,由此造成人力成本较高,不利于油菜种植大面积推广。推进我国油菜生产过程机械化技术应用应该本着节能、绿色、低成本、高效率及可行性强等原则,推动我国油菜种植由传统作业模式向现代化种植模式发展,为油菜种植后续发展奠定坚实基础。
1 油菜生产工艺流程。
油菜生产全过程流程较多,主要为:油菜播种-油菜移栽-油菜生长维护 ( 施肥、除草除虫、治病等)-油菜收获-油菜脱粒-油菜籽加工等环节。在以上过程中,最影响油菜种植效率的是油菜播种、油菜移栽及油菜收获几个环节。油菜生长维护过程周期较长,一般不影响油菜种植周期,油菜脱粒可作为联合收割部分环节,也可作为后续加工环节。基于此,为提升油菜生产全过程机械化程度,需从油菜播种、油菜移栽及油菜收获几个环节入手。
2 油菜直播施肥联合播种机应用研究。
油菜播种有穴播、条播、散播集中方式。不同于其他作物播种,油菜籽粒较小、结构脆弱,实际播种过程中易出现破损、播种不均等问题。传统播种方式为翻耕、开沟、施肥、直播或移栽等,为减少作业环节,降低移栽过程油菜损伤,可在播种时选用直播方式,即播种后无需进行移栽。传统播种方式工序繁多,劳动强度大,需耗费大量人力、物力,种植效率无法保证。
因此,在油菜生产机械化过程中,采用直播施肥联合机作为播种机械,实现耕地、施肥、播种三位一体作业方式,并可消除移栽环节,以提升油菜种植成活率。图 1 为某直播施肥联合机设计结构图。
该装置工作时主要通过其悬挂装置与动力拖拉机相连,旋耕装置通过万向联轴器与动力装置相连,并采用 2 级带传动风泵提供动力,通过风泵向旋耕装置提供正负气压。拖拉机主要作用是带动播种机向前运动,配备仿形地轮通过链传动将左驱动轮与外槽排肥器相连,肥料经排肥器排入旋耕种床够内,右轮通过链传动驱动排种器内排种圆盘旋转。控制正负压,通过正压推种、负压吸种。
1) 排种器。排种器是播种核心部件,其性能好坏直接关乎到整机质量。当前,常用排种器主要有机械式和气力式两种,机械式排种器播种效率高、结构简单、成本低廉,但在播种时对种子尺寸有一定要求,种子尺寸一致的种子优先选用机械式排种器。气动式排种器适用性强,适用于各种尺寸种子,排种过程不会伤害到种子,且可有效提升排种频率,是当前使用较多的排种器。
2) 传动系统。本排种机采用功率超出 36kW 的'动力拖拉机,输出端轴转速可达到 540r/min,传动路线为:拖拉机动力输出至旋耕装置和风泵,以及仿形驱动轮传递至排种器和施肥装置。
3) 风泵系统。风泵系统主要作用是为排种器器提供气压,其结构如图 2 所示。
4)旋耕刀。为提高油菜种植效率,在播种中一般都采用旋耕方式,尽量降低土壤翻滚次数,仅仅在种床布置旋耕刀组,种床宽度一般设置在 100mm 左右,并且在结构上增挡土板,从而使得土壤可被有效回填,提升平整度。
5) 排肥系统。排肥系统需要施专用肥料。选用外槽排肥轮,排肥开沟采用窄翼开沟器。在实际工作中,可通过控制外槽轮宽度实现对排肥量控制。
3 油菜联合收获机设计应用。
当前油菜收获方式主要有两种:一种是分段收获,即先将油菜收割晒干后再进行脱粒等。该种收割方式一般为人工收割,在油菜未完全成熟前将油菜收割,在收割中充分利用油菜后熟作用。该种作业方式不仅人力成本较高,还会造成收获周期较长,导致农业种植风险较大。同时,该种方式不仅会在收获过程中造成掉粒情况严重,还会产生较多秸秆,而秸秆一般采用就地焚烧方式,对环境造成一定影响,因此该种方式已经逐渐被放弃。另一种是机械化联合收获。
即当油菜成熟后便可使用机械化联合收获方式实现油菜收割、物料运送、清选、籽粒回收及秸秆粉碎回田等全流程收获工序。该种收获方式不仅效率高,且具备省时、省工等特点。油菜种植受天气影响较大,种植过程中往往需要紧急抢收,通过联合收获机不仅可有效降低种植风险,还可有效降低劳动强度,缩短油菜种植周期。
3. 1 油菜联合收获机总体结构方案。
油菜联合收获机在设计过程中采用机、电、液等一体化技术,配备橡胶轮胎、液压装置、无级变速箱、行走底盘、割台及脱离清选分扬结构等,具备较高工作性能及工作效率,如图 3 所示。
油菜联合收获机工作流程如图 4 所示。该油菜联合收获机割台正前方位置。发动机在底盘左前方位置,该种方式可将机器重心位于履带接地中心前面,便于油菜联合收获机在农田中作业时出现翘头现象。驾驶室与脱粒装置分布于上下方,可开阔驾驶员视野。排草口位于整机后部,高度较低,可降低工作灰尘量。采用油菜专用割台与小麦、水稻等通用割台相连接,并与底盘机架铰接。整机内部有脱粒分离清选装置、回收装置及秸秆粉碎装置等。
3. 2 油菜联合收获机技术参数。
1)喂入量和割幅。喂入量是联合收割机其他部件设计依据。当前,常见油菜联合收获机喂入量约为q = 1. 5kg / s,割幅 B = 1. 8kg / s2) 机器前进速度。设定喂入量及割幅后,便可以此为依据计算机器前进速度,计算公式为:
Vm = 1333qβ/[BW(1 + β)].
式中: Vm-机器前进速度。
W -农作物亩产量。
B -联合收获机割幅。
q -喂入量。
β -谷草比。
生产效率为:
θ = 5. 4ηBVm/15.
式中:
θ -生产效率。
η -收获时间利用系数。
实际生产中,为满足生产率要求及生产可靠性要求,上式可转换为Vm=θ/0. 19B.
在此基础上,设定工作速度为 0. 8 ~1. 2m/s.
3)行走系统功率计算。行走装置采用履带结构,其最大动力应满足爬坡需求。行走系统功率式为:
Px = (T × V)/(102η1η2)。
式中: Px-行走系统输入功率。
T-履带行走装置牵引力。
η1-履带传动效率,取η1= 0. 9.
η2-液压装置传动效率,取 η2= 0. 8.
履带行走装置牵引力 T 为:
T = Tf+ Ti= f × G + sinα × G.
式中 Tf-履带行走装置滚动阻力。
Ti-履带行走装置坡道阻力。
f -履带行走装置滚动阻力系数,取 f = 0. 15.
α -最大设计坡度角,取 α = 16°。
G -联合收获机质量,取 G = 2 100kg.
在此基础上计算得知:T =894kg,Px= 14kW.
脱粒功率主要与喂入量、油菜茎秆长度、滚筒转速等直接相关,收获机每 1kg/s 喂入量平均功率为 9kW,收获机设计喂入量为 1. 5kg/s.在此基础上,计算脱粒功率为 PT= 1. 5 × 9 = 13. 5kW,辅助部件功率估算为Pq= 8kW.最后,计算出油菜收获机整机功率为:
P总 = Px+ PT+ Pq= 36. 1 kW.
4) 行走变速机构。联合收获机行走装置一般采用静压传感器结合变速箱组合底盘、前轮驱动、橡胶宽履带等作为行走装置主要机构,通过该种装置可实现收获。无级变速便于有效提升收割机性能及效率,降低劳动者强度。行走机构结构图如图 5 所示。
行走底盘部分静液压无级变速转向、离合器等组合装置如图 6 所示。
4 试验材料、方法和结果。
4. 1 试验材料。
针对某试验田,从播种阶段使用油菜精量联合直播机进行播种,并在收获阶段使用多功能油菜联合收获机进行收获工作。
4. 2 播种试验。
1)通过 JPS - 12 型排种器实验台展开试验。首先,对排种器进行台架试验,试验结果为该排种器种子破碎率为 0,漏播指数不足 2% ,重播指数不足 3% .
2) 田间试验。该机器在某实验基地展开田间试验,对照人工撒播实验,试验面积共计 0. 8hm2,油菜品种为“华杂 9”.试验结果表明:通过油菜精量联合直播机播种均匀,无破损率,种子用量在 1. 6 ~ 2. 6kg/hm2之间,施肥量在 220 ~ 520kg/hm2之间。播种完成后无需人工处理,出苗率高,生长势头良好。人工播种种子用量因人而异,种子播种不均匀,出苗率较低,需要后期进行人工间苗。播种 30 天和 60 天后分别在田间随机采样调查,发现机器播种试验田中油菜苗生长粗壮、苗齐、根系较为发达。人工播种区域根系不明显,且油菜苗生长良莠不齐,成活率不高。田间试验发现,机器播种效果远高于人工播种。
4. 3 收获试验。
油菜联合收获机喂入量为 1. 3 ~ 1. 5kg/s,试验田油菜茎秆粒子比例为 2. 5 ~ 5. 5,油菜粒子含水率在10% ~ 25% 之间,茎秆含水率在 10% ~ 25% 之间。
在实际收获过程中,对油菜粒子、茎秆、排出物等参数进行测定。喂入量为:
Q = W/t.
其中,Q 为喂入量。 W 为喂入总总量。 t 为作业时间。设测定区长度为 L ,通过测定区时间为 t ,则通过测定区行进速度 V 为:
V =L/t.
其他参数计算可参照相关标准。在选定试验田进行收获试验,成熟作物高度达到 120cm,自然落粒3. 0g / m2,粒子含水率 21%,茎秆含水量为 71. 5%,油菜亩产量可达到 2 760kg/hm2.
试验进行过程中,实际喂入量为 1. 5kg/s,行进速度为 1. 2m/s.在此基础上,其他参数如表 1 所示。
由表 1 可知:以上参数均满足生产需求,且生产率可达到 0. 32hm2/ h,极大地缩短了生产周期和成本。
5 结论。
提升油菜生产全过程机械化程度需从油菜播种、油菜移栽、油菜收获几个环节入手,在油菜生产机械化过程中可采用直播施肥联合机作为播种机械。通过直播施肥联合机,可实现耕地、施肥、播种三位一体作业方式,并可消除移栽环节。油菜成熟后便可使用机械化联合收获方式,实现油菜收割、物料运送、清选、籽粒回收及秸秆粉碎回田等全流程收获工序。该种收获方式不仅具备较高效率,还具备省时、省工等特点,具有良好的发展前景。
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