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淺談機械化在油菜生產(chǎn)種植中的應用論文
摘 要： 隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域集中模式的不斷推廣，油菜生產(chǎn)過程傳統(tǒng)作業(yè)模式已經(jīng)無法滿足實際需求，必須提升油菜生產(chǎn)機械化程度。為此，就油菜生產(chǎn)過程機械化技術(shù)應用展開研究。首先，對油菜生產(chǎn)全過程進行分析，發(fā)現(xiàn)需要在播種、移栽、收獲階段最需引進機械化。然后，研究直播施肥聯(lián)合機和聯(lián)合收獲機結(jié)構(gòu)及性能。最后，通過試驗研究驗證油菜生產(chǎn)機械化技術(shù)應用效果，旨在為后期機械化技術(shù)推廣奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞： 油菜。 機械化。 生產(chǎn)。
0 引言。
油菜是我國重要的產(chǎn)油作物，當前我國油菜種植占據(jù)每年產(chǎn)油作物 40% 以上，產(chǎn)油量占據(jù) 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(tǒng)人力種植方式已經(jīng)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(xiàn)狀看，我國油菜生產(chǎn)機械化發(fā)展機械化技術(shù)未跟上時代步伐，導致生產(chǎn)效率低下，需要通過人力支持完成，由此造成人力成本較高，不利于油菜種植大面積推廣。推進我國油菜生產(chǎn)過程機械化技術(shù)應用應該本著節(jié)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(tǒng)作業(yè)模式向現(xiàn)代化種植模式發(fā)展，為油菜種植后續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。
1 油菜生產(chǎn)工藝流程。
油菜生產(chǎn)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）-油菜收獲-油菜脫粒-油菜籽加工等環(huán)節(jié)。在以上過程中，最影響油菜種植效率的是油菜播種、油菜移栽及油菜收獲幾個環(huán)節(jié)。油菜生長維護過程周期較長，一般不影響油菜種植周期，油菜脫粒可作為聯(lián)合收割部分環(huán)節(jié)，也可作為后續(xù)加工環(huán)節(jié)�；诖�，為提升油菜生產(chǎn)全過程機械化程度，需從油菜播種、油菜移栽及油菜收獲幾個環(huán)節(jié)入手。
2 油菜直播施肥聯(lián)合播種機應用研究。
油菜播種有穴播、條播、散播集中方式。不同于其他作物播種，油菜籽粒較小、結(jié)構(gòu)脆弱，實際播種過程中易出現(xiàn)破損、播種不均等問題。傳統(tǒng)播種方式為翻耕、開溝、施肥、直播或移栽等，為減少作業(yè)環(huán)節(jié)，降低移栽過程油菜損傷，可在播種時選用直播方式，即播種后無需進行移栽。傳統(tǒng)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(chǎn)機械化過程中，采用直播施肥聯(lián)合機作為播種機械，實現(xiàn)耕地、施肥、播種三位一體作業(yè)方式，并可消除移栽環(huán)節(jié)，以提升油菜種植成活率。圖 1 為某直播施肥聯(lián)合機設(shè)計結(jié)構(gòu)圖。
該裝置工作時主要通過其懸掛裝置與動力拖拉機相連，旋耕裝置通過萬向聯(lián)軸器與動力裝置相連，并采用 2 級帶傳動風泵提供動力，通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，配備仿形地輪通過鏈傳動將左驅(qū)動輪與外槽排肥器相連，肥料經(jīng)排肥器排入旋耕種床夠內(nèi)，右輪通過鏈傳動驅(qū)動排種器內(nèi)排種圓盤旋轉(zhuǎn)�？刂普搲海ㄟ^正壓推種、負壓吸種。
1） 排種器。排種器是播種核心部件，其性能好壞直接關(guān)乎到整機質(zhì)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(jié)構(gòu)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(yōu)先選用機械式排種器。氣動式排種器適用性強，適用于各種尺寸種子，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(tǒng)。本排種機采用功率超出 36kW 的動力拖拉機，輸出端軸轉(zhuǎn)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(qū)動輪傳遞至排種器和施肥裝置。
3） 風泵系統(tǒng)。風泵系統(tǒng)主要作用是為排種器器提供氣壓，其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
4）旋耕刀。為提高油菜種植效率，在播種中一般都采用旋耕方式，盡量降低土壤翻滾次數(shù)，僅僅在種床布置旋耕刀組，種床寬度一般設(shè)置在 100mm 左右，并且在結(jié)構(gòu)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(tǒng)。排肥系統(tǒng)需要施專用肥料。選用外槽排肥輪，排肥開溝采用窄翼開溝器。在實際工作中，可通過控制外槽輪寬度實現(xiàn)對排肥量控制。
3 油菜聯(lián)合收獲機設(shè)計應用。
當前油菜收獲方式主要有兩種：一種是分段收獲，即先將油菜收割曬干后再進行脫粒等。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后熟作用。該種作業(yè)方式不僅人力成本較高，還會造成收獲周期較長，導致農(nóng)業(yè)種植風險較大。同時，該種方式不僅會在收獲過程中造成掉粒情況嚴重，還會產(chǎn)生較多秸稈，而秸稈一般采用就地焚燒方式，對環(huán)境造成一定影響，因此該種方式已經(jīng)逐漸被放棄。另一種是機械化聯(lián)合收獲。
即當油菜成熟后便可使用機械化聯(lián)合收獲方式實現(xiàn)油菜收割、物料運送、清選、籽�；厥占敖斩挿鬯榛靥锏热鞒淌斋@工序。該種收獲方式不僅效率高，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，通過聯(lián)合收獲機不僅可有效降低種植風險，還可有效降低勞動強度，縮短油菜種植周期。
3. 1 油菜聯(lián)合收獲機總體結(jié)構(gòu)方案。
油菜聯(lián)合收獲機在設(shè)計過程中采用機、電、液等一體化技術(shù)，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(jié)構(gòu)等，具備較高工作性能及工作效率，如圖 3 所示。
油菜聯(lián)合收獲機工作流程如圖 4 所示。該油菜聯(lián)合收獲機割臺正前方位置。發(fā)動機在底盤左前方位置，該種方式可將機器重心位于履帶接地中心前面，便于油菜聯(lián)合收獲機在農(nóng)田中作業(yè)時出現(xiàn)翹頭現(xiàn)象。駕駛室與脫粒裝置分布于上下方，可開闊駕駛員視野。排草口位于整機后部，高度較低，可降低工作灰塵量。采用油菜專用割臺與小麥、水稻等通用割臺相連接，并與底盤機架鉸接。整機內(nèi)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(lián)合收獲機技術(shù)參數(shù)。
1）喂入量和割幅。喂入量是聯(lián)合收割機其他部件設(shè)計依據(jù)。當前，常見油菜聯(lián)合收獲機喂入量約為q = 1. 5kg / s,割幅 B = 1. 8kg / s2） 機器前進速度。設(shè)定喂入量及割幅后，便可以此為依據(jù)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(nóng)作物畝產(chǎn)量。
B -聯(lián)合收獲機割幅。
q -喂入量。
β -谷草比。
生產(chǎn)效率為：
θ = 5. 4ηBVm/15.
式中：
θ -生產(chǎn)效率。
η -收獲時間利用系數(shù)。
實際生產(chǎn)中，為滿足生產(chǎn)率要求及生產(chǎn)可靠性要求，上式可轉(zhuǎn)換為Vm=θ/0. 19B.
在此基礎(chǔ)上，設(shè)定工作速度為 0. 8 ~1. 2m/s.
3）行走系統(tǒng)功率計算。行走裝置采用履帶結(jié)構(gòu)，其最大動力應滿足爬坡需求。行走系統(tǒng)功率式為：
Px = （T × V）/（102η1η2）。
式中： Px-行走系統(tǒng)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(shù)，取 f = 0. 15.
α -最大設(shè)計坡度角，取 α = 16°。
G -聯(lián)合收獲機質(zhì)量，取 G = 2 100kg.
在此基礎(chǔ)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(zhuǎn)速等直接相關(guān)，收獲機每 1kg/s 喂入量平均功率為 9kW,收獲機設(shè)計喂入量為 1. 5kg/s.在此基礎(chǔ)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.最后，計算出油菜收獲機整機功率為：
P總 = Px+ PT+ Pq= 36. 1 kW.
4） 行走變速機構(gòu)。聯(lián)合收獲機行走裝置一般采用靜壓傳感器結(jié)合變速箱組合底盤、前輪驅(qū)動、橡膠寬履帶等作為行走裝置主要機構(gòu)，通過該種裝置可實現(xiàn)收獲。無級變速便于有效提升收割機性能及效率，降低勞動者強度。行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖 5 所示。
行走底盤部分靜液壓無級變速轉(zhuǎn)向、離合器等組合裝置如圖 6 所示。
4 試驗材料、方法和結(jié)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(lián)合直播機進行播種，并在收獲階段使用多功能油菜聯(lián)合收獲機進行收獲工作。
4. 2 播種試驗。
1）通過 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(jié)果為該排種器種子破碎率為 0,漏播指數(shù)不足 2% ,重播指數(shù)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(jié)果表明：通過油菜精量聯(lián)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。播種完成后無需人工處理，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，需要后期進行人工間苗。播種 30 天和 60 天后分別在田間隨機采樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)機器播種試驗田中油菜苗生長粗壯、苗齊、根系較為發(fā)達。人工播種區(qū)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(fā)現(xiàn)，機器播種效果遠高于人工播種。
4. 3 收獲試驗。
油菜聯(lián)合收獲機喂入量為 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。
在實際收獲過程中，對油菜粒子、莖稈、排出物等參數(shù)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(yè)時間。設(shè)測定區(qū)長度為 L ,通過測定區(qū)時間為 t ,則通過測定區(qū)行進速度 V 為：
V =L/t.
其他參數(shù)計算可參照相關(guān)標準。在選定試驗田進行收獲試驗，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(chǎn)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(chǔ)上，其他參數(shù)如表 1 所示。
由表 1 可知：以上參數(shù)均滿足生產(chǎn)需求，且生產(chǎn)率可達到 0. 32hm2/ h,極大地縮短了生產(chǎn)周期和成本。
5 結(jié)論。
提升油菜生產(chǎn)全過程機械化程度需從油菜播種、油菜移栽、油菜收獲幾個環(huán)節(jié)入手，在油菜生產(chǎn)機械化過程中可采用直播施肥聯(lián)合機作為播種機械。通過直播施肥聯(lián)合機，可實現(xiàn)耕地、施肥、播種三位一體作業(yè)方式，并可消除移栽環(huán)節(jié)。油菜成熟后便可使用機械化聯(lián)合收獲方式，實現(xiàn)油菜收割、物料運送、清選、籽�；厥占敖斩挿鬯榛靥锏热鞒淌斋@工序。該種收獲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(fā)展前景。
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