机具的合理选型与配备
2018-04-27苏礼春
苏礼春
目前,我国农机具配备具有如下特点:动力机具多、配套机具少,小型机具多、大中型机具较少。特别是在南方水田区,表现得更加显著。在国外,美国和加拿大等实现全面机械化的国家,动力配备通常为1~1.2 kW/hm2;以中小型机械为主的意大利,基本实现机械化,动力配备平均为5 kW/hm2左右。而2015年,我国动力配备为6.5 kW/hm2,跟欧美国家相比,仍存在很大的差距。另外,在机具配备上仍缺乏有效的理论指导,特别是在农机具选型方面,主要依靠使用者的经验,而且在配备过程中也缺乏全局思维,导致农机具出现过剩和短缺两个极端现象,造成农机具系统的整体生产率不高。因此,本文将从农业生产技术模式和机具选型两方面展开讨论,为生产模式选择及机具选型提供决策参考。
1 机械化生产模式的选择原则
机具选择首先要与当地所采用的机械化生产模式相适应,而生产模式的选择须遵循以下原则。
(1)因地制宜原则。一定的农艺总是与当地的自然环境、作物种植制度及农民的种植习惯相联系。合理的机械化技术模式的选择,必须遵循因地制宜原则,才能在同样的投入下,保证高产出,从而使农民的收益最大化。
(2)节约燃油原则。我国正处于农业机械化快速发展阶段,按目前发展速度,燃油消耗增长量持续上升,这对资源相对不足的我国来说,是一个严峻考验。燃油消耗的大幅度增长也将成为阻碍农业机械化发展的一大障碍,不利于现代农业建设。降低燃油消耗是当前我国经济社会发展的要求,因此,选取节油性机械化技术模式至关重要。
(3)效益明显原则。合理的机械化技术模式,必须效益明显,即以最小的投入,得到尽可能大的产出,才能使农民乐于接受。这不仅仅是局限于眼前利益,更重要的是从全面、长远、系统的观点去考虑。
2 配套机具选型方法
农机具配备,是指将农业生产过程机械化所需要的各种动力和作业机械有机结合,构成农机具系统,以实现给定的农业生产功能,包括选型、配套及机组数量的确定。作为一个系统,在农业生产过程中进行各项作业的机具应具有较好的适应性,在结构参数、运用参数和作业工序之间存在一定的协调关系,既能满足农业生产的技术要求,又能达到较好的经济效果。农机具系统选型配套应考虑农机具的适应性、动力性、经济性、可靠性、安全性。
2.1 作业机具选型原则
对已选定的机械化生产模式,选取与其相对应的作业机具。首先,应从因地制宜性来考虑,选取的机具能适应各典型区域的自然条件和农业条件,满足各种农作物生产环节的农艺要求及优质高产高效农业生产目标的要求。如在丘陵山区,应逐步推广小型联合收获机、水稻步进式插秧机和小型的小麦保护性耕作种植机械;在平原地区,机具配备应趋于大型化,应加大高速乘坐式插秧机,集开沟、灭茬、播种、施肥、覆土、镇压等多道工序于一体的大型小麦保护性种植机械和带秸秆粉碎的大型联合收获机等机具所占的比例,特别在水旱轮作区,可配备兼收水稻和小麦的水旱联合收获机。
其次,从燃油节约性原则来看,应尽量选取复式作业机具和多功能作业机具,从而降低油耗,也可避免因拖拉机进地次数多带来的土壤压实,同时机具技术结构先进、能耗低、损失小。如在经济条件较好的平原地区,在机具配备呈大型化的同时,有能力发展高性能和节油型机具。
另外,还应该满足以下条件:
(1)农机具性价比高,经济实用,零部件通用性和互换性较好。
(2)农机具工作稳定可靠,操作简单、方便和安全,可维护性好。
(3)机型少而精,以满足经济合理的需求为度。
2.2 动力机具与配套机具之间的合理配备
在做机具选型时,进行动力与配套机具的组合中,也必须遵循一定的原则。从发动机工作负荷的特性曲线可以看出,在一定的使用范围内,拖拉机的耗油率是随着发动机负荷的增加而下降,在接近满负荷状态下工作,耗油率最低。这就说明动力机械与作业机具的配套不但要求在尺寸上协调,而且要求在功率上匹配,能够充分利用动力机械的功率。因此,选定动力机械和作业机具之后,需要进行二者的功率匹配验算。作业机具所需要功率可按以下公式计算:
式中:NT为拖拉机牵引功率,kW;ηT为牵引效率;v为机组作业的最适宜的工作速度,km/h;k为机组牵引工作中的比阻,N/m;b为农机具的作业幅宽,m。
用上式算出的Ne与所选的拖拉机发动机的额定功率NeH对照,应使Ne<NeH,且接近,就算是合理匹配了;但是应留有一定的功率储备以防止超负荷。Ne与NeH之比,称为发动机负荷系数ζN,即:
负荷系数因作业而异,一般负荷系数在0.8左右,则称为动力机械与作业机械功率匹配。如果功率不相匹配,则应调整农机具工作幅宽,或改变拖拉机类型,也可以采用不同作业速度进行调整,必要时可采用大小拖拉机搭配的方式组成配套机具,但必须经济合理。
下面举一个例子说明机具的功率匹配。例如:要给型号为1GN-175的旋耕机配备动力机,该机具幅宽为1.8 m,已知该旋耕机作业速度为6 km/h,作业比阻为11 kN/m,若牵引效率ηT为0.85,则
因此,选取的拖拉机动力应当超过38.8 kW,且超过幅度不大。若功率不匹配,可在作业过程中调整作业速度,从而使机组在接近满负荷的状态下进行作业,达到省油的目的。