油菜生产过程中的机械化技术应用研究

刘志军，王晓霞

(1.内蒙古呼伦贝尔职业技术学院，内蒙古 呼伦贝尔 021000;2.内蒙古呼伦贝尔学院,内蒙古 呼伦贝尔 021008)

油菜生产过程中的机械化技术应用研究

刘志军1，王晓霞2

(1.内蒙古呼伦贝尔职业技术学院，内蒙古 呼伦贝尔 021000;2.内蒙古呼伦贝尔学院,内蒙古 呼伦贝尔 021008)

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。

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。

1.驱动系统 2.排种器 3.螺栓 4.旋耕 5.挂接及主机架 6.旋耕装置图1 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。

1.风泵 2.负压分配室 3.正压分配室 4.胶带轮图2 风泵系同结构图

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。

1.底盘 2.通用割台 3.油菜专用割台 4.输送槽 5.储粮仓 6.脱粒清选装置 7.秸秆粉碎装置图3 油菜联合收获机结构图

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。

图4 油菜联合收获机工作流程

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/s

2)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

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

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

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=36.1kW

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。

1.液压组合泵传动变速箱组合 2.发动机 3.底盘架 4.行走机构图5 行走机构结构图

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。

1.制动、转向油缸 2.调节螺栓 3.分离杠杆图6 静液压无级变速转向、离合器等组合装置

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

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

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。

表1 联合收割机实验参数

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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ID:1003-188X(2018)02-0110-EA

Application of Mechanization Technology in Rape Production

Liu Zhijun1， Wang Xiaoxia2

(1.Neimenggu Hulunbeir Vocational and Technical College，Hulunbuir 021000, China; 2.Neimenggu Hulunbuir Vocational and Technical College，Hulunbuir 021008, China)

Abstract： with the promotion of agricultural production regional concentration model in our country, the traditional operation mode of rapeseed production process has been unable to meet the actual needs, based on this must enhance the degree of rape production mechanization. This paper studies the application of mechanization technology in rape production process. Firstly, rapeseed production whole process analysis, found in seeding, transplanting, harvesting stage the introduction of mechanization, on the basis of the research on the structure and properties of live machine and fertilization combined harvester, through the verification test on the rapeseed production mechanization technology application on the basis of this, to lay the foundation for the post mechanization technology promotion.

rape; mechanization; production

2016-12-21

教育部国家教师科研“十二五”重点项目(GNM1340713)

刘志军(1964-),男，内蒙古呼伦贝尔人，副教授，(E-mail)343228738@qq.com。

S233.74

A

1003-188X(2018)02-0110-04