贵州省油菜收获机械化情况及联合收获机研究生产现状

李坦东，刘 伟，林蜀云，刘蔓霖

(贵州省山地农业机械研究所，贵州 贵阳 550000)

0 引言

油菜是我国重要的油料作物，是食用植物油的主要来源，用作大宗饲用蛋白也很有潜力，菜籽油在我国国民食用植物油的消费量中，占35%左右[1]。全国常年油菜种植面积约1.1亿亩左右，产量约1200万吨，种植面积和总产量在全世界都处于领先水平。贵州省油菜产业占据很重要的作用，是第四大农作物和最大的油料作物，同时促进了贵州省的观光旅游的发展，在全省农业产业和带动国民经济发展中占有重要地位[2]。

1 贵州省油菜种植及机械化收获的基本情况

图1和图2分别为贵州省2014-2018年油菜种植和油菜籽产量情况。图3为2014-2018年贵州省农用机械拥有量情况。

通过查阅贵州省统计年鉴，2018年种植面积达到65.192万公顷，产量86.22万吨，种植面积和产量占全省粮食作物的比例分别为30%、10%。随着我国农业机械化发展，油菜生产中的整地、开沟、植保、施肥等环节机械化问题基本解决，但是油菜的直播、移栽以及收获机械研制开发仍处于起步阶段，与小麦、水稻等其他大田作物相比，种植以及收获机械化水平相对较低。由于油菜种植综合效益相对低下，以致影响了农民种植的积极性，收获机械化成为制约我省油菜产业发展的重要瓶颈[3]。

油菜机械化收获是发展现代化油菜产业的现实选择，也是增加农民收入的重要手段。截至2018年底，贵州省内拥有的联合收割机3055台，占全省农用机械拥有量的1%不到，油菜生产机械化水平较低。所使用的油菜联合收获机在技术上也没有新的突破，存在割台损失大、含杂率高等问题。因此，要实现我省油菜规模化现代化生产，必须要解决机械化收获的瓶颈。

2 国内外最新研究现状

2.1 国外研究现状

世界上主要发达国家的油菜机械化收获在上世纪70年代就已经比较成熟，能较好的满足生产要求。如德国生产的HEGEl60和HEGEl80系列油菜收获机，加拿大麦赛福格森公司的MF760型联合收获机以及美国约翰迪尔公司的JD770型联合收获机等。德国以联合收获为主，加拿大、美国等国家联合收获和分段收获并存。欧美国家为了适应大规模农场化生产，其油菜收获机割幅大，喂入量大，功率大；通用性和适应性好；采用高精度制造工艺和优质新材料以提高机具可靠性。近年来，在基本工作原理不变的情况下，国外学者针对现有机具存在的一些问题，不断在细节上进行优化改进。并积极向无人化、自动化方向发展[4]。

2.2 国内研究现状

国内现有的油菜联合收获机，大多是在稻麦联合收割机的基础上进行改进研究而成的，其主要结构由割台、脱粒分离装置、清选系统、传动系统等组成。这种做法降低了研发成本和周期，但是技术含量不高，适应性有待提高[5]。

(1)割台的研究

作为联合收获机的关键部件，割台的工作性能的优劣对籽粒收获率有重要影响。江苏大学利用谷物联合收获机收获油菜试验研究，提出对割台加装竖直切割器以及对拨禾轮安装位置进行调整等改进设计，解决因分禾拉扯和拨禾轮打击等震动问题造成油菜籽损失过大的问题[6]。佳木斯大学朱聪玲等对引起割台振动的主振源研究，得出割台传动系统不平衡的惯性力是主要震源，采用合理的配重使收获机割台振动减少多于40%[7]。李杰等对联合收获机割刀进行了运动学分析研究，表明了割刀的位移、速度以及加速度都是简谐运动[8]。罗海峰等针对碧浪一200Y型油菜联合收割机，设计了4种茎秆分离装置，使收获过程中的油菜籽粒损失降低为3.2%，有效减少机械化收获时油菜籽的损失[9]。2014年，李海同等设计了一种分体组合式割台，该种割台将油菜茎秆切碎为短茎秆后喂入脱离装置，该割台可以提高油菜联合收割机的性能，减少收获机功率消耗[10]。

(2)脱粒分离装置的研究

我国现阶段的油菜联合收获机脱粒装置多为参考水稻与小麦联合收获机轴流式脱粒装置的基础上进行改进优化。轴流式脱粒分离装置的原理是利用离心力分离油菜籽粒，其转速相对较低，油菜脱粒过程较为稳定。目前主要有纵轴流式、横轴流式、切流与横轴流组合式、切流与纵轴流组合式。其中，脱粒滚筒是脱粒分离装置的主要工作部件，有钉齿式、弓齿式、纹杆式、钉尺与纹杆组合式等。江苏大学李耀明等对履带式切纵流联合收获田间试验机的结构进行改进，得到脱粒分离装置的运动参数和最佳结构[11]。华中农业大学黄鹏等基于纵轴流脱离试验台，对比钉齿、钉齿与短纹杆组合、短纹杆、长纹杆4种不同脱粒元件，得出短纹杆脱粒元件的脱前损失率为4．58%，筛下脱出率为95．38%，其综合脱离性能较优[12]。杨方飞等对谷物在纵向轴流滚筒内运动受力状态加以分析，通过运动状态非线性微分方程，采用高阶龙格库塔数值方法，开发出了分析软件，可以对谷物运动状态进行数值分析及仿真[13]。

(3)清选装置

清选装置的作用是将油菜籽粒与杂质分离开，得到含杂率比较低的油菜籽，利于后续加工，装置的原理是利用油菜脱出物不同成分物理特性的差异，如密度、体积等物理特性的差异。联合收获机清选装置的按工作原理分类，主要有用网筛进行筛分的筛选式；气流清选式；综合筛选式与气流式清选的组合式。清选装置在运行中主要有粘筛堵孔，油菜脱出物中的角果皮、短茎秆和油菜籽的漂浮速度差异较小，导致油菜风选作用不明显等问题。2011年，马征对油菜脱出物的漂浮速度、多频往复摩擦特性和浸润性进行分析，发现低摩擦、疏水疏油特性的新型筛面能够解决油菜清选粘筛堵孔问题[14]。2012年，陈立等针对油菜籽粒、茎秆、荚壳和轻杂余4种物料的悬浮速度进行了测定，结果显示籽粒悬浮速度随粒径呈线性关系，茎秆悬浮速度随直径呈二次多项式关系，提出了采用气流清选可有效分离出悬浮速度较小的荚壳及轻杂余并得出气流清选流速最有取值范围[15]。宗望远等通过正交试验得出，收集单体高度、长度以及风机转速对收集效果影响较强，喷嘴仰角对收集效果的影响较弱，较大的气流场强度能够有效提升整机收集效果[16]。

3 国内油菜收获机生产现状

油菜机械收获方式主要分联合收获和分段收获，联合收获机能够一次完成切割、脱粒分离、籽粒清选和秸秆还田作业，能够省时省心省力，有助于减少中间环节和减轻劳动力强度。国内的油菜联合收获机多是在引进国外收获机的基础上，进行试验示改装而成。主要代表有：

(1)东方红4LZU-2.5油菜收获机

该机型由洛阳中收机械装备有限公司生产，如图4所示。长宽高尺寸为7 140×2 927×3 520 mm，喂入量可以达到2-2.5 kg/s，割幅2 360 mm，整机质量4 300 kg，粮箱容积1.7 m3。采用专机专配的东方红92马力发动机，动力强劲，服务快捷。油菜收获专用割台和竖直切割分禾装置，有效解决了油菜收割蔓枝牵连收割分行难的问题，提高工作效率。专用脱粒与清选机构，适应油菜作物脱粒、分离与清选，满足我国主要油菜种植产区机收的需要。可以一次完成收割、输送、脱粒、集箱、自动卸粮，秸秆粉碎还田等作业[17]。

(2)洋马AW70GY(4LZ-1.8A)油菜收获机

该机型由洋马农机(中国)有限公司生产，如图5所示。长宽高尺寸为5 120×2 375×2 535 mm，质量3 175 Kg，履带长宽分别为425×1 660(mm)，割幅为2 060 mm，液压式无级变速，分为三档，其中速度低速0-0.93 m/s，标准速度0-1.50 m/s，移动速度0-1.85 m/s。发动机是洋马4TNV98型柴油发动机，经济实用。割取部为收割作物高度适应广，输送稳定可靠。喂入部采用大仰角输出槽，结合喂入滚筒，即使在不连续作业状态下，也能保证稳定喂入作业。脱粒清洗部以超长镂空耙齿滚筒使得脱粒更高效，卸粮装置采用侧位液压自卸式，简捷实用。操作简单，作业舒适液压HST无级变速，拨禾轮与割台联动，手控液压转向可靠便捷[18]。

(3)纵向轴流全喂入油菜耔联合收割机(4LZ(Y)-2.0Z)

该机型如图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，纯作业效率每小时小时4-7亩，可靠性95%，整机重量2 800 kg，结构形式为纵向轴流全喂入履带自走式，离地间隙220 mm，卸粮方式为人工，行走速度0-2.6 m/s，粮箱容量350 L，清选方式为振动筛+风扇+复脱组合，接地压力为23.1 Kpa[19]，总损失率小于8%，总破碎率小于1%，含杂率小于6%。

(4)柳林4LYZ-1.2油菜联合收割机

该机型如图6所示。由浙江柳林农业机械股份有限公司生产，外型尺寸是5 370×2 850×2 675 mm，割台割幅2 300 mm，每秒油菜喂入量1.2 kg，配套动力52 kW，变速箱形式为机械变速箱和液压无级变速，生产率每小时0.2-0.47 hm2，粮仓容积有两种型号，小粮仓0.2m3、大粮仓0.7m3，总损失率小于8.0%，破碎率小于0.5 %，含杂率小于6.0 %，整机使用质量2730Kg[20]。

(5)沃得4LYZ-2.5油菜联合收割机

如图8所示，该机由沃得农业机械股份有限公司生产，变速箱类型是机械转向和液压无级变速，离地最小间距240 mm，割幅2 000 mm，液压式升降割台。双滚筒脱粒装置，主滚筒550×1 295 mm，副滚筒550×648.5 mm。采用双层振动筛进行筛选，前吹式离风心机，往复振动方式。液压翻转方式卸料。改变滚筒转速和降低杂余升运搅龙转速，减少破碎，可以一机多用。果穗损失率小于3%，总损失率小于8%，含杂率小于6%，破碎率小于1%，可靠性大于93%[21]。

(6)星光4LZY-1.5S油菜联合收割机

该机生产厂家为星光农机股份有限公司，如图9所示。该机为全喂入履带自走式，配套发动机45 kW，外形尺寸长宽高为5 240×2 820×2 500 mm，整机质量2 450 kg，割幅宽度2 000 mm，每秒喂入量1.5 kg，离地间隙240 mm，每小时作业生产率0.1～0.35 hm2，燃油消耗量每公顷小于28 kg，螺旋式搅龙，偏心式拨禾轮，轨距980 mm，履带规格节距节数宽度为 90 mm×48×400 mm，变速箱类型三档，采用齿轮变速加箱液压无级变速器(HST)，接粮方式人工卸粮[22]。

(7)新三王4LZ-3型自走式油菜联合收获机

该机由郑州三中收获实业有限公司生产，如图10所示。外形尺寸6 740×2 850×3 250 mm，整机质量4 800 kg，有效割幅3 250 mm，每小时喂入量 3 kg，粮仓容量1.7 m3。其特点是采用加宽型的脱粒室喂入口，使喂入更均匀连续。割台切割器、搅龙、输送链耙等有机结合，为脱粒提供良好的工作条件。采用外挂式独立驱动抖动板，使清洗损失降低最低。脱粒滚筒及主传动均采用四联组带，多级可调式离心风扇，使气流分层，使籽粒更干净。传递可靠，总损失率小于1.2%，工作效率高[23]。

4 结语

农机生产安全事故风险高，危害大，年年时有发生。目前油菜联合收获机有的仍采用人工卸料装袋的方式，卸粮时需要操作人员坐在收获机上接粮，但是由于收获机作业时震动颠簸，操作人员有被甩出机器的危险。因此尽量采用机械卸料的方式，以减少安全隐患和减轻人工劳动强度。

要实现油菜收获机械化，需要农机农艺配合好。要选择生长期短、抗倒伏性好、成熟期相对一致、抗裂角的油菜品种，便于机械收获。要规范种植规格，统一行距、株距，并适宜机具操作割幅，在种植时留好厢沟，以便最大限度减少收获机割台侧面损失。因此要逐步形成配套机械化生产的油菜农艺栽培体系，形成规范。

通用性和互换性是未来农机平台发展的趋势，加强油菜联合收获机关键部件互换性研究，实现一机多用，在同一底盘能够进行关键部件挂接互换，油菜、水稻、小麦等作物收获的需要，提高机械的通用性和利用率，降低再针对特定作物在单独购买机具的成本。