齒帶式和彈齒滾筒式撿拾器性能對(duì)比試驗(yàn)研究

江 濤，梁蘇寧，金 梅，湯 慶，吳崇友

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014)

0 引言

油菜作為我國最重要的油料作物，在食用油和蛋白質(zhì)飼料供應(yīng)中占有很大比重，常年種植面積約0.07億hm2，種植面積和總產(chǎn)量均位居世界前列。其中，長江流域冬油菜區(qū)是我國最集中的“雙低”油菜優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，種植的冬油菜面積占全國油菜種植面積的80%以上[1]。

長江流域稻麥油輪作區(qū)域存在特有的茬口銜接問題，因此多采用移栽種植方式，以彌補(bǔ)大田生長期的不足[2]。移栽油菜在成熟期莖稈粗壯、含水率高、分支大、交纏嚴(yán)重，且油菜屬于無限花序作物，在成熟期上下角果層成熟度差異較大，機(jī)械化聯(lián)合收獲存在一定的困難；而分段收獲利用油菜自身的后熟作用，能夠有效降低自身特性對(duì)收獲造成的影響，因此被廣泛使用。

撿拾環(huán)節(jié)作為分段收獲的關(guān)鍵作業(yè)步驟之一，撿拾器的作業(yè)效果是分段收獲整體作業(yè)質(zhì)量的重要保證。目前，國內(nèi)用于油菜撿拾作業(yè)的主流型式是齒帶式撿拾器和彈齒滾筒式撿拾器，由于國內(nèi)學(xué)者對(duì)兩種撿拾器的研究相對(duì)獨(dú)立[3-5]，各試驗(yàn)結(jié)果只能體現(xiàn)兩種撿拾器的絕對(duì)作業(yè)效果，無法確定相對(duì)的撿拾差異。因此，本文通過兩種撿拾器的田間直接對(duì)比試驗(yàn)及采樣發(fā)芽測損試驗(yàn)，定量分析兩種撿拾器的撿拾損失差異及定性分析直觀撿拾效果差異，為后續(xù)油菜撿拾器的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供理論參考。

1 兩種撿拾器結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 齒帶式撿拾器結(jié)構(gòu)及工作原理

齒帶式撿拾器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.塑料彈齒 2.從動(dòng)輥 3.撿拾帶 4.中撐輥 5.主動(dòng)輥圖1 齒帶式撿拾器結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of tooth-belt pick-up header

撿拾收獲機(jī)工作時(shí)，撿拾器的齒帶在主動(dòng)輥及從動(dòng)輥的驅(qū)動(dòng)下逆前進(jìn)方向回轉(zhuǎn)，待撿拾的物料在撿拾器前進(jìn)推動(dòng)以及彈性撥齒的共同作用下被輸送至割臺(tái)攪龍，并經(jīng)由輸送槽進(jìn)入到脫粒滾筒以及清選室。

1.2 彈齒滾筒式撿拾器結(jié)構(gòu)及工作原理

彈齒滾筒式撿拾器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

當(dāng)撿拾器工作時(shí)，滾筒盤跟隨傳動(dòng)軸一起做逆前進(jìn)方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲柄一端固定在滾筒盤上，另一端的轉(zhuǎn)動(dòng)輪可以在凸輪型滑道內(nèi)滾動(dòng)，鋼彈齒固定在曲柄上跟隨一起轉(zhuǎn)動(dòng)。鋼彈齒的運(yùn)動(dòng)軌跡由凸輪型滑道的外形軌跡所決定，鋼彈齒從滾筒下方的護(hù)罩間隙伸出，隨著機(jī)器前進(jìn)以及自身轉(zhuǎn)動(dòng)挑起待撿拾油菜至滾筒上方。此時(shí)，由于凸輪滑道軌跡變化明顯，鋼彈齒與油菜分離，垂直向下運(yùn)動(dòng)并逐漸縮回至滾筒護(hù)罩內(nèi)，油菜由于慣性作用進(jìn)入割臺(tái)。

1.鋼彈齒 2.凸輪型滑道 3.曲柄 4.傳動(dòng)軸 5.轉(zhuǎn)動(dòng)輪 6.滾筒盤 7.滾筒護(hù)罩.圖2 彈齒滾筒式撿拾器結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of spring-finger pick-up header

2 田間撿拾性能對(duì)比試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

本次田間試驗(yàn)時(shí)間為2017年5月30-31日，試驗(yàn)地點(diǎn)在江都市小紀(jì)鎮(zhèn)，試驗(yàn)對(duì)象條件如表1所示。

表1 試驗(yàn)條件Table 1 Test condition

2.2 試驗(yàn)方法和因素水平

2.2.1 發(fā)芽率對(duì)照試驗(yàn)

從糧箱取油菜籽粒帶回，單獨(dú)進(jìn)行5組發(fā)芽對(duì)照試驗(yàn)，用以確定該品種油菜籽粒的發(fā)芽率；每組取200粒油菜籽，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用秧盤培育，待發(fā)芽完全后統(tǒng)計(jì)每個(gè)秧盤的油菜籽發(fā)芽顆數(shù)并確定發(fā)芽率。

2.2.2 撿拾損失對(duì)比試驗(yàn)

設(shè)定齒帶式撿拾器試驗(yàn)為A組，彈齒滾筒式撿拾器試驗(yàn)為B組，每組試驗(yàn)各進(jìn)行3次，各次試驗(yàn)均在同等作業(yè)水平下完成。每次試驗(yàn)行程10m，用彩條布接取脫粒清選損失，待行程完成后，在試驗(yàn)行進(jìn)路線上進(jìn)行2m×3m多區(qū)域采樣，將采樣區(qū)域內(nèi)的所有油菜籽粒裝袋保存帶回。由于脫粒清選損失被接取，則該取樣籽粒均為撿拾器作業(yè)所造成的撿拾損失。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行同等條件的發(fā)芽試驗(yàn)并統(tǒng)計(jì)每次試驗(yàn)的發(fā)芽顆數(shù)并計(jì)算損失顆粒數(shù)和損失質(zhì)量。

2.2.3 撿拾效率對(duì)比試驗(yàn)

撿拾器的工作效果要求高效、低損，除了撿拾損失這一絕對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)之外，撿拾機(jī)的作業(yè)速度也是關(guān)鍵因素。根據(jù)前人研究結(jié)果，撿拾齒端部線速度與撿拾機(jī)前進(jìn)速度之比應(yīng)當(dāng)大于1[6-7]。根據(jù)收獲機(jī)不同檔位的前進(jìn)速度，選取不同的撿拾器驅(qū)動(dòng)鏈輪以達(dá)到不同的撿拾齒驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而匹配必須的速度比。每次試驗(yàn)行程15m，用彩條布接取脫粒清選損失，以同樣的方法取樣帶回并進(jìn)行同等條件發(fā)芽試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)觀察

1)齒帶式撿拾器。本次試驗(yàn)在原有撿拾器上方增加了撥禾輪作為輔助輸送裝置，如圖3所示。之前的齒帶式撿拾臺(tái)只依靠齒帶輸送物料，會(huì)出現(xiàn)物料在帶面堆積的情況，喂入不夠順暢。由于撥禾輪輻條數(shù)少、轉(zhuǎn)速慢，撥禾輪撥指是直桿，不會(huì)勾帶油菜莖稈，在添加撥禾輪后，撿拾輸送喂入過程流暢度有所提高。但是，在將油菜拾起時(shí)仍存在問題，如拾起力度不夠及撿拾齒對(duì)油菜的打擊次多等。

圖3 齒帶式撿拾器作業(yè)Fig.3 Tooth-belt pickup header operation

2)彈齒滾筒式撿拾器。彈齒滾筒式撿拾器采用鋼彈齒，相較于齒帶式的塑料齒，在撿拾力度上具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。由于鋼彈齒插入物料群內(nèi)部更深，撿拾效果較齒帶式撿拾器更優(yōu)，作業(yè)速度和效率相對(duì)較高，作業(yè)效果如圖4所示。

圖4 彈齒滾筒式撿拾器作業(yè)Fig.4 Spring-finger pickup header operation

兩種撿拾器對(duì)橫向鋪放和縱向魚鱗疊放的適應(yīng)性均較好，均表現(xiàn)出了較高的撿拾流暢度。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 發(fā)芽對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述試驗(yàn)方法，統(tǒng)計(jì)每個(gè)秧盤的油菜籽發(fā)芽顆數(shù)，5組試驗(yàn)平均發(fā)芽率92%，具體結(jié)果如表2所示。

表2 發(fā)芽對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of germination test

4.2 撿拾損失對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述試驗(yàn)方法，將各個(gè)采樣區(qū)域所采集的試驗(yàn)樣品分別放置于兩個(gè)秧盤內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)(見圖5)，待秧盤內(nèi)的籽粒發(fā)芽充分后，統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)域的油菜籽發(fā)芽顆數(shù)，并根據(jù)4.1節(jié)的發(fā)芽對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果得到最終每次試驗(yàn)的平均發(fā)芽顆數(shù)，具體結(jié)果如表3所示。

圖5 秧盤發(fā)芽培養(yǎng)Fig.5 Cultivation of rapeseed表3 撿拾損失對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of pickup contrast tests

組別區(qū)域①發(fā)芽數(shù)區(qū)域②發(fā)芽數(shù)區(qū)域③發(fā)芽數(shù)平均發(fā)芽數(shù)計(jì)算發(fā)芽數(shù)(92%發(fā)芽率)A組齒帶式119182053210620262202216351783159716721817317881934187918672029B組滾筒式112781356140513461463220651876174518952060319331455156116501793

根據(jù)該品種油菜籽千粒質(zhì)量4.9g，計(jì)算各次試驗(yàn)撿拾損失籽粒質(zhì)量以及A、B組平均撿拾損失質(zhì)量如表4所示。

表4 撿拾損失質(zhì)量Table 4 Weight of pickup loss

各區(qū)域樣本采集面積均為0.6m2，則按上述數(shù)據(jù)計(jì)算，齒帶式撿拾器每667m2平均撿拾損失為10.93kg，彈齒滾筒式撿拾器每667m2平均損失為9.62kg。該品種產(chǎn)量為2 625kg/hm2，則齒帶式撿拾臺(tái)的平均撿拾損失為6.25%，鋼彈齒式撿拾臺(tái)的平均撿拾損失為5.5%。

4.3 撿拾效率對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

以上述同樣的方法計(jì)算出每次試驗(yàn)的損失率，具體結(jié)果如表5所示。

表5 撿拾效率對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of pickup efficiency contrast tests

5 試驗(yàn)分析

兩種撿拾器的撿拾損失率皆偏高，在同一試驗(yàn)條件下，齒帶式撿拾器由于帶面傾斜，與攪龍底板蝸殼銜接處縫隙過大，是造成損失偏高的主要原因。彈齒滾筒式由于鋼彈齒對(duì)物料打擊力度大及特殊的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)關(guān)系，即各段滾筒護(hù)罩之間存在能讓撿拾鋼彈齒通過的間隙，導(dǎo)致?lián)焓斑^程中漏損嚴(yán)重，如圖6所示。

圖6 兩種撿拾器漏損間隙Fig.6 Leakage of the two headers

由于齒帶式撿拾器的塑料彈齒本身較軟，撿拾力度較小，當(dāng)機(jī)具前進(jìn)速度較低時(shí)，齒帶對(duì)作物的推送作用不夠，導(dǎo)致?lián)焓绊槙扯容^低，容易在齒帶前端產(chǎn)生堆積，損失率較高。隨著機(jī)具前進(jìn)速度增加，撿拾順暢度有所提高，損失率下降；但隨著速度繼續(xù)增加，撿拾齒的線速度也相對(duì)提高，對(duì)油菜的打擊力度增加，導(dǎo)致?lián)p失率有所提高。彈齒滾筒式撿拾器的撿拾齒是金屬材料制成，撿拾力度大，在作業(yè)速度較低時(shí)對(duì)油菜的拾起效果更好，因此損失率較低。但是，隨著機(jī)具前進(jìn)速度增加，撿拾齒線速度增加，對(duì)油菜的打擊力度增加，由于滾筒式撿拾器各排齒之間的間隙較大，當(dāng)打擊力度大時(shí)，油菜角果裂開，油菜籽粒通過間隙掉出機(jī)外，撿拾漏損較大。由于齒帶式撿拾器的帶面無間隙，因此被撿拾齒碰落的油菜籽粒掉落在齒帶上，大部分均可隨著齒帶一起運(yùn)動(dòng)進(jìn)而被輸送至攪龍，損失率升高沒有彈齒滾筒式明顯。

6 結(jié)論

1)兩種撿拾器對(duì)油菜鋪放的適應(yīng)性均較好，能夠與割曬機(jī)配合完成分段收獲作業(yè)。

2)在機(jī)具正常作業(yè)水平下，齒帶式撿拾器的平均撿拾損失率為6.25%，彈齒滾筒式撿拾器的平均撿拾損失率為5.5%。

3)彈齒滾筒式撿拾器在正常作業(yè)水平下，撿拾順暢度更高，損失更低，作業(yè)效率更高。而隨著機(jī)具作業(yè)速度的增加，齒帶式撿拾器所表現(xiàn)出的適應(yīng)性要優(yōu)于彈齒滾筒式撿拾器，后者由于鋼彈齒打擊力度大和特殊結(jié)構(gòu)原因?qū)е聯(lián)p失快速升高。齒帶式撿拾器更適合與大喂入量聯(lián)合收獲機(jī)配套，完成平整田塊的高速撿拾作業(yè)。

4)在本文所做試驗(yàn)范圍內(nèi)可以看出：兩種單段式撿拾器均存在一定的結(jié)構(gòu)問題，還需進(jìn)行優(yōu)化完善，以更好地完成油菜撿拾收獲作業(yè)。