齒帶式和彈齒滾筒式撿拾器性能對比試驗研究

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，在食用油和蛋白質飼料供應中占有很大比重，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)學者對兩種撿拾器的研究相對獨立[3-5]，各試驗結果只能體現(xiàn)兩種撿拾器的絕對作業(yè)效果，無法確定相對的撿拾差異。因此，本文通過兩種撿拾器的田間直接對比試驗及采樣發(fā)芽測損試驗，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)油菜撿拾器的設計改進提供理論參考。

1 兩種撿拾器結構及工作原理

1.1 齒帶式撿拾器結構及工作原理

齒帶式撿拾器結構如圖1所示。

1.塑料彈齒 2.從動輥 3.撿拾帶 4.中撐輥 5.主動輥圖1 齒帶式撿拾器結構Fig.1 Structure of tooth-belt pick-up header

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

1.2 彈齒滾筒式撿拾器結構及工作原理

彈齒滾筒式撿拾器結構如圖2所示。

當撿拾器工作時，滾筒盤跟隨傳動軸一起做逆前進方向的回轉運動，曲柄一端固定在滾筒盤上，另一端的轉動輪可以在凸輪型滑道內(nèi)滾動，鋼彈齒固定在曲柄上跟隨一起轉動。鋼彈齒的運動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罩間隙伸出，隨著機器前進以及自身轉動挑起待撿拾油菜至滾筒上方。此時，由于凸輪滑道軌跡變化明顯，鋼彈齒與油菜分離，垂直向下運動并逐漸縮回至滾筒護罩內(nèi)，油菜由于慣性作用進入割臺。

1.鋼彈齒 2.凸輪型滑道 3.曲柄 4.傳動軸 5.轉動輪 6.滾筒盤 7.滾筒護罩.圖2 彈齒滾筒式撿拾器結構Fig.2 Structure of spring-finger pick-up header

2 田間撿拾性能對比試驗

2.1 試驗條件

本次田間試驗時間為2017年5月30-31日，試驗地點在江都市小紀鎮(zhèn)，試驗對象條件如表1所示。

表1 試驗條件Table 1 Test condition

2.2 試驗方法和因素水平

2.2.1 發(fā)芽率對照試驗

從糧箱取油菜籽粒帶回，單獨進行5組發(fā)芽對照試驗，用以確定該品種油菜籽粒的發(fā)芽率；每組取200粒油菜籽，在實驗室內(nèi)采用秧盤培育，待發(fā)芽完全后統(tǒng)計每個秧盤的油菜籽發(fā)芽顆數(shù)并確定發(fā)芽率。

2.2.2 撿拾損失對比試驗

設定齒帶式撿拾器試驗為A組，彈齒滾筒式撿拾器試驗為B組，每組試驗各進行3次，各次試驗均在同等作業(yè)水平下完成。每次試驗行程10m，用彩條布接取脫粒清選損失，待行程完成后，在試驗行進路線上進行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。在實驗室內(nèi)進行同等條件的發(fā)芽試驗并統(tǒng)計每次試驗的發(fā)芽顆數(shù)并計算損失顆粒數(shù)和損失質量。

2.2.3 撿拾效率對比試驗

撿拾器的工作效果要求高效、低損，除了撿拾損失這一絕對評價指標之外，撿拾機的作業(yè)速度也是關鍵因素。根據(jù)前人研究結果，撿拾齒端部線速度與撿拾機前進速度之比應當大于1[6-7]。根據(jù)收獲機不同檔位的前進速度，選取不同的撿拾器驅動鏈輪以達到不同的撿拾齒驅動轉速，進而匹配必須的速度比。每次試驗行程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行同等條件發(fā)芽試驗。

3 試驗觀察

1)齒帶式撿拾器。本次試驗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只依靠齒帶輸送物料，會出現(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、轉速慢，撥禾輪撥指是直桿，不會勾帶油菜莖稈，在添加撥禾輪后，撿拾輸送喂入過程流暢度有所提高。但是，在將油菜拾起時仍存在問題，如拾起力度不夠及撿拾齒對油菜的打擊次多等。

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。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

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

4 試驗結果

4.1 發(fā)芽對照試驗結果

根據(jù)上述試驗方法，統(tǒng)計每個秧盤的油菜籽發(fā)芽顆數(shù)，5組試驗平均發(fā)芽率92%，具體結果如表2所示。

表2 發(fā)芽對照試驗結果Table 2 Results of germination test

4.2 撿拾損失對比試驗結果

根據(jù)上述試驗方法，將各個采樣區(qū)域所采集的試驗樣品分別放置于兩個秧盤內(nèi)進行培養(yǎng)(見圖5)，待秧盤內(nèi)的籽粒發(fā)芽充分后，統(tǒng)計每個區(qū)域的油菜籽發(fā)芽顆數(shù)，并根據(jù)4.1節(jié)的發(fā)芽對照試驗結果得到最終每次試驗的平均發(fā)芽顆數(shù)，具體結果如表3所示。

圖5 秧盤發(fā)芽培養(yǎng)Fig.5 Cultivation of rapeseed表3 撿拾損失對比試驗結果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量4.9g，計算各次試驗撿拾損失籽粒質量以及A、B組平均撿拾損失質量如表4所示。

表4 撿拾損失質量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，則齒帶式撿拾臺的平均撿拾損失為6.25%，鋼彈齒式撿拾臺的平均撿拾損失為5.5%。

4.3 撿拾效率對比試驗結果

以上述同樣的方法計算出每次試驗的損失率，具體結果如表5所示。

表5 撿拾效率對比試驗結果Table 5 Results of pickup efficiency contrast tests

5 試驗分析

兩種撿拾器的撿拾損失率皆偏高，在同一試驗條件下，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物料打擊力度大及特殊的運動結構關系，即各段滾筒護罩之間存在能讓撿拾鋼彈齒通過的間隙，導致?lián)焓斑^程中漏損嚴重，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，當機具前進速度較低時，齒帶對作物的推送作用不夠，導致?lián)焓绊槙扯容^低，容易在齒帶前端產(chǎn)生堆積，損失率較高。隨著機具前進速度增加，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提高，對油菜的打擊力度增加，導致?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)速度較低時對油菜的拾起效果更好，因此損失率較低。但是，隨著機具前進速度增加，撿拾齒線速度增加，對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，當打擊力度大時，油菜角果裂開，油菜籽粒通過間隙掉出機外，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動進而被輸送至攪龍，損失率升高沒有彈齒滾筒式明顯。

6 結論

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

2)在機具正常作業(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。而隨著機具作業(yè)速度的增加，齒帶式撿拾器所表現(xiàn)出的適應性要優(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構原因導致?lián)p失快速升高。齒帶式撿拾器更適合與大喂入量聯(lián)合收獲機配套，完成平整田塊的高速撿拾作業(yè)。

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