不同鋪放條件下秸稈撿拾打捆試驗(yàn)研究

張煜晗 徐勇 王聰

(吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

引言

我國(guó)是世界上玉米秸稈資源擁有量最多的國(guó)家，2016年玉米產(chǎn)量約為2.2億t，按1∶1.2的草谷比計(jì)算，秸稈產(chǎn)量超過(guò)2.5億t，是農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)中重要的農(nóng)業(yè)資源之一[1,2]。秸稈用途廣泛，如加工作燃料、轉(zhuǎn)化作飼料、還田作肥料、編織作原料、粉碎作食用菌基料等[3,4]。但由于秸稈松散、密度小，造成收集運(yùn)輸儲(chǔ)存困難，只有少數(shù)秸稈被用作生活燃料、養(yǎng)畜飼料，以及部分秸稈還田，絕大部分秸稈都被丟棄或就地焚燒，造成了極大浪費(fèi)[5,6]。根據(jù)實(shí)際需要，把秸稈在地里直接打成高密度捆后再儲(chǔ)存或運(yùn)輸，是降低秸稈原料收集儲(chǔ)運(yùn)成本，促進(jìn)田間秸稈生物質(zhì)資源規(guī)模化利用的關(guān)鍵和基礎(chǔ)[7,8]。

玉米秸稈打捆機(jī)是一種田間秸稈切割、收集、壓縮成型并打捆的設(shè)備，其能一次成型，減少勞動(dòng)力投入，提高生產(chǎn)機(jī)械化水平。在國(guó)外，打捆機(jī)發(fā)展較早，從誕生至今已有100a以上的歷史，歐美國(guó)家在這方面處于世界領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品多以大型的圓捆機(jī)為主[9,10]；國(guó)際知名的打捆機(jī)制造商有世達(dá)爾(STAR)、克拉斯、凱斯紐荷蘭(CNH)、約翰迪爾、威猛(Vermeer)等公司。目前，打捆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)為大型化、智能化、高自動(dòng)化[11]。

20世紀(jì)70年代，我國(guó)秸稈打捆機(jī)械開(kāi)始起步，代表機(jī)型有尤耐特MK5050-G型青貯圓捆機(jī)、MRB0870懸掛式打捆機(jī)、內(nèi)蒙古華德9YFQ-1.9方捆打捆機(jī)、上海世達(dá)爾THB系列方草捆打捆機(jī)、沈陽(yáng)方科FSB系列玉米秸稈撿拾打捆機(jī)和中收9YFQ-1.5方捆打捆機(jī)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的打捆機(jī)以小型方捆為主，作業(yè)效率與自動(dòng)化程度比較低[12-14]，需要改進(jìn)提高。

因此，本文以目前市場(chǎng)上常用的小型方捆FSB-1900秸稈撿拾打捆機(jī)為例，針對(duì)不同草條鋪放情況進(jìn)行田間作業(yè)性能測(cè)試，分析現(xiàn)有秸稈撿拾打捆機(jī)存在的問(wèn)題，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)打捆機(jī)提出改進(jìn)方案，為提高打捆機(jī)作業(yè)效率提供理論支撐。

1 試驗(yàn)條件

如圖1所示，試驗(yàn)配套拖拉機(jī)為海山AH604，機(jī)具為沈陽(yáng)方科生產(chǎn)的FSB-1900秸稈撿拾打捆機(jī)，該機(jī)為側(cè)牽引式小方捆打捆機(jī)，該機(jī)采用滑道滾筒式撿拾器，幅寬1.9m；采用雙撥叉式輸送喂入裝置，喂入量設(shè)計(jì)為2.0～3.5kg/次，喂入叉填草次數(shù)為92次·min-1；壓捆室截面尺寸為360mm×460mm，草捆長(zhǎng)度為500～1000mm可調(diào)；打捆機(jī)構(gòu)采用D型打結(jié)器，捆繩所受拉力及草捆密度比較大。

圖1 田間試驗(yàn)及指標(biāo)測(cè)量

試驗(yàn)地點(diǎn)為長(zhǎng)春市燒鍋鎮(zhèn)，試驗(yàn)時(shí)間為2015年10月29日，試驗(yàn)地塊長(zhǎng)300m、寬100m，玉米品種為“正丹958”，玉米秸稈由人工割倒，秸稈與壟垂直時(shí)為橫序鋪放，與壟平行時(shí)為縱序鋪放，0～10cm處土壤絕對(duì)含水率18.1%，空氣相對(duì)濕度47%，氣溫18℃。

2 試驗(yàn)方案及測(cè)試指標(biāo)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T25423-2010、NY/T1631-2008對(duì)打捆機(jī)作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試[15,16]，具體測(cè)量指標(biāo)如下。

2.1 秸稈總損失率

隨機(jī)抽取5個(gè)秸稈捆間長(zhǎng)度，在打捆后的地段上、壓縮器后的地段上，將撿拾器漏拾的7cm以上秸稈及壓縮器在壓縮時(shí)造成損失的秸稈收集起來(lái)，稱其質(zhì)量，按公式(1)計(jì)算。

(1)

式中，S為秸稈總損失率，%；Gk為測(cè)區(qū)內(nèi)秸稈捆質(zhì)量，kg；Gs為測(cè)區(qū)漏拾和壓縮損失秸稈質(zhì)量，kg。

2.2 成捆率

從作業(yè)區(qū)統(tǒng)計(jì)打成的秸稈捆數(shù)和散捆數(shù)，按公式(2)計(jì)算。

(2)

式中，SK為成捆率，%；Id為作業(yè)區(qū)累計(jì)打捆數(shù)，捆；Is為作業(yè)區(qū)累計(jì)散捆數(shù)，捆。

2.3 秸稈捆密度

選取5個(gè)行程，每個(gè)行程測(cè)量2個(gè)秸稈捆的長(zhǎng)、寬、高、質(zhì)量，計(jì)算秸稈捆密度，按公式(3)計(jì)算，并求其平均值。

(3)

式中，ρ為秸稈捆密度，kg·m-3；V為秸稈捆體積，m3；G為秸稈捆重量，kg。

2.4 秸稈捆抗摔率

選取3個(gè)行程，每個(gè)行程抽取5個(gè)秸稈捆，5m高度自由落下，連續(xù)摔3次，記錄摔散秸稈捆數(shù)，按公式(4)計(jì)算。

(4)

式中，Ks為秸稈捆抗摔率，%；Ikc為被測(cè)秸稈捆數(shù)，捆；Iks為累計(jì)摔散捆數(shù)，捆。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 不同鋪放條件對(duì)秸稈總損失率的影響

秸稈總損失率測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。當(dāng)秸稈橫序鋪放時(shí)秸稈總損失率僅為2.4%，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，而當(dāng)秸稈縱序鋪放時(shí)秸稈總損失率高達(dá)8.9%，主要是因?yàn)閾焓皺C(jī)構(gòu)撿拾縱序鋪放的秸稈時(shí)，在壟溝處的部分秸稈較難撿拾，致使整機(jī)秸稈總損失率較高。

表1 秸稈總損失率結(jié)果

3.2 不同鋪放條件對(duì)成捆率的影響

成捆率測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。秸稈橫序鋪放與縱序鋪放時(shí)平均成捆率分別為94.4%和94.1%，兩者差別不大，但均略低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。產(chǎn)生的主要原因是玉米秸稈粗壯、質(zhì)地堅(jiān)硬，且喂入機(jī)構(gòu)對(duì)整株的玉米秸稈粉碎程度低，導(dǎo)致秸稈捆內(nèi)間隙大，秸稈段較長(zhǎng)，降低了秸稈成捆率。

表2 成捆率測(cè)量結(jié)果

3.3 不同鋪放條件對(duì)秸稈捆密度的影響

秸稈捆密度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3，秸稈橫序鋪放與縱序鋪放時(shí)平均秸稈捆密度分別為165.4kg·m-3和158.1kg·m-3，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 秸稈捆密度測(cè)量結(jié)果

3.4 不同鋪放條件對(duì)秸稈捆抗摔率的影響

秸稈捆抗摔率測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4，秸稈橫序鋪放與縱序鋪放時(shí)平均秸稈捆抗摔率均為83.3%，兩者均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生的主要原因是壓縮秸稈捆時(shí)規(guī)則度稍差，導(dǎo)致打結(jié)繩容易脫落。

表4 秸稈捆抗摔率測(cè)量結(jié)果

4 結(jié)論

不同秸稈鋪放條件下，對(duì)秸稈總損失率影響較大，橫序鋪放時(shí)秸稈總損失率僅為2.4%，明顯高于縱序鋪放時(shí)的8.9%；對(duì)成捆率、秸稈捆密度、秸稈捆抗摔率等指標(biāo)影響不大，橫序鋪放與縱序鋪放基本無(wú)差別。

側(cè)牽引式小方捆打捆機(jī)在撿拾打捆玉米秸稈時(shí)，成捆率、秸稈捆抗摔率，以及撿拾縱序鋪放秸稈總損失率均低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，撿拾機(jī)構(gòu)、喂入機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件需要進(jìn)一步優(yōu)化，以提高整機(jī)工作性能。