0、引言

油菜作物是我國主要油料作物之一,在我國食用植物油供給中占有非常重要的地位。21世紀以來,由于農村勞動力結構變化、油菜耕種收環節勞動強度大、種植效益較低等原因,在2007年我國油菜種植面積開始出現下滑。國家為了穩定油料作物生產,保障國家食用油的供給安全,相應出臺了一系列加快油料作物生產措施,從政策和技術上進行引導、集中攻關,不斷加大油料作物生產的扶持力度,近年來油菜的種植面積和產量得以逐步回升。油菜耕、種、收環節實現機械化作業是加快發展油菜生產的根本途徑,油菜機械化收獲作為油菜機械化生產過程中的一個重要環節,其生產水平的高低對油菜種植面積、油菜籽總產、油菜籽品質優劣等有顯著影響。國內外在油菜機械化收獲方面開展了積極研究,包括對油菜收獲特點、收獲方式具體運用、收獲裝備開發、基礎理論研究、機械收獲損失率、油菜機收農機農藝結合等方面開展了具體研究。本文綜述了國內外油菜機械收獲過程中主要環節的裝備及理論研究成果,以減少勞動強度、提高生產率、降低收獲損失、節約收獲作業時間等為目標,分析探討了今后油菜機械化收獲過程中有效的方式和途徑,為開展油菜機械化收獲作業提供參考。

1、油菜收獲方法研究

目前,油菜收獲主要采用兩種方式進行收獲—分段收獲和聯合收獲,且主要是在對不同收獲方法各自作業特點、作業對象、作業環境等方面的比較研究,在追求最低損失量的前提下尋求最佳收獲方法?，F有種植的油菜主要有甘藍型油菜\\(B.napus\\)和白菜型油菜。甘藍型油菜由于氣候條件等因素往往出現成熟不一致和角果極易碎裂的現象,適宜采用割曬\\(分段\\)收獲;白菜型\\(B.rapa\\)油菜因其成熟較早且抗裂,多采用聯合收獲。

1.1分段收獲法

分段收獲是指在對油菜進行田間收獲時,采用兩段收獲方法進行:首先對油菜進行割曬作業或割捆作業;然后進行晾曬,待籽粒后熟時,再用帶撿拾器的聯合收獲機或其他脫粒機械進行脫粒清選作業,完成對油菜的分段收獲。

1.1.1割曬作業時間

1\\)成熟期判斷。割曬作業時為減少綠粒菜籽和脫粒時掉粒損失,最佳割曬作業時間以籽粒平均含水率在30%~35%為宜,因為該水分條件下作業可以獲得較優的品質和較高的產量。作物在成熟期時,通過觀察籽粒的顏色變化來判斷籽粒含水率比觀察田塊作物的整體顏色要可靠。一般油菜植株上所有角果中的籽粒達到生理成熟和完全長實時,水分大約在40%。生理上成熟的種子,每天損失水分大約為1%~3%。因此,從生理成熟時下降到最佳水分作業時一般只需要3~5天,其快慢取決于當地氣候和品種,高溫和干燥的環境下變化速率會加快。當籽粒含水率在30%~35%時,主莖稈上的籽粒顏色變化范圍為30%~40%,對于甘藍型油菜,變色籽粒位于莖稈底部至向上1/3處,而白菜型油菜在莖稈中部和上部部分。油菜籽粒顏色變化過程很緩慢,變化順序為綠色─淺黃色\\(紅褐色\\)─褐色。

2\\)成熟度判斷。同一田塊的油菜其成熟度不一定一致,成熟度主要受到地形、土壤、濕度等條件的影響。因此,在收獲時,對于小面積田塊應該分時間段進行,從山脊到斜坡道再到低洼地。但是,實際操作上收割期的判斷來自于產量的最優化,可以選擇最大區域產量最大的部分開始收割;對于大面積收獲時,可以選擇在20%籽粒顏色發生變化時開始作業,如果碰到有黑斑病菌的角果,提前割曬可以減少潛在的碎裂損失。另外,要避免在30℃以上的高溫和干燥天氣下進行割曬作業,因為清理葉綠素的酶需要在一定濕度條件下進行。因此,在高溫干燥的環境下,籽粒水分含量過低可能會造成葉綠素無法清除,最終導致割曬后的籽粒無法成熟。

3\\)輔助手段。收割時還可以采用化學干燥劑和角果密封劑來輔助收割?；瘜W干燥劑可以干燥所有綠色營養生長素,使得作物成熟更加一致,可以減少收割時的角果碎裂和籽粒損失。另外,在籽粒成熟角果變干和碎裂之前,角果密封劑的使用可以減緩角果的干燥和防止水分在角果內外流動,從而減少角果碎裂損失。

1.1.2割曬作業時間對品質的影響

割曬作業時間對油菜品質的影響:如表1中數據顯示,隨籽粒顏色變化比率的增加,割曬作業后菜籽品質和產量在20%變化范圍時有較大改變,隨著顏色變化范圍的增加,產量和品質改變不大。研究表明,油菜籽粒一旦被收割后,籽粒就不再充實,即籽粒在油份和蛋白質充實之前被收割后其組分不會再增加,從而造成潛在的產量損失。

【表1】

1.2聯合收獲法

聯合收獲法是在油菜的角果成熟后期,采用聯合收獲機械對田間油菜一次完成切割、脫粒、清選等作業的聯合收獲方式。聯合收獲作業應該選擇油菜處于已經干燥或成熟期一致,相對無綠色雜草或黑斑病的情形下。在成熟期油菜籽的顏色變為深褐色至黑色或黃色\\(品種不同顏色不同\\),當角果已干且搖動發出響聲時,表明油菜籽粒已成熟。其特點是效率高、省工省時,尤其在氣候條件不好的情況下,有利于進行搶收。但這種方式對收獲時機要求較嚴,既不能偏早,也不能偏晚。收獲過早,籽粒含水量高,品質差,出油率低收獲過遲,因過于成熟,菜籽易炸裂脫落,造成損失,影響產量。

聯合收獲時一般要根據油菜的長勢和倒伏情況,將撥禾輪的撥禾桿調整到被切割處以上2/3高度,撥禾輪的位置盡量后移以減少沖擊損失,割茬高度約為30cm。作業時間一般選擇在上午8:00-12:00和下午3:00-7:00,陰天時選擇中午進行。收獲時行駛擋位采用中、低擋進行收獲,行駛速度約為2.5km/h。

作業時首先要對地塊做前期準備,要根據收獲機械本身的外形尺寸在田間四周角落里預留機身下田的空間,一般可以事先人工收割來留出空地,便于機組順利下田作業。

2、油菜機械收獲基礎理論及裝備研究。

2.1油菜莖稈理化特性研究

田保明\\(2005\\)等建立了油菜植株的力學模型,給出了油菜莖稈抗倒伏性的參數關系式Pcr=8E/λ2。

根據此參數關系式,可對油菜的抗倒伏能力進行綜合分析和評價:莖稈系數\\(λ\\)小、彈性模量大者,抗倒伏能力強;對于同一油菜品種,莖稈系數越小,抗倒伏能力越強。為進一步研究了油菜莖稈理化特性與倒伏之間的關系,解釋莖稈理化特性的內在原因,張建\\(2006\\)等試驗測定了9種田間表現不同類型材料的木質素含量、粗纖維含量等理化性狀。結果表明,木質素含量、機械組織面積在抗倒材料和不抗倒材料間存在顯著差異,不倒伏材料分別為倒伏材料的1.2倍和1.5倍。木質素和粗纖維的密度在不同表現類型間沒有顯著差異,說明其與植株莖稈倒伏相關性不大。劉兆朋\\(2009\\)等對油菜莖稈具體物料特性參數進行了測試,以“湘雜油743”成熟期莖稈為試驗材料,分別測定其彈性模量E、剪切彈性模量G、剪切力F和含水率。試驗結果表明:成熟期油菜莖稈彈性模量E穩定在160MPa,剪切彈性模量G穩定在11kPa;油菜莖稈的彈性模量和剪切彈性模量隨莖稈含水率的減小而增大。吳曉強等\\(2012\\)對油菜莖稈進行軸向壓縮試驗,得出隨著莖稈距地高度的增加,油菜莖稈最大載荷基本呈線性減小的趨勢,最大值在距地50cm以下。4個品系的莖稈的最大抗壓強度和彈性模量均沿著距地高度而增加,但彈性模量基本不變;干油菜莖稈的最大承載力、最大抗壓強度和彈性模量都高于濕莖稈。這說明油菜莖稈的含水率顯著影響其抗壓力學性能。

2.2油菜收獲機械裝備研究

2.2.1分段撿拾裝置研究

針對分段收獲的需求,石磊等\\(2011\\)設計了一種齒帶式油菜分段收獲裝置,進行了齒帶式油菜撿拾裝置參數優選試驗,得到機組前進速度、齒帶輸送速度和齒帶輸送傾角與損失率的關系,找出適合齒帶撿拾器收獲油菜的最佳參數組合。3個影響因素按重要性排序為:機組作業速度>輸送帶速>輸送傾角。

同時,確定了一組最優的參數組合:機組前進速度0.71m/s,輸送帶速0.9m/s,輸送傾角12°。在該基礎上,吳崇友等\\(2011\\)采用響應面分析方法對撿拾脫粒機撿拾部件的參數進行試驗,確定了一組最優的參數組合:機組前進速度0.80m/s,輸送帶速0.78m/s,輸送傾角11.19°,優化后撿拾損失率的理論值為2.91%。

2.2.2割臺研究

割臺在切割過程驅動機構會對植株產生較大振動,從而造成油菜掉粒損失增加,因此對割刀的振動過程進行研究對提高割刀的工作性能有積極的意義。

李青林等\\(2009\\)用ADAMS軟件建立了4LYZ-2油菜聯合收獲機橫割刀驅動機構\\(擺環機構\\)的運動模型和豎割刀驅動機構\\(曲柄滑塊機構\\)的虛擬樣機模型。通過仿真測量得到橫、豎割刀驅動機構在運動時對機架的激振力。仿真結果表明:橫割刀往復運動時,作用在擺環箱上的載荷為簡諧載荷,Fx的幅值為3200N,且遠遠大于Fy;豎割上下運動時作用在割臺框架上的激振力呈余弦變化Fy遠遠大于Fx,且Fy的幅值為2637N。該仿真結果為割臺框架的動力學分析提供了依據。

2.2.3脫粒清選系統研究

脫粒清選是油菜收獲過程的關鍵環節,脫粒滾筒的轉速是影響脫粒質量的關鍵因素。D.M.Bruce等\\(2001\\)對油菜抗裂莢角果的脫粒性能進行了研究。結果表明:脫粒滾筒在600r/min轉速下可以完成98%的脫粒,有1%的種子被傷害;滾筒線速度達到800r/min時有2.2%種子受傷害。對于未成熟的角果,就算轉速達到1520r/min時還不能完全將籽粒脫掉,而種子傷害率增加到14%。為了找出分段收獲撿拾脫粒機脫粒、清選部件形式和兩組合理的工作參數,吳崇友等\\(2010\\)對我國南方油菜分段收獲割曬后的脫粒清選特性和脫粒清選參數進行了研究,并在試驗臺上進行脫粒和清選正交試驗。試驗結果表明:脫粒分離夾帶損失最小的優選參數組合為喂入量1.6kg/s、滾筒轉速750r/min、脫粒間隙15mm、滾筒形式釘齒6排;影響脫粒分離夾帶損失率的主次因素為滾筒形式、喂入量、脫粒間隙和滾筒轉速。綜合考慮清選損失率和含雜率最小的優選參數組合為開度10mm魚鱗篩、振動篩曲柄轉速260r/min、離心風機轉速860r/min、離心風機傾角15°;由模糊綜合評價值的極差分析可得因素的主次排序為離心風機傾角、振動篩曲柄轉速、篩片結構形式和離心風機轉速。喂入量對脫粒滾筒的工作性能也有一定影響,李耀明等\\(2005\\)對紋桿、鋸齒型滾筒和柵格、沖孔式組合凹板的脫粒分離裝置進行了不同喂入量和滾筒轉速下的脫粒試驗。試驗結果表明,該裝置脫分損失不超過0.5%。分析表明,脫分率主要與油菜的喂入量、滾筒結構、滾筒線速度和滾筒長度有關,其中滾筒線速度和喂入量對脫分率影響最大,通過試驗找到了脫粒分離裝置的最佳工作參數。在最高脫分率目標值為99.6%對應下的最佳喂入量為1.4798kg/s,滾筒線速度29.716m/s,滾筒長度為1580mm。

清選過程大部分是采用氣流振動篩選方法,因此篩面上的氣流場分布規律對篩分過程有較大的影響。

唐倫等\\(2011\\)對油菜清選裝置振動篩篩面上的氣流場分布規律進行了研究。結果表明:沿篩面橫向方向氣流基本保持穩定,沿縱向方向各行風速從大到小排列為第5行、第3行、第2行和第4行。氣流分布大致呈前高、中部略有下降和尾部再次上升的趨勢,風機轉速是影響通過篩面的氣流速度的主要因素,而對篩面上氣流場的分布無影響。

篩分過程主要是通過篩面上的顆粒碰撞拋離的作用實現篩分,李耀明\\(2007\\)等對油菜脫出物振動篩分運動進行了分析及試驗研究,通過分析振動篩拋射強度對篩面物料運動狀態的影響,以顆粒的碰撞理論為基礎,建立單個物料顆粒在篩面上的運動模型,并通過運動穩定性分析,得到不同拋射強度下物料顆粒的運動規律。通過試驗得出對應拋射強度下的清選損失率,試驗結果發現在拋射強度kv=1.937時,清選損失率最低,清選效果較好。

為找出影響清選性能的主要關鍵因素,李耀明等\\(2006\\)對油菜脫出物清選性能進行了試驗,通過正交試驗和綜合平衡法發現油菜脫出物的特性、清選裝置的曲柄半徑、曲柄轉速、離心風機轉速等對清選性能影響較大。油菜脫出物清選的最佳參數組合為:曲柄半徑為18mm,曲柄轉速為310r/min,離心風機轉速為900r/min。為進一步分析油菜籽在篩分過程的透篩機理,李耀明等\\(2007\\)針對單個油菜籽的透篩過程,建立了單風道風機單層振動篩清選裝置的虛擬樣機模型,在不同工作參數下,對油菜籽在清選裝置中的運動規律進行了仿真實驗。實驗結果表明,對于油菜籽的清選,曲柄長度為35mm,清選損失率較小,清選效率也較高;當曲柄長度增至40mm,清選過程中的損失率會隨著篩面振幅的加大而增加;曲柄轉速低于270r/min時,物料在清選篩篩面跳動次數減少,清選效率降低。風機轉速較之其傾角,對清選過程有著更為顯著的影響:當風機的轉速達到1050r/min時,清選損失率急劇增加,清選效果也較差?，F有清選篩經過一段時間運行后常常會出現大面積篩孔堵塞的情形,影響了清選質量增加清選損失。李耀明等\\(2010\\)進一步分析了油菜篩面粘附物的主要成分及結構,得出了油菜篩面粘附物的尺度分布:77%集中在0.3~2.5mm范圍內,且不同尺度范圍內篩面粘附物的主體成分明顯不同。同時,對油菜角果皮、主莖稈、枝莖稈和篩面粘附物與篩面基體間的摩擦特性進行了測定。結果表明:油菜莖稈、角果摩擦因數普遍隨含水率的提高而增大,篩面粘附物與金屬間的摩擦因數達到0.71。

3、油菜收獲損失率研究

3.1不同收獲方式及品種對損失率影響研究

RalphE.H.Sims\\(1979\\)對油菜不同收獲方式進行了比較研究,采用新西蘭春油菜為研究對象,以獲取最大油菜籽產量和最高油菜籽含油量為目的,選取以下4種典型收獲方法進行研究:先對角果\\(菜籽含水率40%時\\)實施化學劑脫水后,含水率降至12%再進行脫粒;角果處于高水分\\(20%~30%\\)進行一次低速脫粒,水分降到12%后進行第二次脫粒;先對油菜進行條鋪割曬\\(菜籽含水率40%\\),待水分降到安全脫粒水分時進行二次脫粒;等到油菜成熟\\(菜籽含水率12%\\)時直接收獲。研究結果顯示:條鋪割曬后收獲相比直接收獲可以獲得高的菜籽產量和菜籽油產量;但作業成本偏高,而直接收獲可以獲取高含油量的菜籽。采用脫水劑操作可以明顯縮短烘干時間,但遇到惡劣天氣時菜籽掉粒損失增加,最終導致菜籽油產量較大幅度減產。兩次脫粒技術及條鋪割曬加兩次脫粒組合模式同樣降低了菜籽油產量。

除了作業方式對損失有影響,作物的含水率大小也對收獲損失有影響。劉德軍等研究了不同含水率條件下不同環節損失率的變化規律,研究表明分段收獲總損失大于聯合收獲總損失,隨含水率的降低,脫粒損失和清選損失降低。這是由于含水率高的情形下不成熟籽粒比成熟籽粒輕會連同雜質被吹走,且不容易脫粒等原因造成的;但過低的含水率會使得割臺損失增加,聯合收獲含水率在10%、分段收獲在12%為最佳收獲時期,一般可以在18%~25%進行分段收獲和15%~20%進行聯合收獲比較適宜。同時,應用了回歸分析法建立了油菜籽粒含水率與損失率的相關函數。在收獲期判斷作物含水率一般采用經驗法則,通過觀察作物顏色變化狀況來確定收獲時間。馬霓\\(2012\\)等開始研究了不同田間作業期\\(顏色變化狀態\\)對損失率的影響規律。在機械化播種的前提下,以田間菜籽產量、損失量及菜籽品質作為評價指標,對3種不同機械化收獲作業時間與人工在油菜成熟期收獲作業進行比較研究:CHA—油菜主莖稈和80%分枝上的角果呈黃色、所有主莖稈和60%分枝上的菜籽粒呈黑色時進行機械化收獲;CHB—油菜主莖稈和90%分枝上的角果呈黃色、所有主莖稈和80%分枝上的菜籽粒呈黑色時進行機械化收獲;CHC—油菜主莖稈呈深黃色和所有分枝上的角果呈黃色、所有菜籽粒呈黑色時進行機械化收獲;MH—在主莖稈和分枝上的角果呈黃色和淺黃色時進行人工收獲。

結果表明:當油菜主莖稈和90%分枝上的角果呈黃色、所有主莖稈和80%分枝上的菜籽粒呈黑色時進行機械化收獲其產量最高,顯著高出人工收獲產量,且田間掉粒損失僅為人工收獲的50%;相比人工收獲時勞動力成本占據了總成本的70%,極大程度上降低了油菜的生產效益。因此,把握適宜油菜機械化收獲時間是減少油菜籽損失的關鍵因素。

不同的作物品種其本身物理特性有差異,比如抗裂角能力的差異等,因此有學者開始對不同品種進行比較研究。樂秋歆\\(2009\\)等對不同油菜品種進行機械化收獲損失率比較,結果表明:不同品種間損失率大小有差異,主要分布在8%~9%;裂果率和青果率越高導致損失率越大,說明抗裂角能力強的品種,收獲損失率偏低。

3.2不同環節對損失率分布研究

油菜收獲損失具體包括田間自然掉粒損失、切割損失、脫粒損失、清選損失4個部分;而不同環節其損失率大小也有差異,國內外學者就具體作業環節進行了比較研究。J.S.Price等\\(1996\\)就油菜商業化收獲損失進行了研究,主要針對冬油菜和春油菜進行田間自然掉粒損失及機械收獲過程產生的碰撞損失\\(切割損失\\)研究,收獲方式分為直接收獲和割曬后收獲,損失測試不包括脫粒清選過程的損失。研究結果顯示:對于冬油菜當采用直接收獲選擇適當的時機或稍晚時間范圍內,總損失率在11%左右,其中4.7%~6.4%屬于自然掉粒損失;而采用割曬后再進行收獲時其損失率變化范圍10.7%~24.8%,但自然掉粒損失非常少低于1.8%,最大的損失來自于割曬作業。

對于春油菜直接收獲總損失率在1.7%~4.9%,其中自然掉粒損失1.2%~2.0%,而割曬后收獲損失率為2.6%~4.6%,自然掉粒損失為0~0.9%,在適宜的時間段內收獲可以得到最低損失率。這說明直接收獲由于選擇在成熟期收獲自然損失偏大,但相比較分段收獲其總損失率要低,且冬油菜與春油菜有差異,春油菜由于植株本身物理特性較適合機械收獲,因此整體損失率偏低。但該研究僅僅對掉粒和切割損失進行了研究,因此有必要對4個主要環節進行具體分析研究。朱云才\\(2002\\)等以桂林-3號全喂入聯合收割機為研究對象,配套安裝蘇U\\(B\\)型油菜收割裝置進行了油菜田間收獲損失試驗,試驗時油菜成熟度為95%。研究結果表明,脫粒損失1.4%,清選損失0.4%,自然掉粒和割臺損失為8.9%。石劍飛等\\(2009\\)研究了4個油菜品種在機械收獲過程中各部位損失量的差異。結果表明:4個油菜品種機械收獲損失率在8%~10%,損失主要發生在脫粒和清選過程中,占總損失量的80%左右;抗裂角性強的油菜品種可減少自然脫落和割臺的損失,但增加了脫粒過程的損失;高產品種雖然機械化收獲的損失量最高,但總收獲損失率卻最低。該研究中割臺損失率降低的主要原因是割臺的設計上有了較大的改進,提高了機械收獲的效率及效益。

3.3不同裝備收獲對損失率的影響研究

同一時間采用不同機械裝備對同一品種進行收獲時,其結果也有變化,因此不少學者在具體實施過程中分析了不同裝備條件下損失率的變化。MohammadReza Alizadeh等\\(2007\\)對一種簡易的機收作業進行了評估研究,具體對耕整機掛接水稻收割裝置進行油菜收割和人工用鐮刀收割進行比較。結果表明:收割機有效田間作業效率為0.17hm2/h,人工收割作業效率為0.008hm2/h,勞動力消耗分別為:5.88人工/hm2和128人工/hm2,而收割損失率分別為7.33%和6.83%,顯然兩種不同的方法在損失率上沒有明顯的差別。作業成本比較:人工收割成本需要88.88$/hm2,收割機收割成本為15.20$/hm2,機器作業的盈虧平衡點為4.83hm2/年,當收割面積低于該平衡點時可以采用或租用機械作業。割臺是油菜收獲過程中首先接觸作業對象的裝置,因此割臺結構的變化對收獲損失率有著較大的影響。R.N.Hobson等\\(2002\\)對兩種不同類型割臺收獲油菜時的損失率進行了研究:一種標準割臺,另外一種在割刀和攪龍間配套輸送器的割臺。試驗發現,收獲前的田間掉粒損失為11kg/hm2,該損失率較小且與當地氣候條件有關。采用兩種不同割臺進行收獲時損失率有顯著性差異,來自側面刀片的損失率相同,由于割臺寬度的不同因此收獲時損失變化范圍為18.4~34.6kg/hm2,特別是隨著割臺寬度的增加損失率逐步減少。除了自然掉粒損失和側刀損失,配套輸送器割臺的損失為59kg/hm2,相反標準割臺的損失達到104kg/hm2,對于帶輸送器割臺因割刀原因導致的損失為27%,不足標準割臺割刀帶來的損失的50%,在加長割臺加裝中間輸送器顯示出明顯的作業效果。以2001年的價格計算,加裝帶輸送器的割臺只要在5年內每年收獲171hm2油菜即可回收附加成本。R.Zimmer等\\(2006\\)還應用割臺改裝后的小麥收獲機進行油菜收獲作業比較試驗研究,得到安裝小麥割臺聯合收獲機機收損失率為10.35%,加裝油菜割臺聯合收割機\\(在原有割臺長度基礎上加長100cm+豎直割刀\\)收獲后總損失率為7%。其中,割臺損失2.7%,分禾損失4.0%,脫粒分選損失0.3%;單純加裝割刀收獲后總損失率為12.85%,其中割臺損失10.8%,分禾損失1.7%,分選篩損失0.35%\\(油菜產量2602kg/hm2\\)。

結果表明,加長割臺長度和加裝合適的豎直割刀可以減少收獲損失,另外撥禾輪的安裝位置和線速度的選擇及機手的操作方法及熟練程度也對收獲損失有影響。由于油菜植株分枝多交叉多的特殊性,使得在收獲作業時分禾處理困難,因此有學者重點研究割臺分禾位置的損失率變化規律。LuigiPari等\\(2012\\)采用紐荷蘭CX8090聯合收獲機\\(割幅6.18m\\),裝配小麥用割臺和油菜用割臺兩種不同割臺,對油菜田間收獲損失進行現場測試,測試時采用托盤放置在油菜行間空隙里,收集田間收獲損失。結果表明:田間自然損失\\(來自自然氣候、油菜成熟等自然原因\\)為6.94%,采用小麥割臺和油菜專用割臺進行收獲時田間損失分別為6.1%和3.46%。其中,割臺的右側分禾處位置損失率占總損失的1/3多,機收過程中脫粒和分選損失占總損失的1/4,收獲機因對油菜莖稈的碰撞和振動產生的掉粒損失占總損失的1/4,而割臺內損失比率不到10%。試驗表明,油菜專用割臺可以較大幅度減少機收損失,而機收損失大部分來自于分禾過程中的拉扯、沖擊作用。為此,LuigiPari等專門對分禾處進行了兩側對稱收集田間掉粒損失,如圖1所示。圖1顯示:在分禾處掉粒損失最大,左側割臺位置下方的掉粒損失隨著間距分禾處越遠損失越小,相比較右側田間損失呈減少趨勢;小麥割臺和油菜割臺兩者拉開的差距離分禾處越近表現越大,且右側差距總體大于左側,表明左側的部分掉粒掉落在割臺被回收,因此遺留田間損失變少。由于油菜莖稈的分枝纏繞等原因,表明油菜機械收獲時分禾處是影響掉粒損失的關鍵部位。

4、油菜機收農機農藝研究

影響油菜全程機械化發展的技術因素主要有品種特點、種植方式及收獲工藝等。吳崇友等\\(2007\\)研究了該因素與機械化的關系,得出油菜全程機械化是一個復雜的系統工程,必須從品種培育、規范農藝技術、改進和開發機械裝備等3方面協調地解決;必須針對各主產區品種特點、自然條件和經濟條件,集成并融合單項技術,建立油菜機械化的區域技術模式和技術體系,系統地推進油菜機械化發展。同時,提出我國油菜全程機械化技術路線:直播優先,能播不栽;當栽則栽,栽而高效;兩種收獲方式并舉,因地制宜正確選擇;篩選和培育適合機械化作業的品種,優化和規范栽培技術;盡快研究開發復式高效直播機、稻坂田移栽機、分段收獲的割曬機和撿拾脫粒機、改進聯合收割機。

由于收獲方式的選擇受油菜種植方式、氣候條件、適宜的收獲期等條件的影響,盧晏等\\(2008\\)在全面考慮收獲條件及適應性、經濟性、作業質量等影響因素的基礎上,對分段收獲和聯合收獲進行了優、缺點比較研究,進而對我國南、北方油菜產區機械化收獲方式進行了選擇:分段收獲方式具有適應性強等多種優勢,我國油菜機械化收獲需要因地制宜地采取適當的收獲方式,而不應是全部采用聯合收獲。多功能油菜聯合收獲機是解決現有油菜生產的重要裝備,吳福良等\\(2007\\)從機械裝備方面開展研究指出多功能油菜聯合收獲機的發展方向:實現長江流域油菜機械化收獲應以聯合收獲工藝為主,重點研制多功能油菜聯合收割機。有利于提高機具的使用效率和農業機械化水平,提高勞動生產率和減輕勞動強度,提高種植油菜的經濟效益。根據油菜生物學特性,研制多功能油菜聯合收割機應解決油菜機收時,分禾、脫粒分離困難和炸角損失這3大關鍵問題。通過對多功能油菜收獲機的關鍵技術的優化設計,有效地解決了油菜機械化收獲的難題,機器能夠收割油菜、水稻、小麥等不同作物,實現一機多用功能。另外,油菜植株本身物料特性也對機械收獲產生相互影響,劉建毅等\\(2011\\)對油菜機械化收獲對品種特性需求進行了研究,結果表明適合機械化收獲油菜品種應該具備以下特點:早熟、植株矮、株型緊湊、抗性好和分枝短。

5、結論

1\\)聯合收獲方法是一種比較適合的作業方法,該方法雖效率高,損失率也偏高。隨著割臺的技術改進,損失率可以逐步降低,還可以獲得含油率高的菜籽;但是作業受到地理位置、地形地貌的限制及當地的收入水平等所限制。分段收獲可以獲得較高的產量,由于作業環節增加因此損失率較聯合收獲高,且作業成本有所增加。不過增加的產量可以彌補增加的成本。分段收獲最重要的是可以提前作業時間,縮短大田生長期,為后茬作物多熟制提供保障。

2\\)不同收獲方法和收獲時間對油菜菜籽品質的影響不大,在籽粒顏色變化比率20%時變化較大,因此該比率為收獲的安全臨界點,超過該點收獲對蛋白質和含油率等影響不大。

3\\)油菜收獲機械裝備重點在撿拾裝置、割臺、脫粒清選系統等方面進行了具體深入研究,采用虛擬仿真技術結合數學優化分析手段,通過試驗優化和理論分析,獲取了較優的結構參數和工作參數,包括對脫粒和清選進行正交試驗,取得較優的脫粒滾筒轉速、釘齒形狀、凹板間隙等結構和工作參數;開展了清選氣流場的模擬及優化研究,獲得較好的氣流分布場數值域;在清選過程對物料的減粘降阻上作深入的研究,測取并分析了油菜混合物與仿生篩面基體之間的粘附特性,獲得了較好的仿生篩面的結構特征。

4\\)聯合收獲在10%含水率、分段收獲在12%為最佳收獲時期,一般可以在18%~25%進行分段收獲和15%~20%進行聯合收獲比較適宜。研究表明,在實際操作時可以參照油菜主莖稈和90%分枝上的角果呈黃色、所有主莖稈和80%分枝上的菜籽粒呈黑色時進行,此時機械化收獲產量最高;不同作物品種對收獲損失率也有影響,裂果率高的品種其收獲損失率偏高。

5\\)割臺分禾處損失率研究表明,分禾處兩側靠割臺內側損失率偏低而靠割臺外側損失率偏大,說明分禾處是形成掉粒損失的關鍵部位。

6\\)農機農藝互作研究表明,從品種特點、種植方式、收獲工藝與機械化收獲的關系研究得出要從品種培育、規范農藝技術、改進和開發機械裝備等3方面協調地解決:建立區域技術模式和技術體系來系統推進油菜機械化發展;當前油菜全程機械化技術路線是直播優先,能播不栽;當栽則栽,栽而高效;兩種收獲方式并舉,因地制宜正確選擇適宜的收獲方式;篩選和培育適合機械化作業的品種—早熟、植株矮、株型緊湊、抗性好、分枝短。在研制多功能油菜聯合收割機應重點解決油菜機收中分禾、脫粒分離困難和炸角損失3大關鍵問題,對關鍵技術進行優化設計實現一機多用功能。

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