傾斜輸送式油菜割曬機鋪放質量分析與試驗

關卓懷，江 濤，李海同，吳崇友，張 敏，王 剛，沐森林

（農業農村部南京農業機械化研究所，南京 210014）

0 引 言

油菜是重要的油料作物，國內常年種植約6.6×106hm2，85%集中在長江流域稻油輪作區[1-3]。油菜收獲包括聯合收獲和分段收獲2種方式[4-5]。聯合收獲便捷高效、靈活性好，但損失率較高，受油菜成熟度差異性影響大，適收期短；分段收獲損失率低，對油菜品種、收獲狀態適應性強，適收期長，菜籽品質優，可避免大風、冰雹等極端天氣帶來的收獲風險。數據表明，油菜分段收獲比聯合收獲的損失率低25%，破碎率低40%，作業效率增加25%[6-12]。近年來，隨著人們對食用油品質的關注和國家對作物收獲環節浪費損失的進一步重視，油菜分段收獲的優勢凸顯[13-15]。但油菜分段收獲裝備尤其是油菜割曬機缺乏，現有裝備不能解決小田塊高大油菜的割曬難題，是制約油菜分段收獲技術發展與大面積推廣的重要因素。

根據割曬臺工作原理，油菜割曬機可分為立式割曬機和臥式割曬機，根據作物輸送鋪放形式，可分為側鋪放割曬機和中央鋪放割曬機[16]。李平等[17-18]提出了一種橫向和縱向輸送組合牽引式中央鋪放型臥式油菜割曬機，油菜莖稈上層鋪放角小于5°，下層鋪放角小于2°，角度差小于5°，根差小于0.1 m。廖宜濤等[19]設計了中間分禾、雙側鋪放的手扶式割曬機，油菜莖稈鋪放角小于45°的概率為75.8%，集中在20°～45°間的概率為66.9%，角度差小于60°。李海同等[20]構建了割曬機-油菜植株剛柔耦合模型，優化了手扶立式割曬機的結構參數，鋪放角為115.8°，角度差為9.6°，根差為0.14 m，割曬損失率為1.5%。Muhammad等[21]分析了作業速度、作物含水率對割曬機損失率的影響。李金鳳等[22]將TRIZ理論應用于割曬過程分析，豐富了割曬機的設計方法。蔣亞軍等[23]為降低割曬機結構振動對鋪放均勻性的影響增加了機架拱門結構，使各向振幅降低70%以上。王修善等[24]設計了與履帶底盤配套的立式側鋪放油菜割曬機，鋪放角達98.2°，鋪放角度差10.5°。楊文敏等[25]設計了與履帶底盤配套的臥式側鋪放油菜割曬機，平均鋪放寬度為798 mm，平均鋪放厚度256 mm，平均鋪放角度48.4°。課題組前期針對與通用履帶底盤配套的側鋪放割曬機開展研究，初步構建了油菜割曬機鋪放質量數學模型，分析了鋪放質量與機器前進速度以及輸送裝置、排禾口部分參數之間的關系；設計了撥指輸送鏈式輸送機構，單帶式輸送機構和切割傳動機構等關鍵裝置，研制了4SY-2型油菜割曬機，得到一定的推廣應用[26-28]。

中小型履帶底盤配套的割曬機可適應中國南方稻油輪作區田塊分散、單地塊面積小、土壤黏濕和承載能力弱的生產條件，但由于割幅受限、割幅內鋪放空間小，常規臥式油菜割曬機收割高大、分枝多的油菜時存在輸送和排禾不暢、鋪放質量不穩定等問題。本文提出了適應植株高大、分枝牽扯油菜的傾斜輸送原理，設計了與通用履帶底盤掛接的傾斜輸送割幅內側鋪放式油菜割曬機。通過分析撥禾切割、輸送、排禾等過程中油菜莖稈順暢遷移的幾何條件和運動學條件，確定傾斜輸送式油菜割曬機主要結構參數和工作參數，探究割曬機鋪放質量影響要素，尋求割曬機最優工作參數組合，并通過田間試驗驗證油菜割曬機鋪放效果和油菜田間晾曬效果，為油菜割曬機的設計和改進提供參考。

1 整機結構與工作原理

傾斜輸送式油菜割曬機主要包括大傾角割曬臺和履帶式聯合收獲機動力底盤。大傾角割曬臺主要由鋪放口、機架組合、橫割刀、撥禾輪、傾斜輸送裝置、掛接支撐、傳動系、分禾器、豎割刀等組成，具體如圖1所示。大傾角割曬臺通過掛接裝置與履帶聯合收獲機輸送槽連接，傾斜輸送裝置一側與橫割刀機架鉸接，另一側懸掛于機架內側壁，其傾斜角度可根據作物狀態調整。

傾斜輸送式油菜割曬機作業時，在撥禾輪和機器前進推力的共同作用下，油菜莖稈向割臺內傾斜的過程中與傾斜輸送裝置形成持續接觸，油菜莖稈在非強制約束半直立狀態下隨輸送帶運移。整機主要技術參數如表1所示。

表1 傾斜輸送式油菜割曬機主要技術參數Table 1 Main technical parameters of inclination transportation rape windrower

2 鋪放過程分析

傾斜輸送式油菜割曬機作業過程包括撥禾、切割、輸送和排禾，為分析關鍵結構參數和工作參數對鋪放過程的影響，建立割曬機主要工作部件位置關系模型，如圖2所示。

2.1 扶禾切割過程分析

撥禾輪的主要作用是扶持油菜莖稈并使其向輸送裝置傾斜，便于橫割刀切割，并將切斷的油菜莖稈推向輸送裝置，提升物料流動性。為引導油菜莖稈向輸送裝置傾斜，避免撥禾輪回帶，撥禾輪與油菜的接觸點應高于切割后油菜莖稈重心，所以撥禾輪半徑r應滿足：

撥禾輪外緣與輸送裝置的垂直距離H4應大于油菜堆積厚度以避免回帶，即

根據圖2幾何關系有：

撥禾輪與油菜植株接觸時應具有相對割曬機前進方向向后的絕對速度，將油菜莖稈推向傾斜輸送裝置。撥禾輪上任一點的運動軌跡曲線為

式（4）對時間t求導，得出撥禾輪絕對速度為

式中vwx為撥禾輪線速度水平分量，m/s；vwy為撥禾輪線速度垂直分量，m/s。

撥禾輪應具有相對割曬機前進方向向后的水平分速度，即vwx＜0，所以有：

設λw為撥禾輪線速度速與割曬機前進速度的比值

則撥禾輪轉速為

式中nw為撥禾輪轉速，r/min。

根據油菜一般植株高度和留茬要求，設計撥禾輪半徑r=0.5 m，撥禾輪支撐油缸最大行程17 cm，點O與點C的水平距離f為-9～20 cm（負號表示點O在點C后方）。根據通用型履帶底盤的行走速度，設計傾斜輸送式油菜收獲機作業速度vm為0.8～1.5 m/s。根據取收獲機撥禾輪速比λw的一般取值范圍1.2～1.8[29]，計算得撥禾輪轉速范圍為18.3～51.6 r/min。

油菜莖稈被切斷后在撥禾輪推動下具有初速度vw，在重力的作用下向輸送裝置傾倒。該過程包括莖稈繞C點的旋轉運動和油菜莖稈底端隨輸送裝置的水平平動。其中莖稈旋轉運動角速度為

油菜莖稈在重力作用下旋轉的角加速度為

式中Mr為油菜莖稈重力對C點的力矩，N·m；J為油菜莖稈繞旋轉中心C點的轉動慣量，kg·m2；G1為油菜莖稈重力，N；βr為油菜莖稈繞心C點的角加速度，rad/s2。設油菜植株被切斷的瞬間與地面垂直，與輸送裝置的夾角為（π/2-α），莖稈被切斷至倒放在輸送裝置上的旋轉運動時間t2為

在時間t2內，油菜莖稈底端隨輸送裝置運動的距離為

式中lC為油菜莖稈被切斷至鋪放在輸送裝置過程中莖稈底端隨輸送裝置的運動距離，m。

綜合分析式（9）～（12），撥禾輪推動油菜莖稈旋轉的角速度ωr越大、輸送裝置傾角α越大，莖稈旋轉運動的時間t2就越短，輸送裝置速度vd越小，植株底端隨輸送裝置的運動距離lC越小，油菜植株與機器前進方向的夾角（鋪放角）就越小。

2.2 輸送過程分析

高大、分枝多的油菜莖稈在輸送裝置上的堆積是導致輸送鋪放不暢的主要原因。建立油菜莖稈輸送過程堆積模型如圖3所示，輸送裝置中輸送帶由A向B運動，鋪放口在B點。

在A點被割倒的油菜莖稈隨輸送帶運動，運動距離x與割曬機行進距離y的關系為

式中vd為輸送帶運動速度，m/s；λd為輸送帶線速度速與割曬機前進速度速比。

設油菜莖稈是均勻連續的，輸送帶上x點處堆積的油菜莖稈包括當前位置被割倒的油菜莖稈和（0，x）范圍內被輸送至x點處的油菜莖稈，莖稈堆積量與機器前進速度和輸送帶運動速度的關系為

式中qx為輸送帶上x點處堆積的油菜莖稈質量，kg；ρ1為田間單位面積內油菜莖稈質量，kg/m2。

當ρ1和λd一定時，輸送帶上油菜莖稈的堆積量與輸送距離x的平方成正比，x點處油菜莖稈堆積高度為

式中ρ2為輸送帶上單位體積內油菜莖稈質量，kg/m3。鋪放口處油菜的堆積量為

式中ql為鋪放口處油菜的堆積量，kg。鋪放口處油菜的堆積高度為

式中dl為鋪放口處輸送帶上油菜的堆積高度，m。

式（14）～（17）表明，傾斜輸送式油菜割曬機物料堆積量與輸送裝置長度l1的平方成正比，與輸送帶線速度速與割曬機前進速度速比λd呈正比；堆積高度與輸送裝置長度l1成正比，與輸送帶線速度速與割曬機前進速度速比λd呈正比，與割臺寬度b1成反比。所以減小輸送距離、提高輸送帶運動速度和增加割臺寬度可以減少油菜在輸送帶上的堆積量，減小功耗，減小排禾空間需求量。輸送帶寬度b1應大于割倒后油菜植株莖稈高度hp，避免油菜架空導致輸送不暢，即

式中hz為油菜植株高度，m。

根據式（18），增加割曬機輸送帶寬度可以提高割曬機對不同品種油菜的適應性，但輸送帶寬度過大也會影響油菜割曬機田間轉向靈活性，結合割臺0～800 mm的高度范圍和油菜的一般株高，本文設計傾斜輸送裝置寬度b1=1 140 mm。

2.3 排禾過程分析

鋪放口尺寸影響排禾量，為保證鋪放后油菜不與割曬機干涉，油菜堆積高度應小于鋪放口的離地高度，即

將式（17）帶入式（19）可得：

根據式（11）和式（20），增大α可以減小鋪放角，提高最大排禾量，有助于提高割曬機對高大密植油菜的適應性。

鋪放口排禾量qt為

式中Sw為鋪放口橫截面積，m2；ρ3為油菜莖稈條鋪的單位面積質量，kg/m2；l2為鋪放口長度，m。

鋪放口排禾量應大于輸送帶上油菜堆積量，即

式（16）帶入式（22）可得：

為避免履帶碾壓鋪放的油菜，要求輸送裝置長度l1大于兩側履帶外緣距1 750 mm，并根據式（16）～（23）和割臺總寬度，設計l1=2 000 mm，l2=1 000 mm。綜合分析式（12）、式（17）和式（23），輸送帶線速度過小會導致油菜莖稈堆積，過大則影響鋪放角度，根據l1與l2的設計值，初步設定λd為1.2～1.7，根據設計作業速度vm計算得到輸送帶線速度vd為0.96～2.55 m/s。

綜合扶禾切割、輸送和排禾過程分析可知，輸送裝置與水平面的夾角α是影響油菜割曬機鋪放質量的關鍵因素，增大α可以提升輸送裝置對油菜植株的輸送能力、增大鋪放空間，但α需小于油菜莖稈在輸送裝置的上的摩擦角，本文設計傾斜輸送裝置的最大傾角為30°，可根據實際作物生長情況進行調整。

3 鋪放質量影響因素試驗與參數優化

3.1 試驗方法

根據前文分析，與傾斜輸送式油菜割曬機鋪放質量相關的主要參數包括割曬機前進速度、割臺高度、撥禾輪位置、撥禾輪轉速、輸送帶線速度、輸送裝置傾角和前進速度等，需要進一步通過試驗研究各因素及其交互關系對鋪放質量的影響。但由影響因素較多，難以直接以所有因素為變量開展試驗。實際作業過程中速度、割臺高度和撥禾輪位置往往由駕駛員根據作物實際情況實時動態調整。所以本文在開展試驗研究時固定作業速度、割臺高度和撥禾輪位置，以鋪放角度、上下層鋪放角度差、鋪放寬度變異系數和鋪放高度變異系數為鋪放質量評價指標，研究撥禾輪轉速、輸送帶線速度、輸送裝置傾角對鋪放質量的影響。

鋪放質量影響因素試驗于2020年4月26日在成都市陳稻松合作社油菜田開展，油菜品種為蓉油18，油菜平均株高1.98 m，重心高度1.19 m，底莢高度1.09 m，主莖稈直徑17 mm，田間種植密度3.27株/m2。傾斜輸送式油菜割曬機以1.1 m/s的前進速度開展試驗，割臺高度、撥禾輪支撐油缸行程分別保持50 cm 和15 cm，試驗測區長度為25 m。試驗結束后在測區內每隔1 m選定一個測點，共25個。用皮尺測量各測點鋪放寬度li，用鋼卷尺測量各測點鋪放高度hi。從測點處上、下鋪層中各選一株油菜，用角度尺測量上層鋪放角θiu和下層鋪放角θid。

鋪放角計算方法為

式中θ為鋪放角，（°）。

上下層鋪放角度差計算方法為

式中Δθ為上下層鋪放角度差，（°）；為上層莖稈平均鋪放角，（°）；為下層莖稈平均鋪放角，（°）。

通過計算各工作參數組合下鋪放寬度變異系數評價鋪放寬度一致性

式中CVl為鋪放寬度變異系數，%；為鋪放寬度平均值，cm。

通過計算各參數組合下鋪放高度變異系數評價鋪放高度一致性：

式中CVh為鋪放高度變異系數，%；為鋪放寬度平均值，cm。

以撥禾輪轉速X1、輸送帶線速度X2、輸送裝置傾角X3為試驗因素，以鋪放角度Y1、上下層鋪放角度差Y2、鋪放寬度變異系數Y3和鋪放高度變異系數Y4為評價指標，開展三因素二次回歸正交組合試驗，根據撥禾輪速比λw、輸送帶速比λd和vm=1.1 m/s，確定X1范圍為26～38 r/min，X2范圍為1.4～1.8 m/s，X3范圍為10°～30°，試驗因素水平如表2所示。

表2 試驗因素編碼Table 2 Coding of experimental factors表4 回歸方程方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

基于Box-Behnken試驗設計方法，選取5個中心點，共開展17組試驗。通過貢獻率K量化分析各因素對鋪放質量的影響，K值越大因素對模型的影響越大，貢獻率K的計算公式為[30]

式中F為回歸方程中各回歸項的F值；δ為回歸項對F值的考核值；Kj為各影響因素貢獻率。

3.2 試驗結果與分析

傾斜輸送式油菜割曬機鋪放質量影響因素試驗結果如表3所示。對鋪放角度Y1、上下層鋪放角度差Y2、鋪放寬度變異系數Y3和鋪放高度變異系數Y4與試驗因素X1、X2、X3間的關系進行二次多元擬合，并對回歸模型進行方差分析和回歸系數顯著性檢驗，結果如表4所示。

表3 試驗方案設計與試驗結果Table 3 Schemes and results of experiment

根據鋪放角度Y1二次多元擬合回歸方差分析結果，回歸模型P值0.011＜0.05顯著，失擬P值0.134 9＞0.05不顯著，說明模型能正確反映Y1與X1、X2、X3之間的關系并對試驗結果進行預測。其中因素X2、X2X3對Y1影響極顯著，X3、X1X2、X32對Y1影響顯著，試驗因素之間的交互作用對Y1的影響顯著，剔除不顯著因素后，鋪放角度Y1的二次回歸模型為

表2 試驗因素編碼Table 2 Coding of experimental factors表4 回歸方程方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

注：**表示極顯著（P＜ 0.01），*表示顯著（0.01≤P＜ 0.05）； Adj R2為回歸方程調整決定系數。Note: ** means highly significant (P＜ 0.01), * means significant (0.01≤P＜0.05); Adj R2 is regression equation adjusted determination coefficient.

根據式（28）和式（29），各因素對Y1影響的貢獻率分別為KY1X1=0.68，KY1X2=1.82，KY1X3=2.48，影響大小排序為X3、X2、X1。根據圖4，當X3處于0水平（20°）時，X1增大Y1減小，X2增大Y1減小，響應面曲線沿X2方向的變化更快，在X3中心水平下，輸送帶線速度X2對鋪放角Y1的影響比撥禾輪轉速X1顯著。當X1處于0水平（32 r/min）時，X2增大Y1減小，X3增大Y1先減小后增大，存在某一X3值使Y1最小，響應面曲線沿X3方向的變化更快，輸送裝置傾角X3對鋪放角度Y1的影響比輸送帶線速度X2顯著。產生該現象的原因是輸送裝置傾角決定了油菜從切斷至鋪倒在輸送帶上的時間，與輸送帶線速度共同決定油菜莖稈低端與隨輸送帶的運動距離，也就是油菜莖稈鋪放在輸送帶上的角度，輸送裝置傾角越大，該過程時間越短，鋪放角越小，輸送帶線速度越大，油菜底端的運動距離越遠，鋪放角越大。

根據上下層鋪放角度差Y2二次多元擬合回歸方差分析結果，回歸模型P值0.002 4＜0.01極顯著，失擬P值0.217 5＞0.05不顯著，說明模型能正確反映Y2與X1、X2、X3之間的關系并對試驗結果進行預測。其中因素X1、X3對Y2影響極顯著，X1X2、X2X3、X1X3、X32對Y2影響顯著，試驗因素之間的交互作用對Y2的影響顯著，剔除不顯著因素后，上下層鋪放角度差Y2的二次回歸模型為

根據式（28）和式（29），各因素對Y2影響的貢獻率分別為KY2X1=2.14，KY2X2=1.45，KY2X3=2.61，影響大小排序為X3、X1、X2。根據圖5，當X3處于0水平（20°）時，X1增大Y2減小，X2增大Y2減小，響應面曲線沿X1方向的變化更快，撥禾輪轉速X1對上下層鋪放角度差Y2的影響比輸送帶線速度X2對上下層鋪放角度差Y2的影響顯著。當X2處于0水平（1.6 m/s）時，X1增大Y2減小，X3增大Y2先增大后減小，響應面曲線沿X3方向的變化更快，輸送裝置傾角X3對上下層鋪放角度差Y2的影響比撥禾輪轉速X1顯著。當X1處于0水平（1.6 m/s）時，X2增大Y2減小，X3增大Y2先增大后減小，響應面曲線沿X3方向的變化更快，輸送裝置傾角X3對上下層鋪放角度差Y2的影響比輸送帶線速度X1顯著。造成產生該現象的原因是撥禾輪轉速、輸送帶線速度和角度共同影響油菜物料流的運移過程。

根據鋪放寬度變異系數Y3二次多元擬合回歸方差分析結果，回歸模型P值0.001 2＜0.05顯著，失擬P值0.106 7＞0.05不顯著，說明模型能正確反映Y3與X1、X2、X3之間的關系并對試驗結果進行預測。其中因素X3、X2、X32對Y3影響極顯著，X2對Y3影響顯著，采用多元回歸擬合的方式對試驗結果進行處理，剔除不顯著因素后，鋪放寬度變異系數Y3的二次回歸模型為

根據式（28）和式（29），各因素對Y3影響的貢獻率分別為KY3X1=0.82，KY3X2=1.47，KY3X3=2.40，影響大小排序為X3、X2、X1。根據圖6，當X1處于0水平（32 r/min）時，X2增大Y3減小，X3增大Y3先減小后增大，存在某一X3值使Y3最小，響應面曲線沿X3方向的變化更快，輸送帶線速度X3對鋪放寬度變異系數Y3的影響比輸送裝置傾角X2更顯著。產生該現象的原因是輸送裝置傾角影響油菜自輸送帶至地面的排禾過程，傾角大自由非約束時間長，傾角小纏結油菜未達到自然條鋪狀態時即被有限的鋪放空間所限制，所以過大或過小都不利于鋪放寬度一致性。

根據鋪放高度變異系數Y4二次多元擬合回歸方差分析結果，回歸模型P值＜0.01極顯著，失擬P值0.441 6＞0.05不顯著，說明模型所能正確反映Y4與X1、X2、X3之間的關系并對試驗結果進行預測。其中因素X3、X2X3、X12、X22對Y4影響極顯著，X1X3對Y4影響顯著，采用多元回歸擬合的方式對試驗結果進行處理，剔除不顯著因素后，鋪放高度變異系數Y4的二次回歸模型為

根據式（28）和式（29），各因素對Y4影響的貢獻率分別為KY4X1=2.17，KY4X2=1.46，KY4X3=2.71，影響大小排序為X3、X1、X2，根據圖7，當X2處于0水平（1.6 m/s）時，X1增大Y4先增大后減小，X3增大Y4減小，響應面曲線沿X3方向的變化更快，輸送帶線速度X3對鋪放高度變異系數Y4的影響比撥禾輪轉速X1更顯著。當X1處于0水平（32 r/min）時，X2增大Y4先減小后增大，存在某一X2值使Y4最小，X3增大Y4減小，響應面曲線沿X3方向的變化更快，輸送帶角度X3對鋪放高度變異系數Y4的影響比輸送帶線速度X2更顯著。產生該現象的原因是輸送裝置傾角直接影響鋪放空間，輸送裝置傾角越大，鋪放空間就越大，有利于提升高大分枝多生物量大油菜植株條鋪一致性，鋪放高度變異系數越小。

3.3 參數組合優化

油菜割曬要求鋪放角度不能過大，上下層鋪放角度差小，鋪放寬度和鋪放高度一致性好便于后續撿拾作業[31]。根據上述要求，建立作業參數多目標優化模型

得優化參數組合為X1=35.88 r/min，X2=1.486 m/s，X3=27.5°。綜合考慮割曬機工作要求和實際加工制造水平，確定撥禾輪轉速35 r/min，輸送帶線速度1.5 m/s，輸送裝置傾角27°。該工作參數組合下割曬油菜的理論鋪放角度為26.8°，上下層鋪放角度差為4.8°，鋪放寬度變異系數8.3%，鋪放高度變異系數7.7%。

4 田間試驗

為驗證傾斜輸送式油菜割曬機較優參數組合與割曬鋪放效果，委托江蘇沿海農業機械檢測有限公司于2020年5月26日在江蘇大豐東方綠洲農業產業園開展作業質量檢測試驗，機具為農業農村部南京農業機械化研究所研制的4SY-3.0型化傾斜輸送式油菜割曬機。

試驗油菜品種為浙油51，種植方式為機械直播，田間種植密度5.64×105株/hm2，植株平均高度1.70 m，底莢高度1.17 m，主莖稈直徑14.3 mm，理論產量3.23×103kg/hm2，草谷比0.072（割茬35 cm），莖稈含水率73.8%，籽粒含水率37.9%，千粒質量3.92 g。作業參數為撥禾輪轉速35 r/min，輸送帶線速度1.5 m/s，輸送裝置傾角27°。

參照標準 JB/T 7733—2007《割曬機 技術條件》和GB/T 8097—2008《收獲機械 聯合收割機 試驗方法》開展割曬機作業質量綜合評價田間試驗。試驗區由準備區、測定區和停車區連續的3部分組成，準備區長度10 m，測定區長度30 m，停車區長度10 m，不臨地邊，試驗重復3次。

為綜合評價油菜的鋪放效果、割曬損失率和割曬機作業效率，按照前文所述方法檢測計算油菜鋪放角、鋪放角度差、鋪放寬度和鋪放高度變異系數，并通過測量割幅計算純作業生產率：

式中P為純工作生產率，hm2/h；B為平均實際割幅，m。為檢測割曬損失，試驗前先收集1 m2內落在地上的籽粒及落穗上的籽粒，脫粒清選干凈后稱量籽粒質量，共選5點計算平均值，記為單位面積自然落粒量Wg0。割曬試驗結束后，人工將實際割幅寬度、長度為1 m面積內割倒鋪放的油菜搬運走，揀起落粒、掉穗和漏割穗，脫粒清選干凈后稱量籽粒質量，換算為單位面積損失籽粒質量Wg1。割曬機單位面積實際損失量Wg=Wg1-Wg0。按下式計算損失率：

式中Wgs1為單位面積實際損失量，g/m2；L為測試區長度，m；W為測定區內接取籽粒總質量，g。

田間試驗結果如表5所示。根據表5可知，油菜鋪放角平均值為28.3°，與預測值的相對誤差為5.6%；平均鋪放角度差為5.4°，與預測值的相對誤差為12.5%；鋪放寬度變異系數為9.6%，與預測值的相對誤差為15.6%，鋪放高度變異系數為8.6%，與預測值的相對誤差為11.7%，鋪放損失率為0.73%，純作業生產率為1.11 hm2/h，所構建的鋪放質量預測模型較為準確，油菜鋪放角度小于對照標準，鋪放角度差、鋪放寬度變異系數、鋪放高度變異系數較小，損失率低，滿足油菜分段收獲割曬作業的需求。晾曬4 d后，莖稈含水率和籽粒含水率分別由73.8%和37.9%降低至47.9%和9.7%，相較晾曬前分別降低了35.1%和74.4%，有利于后續撿拾脫粒清選。

為檢驗傾斜式油菜割曬機對各區域油菜的適應性，分別于2020年5月7日、5月18日、5月26日和9月16日在四川成都、安徽巢湖、江蘇大豐和甘肅張掖開展應用效果試驗，檢驗機具對長江上中下游冬油菜和北方春油菜的適應性，如圖8所示。

試驗結果表明，傾斜輸送式油菜割曬機在面對多種類型的油菜時均可順暢輸送并整齊側邊鋪放，滿足長江流域冬油菜和北方春油菜等廣泛種植區域油菜分段收獲割曬需要。

5 結 論

1）針對高大分枝多生物量大的油菜切割輸送鋪放過程中分枝牽扯、架空導致側向輸送難、割幅內鋪放空間小的問題，提出了適應高大多分枝油菜的傾斜輸送原理，設計了傾斜輸送式油菜割曬機，通過大傾角割曬臺提升油菜的橫向輸送能力和鋪放空間。

2）分析了油菜莖稈順暢輸送鋪放的幾何條件，明確了傾斜輸送式油菜割曬機主要結構參數和工作參數，探明了影響傾斜輸送式油菜割曬機鋪放質量的關鍵因素及其參數范圍：撥禾輪轉速26～38 r/min，輸送帶線速度1.4～1.8 m/s和輸送裝置傾角10°～30°。

3）以鋪放角度、上下層鋪放角度差、鋪放寬度變異系數和鋪放高度變異系數為評價指標，開展了鋪放質量二次回歸正交組合試驗，試驗結果方差分析表明，輸送裝置傾角對鋪放角度、鋪放角度差、鋪放寬度變異系數和鋪放高度變異系數的影響均最為顯著，較優參數組合為撥禾輪轉速35 r/min，輸送帶線速度1.5 m/s，輸送裝置傾角27°。

4）傾斜輸送式油菜割曬機作業質量田間試驗表明，較優參數組合條件下割曬油菜的平均鋪放角為28.3°，與預測值的相對誤差為5.6%；上下層平均鋪放角度差為5.4°，與預測值的相對誤差為12.5%；鋪放寬度變異系數為9.6%，與預測值的相對誤差為15.6%，鋪放高度變異系數為8.6%，與預測值的相對誤差為11.7%，鋪放損失率為0.73%，純作業生產率為1.11 hm2/h，滿足多熟制油菜分段收獲需要。