標準化果園碎草機作業性能試驗

關鍵詞：標準化果園；碎草機；作業效率；牽引式

0引言

果樹種植業是北京市農業生產的主要組成部分[1]。目前，北京市鮮果種植面積近5.6萬hm2，標準化果園是我國果樹種植領域未來發展的主要方向[2]。標準化果園構建可分為標準化建園、土肥水標準化、標準化用藥、病蟲害監測和規范操作流程5個方面，在此過程中，果園機械化技術具有至關重要的作用。根據果樹生產的主要環節，果園機械主要包括果園生產動力機械、開溝施肥機械、植保機械、修剪機械、花果管理機械、樹枝粉碎機械、灌溉機械和收獲機械等[3-8]。

近年來，我國正逐漸提高標準化果園全程機械化生產水平，提高果園生產作業效率．降低人工勞動強度和生產投入。程小龍[9]進行了果園乘坐自走式割草機的設計與試驗研究，產品滿足果園的除草要求。北京市農業機械試驗鑒定推廣站在對國內外林果機械調研或檢索的基礎上，針對標準化果園各生產環節，引進了各生產環節的果園機械，但這些果園機械在北京市的作業情況尚不明確，未形成適合北京市的果園機械化生產技術體系。北京市果樹種植業以蘋果、桃、葡萄等為主。本研究主要針對果園生產機械中的碎草機，在北京海升農業有限公司的矮化密植蘋果園展開試驗研究。碎草機是一種新型果園管理機械，具備無摩擦避讓樹干、割茬高度可調整、作業防護機制完備安全和作業效率高等優點，可應用于葡萄園、桃園、梨園、矮化密植蘋果園、獼猴桃園和棗園等應用生草法的生態果園，能夠顯著提高作業效率，提升果園效益[10-11]。

1結構和工作原理

1.1整機結構

果園行間碎草機結構如圖1所示，主要由懸掛裝置、外殼、變速箱和粉碎裝置等組成。

1.2工作原理

碎草機動力來自拖拉機的后輸出軸，經萬向傳動軸依次傳遞給變速箱（1：3傳動比）、膠帶輪，進而驅動碎草機刀軸旋轉，刀軸上的刀座連接粉碎錘爪，粉碎錘爪相對于刀座可以旋轉，高速旋轉的刀軸帶動粉碎錘爪進行碎草作業。產生的負壓將已切斷的草從喂入口吸入殼體內，經多次砍切、打碎，在氣流作用下均勻覆蓋在果園。通過液壓系統可以調節碎草機的作業高度。調節壓草輥安裝位置也可以調節刀軸相對于地面的高度，改變留茬高度。

2試驗設計

2.1試驗地概況

為測量果園行間碎草機基本指標和主要作業參數，2020年10月25日，在北京海升農業有限公司的矮化密植蘋果園進行碎草機田間作業試驗，配套動力為東方紅654型拖拉機。北京市延慶區位于北京市西北部，屬暖溫帶季風型大陸性半濕潤半干旱氣候，年均降雨量500～700mm，年平均溫度10.8℃。

2.2試驗指標與方法

2.2.1三維尺寸及基本參數

（1）試驗儀器：卷尺、直尺、轉速儀。

（2）測試方法：靜態測量碎草機三維尺寸、刀具類型、離地間隙等基本參數。將碎草機與拖拉機進行掛接，并將拖拉機動力輸出軸連接至碎草機動力輸入軸。啟動拖拉機動力輸出軸，在刀軸轉速穩定時，利用轉速儀進行測量。

2.2.2割幅

在同一行程中每15m測量1次，重復3次。測定的割幅長度，根據以下公式，計算每個行程的割幅利用系數。

2.2.3割茬高度

在同一工作行程中，等間隔15m取兩個測點，每個測點以平放于地面1m的鋼直尺為基準，逐次測定全割幅的割茬高度，每次等間距測定3個株高。測量的割茬高度，代人式（2）～式（7），可以得到每一行的平均割茬高度與割茬高度的穩定性系數[7]。

每一個行程的平均割茬高度為

2.2.4碎草率

在每個工作行程中等間距15m選取2個測量點，每個測量點按機具行進方向取1m全割幅面積為一測定區域。定義作業后草長lt;7cm為碎草，測定每個區域內碎草的質量，統計測定區域內已碎草的質量。測定區域內單位面積碎草的質量與單位面積已割草的質量比為碎草率，按式（8）計算[7]。

2.2.5漏割率

作業前每個行程區等間距15m選取2個測量點，每個測量點在機器的行走方向取1m的全割幅面積為一測定區域，測定每個區域內收割后未被切割的草高于割茬部分的質量即漏割損失質量，統計測定區域內應碎草的質量。測定區域內單位面積漏割損失質量與單位面積應碎草的質量比為漏割率，按式（11）計算。

2.2.6碎草機工作效率

選定1hm2果園工作區域作為記錄區域，田間零散分布碎石，碎草機作業速度為最大工作速度6.5km/h，分別記錄碎草機和人工完成工作區域凈作業時間，按照式（13）計算工作效率。

2.2.7油耗

機具油耗測量采用淄博科創電子有限公司的YH-DP2006型電噴油耗測量裝置（柴油發動機專用），測量過程將油耗儀串聯進拖拉機“油泵”和“油箱”之間，油耗儀與地面垂直，將放氣口正面朝上，試驗過程讀取油耗儀讀數并記錄結果。

2.2.8作業標準

碎草機作業參數參考指標為地方標準DB13/T2729-2018，碎草率≥85%、割茬高度≤12cm、漏割率≤10%，拋撒均勻度要求無明顯堆積現象。

3試驗結果

3.1三維尺寸及基本參數

測量結果如表1所示。

3.2割幅測定試驗結果

每一處割幅的測量結果如表2所示。

根據測量數據，可以求得每一個行程的平均實際割幅。碎草機的理論割幅為2000mm，代入公式，可求得每一個的割幅利用系數，結果如表3所示。

3個行程的測量結果表明，每個行程的割幅利用系數均在園藝專家的評定范圍內，并且3個行程平均實際割幅1892mm，割幅利用率為94.6%，也滿足評定范圍，因此滿足試驗指標。

3.3割茬高度測定試驗結果

試驗測量結果如表4所示。根據試驗測定結果，代人公式，可以得到每一行的平均割茬高度與割茬高度的穩定性系數，如表5所示。

3個行程的測量結果表明，每個行程平均割茬高度與割茬高度的穩定系數均符合園藝要求，并且3個行程割茬高度平均值為100.6mm，穩定系數為94.5%，在園藝專家的評定范圍內。

3.4碎草率測定試驗結果

試驗測定結果如表6所示。根據測定結果，代入相應公式，計算結果如表7所示。

通過試驗測定，3個行程的平均碎草率為88.8%，滿足試驗指標。

3.5漏割率測定試驗結果

測定試驗結果如表8所示。根據測定結果，代入公式，計算每個行程的漏割率，結果如表9所示。通過結果可知，該牽引式碎草機的每個工作行程漏割率均低于2%，3個行程漏割率為1.79%，因此，滿足標準指標要求。

3.6工作效率測定試驗結果

果園作業試驗過程發現，所選碎草機質量可靠運行穩定，碎草效果比較好，滿足生草果園對田間碎草的作業要求。根據試驗數據測算得知，果園碎草機的工作效率為1.28hm12/h，人工碎草作業效率僅為0.016hm2/h，碎草機作業效率是人工作業的80倍。

3.7油耗測定試驗結果

試驗過程油耗數據記錄結果如表10所示，由試驗結果可知，在不同作業條件下，碎草機平均油耗在8.4～10.2L/h，并且作業速度增大，機具油耗隨之增大。

4結束語

（1）經過測試，果園碎草機3個工作行程的割幅利用率為94.6%，在果園機械化發展的同時，實現農藝與農機相結合，果園行間生草的種植幅寬應小于碎草機的割幅寬度，達到碎草機單程全部覆蓋或草的種植幅寬為碎草機工作幅寬的整數倍，以實現碎草機往返全覆蓋碎草。

（2）通過對碎草機割幅利用率、割茬高度、割茬高度穩定性系數、碎草率和漏割率重要性能指標的試驗，結果表明，碎草機可靠性強，能較好靈活地適應果園復雜作業環境。

（3）根據測試結果可知，果園碎草機額定作業效率1.20～1.47hm2/h（18～22畝／h），平均作業效率為1.28hm2/h（19.2畝／h），油耗為8.4～10.2L/h。