齿带式和弹齿滚筒式捡拾器性能对比试验研究

江 涛，梁苏宁，金 梅，汤 庆，吴崇友

(农业部南京农业机械化研究所，南京 210014)

0 引言

油菜作为我国最重要的油料作物，在食用油和蛋白质饲料供应中占有很大比重，常年种植面积约0.07亿hm2，种植面积和总产量均位居世界前列。其中，长江流域冬油菜区是我国最集中的“双低”油菜优势产区，种植的冬油菜面积占全国油菜种植面积的80%以上[1]。

长江流域稻麦油轮作区域存在特有的茬口衔接问题，因此多采用移栽种植方式，以弥补大田生长期的不足[2]。移栽油菜在成熟期茎秆粗壮、含水率高、分支大、交缠严重，且油菜属于无限花序作物，在成熟期上下角果层成熟度差异较大，机械化联合收获存在一定的困难；而分段收获利用油菜自身的后熟作用，能够有效降低自身特性对收获造成的影响，因此被广泛使用。

捡拾环节作为分段收获的关键作业步骤之一，捡拾器的作业效果是分段收获整体作业质量的重要保证。目前，国内用于油菜捡拾作业的主流型式是齿带式捡拾器和弹齿滚筒式捡拾器，由于国内学者对两种捡拾器的研究相对独立[3-5]，各试验结果只能体现两种捡拾器的绝对作业效果，无法确定相对的捡拾差异。因此，本文通过两种捡拾器的田间直接对比试验及采样发芽测损试验，定量分析两种捡拾器的捡拾损失差异及定性分析直观捡拾效果差异，为后续油菜捡拾器的设计改进提供理论参考。

1 两种捡拾器结构及工作原理

1.1 齿带式捡拾器结构及工作原理

齿带式捡拾器结构如图1所示。

1.塑料弹齿 2.从动辊 3.捡拾带 4.中撑辊 5.主动辊图1 齿带式捡拾器结构Fig.1 Structure of tooth-belt pick-up header

捡拾收获机工作时，捡拾器的齿带在主动辊及从动辊的驱动下逆前进方向回转，待捡拾的物料在捡拾器前进推动以及弹性拨齿的共同作用下被输送至割台搅龙，并经由输送槽进入到脱粒滚筒以及清选室。

1.2 弹齿滚筒式捡拾器结构及工作原理

弹齿滚筒式捡拾器结构如图2所示。

当捡拾器工作时，滚筒盘跟随传动轴一起做逆前进方向的回转运动，曲柄一端固定在滚筒盘上，另一端的转动轮可以在凸轮型滑道内滚动，钢弹齿固定在曲柄上跟随一起转动。钢弹齿的运动轨迹由凸轮型滑道的外形轨迹所决定，钢弹齿从滚筒下方的护罩间隙伸出，随着机器前进以及自身转动挑起待捡拾油菜至滚筒上方。此时，由于凸轮滑道轨迹变化明显，钢弹齿与油菜分离，垂直向下运动并逐渐缩回至滚筒护罩内，油菜由于惯性作用进入割台。

1.钢弹齿 2.凸轮型滑道 3.曲柄 4.传动轴 5.转动轮 6.滚筒盘 7.滚筒护罩.图2 弹齿滚筒式捡拾器结构Fig.2 Structure of spring-finger pick-up header

2 田间捡拾性能对比试验

2.1 试验条件

本次田间试验时间为2017年5月30-31日，试验地点在江都市小纪镇，试验对象条件如表1所示。

表1 试验条件Table 1 Test condition

2.2 试验方法和因素水平

2.2.1 发芽率对照试验

从粮箱取油菜籽粒带回，单独进行5组发芽对照试验，用以确定该品种油菜籽粒的发芽率；每组取200粒油菜籽，在实验室内采用秧盘培育，待发芽完全后统计每个秧盘的油菜籽发芽颗数并确定发芽率。

2.2.2 捡拾损失对比试验

设定齿带式捡拾器试验为A组，弹齿滚筒式捡拾器试验为B组，每组试验各进行3次，各次试验均在同等作业水平下完成。每次试验行程10m，用彩条布接取脱粒清选损失，待行程完成后，在试验行进路线上进行2m×3m多区域采样，将采样区域内的所有油菜籽粒装袋保存带回。由于脱粒清选损失被接取，则该取样籽粒均为捡拾器作业所造成的捡拾损失。在实验室内进行同等条件的发芽试验并统计每次试验的发芽颗数并计算损失颗粒数和损失质量。

2.2.3 捡拾效率对比试验

捡拾器的工作效果要求高效、低损，除了捡拾损失这一绝对评价指标之外，捡拾机的作业速度也是关键因素。根据前人研究结果，捡拾齿端部线速度与捡拾机前进速度之比应当大于1[6-7]。根据收获机不同档位的前进速度，选取不同的捡拾器驱动链轮以达到不同的捡拾齿驱动转速，进而匹配必须的速度比。每次试验行程15m，用彩条布接取脱粒清选损失，以同样的方法取样带回并进行同等条件发芽试验。

3 试验观察

1)齿带式捡拾器。本次试验在原有捡拾器上方增加了拨禾轮作为辅助输送装置，如图3所示。之前的齿带式捡拾台只依靠齿带输送物料，会出现物料在带面堆积的情况，喂入不够顺畅。由于拨禾轮辐条数少、转速慢，拨禾轮拨指是直杆，不会勾带油菜茎秆，在添加拨禾轮后，捡拾输送喂入过程流畅度有所提高。但是，在将油菜拾起时仍存在问题，如拾起力度不够及捡拾齿对油菜的打击次多等。

图3 齿带式捡拾器作业Fig.3 Tooth-belt pickup header operation

2)弹齿滚筒式捡拾器。弹齿滚筒式捡拾器采用钢弹齿，相较于齿带式的塑料齿，在捡拾力度上具有较为明显的优势。由于钢弹齿插入物料群内部更深，捡拾效果较齿带式捡拾器更优，作业速度和效率相对较高，作业效果如图4所示。

图4 弹齿滚筒式捡拾器作业Fig.4 Spring-finger pickup header operation

两种捡拾器对横向铺放和纵向鱼鳞叠放的适应性均较好，均表现出了较高的捡拾流畅度。

4 试验结果

4.1 发芽对照试验结果

根据上述试验方法，统计每个秧盘的油菜籽发芽颗数，5组试验平均发芽率92%，具体结果如表2所示。

表2 发芽对照试验结果Table 2 Results of germination test

4.2 捡拾损失对比试验结果

根据上述试验方法，将各个采样区域所采集的试验样品分别放置于两个秧盘内进行培养(见图5)，待秧盘内的籽粒发芽充分后，统计每个区域的油菜籽发芽颗数，并根据4.1节的发芽对照试验结果得到最终每次试验的平均发芽颗数，具体结果如表3所示。

图5 秧盘发芽培养Fig.5 Cultivation of rapeseed表3 捡拾损失对比试验结果Table 3 Results of pickup contrast tests

组别区域①发芽数区域②发芽数区域③发芽数平均发芽数计算发芽数(92%发芽率)A组齿带式119182053210620262202216351783159716721817317881934187918672029B组滚筒式112781356140513461463220651876174518952060319331455156116501793

根据该品种油菜籽千粒质量4.9g，计算各次试验捡拾损失籽粒质量以及A、B组平均捡拾损失质量如表4所示。

表4 捡拾损失质量Table 4 Weight of pickup loss

各区域样本采集面积均为0.6m2，则按上述数据计算，齿带式捡拾器每667m2平均捡拾损失为10.93kg，弹齿滚筒式捡拾器每667m2平均损失为9.62kg。该品种产量为2 625kg/hm2，则齿带式捡拾台的平均捡拾损失为6.25%，钢弹齿式捡拾台的平均捡拾损失为5.5%。

4.3 捡拾效率对比试验结果

以上述同样的方法计算出每次试验的损失率，具体结果如表5所示。

表5 捡拾效率对比试验结果Table 5 Results of pickup efficiency contrast tests

5 试验分析

两种捡拾器的捡拾损失率皆偏高，在同一试验条件下，齿带式捡拾器由于带面倾斜，与搅龙底板蜗壳衔接处缝隙过大，是造成损失偏高的主要原因。弹齿滚筒式由于钢弹齿对物料打击力度大及特殊的运动结构关系，即各段滚筒护罩之间存在能让捡拾钢弹齿通过的间隙，导致捡拾过程中漏损严重，如图6所示。

图6 两种捡拾器漏损间隙Fig.6 Leakage of the two headers

由于齿带式捡拾器的塑料弹齿本身较软，捡拾力度较小，当机具前进速度较低时，齿带对作物的推送作用不够，导致捡拾顺畅度较低，容易在齿带前端产生堆积，损失率较高。随着机具前进速度增加，捡拾顺畅度有所提高，损失率下降；但随着速度继续增加，捡拾齿的线速度也相对提高，对油菜的打击力度增加，导致损失率有所提高。弹齿滚筒式捡拾器的捡拾齿是金属材料制成，捡拾力度大，在作业速度较低时对油菜的拾起效果更好，因此损失率较低。但是，随着机具前进速度增加，捡拾齿线速度增加，对油菜的打击力度增加，由于滚筒式捡拾器各排齿之间的间隙较大，当打击力度大时，油菜角果裂开，油菜籽粒通过间隙掉出机外，捡拾漏损较大。由于齿带式捡拾器的带面无间隙，因此被捡拾齿碰落的油菜籽粒掉落在齿带上，大部分均可随着齿带一起运动进而被输送至搅龙，损失率升高没有弹齿滚筒式明显。

6 结论

1)两种捡拾器对油菜铺放的适应性均较好，能够与割晒机配合完成分段收获作业。

2)在机具正常作业水平下，齿带式捡拾器的平均捡拾损失率为6.25%，弹齿滚筒式捡拾器的平均捡拾损失率为5.5%。

3)弹齿滚筒式捡拾器在正常作业水平下，捡拾顺畅度更高，损失更低，作业效率更高。而随着机具作业速度的增加，齿带式捡拾器所表现出的适应性要优于弹齿滚筒式捡拾器，后者由于钢弹齿打击力度大和特殊结构原因导致损失快速升高。齿带式捡拾器更适合与大喂入量联合收获机配套，完成平整田块的高速捡拾作业。

4)在本文所做试验范围内可以看出：两种单段式捡拾器均存在一定的结构问题，还需进行优化完善，以更好地完成油菜捡拾收获作业。