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机械加工如何提高生产效率(生产过程机械化)

更新时间:2022-08-01 00:33:57
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生菜省力化全程机械生产模式探究

为提高北京市蔬菜生产机械化水平,北京市农业机械试验鉴定推广站叶菜团队近几年从现状和需求调研入手,初步掌握了北京蔬菜生产及农机化应用的基本情况,针对农机化技术的需求情况、痛点和难点,采取先易后难的思路,通过技术引进、样机改进、联合研发、筛选试验等多种手段和方法,在京郊试验示范了50多种叶菜相关的机械化技术,并以叶菜团队重点关注的生菜、芹菜、油菜、菠菜、快菜这五种叶菜(种植面积相对较多)为研究对象,初步探索出生菜全程机械化的生产模式,这种模式已经在京郊得到一定面积的应用,部分技术环节可复制、可示范、可推广,对北京市乃至华北地区的蔬菜种植具有一定的指导作用。

摸清家底开展调研

影响因素

叶类菜从业者显现老龄化、妇女化、外埠化、家庭化的趋势。叶类菜生产换茬频繁、劳动强度大、产品不易贮存、价格变化大是其基本特点,随着劳动力成本不断提高,叶类菜生产的各个环节迫切需要机械化,实现增产增收,对贮存保值也提出了一定要求。根据调查发现,影响北京市叶类菜生产机械化发展的因素既有主观的,也有客观的。

◆主观因素

一是人们普遍认为叶菜生产周期短、劳动密集,传统生产模式就是手工活,对机械化作业的认识程度不到位,再加上人为感觉机械作业赶不上人工作业的质量,所以不愿接受机械化作业;

二是有的菜农认为购买机械设备一次性投入大,成本回收周期长,不如出些体力或临时雇佣人力更为方便;

三是在实际核算作业成本时,不考虑菜农本身的劳动力成本,因此认识不到机械作业的效益和产出。

◆客观因素

一是从事研究叶类菜生产过程中其他环节的农业机械人员较少,成批量生产的就更少,菜农不知道哪些机械设备可以用于叶菜生产;

二是有些设备的价格偏高或性能参数不能很好地适应叶类菜生产的需要;

三是在其他领域应用的一些机械设备在农业生产中可能会起到作用,因缺乏前期的试验示范,菜农还不能接受,需要像创新团队这样的组织去介绍给农民并加以推广应用;

四是有些用于大田或其他作业的机械、装备或手工工具,加以改进后从性价比上可能会更适用于叶菜生产,而目前缺少对这些机械设备进行研究、改进、创新的机制和平台。

配套技术

表1是2005~2017年部分农业种植情况,从表中数据看,2012年设施农业种植面积达到峰值,近几年呈缓慢减少的趋势。就蔬菜种植情况来说,北京市的蔬菜种植主要有露地蔬菜、塑料大棚和日光温室3种种植模式,蔬菜品种和生产模式不同,对农机农艺融合技术要求不同,其机械装备配套不同。

◆露地蔬菜

撒施肥、起垄机械不足,有机肥以人工撒施作业居多,起垄机有少量简易起垄机应用,垄形不规范,不利于后续机械化作业;现有的播种(移栽)机械无论从作业质量和生产性能上看,远达不到首都现代农业生产的要求,因株行距、穴深、品种等多种因素,蔬菜播种(移栽)机推广普及缓慢;植保作业仍以手动(背负式)喷雾机为主,先进高效植保机械缺乏;适宜的收获机械较少。

◆塑料大棚

目前用于塑料大棚的小型微耕机作业深度不足15cm,难以达到农艺生产要求。此外,起垄、铺管、覆膜、移栽环节基本以人工为主,缺乏相应机械设备。

◆日光温室

设施设备保有量较低,设施综合机械化水平仅33.5%。施肥、移栽(播种)、采收等环节缺乏配套的机械设备,现有的机械设备以小型机械为主,有待改进。

育苗是蔬菜生产的重要环节,目前北京市机械化、集约化、智能化的育苗机械装备不足,基本依靠人工育苗,缺乏现代化的育苗厂家或企业,其现有育苗设备科技水平不高、育苗质量参差不齐,专业化、先进高效的育苗机械设备普遍缺乏。

开展蔬菜生产省力化、宜机化技术的研究

近几年,北京市叶菜团队在省力化、宜机化技术装备引进、研发改进、试验示范方面做了一些初步探讨。

提出棚头改造技术方案

针对塑料大棚门头普遍偏小的现状,提出了棚门改造的两套技术方案,并已经申请实用新型专利。通过该技术的实施可以解决目前多数大棚不适宜农机作业时机具进出的问题,若棚头改造加棚头临路的路面、棚间门头方向的改造加以配套,则多数大棚的宜机化作业问题可得到明显改善,能极大地减少棚头机具作业时掉头拐弯的时间。具体的改造方案如下:

图1 棚头改造方案之一

图1中采用的拆装式结构形式,改造特点是通过骨架、横梁、边梁、活动门及活动扇的构件设计,非作业时门头呈整体构件,作业时,活动门和活动扇可方便拆下,整体门头呈空旷状,可满足机具的自由直线进出,从结构上彻底解决了棚头拐弯和掉头的问题。

图2中采用的折叠式结构形式,改造特点是通过大棚门和其外侧的异形门上安装的滚轮在轨道中移动,实现大棚门及其外侧的异形门的折叠侧移,从而实现门头的空旷状态,以满足机具的自由直线进出问题。

图2 棚头改造方案二

提出运输轨道车的技术方案

为了解决日光温室和塑料大棚的投入品和产出物的运输问题,提出了日光温室后墙走道处的吊挂式轨道、地面轨道及轮式运输的技术方案,解决了运输费工费力的问题。

方案一是在日光温室后屋面上通过组装的方式设置吊轨,通过人力推动与吊轨中滚动的滚轮柔性悬挂的吊框实现省力化的运输物料的功能,从而实现简易的省力化作业;该方案可应用到大棚的中部以吊挂的方式来实现货物的省力化运输。

方案二的设计思路是通过日光温室后墙走道上铺设轨道,电动或人力推动的小车在轨道上行走,从而达到省力化运输的目的,该方案可在两端设立机械或行程开关控制机构,实现两端的限位停止功能,在大棚内,可将轨道设置在大棚的中线部位。

提出省力化栽培模式

为了便于设施内的机械化作业,结合省力化技术的作业特点,在条件允许的情况下,团队提出了按日光温室和塑料大棚按长度方向来种植,长度方向铺设滴灌管路,这样在不影响或极少影响作物产量的情况下,可以为机械化作业创造出必要条件,有利于起垄、播种、除草、施药、收获等环节的机械化作业。

以生菜种植为切入点,探索全程机械化的实现途径

北京的叶菜种植面积中生菜所占面积最大,生菜生产周期相对较长,一般采用集中育苗、移栽定植的生产模式,育苗环节采用集约化育苗,一是可以用相对较少的投入控制或改善育苗环节的环境条件,进而有效地减少苗期占地面积及控制环境条件的投入成本,同时又利于保持苗期的一致性生产,为后期的定植提供相对较好的壮苗。

北方地区的生菜生产多采用苗盘育苗、土壤定植生产的生产模式,其生产过程可分为育苗播种、施基肥、深松、耕整地、起垄(铺带覆膜)、移栽定植、田间管理、收获、废弃物处理等九个大的环节。北京市农机鉴定推广站叶菜团队紧抓这些关键环节,经过多年的努力,采用引进消化、研发改进、试验示范等方式提炼出50多种生菜生产机械化技术,这些机械化技术的展示对推动北京市叶菜生产特别是生菜生产的机械化水平提供了技术路线,其中部分环节达到了可复制可推广的程度。以下分环节介绍生菜生产机械化装备的试验示范情况。

◆育苗播种环节

育苗播种是生菜生产的第一个重要环节,存在人工播种劳动强度大、生产效率相对较低等问题,为此研发团队采取的方法有:

一是合作研发了手持式叶菜苗盘播种器(图3),该机针对生菜、芹菜等细长的异形种子设计,采用气吸式手持作业方式,价格便宜、操作方便,换用不同的吸种盘可完成不同穴数的苗盘播种。可完成生菜、芹菜等小粒异形种子的苗盘播种作业,单粒率不低于80%,播种生产率是人工的5倍以上,适宜于一家一户育苗作业。

二是研发了长孔穴窝眼容种(图4)、磁力错位播种的穴盘播种器,该播种器为无动力式手持播种,操作简单、实用性强,适宜于一家一户育苗作业。

三是引进了半自动气吸穴盘压穴播种机(图5),该机采用人工放置装好底土的穴盘,通过自动输送机构将苗盘步进式推进的同时成行压出穴孔,再通过气吸式吸针将种子成行吸上并放入压好的穴中,其作业效率较高,但价格偏贵,适宜一定规模的育苗基地使用。

◆深松作业环节

深松作业主要是为了解决温室、大棚等设施长年生产形成的犁底层问题,大田作业的深松机由于体积相对较大,不适宜在设施中使用,为此,团队分别研发了与微耕机和大棚王四轮拖拉机配套的深松机(图6),该2种机型均能达到深松深度30cm,在一定程度上解决了设施内的浅犁底层问题。

◆施肥环节

施底肥是一个劳动强度相对较大的环节,研发团队筛选了3种施肥机,分别是悬挂园盘抛送式颗粒肥施肥机、牵引式链耙输送撒肥机和自走式撒肥车(图7)。

图7 施肥机

◆耕整地环节

一是研发了小型动力耙(图8a),以前的驱动耙多数为大型拖拉机配套使用,研发团队研发了与中小型拖拉机配套使用的动力耙,为蔬菜耕整地环节提供了一种小型动力耙。

该机以拖拉机为配套动力,通过动力输出轴经齿轮变速箱驱动位于盒式机架内的水平圆柱直齿啮合传动,带动“门”字型动力耙刀,边旋转,边前进,撞击土块,使耕层土壤松碎。钉齿梁后面连接由圆钢构成的扭旋状滚耙,可使表土更为细碎平坦,并有镇压作用。可通过调整碎土辊的高度,来控制耙的作业深度。

二是筛选旋耕机(图8b)和灭茬旋耕机(图8c)。

图8 整地机机

◆起垄(铺带覆膜)环节

机械加工如何提高生产效率

一是研发了与微耕机配套的起垄机;

二是研发了与四轮拖拉机配套的单行和双行起垄铺带覆膜及膜上压土一体机;

三是引进了其他类型的起垄(铺带覆膜)机(图9)。

图9 其他类型起垄机

◆移栽环节

移栽环节以引进和筛选为主,在经济和作业质量上都能适宜现阶段生菜生产的机具还不多,图10中研发团队仅进行了初步试验,在一定程度上可以满足生产要求。

◆田间管理环节

田间管理以植保和除草为主要内容,目前主要筛选了背负式动力喷雾机、水雾烟雾机、喷杆式喷雾机三种类型(图11),除草设备正在筛选过程中。

图11 植保机械

◆收获环节

叶菜收获环节研发团队对引进的韭菜收获机、小青菜收获机和生菜收获机(图12)三种类型的机具进行了初步的试验,生菜收获机由于价格偏高其实用前景还不明朗。

目前,北京市生菜收获大多采用人工收获,使用机械收获的很少。而生菜收获机生产厂家国内几乎是空白,国外有比较成熟的机型,要实现机械收获生菜,必须在移栽环节就与使用的收获机进行配套栽植,以便形成标准的机械化种植模式。

图12 收获机械

◆残叶废弃物处理环节

地表的残叶处理可选择使用灭茬旋耕机或普通旋耕机,将残茬粉碎后埋入地下,也可以采用机械粉碎并经无害化处理后作为肥料回归到大田。近年来,研发团队主要筛选了叶菜揉搓机、叶菜粉碎机、枝条粉碎机这三种设备(图13)。

图13 残叶废弃物

初步建立了生菜生产全程机械化的配套模式

通过上述农机化技术的引进、筛选、改进、研发、试验示范,初步建立了生菜全程机械化的配套模式(图14),其中各环节可选机具的种类不尽相同,部分环节的配套机具较多,可复制可推广,个别环节的投入成本相对较大。

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