摘 要:为提供苎麻［Boehmeria nivea(L.)Gaud.］机械化收获技术和装备支持，促使快速解决苎麻收获难的瓶颈问题，在湖北省咸宁市向阳湖基地苎麻头麻收获期，选取 4LZ-130型圆盘切割式苎麻收割机、4GM-185 型饲用苎麻收割机和 4MZK-200 型苎麻联合收割机 3 种机型进行苎麻收割效率、割茬高度、漏割情况、出现故障情况和平均故障间隔时间的机械选型试验。结果表明，4MZK-200型苎麻联合收割机作业质量更接近相关行业标准，更适宜高效种植模式下苎麻机械化收获，其收割效率为 0.5 hm2/h、割茬高度为 8 cm、漏割率为 0.7%、故障诊断误诊率为 0.7%、平均故障间隔时间为 112 h。
关键词:苎麻［Boehmeria nivea(L.)Gaud.］；机械化收获；机械选型
苎麻［Boehmeria nivea(L.)Gaud.］为荨麻科苎麻属多年生宿根性草本植物，是起源于中国的重要纤维作物，国际上又称“中国草”[1]，在中国长江流域及以南地区广泛种植。中国是世界第一大苎麻生产国，产量占世界的90%以上[2]。苎麻用途很广，饲用苎麻富含蛋白质、赖氨酸、类胡萝卜素和钙等营养物质，是理想的植物蛋白质的饲料作物[3-5]；苎麻根是传统的中药材，具有止血、止痛、解毒、抗病毒、抑菌、保肝等多种药理活性[6,7]；苎麻纤维坚韧，强力大而延伸度小，还具有不易霉变和虫蛀，散热快、绝缘等优势，是环保、低成本的良好生物原料[8-10]；同时苎麻茎秆也是优质的造纸、碳粉和食用菌基质[11,12]。随着农村劳动人口的老龄化和劳动力成本的提高，苎麻全程机械化生产，尤其是苎麻的机械化收获已成为亟待解决的问题[13]。本研究在湖北省咸宁市向阳湖基地苎麻头麻收获期，选用4LZ-130型圆盘切割式苎麻收割机、4GM-185型饲用苎麻收割机和4MZK-200型苎麻联合收割机进行苎麻收割效率、割茬高度、漏割情况、出现故障情况和平均故障间隔时间的收割机械选型试验，以期获得高效生产模式下苎麻收获机械较为满意的机型，从而减轻农民劳动强度，提高生产效率，推动产业发展。
1 苎麻机械化收获发展情况
由于苎麻是韧皮纤维作物，茎秆中含有大量纤维，内部又含有麻骨，生物产量大，收获季节短，对收获机械的工作性能和作业效率有较高的要求，加之苎麻作为中国传统经济作物，国外少有研究，致使机收水平一直相对滞后。随着苎麻产业的快速发展，国内一些高校、科研院所、企业纷纷开展了苎麻收获机的研究，已有机型包括农业农村部南京农业机械化研究所研发的LMZ-160型履带式苎麻收割机、湖南德人牧业集团与中国农业科学院麻类研究所联合研制的4QZ-2.0型履带自走式苎麻收割机、中国农业科学院麻类研究所与益阳资江收割机厂联合研制的4LZ-130型圆盘切割式苎麻收割机、中国农业科学院麻类研究所与佳木斯东华收获机制造有限公司联合研制的4GM-185型饲用苎麻收割机、农业农村部南京农业机械化研究所研制的4MZK-200型苎麻联合收割机5种。
2 材料与方法
2.1 试验区与材料选取
苎麻收获试验地点选择在咸宁市农业科学院向阳湖基地，面积0.8hm2、黄壤土，试验品种为华苎4号。规划无厢沟、无腰沟、小缓坡，有利于排水和机械行走，采用宽窄行栽植(宽行行距70cm，窄行行距30cm，株距50cm)，配套水肥管理、病虫害防控高效生产技术。试验时间为苎麻头麻期。收获时苎麻平均高度为192cm，密度为51株/m2。试验测试仪器包括便携式风速气象仪、秒表、卷尺、电子秤等，均为合格仪器。测试范围和精度符合试验要求[14]。
2.2 试验方法
试验方法主要参照国家标准GB/T10395.1—2009《农林机械安全第1部分:总则》进行。将0.8hm2麻地划分成3个作业地块(长120m、宽20m)，每种机型1个地块，作业地块分为准备区(长10m、宽20m)、试验区(长100m、宽20m)和停车区(长10m、宽20m)3个区域，试验区又平均分为3垄(长100m、宽5m)，每种机型试验3次。试验前，测定试验区苎麻平均自然高度、平均茎粗，查看倒伏情况，调整好收割机运动参数；试验时，不换挡和改变作业速度，以正常工作状态收割苎麻，最终停在停车区。试验后，检查收割后的试验区有无倒伏漏割的苎麻，测量实际割茬高度、记录出现故障情况和测算平均故障间隔时间。
2.3 试验用机
4LZ-130型圆盘切割式苎麻收割机(以下简称4LZ-130机型)采用双圆盘切割方式，在切割装置上装有拨杆，利用切割装置的自转带动拨杆实现拨麻的效果。采用履带式行走方式，割幅宽度为1.3m，能够实现饲用苎麻的收割及将割断的麻株定向拨倒[15]。
4GM-185型饲用苎麻收割机(以下简称4GM-185机型)是在已有茎秆收割机基础上研制改装的。该收割机由XJ-502LT型轻型履带式拖拉机提供动力，行走幅宽1.6m，履带宽度350mm，工作幅宽1.8m，行走速度范围0~12km/h，动力输出曲柄转速为540/720r/min可调，割台高度可自由调节[15]。
4MZK-200型苎麻联合收割机(以下简称4MZK-200机型)是在LMZ-160型履带式苎麻收割机的基础上改进研发的。主要由履带式底盘、扶禾装置、分禾器、自动升降割台机架、割刀传动装置、纵向强制输送装置、横向输送机构、集秆箱、液压系统和电气控制系统部分组成。该苎麻联合收割机解决了切割输送环节割茬不整齐、切割效率低、输送易折断堵塞等难题，揭示了苎麻联合收割机切割输送作业参数中前进速度、割刀切割速度和链条输送速度对切割效率、失败率和输送率的影响规律，并以切割效率、失败率和输送率为响应指标进行多目标优化。
3 结果与分析
由表3按照以上方法和条件，根据GB/T10395.1—2009《农林机械安全第1部分:总则》规定的测试规格、重复次数及数据采集方式，计算出各项检测指标，数据处理结果如表1所示。通过前期收割机收割试验发现，苎麻的茎粗对收割机性能影响较大，茎粗越粗，收割效果越好。由表1可以看出，3个试验区苎麻高度和茎粗差异不大，符合3种机型收割机选型试验要求。
表1 3种机型收割试验数据
3.1 收割效率和漏割率
漏割率的计算方式为:每个行程在测区长度方向上等间距测定3点，每点测定1m×1m面积范围，计录苎麻茎秆总数，从中挑出未切割的苎麻茎秆数，计算每点漏割率的平均值Lgi=Sbi/Szi×100%。其中，Lgi为i测点漏割率，Sbi为i测点中未切割苎麻茎秆数，Szi为i测点苎麻茎秆总数。
由表1可以看出，4LZ-130型、4GM-185型和4MZK-200型苎麻收割机的漏割率分别为2.0%、3.8%和0.7%，其中，4MZK-200机型的漏割率最低。漏割率是影响收割效率的重要因素[15]。这导致4LZ-130机型和4GM-185机型的收割效率均低于4MZK-200机型。3款苎麻收割机中也仅有4MZK-200机型达到合格标准。
3.2 割茬高度
在无厢沟、无腰沟、小缓坡，利于排水和机械行走，采用宽窄行栽植(宽行行距70cm，窄行行距30cm，株距50cm)，配套水肥管理，病虫害防控的宜机化高效种植模式下，3种机型的割茬高度均达到合格标准，其中4LZ-130机型割茬高度最矮，4GM-185机型最高，分别为7cm和10cm。
3.3 故障诊断误诊率和平均故障间隔时间
平均故障间隔时间又称平均无故障时间，指可修复产品两次相邻故障之间的平均时间，是衡量一个产品的可靠性指标，单位为“h”。它反映了产品的时间质量，是产品在规定时间内保持功能的一种能力。由表1可以看出，3种机型中4GM-185机型的故障诊断误诊率为1.9%，表现最高，平均故障间隔时间为43h，间隔时间最短；而4MZK-200机型故障诊断误诊率最低，平均故障间隔时间却最长。说明故障诊断误诊率可能是平均故障间隔时间的直接影响因素，两者构成反比关系。对比3种机型，4LZ-130机型和4MZK-200机型都达到合格标准，4MZK-200机型表现最优，平均故障间隔时间达到112h。
4 结论与讨论
通过对3种收割机田间试验结果进行分析，发现4MZK-200型苎麻联合收割机的作业质量更接近相关行业标准，更能满足苎麻收获的基本要求。
在试验过程中发现的问题总结如下。一是由于苎麻高度较高且长势不一，收割机在收割-传送-打捆环节上还存在问题，需要继续跟踪研究；二是收割机重量太大，接触面较大，对麻地后期苎麻生长影响较大；三是需要加强对农机手培训，确保农民用好农业机械。
苎麻产业的发展需要提升农机与农艺深度融合的认识，加大资金和科研的投入，重视苎麻机械化收割的研究与开发。此次选型研究试验对发展苎麻机械化收获、提高苎麻收获效率、降低劳动强度、节约劳动成本、促进苎麻产业健康可持续发展具有重要意义。
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文章摘自：王维，蔡克桐，张奥深，黄超．宜机化种植模式下苎麻收获机械的选型[J]．中南农业科技，2023，44(12)：77-79．
