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   南京农机化所研制新型棉花打顶机

       可实现智能控制 突破了切割与仿形两大技术难点

发布日期:2016年9月6日  来源:中国农机化导报  作者:王佳傲



连日来,由农业部南京农业机械化研究所自行设计研发的3MD-4型棉花打顶机,正在山东省滨州市无棣县进行田间试验。这款机器于2014年开始研制,经多次改进,至今已经是第三次开展试验测试了。根据目前的研发情况来看,该机型可同时实现4行棉花的精准仿形打顶作业,打顶高度可有效控制在2070毫米范围内,打顶合格率达到85%以上,作业效率为每小时810亩。

目前,棉花生产全程机械化的技术中,耕播已有较为完善成熟的机械,但棉花打顶机械作业是仍然存在、急需攻克的技术难题。棉花打顶是在棉花生产过程中去除棉花顶端、促进棉株结铃结桃、实现棉花丰产的关键环节。棉花打顶作业机械化水平低,已成为制约我国棉花产业全程机械化发展的瓶颈之一。

我国棉花打顶作业的现状

与其他农作物相比,棉花作物具有着高矮不一、行距密度不同的特点,这使得棉花打顶实现机械化作业存在着更高的难度。目前我国棉花打顶几乎全部由人工进行作业,存在着劳动强度大、劳动力需求大等问题。据了解,棉花人工打顶的作业效率为一人一天可打顶23亩,而成本高达每平米0.5元左右。同时,低下的作业效率,还有可能造成大量棉花的生长状况不一,耽误棉花的生长时间,影响棉花整体产量。

我国目前拥有的棉花打顶机,在棉花打顶作业中存在着损伤率高、适用性差等问题。南京农业机械化研究所研究员石磊称,目前我国正在研制中的棉花打顶机通常采用两种方法,第一种方法为使用单刀切割,即利用一个圆盘刀对棉花进行旋转切割,第二种方法为甩切割,即利用一根高速旋转的绳子进行切割,“这两种方法在作业中稳定性很差,容易损坏棉花。”

正是由于我国现有的棉花打顶机存在着这样那样的问题,无法完全满足棉花打顶作业的要求,所以目前我国的棉花打顶几乎全部由人工进行作业。

3MD-4型棉花打顶机研发历程

据石磊介绍,3MD-4型棉花打顶机2014年开始研制,去年,南京农机化所的茎秆类收获机械创新团队开发出了第一台3MD-4型的原型机,并进行了首次试验,在试验中,原型机的作业效率达到了每小时5-6亩,虽然这已远远高于人工打顶的作业效率,但试验也暴露出了原型机打顶精度不够、可靠性不足等问题。

通过对机器不断地研发与改进,今年7月,创新团队携改进后的3MD-4型棉花打顶机在山东滨州、聊城,河南安阳等多地开展了为期两周的第二次田间试验。创新团队针对不同品种、不同生长状况的棉花,对棉花打顶机的响应速度、切削量及控制算法等部分进行了试验研究。针对棉花机械打顶、人工打顶及化学打顶等不同方式对棉花产量的影响进行了试验。

“经过两周田间试验获得的数据来看,目前我们自主研发的3MD-4型棉花打顶机作业效率达到了每小时810亩,同时打顶精度和机器的可靠性也有了巨大的提升,”石磊说,截至目前,3MD-4型棉花打顶机的打顶高度可控制在2070mm范围内,打顶合格率达到了85%以上,可适应不同品种棉花的打顶作业,在保证打顶精度与机器可靠性的前提下,机械打顶的作业效率已远远超过了人工打顶。

棉花打顶机技术的重大突破

棉花的切割,相较于其他农作物更为麻烦,“不是随便切一刀就行,棉花有一个切割的结构范围,需要在打顶位置下面的7公分左右进行切割,切太多了会损伤棉花,切得太少又会导致切不掉。”石磊说。

南京农机化所的创新团队为3MD-4型棉花打顶机安装了高精度超声波传感器与光栅检测传感器,同时使用了南京农机化所自主研发的智能控制器,并结合创新设计的快速响应伺服驱动系统,将这些技术集中起来,使得3MD-4型棉花打顶机可以利用智能控制探测棉花的高度,机身刀具切割的方向可以移动,并能根据棉花头的高度进行仿形。

3MD-4型棉花打顶机的研发突破了两个难点:切割和仿形。在切割方面,创新团队对切割刀具进行了创新,摒弃了过去常用的单刀切割和甩绳切割两种方式,首次应用了双圆盘刀切削系统。在仿形方面,创新团队在机器上应用了高精度超声波传感器与光栅检测传感器,同时优化了机器的响应速度,通过编辑程序,控制算法提升了机器智能系统的完成度,值得一提的是,与现有机械仿形技术不同的是,现有机械是通过调整作业机器的高低来实现仿形作业,而3MD-4型棉花打顶机是通过直接调整刀具的高低来实现仿形作业的。

石磊表示,棉花打顶机的研发是否成功,主要取决于能否降低机械作业的漏切率和棉花损伤率,“棉花的产量是最重要的,与人工打顶相比,如果机械打顶结束后,棉花的产量不低于人工打顶后的棉花产量,那就算是成功了。”

据石磊介绍,本周正在山东省滨州市无棣县进行的第三次田间试验是根据7月的试验结果进行改进的机型,主要针对棉花打顶机的速度匹配,目的是为了优化机器的行驶速度,自动调节功能与打顶切削的响应速度,这使得驾驶员不再需要非常谨慎地控制作业中机器的行驶速度,从而简化作业操作,进一步提高棉花打顶的准确性与适应性。本次试验将为3MD-4型棉花打顶机的后续改进提供关键性的参数。

科研成果即将落地

据悉,目前泰州常发农业装备有限公司已经与农业部南京农业机械化研究所就3MD-4型棉花打顶机达成了合作,泰州常发农业装备有限公司主要负责这款棉花打顶机的制造,“我们会根据近期的实验情况进行分析,如果最终结果显示机械打顶后棉花产量不比人工打顶棉花产量低的话,今年就会在改进的基础上小批量生产并投放市场。”石磊表示,一项新技术的研制开发一般需要3-5年的时间,研究所只是提供基础的设计与技术原理,如果产品大面积投入市场,还需要想办法降低成本、完善设计,“当然,这就需要研究所与企业联合进行了。”

泰州常发农业装备有限公司的负责人周主任称,企业与科研所合作,看重的是先进的技术,“据我们了解,目前国内还没有能够实现棉花机械化打顶的农业装备。”当谈到3MD-4型棉花打顶机的市场前景时,周主任说,“全国棉花产区巨大,新型棉花打顶机的市场需求应该也很大,我们对这款机器的市场前景非常看好!”

 

                             河南安阳田间试验

 

                          棉花顶端切除效果

 

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