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一、我國棉花機械化采收試驗研究概況
棉花收獲是棉花生產中十分重要的環節,也是耗費勞力**多的作業環節。兵團農業素以高度機械化的大農業而著稱,目前兵團農業生產綜合機械化程度為82%,但是棉花生產機械化程度偏低,其機械化程度約為43%,其中棉花的采收還完全依靠人工。人工采收棉花日均工效60公斤籽棉,為此需耗費大量人力、物力、財力完成采收作業并由此帶來許多社會經濟問題,在兵團,人工采收棉花已成為棉花規模化生產的嚴重障礙。
棉花收獲機械化是一項系統工程,其涉及到棉花品種、農藝栽培措施、田間生產管理、殘膜回收、化學脫葉催熟、機械采收、棉花清理加工、皮棉質量標準等諸多環節,根據國外棉花收獲機械化技術裝備的要求并結合我國尤其是兵團的棉花生產現狀,必須從系統工程的高度全面改進和優化傳統的棉花種植機械化過程,才能在生產中推廣應用棉花收獲機械化技術裝備。
國家對棉花收獲機械化問題一直比較重視,起步也較早。我國從1953年到1964年雖曾在北京、新疆、江蘇、遼寧、安陽等地試驗過蘇聯的CXM—48、CXM—48M及XBC—1.2型垂直摘錠式采棉機,但由于軋花廠沒有合適的清花設備配套,含雜多的機采籽棉無法加工符合收購的要求而未能用于生產。在此期間我國的技術人員還研制了氣吸和氣吸振動式采棉機,并在新疆仿制建立了機采籽棉清理加工試驗車間,經部分批量試驗表明:經過機器采收的籽棉,清理加工后皮棉質量僅有少許下降,對紡紗無明顯影響。后因“文革”的干擾,此項工作被擱淺。
1989~1993年,新疆生產建設兵團農業局組織兵團農科院、新疆農科院等單位在農八師148團二隊對引進的原蘇聯全套棉花田間生產機械化設備進行綜合試驗,該套設備中包括CMX—2.8垂直摘錠采棉機、棉桃收獲機、凈棉機等十臺套機械,是我國首次從農業機械工程的角度全面認識和實踐棉花生產機械化,通過近三年的試驗,消化吸收了棉桃收獲機、凈棉機等機具,并結合兵團實際探索了人工快采棉采收方法和清理加工工藝及設備配套方案,在南北疆部分植棉農場進行了試驗。
通過該項目的實踐,兵團各級領導及廣大技術人員均認識到:棉花收獲機械化是一項系統工程,僅從機械入手,難以甚至不可能實現棉花收獲機械化,必須走綜合技術配套的道路才能逐步實現棉花收獲機械化。
為此,新疆生產建設兵團于1996年5月經司令員辦公會議批準:投資3000萬元,立項實施“兵團機采棉引進試驗示范項目”,項目實施期為1996~2000年,從系統工程的角度出發,確定項目實施方案:從適合機采的棉花品種選育到機采棉棉花種植模式、田間管理、化學脫葉催熟、采棉機國產化設計、新型采棉機引進試驗、機采棉清理加工工藝、配套設備、皮棉質量標準等環節全面開展試驗研究,系統研究棉花收獲機械化問題。還成立了以兵團胡副司令員為首的機采棉試驗項目領導小組、項目辦公室和三個專業技術執行和研究小組。同時通過努力,使各方籌措的項目資金陸續按計劃到位,保證了項目正常有序的展開。此項目的實施分5年完成,首先在試驗區先后引進了六臺采棉機(美國迪爾9965型1臺,9970型3臺;凱斯2555型2臺自走式五行采棉機)進行田間試驗;其次是通過原國家經貿委和機械部立項,由新疆聯合收割機廠生產的4MZ—3型自走式采棉機和4MZ—2型背負式采棉機各1臺,在項目試驗區進行了機采試驗;再次是在八團建成了美國拉姆斯公司清理設備與國產軋花機、打包機配套的小時處理量為10噸籽棉的機采棉加工廠一座;為了適應采棉機的采收行距以保證預定的單產水平,五年來,進行了各種栽培方式的試驗,并改制了播種機,研究探索出了(68+8)cm或(66+10)cm帶狀三角形的株行配置方式;在脫葉催熟試驗方面,做了多種藥劑配比和噴施時間的對比試驗,取得了落葉催熟較好的效果;累計機械采收面積30000畝,在品種選育、栽培管理模式;脫葉配方及多方面進行了相關試驗;將機采棉花送國家權威專門機構檢測并送紡織廠進行試紡,進一步確認了機械采收棉花對棉纖維品質沒有明顯影響的結論,棉花具有較好的一致性;為機采皮棉標準的制定做了基礎性工作,產生了機采棉企業標準。
“兵團機采棉引進試驗示范項目”的實施,吸引了國內外許多知名棉機企業積極參與項目,為項目的實施提供了先進的技術裝備,極大地推動了我國棉花收獲機械化應用進程。
2000年12月經兵團司令員辦公會議批準,成立以胡兆璋副司令員為組長的兵團機采棉新技術推廣領導小組,下設兵團機采棉技術推廣辦公室,全面負責兵團機采棉技術推廣的日常工作。在條件成熟的團場啟動機采棉工程技術推廣工作。兵團、師在資金、技術上給予大力支持。
至此,從2001年起,兵團開始在農一、二、三、六、七、八師等六個主要植棉師條件較成熟的團場開展機采棉技術推廣工作,擴大了試驗成果。主要做法是:團場提出立項,兵團在政策上、技術上、資金上給予支持。
2001~2006年期間,全兵團按機采模式種植棉花累計1280.8萬畝,改造和購置播種機(66+10cm模式)2100臺。脫葉催熟劑“脫落寶”的噴施技術已被多數機采棉團場熟練掌握。噴施脫葉催熟劑面積累計300萬畝,形成了適應南北疆不同氣候特點和作業期棉花脫葉作業規范,脫葉成本降低30%左右。
機械采收面積累計287.72萬畝,各師及新天公司購買采棉機303臺,其中迪爾采棉機206臺,凱斯采棉機66臺,貴航平水采棉機29臺,新聯采棉機2臺。采棉機實際操作人員已達500余人,初步形成了國有民營、股份經營以及個體經營的采棉機作業經營模式。兵團現有機采棉清理加工生產線58條,其中全套國產15條,全套引進3條,國產與引進配套40條。
機采棉清理加工工藝日趨完善,加工水平和質量不斷提高,兵團機采棉平均加工質量可達到手摘棉質量二級左右,機采棉皮棉銷售形勢逐步看好。
通過5年的推廣,改變了兵團棉花種植效益觀念,特別是很多團場領導和職工對機采棉技術工程認識上更加全面和深刻,實施機采棉技術已成為兵團擴大植棉效益、降低生產成本、提高職均收入的重要手段。從外部環境看,兵團機采棉技術推廣工作已經充分引起國家、自治區和社會各界的關注和充分肯定。
二、國產采棉機的試驗研究進程
1958年農墾部生產司機務處在新疆生產建設兵團農二師拖拉機修配廠于當年11月23日研制成一臺懸裝在蘇聯“多能—4”型三輪棉田中耕拖拉機上的雙行鋼棱形摘輥的摘棉鈴機,并于11月26日在新疆尉犁農二師國營塔里木第一農場進行過二個小時的摘霜后花的試驗。
1959年新疆生產建設兵團機運處、新疆自治區農科所農機研究室和新疆八一農學院農機化系協作,設計了一個吹吸系統加機械振動的采棉機部件,進行室內試驗臺上的試驗。同年中國農科院農機化研究所研究設計出間歇式水平摘錠采棉機,1960年在該機的基礎上又改進設計了雙行平面式水平摘錠采棉機,由間歇前進改為連續前進。
1960年南京工學院進行氣吸振動采棉原理的室內和田間試驗。在蘇聯CXM—48M型采棉機的機架上裝氣吸振動采棉機部件,在江蘇省鹽城地區試驗,采摘率只達到26%左右。
1960年全國十八個單位在北京原八機部農機研究院,在蘇聯專家指導下協作設計35馬力棉田自走底盤及其十種配套農具,設計了一臺1米行距的懸掛式垂直摘錠式采棉機,采棉部件借用蘇聯XBC—1.2型采棉機,在新疆和北京進行了試驗,采摘率為75.3%~88.2%,工作指標基本與蘇聯采棉相同。
1963年中國農業機械化科學研究院試驗研究真空氣吸式采棉機,1964年研制成田間試驗車,1965年改進設計為懸裝在東方紅—28G高地隙拖拉機上的氣吸式采棉機,并在采棉機上設計配套了一套小型清棉裝置。
1971年新疆生產建設兵團農七師第二拖拉機修造廠成立了采棉機研制組,設計了三種原理的采棉機部件。1974年研制及改進過斜摘輥式一次采棉機。
在中斷了十六年機采棉生產性試驗研發后,1990年,兵團在農八師148團農場又試驗了引進前蘇聯從播種、中耕施肥、打頂、噴霧、采棉、摘鈴和剝桃機械等8臺套生產全程機械化配套機械,后因資金等原因僅試驗了一年就停頓下來。
1996年新聯集團與幾家科研單位聯合開發的4MZ—2和4MZ—3采棉機,其結構型式與迪爾公司、凱斯公司大同小異,除采摘部件是迪爾公司、凱斯公司生產的以外,其余是國產的。兩種型號的樣機銷售給農一師一團,現每年仍可正常使用。
貴州航空集團公司平水公司生產的五行采棉機是仿照迪爾公司9970型采棉機制造,其結構原理與9970相同,2002年12月11日在農一師八團作采棉試驗,經測試,采凈率達到92%以上。2003年貴航將在石河子墾區投放5臺采棉機做采棉試驗。截止2006年底,已有29臺貴航平水牌采棉機在新疆生產建設兵團進行棉花的采收作業。
三、機采棉清理加工工藝及配套設備
2000年以來,新疆生產建設兵團從規模效益出發,大力發展機采棉技術。目前已建立了58條機采棉清理加工生產線,其中全套國產15條,全套引進3條,國產與引進配套40條。
兵團機采棉加工廠建設具有以下特點:機采棉加工廠建設技術起點高,引進和運用了國內外多項新工藝、新技術,新裝備;從棉花機械采收和植棉規模發展的角度出發,在加工廠建設布局上采取了種植區內植棉團場聯合投資,共同建廠(中心廠)新思路;對機采棉加工廠設備運行情況和皮棉質量等,在全兵團范圍內連續數年進行了評估和皮棉抽樣,并注重向皮棉深加工擴展,從采收、加工、紡紗全面評估建設工作指標。
1. 國外機采棉清理加工工藝及配套設備介紹
美國拉默斯公司機采棉清理加工工藝流程分為七個系統,它們按流程的順序是:籽棉喂入系統、一級籽棉烘干清理系統、二級籽棉烘干清理系統、輸棉及軋花系統、皮棉清理系統、集棉和加濕系統、打包和棉包輸送系統。
配套設備為:伸縮吸管籽棉喂入機→轉網式籽棉分離器→籽棉喂料控制箱→重雜沉積器→大容量籽棉烘干塔(間隔27英寸)→傾斜六輥籽棉清理機→枝桿及綠葉清除機→標準籽棉烘干塔(間隔13. 5英寸)→傾斜六輥籽棉清理機→帶回收裝置的傾斜六輥籽棉清理機→輸棉絞龍及溢流棉處理裝置→喂棉機→鋸齒軋花機→氣流式皮棉清理機→鋸齒皮棉清理機→熱氣發生器(燃氣或燃油)→集棉機→附熱氣流導入裝置的皮棉滑道→下壓式皮棉打包機→棉包稱重及輸送裝置。
2. 國內機采棉清理加工工藝及配套設備介紹
國內山東棉麻機械公司和邯鄲棉機有限公司兩家企業在引進美國機采棉清理加工技術裝備的基礎上,分別研制開發了各具特色的機采棉清理加工工藝和設備。總的來看,工藝技術水準均達到美國90年代初的水平,但設備的可靠性和配套性尚存在差距,有待于繼續完善、提高。截止2006年底,已有50多套山東棉麻機械公司和邯鄲棉機有限公司的機采棉清理加工設備在兵團的植棉團場成套或部分配套應用。
山東棉麻機械公司開發的機采棉清理加工工藝可分三大系統:籽棉烘干、清理系統、軋花、皮棉清理系統、集棉、打包系統,成套設備小時生產率7~10 噸。配套設備為:(按工藝流程順序)通大氣閥→重雜分離器→三輥分離器→儲棉箱→烘干塔→傾斜式籽棉清理機→閉風閥→提凈式籽棉清理機→閉風閥→烘干塔→傾斜式籽棉清理機→閉風閥→沖擊式籽棉清理機→配棉絞龍→鋸齒軋花機→氣流式皮棉清理機→鋸齒式皮棉清理機→集棉機→打包機。
在工藝中,設計了人工常規采棉、人工快采棉清理加工工藝,通過調整管路閥板的位置,可實現不同的清理加工工藝流程。
邯鄲棉機有限公司開發的機采棉清理加工工藝與山東廠的工藝基本相同。不同之處主要是在籽棉輸送系統上,邯鄲廠增設了棉模自動喂入和氣吸籽棉喂入兩套裝置,其中氣吸籽棉喂入裝置與常規手摘棉人工喂棉裝置基本相同。棉模自動喂入裝置必須與田間機收籽棉貯存、運輸設備相配套,目前我國尚未開發出這一裝置,已建立的機采棉清理加工廠仍完全靠氣吸喂入(人工)裝置喂入籽棉。
在設備選型上,山東廠以美國大陸鷹公司的設備為技術依托,籽棉清理烘干系統中,采用了兩級塔式烘干設備、增設了一級提凈式籽棉清理機(可旁通),籽棉的二級清理工藝中采用了沖擊式籽棉清理機,其他設備與邯鄲廠相同。
邯鄲棉機公司機采棉清理加工工藝設備與美國拉默斯公司的工作原理基本相同,在此不再敘述。
機采籽棉的含雜特性決定了機采棉清理加工工藝及設備配套是以籽棉的清理和烘干為主,工藝中共設置了七級籽棉清理工序,兩級籽棉烘干工序,三級皮棉清理工序。烘干的目的在于降低葉片類雜質的含水率,減少雜質與棉纖維之間的附著力以利于清除雜質。皮棉清理的作用是進一步提高皮棉的軋工質量。皮棉加濕的目的是提高打包機的工作效率、減少崩包,而且可以保持纖維品質增加棉包商業重量。
七級籽棉清理所配套的設備依據其工作原理的不同可分為氣流式重雜清理機、刺釘滾筒式籽棉清理機和鋸齒式籽棉清理機以及組合式籽棉清理機四種機型,皮棉清理機可分為氣流式和鋸齒式兩種機型。
3.清理加工方面急需解決的技術問題
(1)籽棉扒垛、喂棉機械
機收籽棉采用棉摸貯運裝備,可減少籽棉場地占用面積和提高運輸效率,棉花加工廠前端喂棉裝置需進行改進。采用籽棉扒垛、喂棉機械可提高籽棉喂入的均勻度,提高加工設備的生產率,保證皮棉加工質量。要求設備基本滿足生產線的設計生產率,并具備一定的排雜能力。
(2)開發研制籽棉加濕系統
在新疆部分內陸棉區,籽棉經烘干、清理后,籽棉水分過低,付軋后易影響皮棉等級指標。在付軋前對籽棉物料進行加濕可使籽棉水分恢復至8%左右,可保證軋工質量。要求設備具有自動檢測、控制、調節能力,設備運行經濟、可靠、安全。
(3)開發研制皮棉加濕裝備
皮棉加濕可提高打包機的工作效率、提高包重8千克左右、減少包裝材料、提高運輸效率,皮棉加濕后,可以減少包虧重,對新疆棉花的長距離運輸具有重要意義。
皮棉加濕裝備要求具有自動檢測、控制、調節能力,設備運行經濟、可靠、安全。
(4)打包機每包取樣技術
隨著棉花檢測技術的提高和普及以及棉花市場交易的需要,每包取樣已成為發展趨勢和必須。
(5)皮棉質量檢測技術
機采棉皮棉質量的好壞直接關系到農場的利益,也是機采棉技術推廣工作能否進行下去的關鍵。美國HVI棉花質量檢測系統在國際棉花檢測與貿易組織活動中影響很大,已成為通行的質量標準。其技術標準、檢測方法和儀器以機采棉為設計依據,并對手摘棉檢測具有兼容性。目前,我國機采棉皮棉質量標準雖采用了HVI系統檢測項目和方法,但還處于試用期,檢測項目的分級設置還需全面完善。隨著機采棉技術推廣工作的不斷深入和擴大,該項工作必須加緊進行。
四、棉花收獲機械化的相關技術
1.農藝栽培技術
機采棉種植的基本方式為(68+8)cm和(66+10)cm。為適應采棉機采收結構而提出的(68+8)cm帶狀種植方式,具有使采棉機進行一次性采收作業,利于發揮采棉機效率,采棉機作業過程中撞落棉損失小等特點,并保持了常規種植方式的產量水平。根據(68+8)cm種植方式改進的(66+10)cm的種植方式,更加充分地體現新疆棉花密植的特點,將會有更好地產量表現。
2.棉花化學脫葉催熟技術
化學脫葉催熟處理,是采棉機采收前必不可少的技術環節,也是減少籽棉含雜率、提高棉花品質、保證棉花產量的技術保障。
脫葉劑脫葉機理:藥劑發生藥效作用時,在棉花葉柄基部形成斷離層,棉葉枯萎前在外力(風力)和自重的作用下脫落,避免綠葉對棉花的污染。由于現有的棉花品種吐絮集中性較差,因此在脫葉時必須配以適量的催熟藥劑。但是催熟劑的作用將使棉葉枯萎而不脫落,造成籽棉含雜率的升高,所以應注意催熟劑的用量。
化學脫葉催熟的效果與噴施時的溫度、濕度及藥劑用量密切相關,棉花品質與噴施藥劑時的棉花吐繁率相關。一般要求棉花吐絮率達到40%~60%時即可進行噴施作業,施藥時10天內平均氣溫應高于20℃,相對濕度應在60%以上。脫葉催熟劑的用量一般為20~40克,具體用量根據施藥時棉花生長和氣溫情況確定,一般氣溫在25℃以上時使用低劑量,氣溫在18~20℃時使用高劑量。施藥后20~30天吐絮率和脫葉率可達到機采要求的90%以上。
正確選擇和使用脫葉劑噴施機具是提高作業效率和脫葉效果的有效手段,兵團在機采棉技術推廣中主要應用的是以色列生產的高地隙袖筒式噴霧機和飛機噴灑,高地隙袖筒式噴霧機噴施效果好,生產效率高,但是受種植模式的影響,容易壓倒棉桃;飛機噴灑作業效率高,作業時間集中,可在短時間內大面積噴施,而且不損傷棉桃,但是受農田林網化、高壓線路和飛行高度的影響,作業質量較差,棉株上部脫葉較好、中部略差、下部較差。
3.機采棉貯運技術裝備
棉花收獲機械化技術要求機械采收的籽棉即采即軋,只有這樣才能保證棉花的品質不會降低過多。目前,兵團采用的采收籽棉散裝運輸方式,耗費輔助勞力多、且運輸效率低下,籽棉集中堆放,占用場地大,貯存期過長等不利于機采棉技術的規模化發展運用。通過近幾年的生產實踐也表明:籽棉的散裝運輸方式與擴大機采棉收獲面積、保證皮棉品質之間存在著矛盾,必須進行改進。
發展棉模貯存、運輸、喂入技術裝備可解決機械采收、貯存、運輸等制約因素,同時也有利于加工廠提高生產效率,降低生產成本,形成“機械采收→棉模貯存→棉模運輸→自動喂入”的高效作業系統。(劉向新 閆向輝)
發表于 @ 2008年08月26日 11:33:00 |點擊數()