【導(dǎo)讀】windowofharvest,andcosts.

　　

【正文】 ons for smaller production fields in the Southeast. ASABE Paper No. 1110922. St. Joseph, MI: ASABE. [12] ASAE Standards (2021) Agricultural machinery management data. American Society of Agricultural Engineers, St. Joseph, MI: ASAE. [13] Liu J and Kemmerer B (2021) Field performance analysis of a tractor and a large square baler. SAE Technical Paper 2021012302,Presented at Commercial Vehicle Engineering Congress, Chicago, IL doi: 8 8 收獲系統(tǒng)和分析草本植物的產(chǎn)量 1 摘要 作物原料包括秸稈和其他有潛在價(jià)值的遺留物，現(xiàn)在它們正被考慮煉成生物燃料或生物原油。目前難以實(shí)現(xiàn)是因?yàn)榻斩挓崃恐岛艿偷珪?huì)占用很大的體積。提高了儲(chǔ)存，運(yùn)輸?shù)某杀?。另外，后勤回收建設(shè)不足導(dǎo)致企業(yè)原料不足。 為使秸稈利用達(dá)到最大化，需要高回收效率的體系來(lái)收集 、 儲(chǔ)存 、 運(yùn)輸。這就要求我們用所學(xué)到的知識(shí)來(lái)改良現(xiàn)有的機(jī)器，使其更為經(jīng)濟(jì)。了解收集系統(tǒng)內(nèi)部相互協(xié)調(diào)工作是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。確定收獲時(shí)間的長(zhǎng)度和收獲時(shí)間都取決于植物本身 、 土壤 、 氣候 、 肥料等等。收獲時(shí)間會(huì)影響到產(chǎn)量 、 收割 、 儲(chǔ)存的費(fèi)用。 而利用收割機(jī)，撿拾打捆機(jī)能提高效率。 根據(jù)不同的情況選擇不同設(shè)備，有必要在選擇收割機(jī)前作必要的分析。土地的研究報(bào)告通常會(huì)作為選擇收割機(jī)和打捆機(jī)的依據(jù)。并且后勤的建立可以使產(chǎn)能達(dá)到最合理化。 本章將會(huì)指導(dǎo)讀者通過(guò)討論來(lái)學(xué)習(xí)必要的知識(shí)。作物能提供的能量將決定產(chǎn)能設(shè)備系統(tǒng)，通過(guò)分析，實(shí)驗(yàn)來(lái)確定零部件能否達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。教導(dǎo)農(nóng)場(chǎng)主來(lái)決定最佳的方法來(lái)收割 、 儲(chǔ)存 、 運(yùn)輸秸稈。 介紹 生物質(zhì)是一種分布式資源，它必須從生產(chǎn)領(lǐng)域收集積累在存儲(chǔ)位置。收獲的原料成本控制是最大的關(guān)鍵，田間作物進(jìn)入生物煉制時(shí)間有限，草本生 物量收獲的收獲季節(jié)和窗口也有限的。為使時(shí)間能盡量減少，生物需要被存儲(chǔ)在一個(gè)中心位置。通常情況下，在一定范圍的中央存儲(chǔ)位置的幾個(gè)或許多生物煉制場(chǎng)地需要保證每天 24 小時(shí)不間斷供應(yīng)。這些集中存儲(chǔ)的位置通常被稱為衛(wèi)星倉(cāng)庫(kù)。在一個(gè)給定的農(nóng)場(chǎng)，收割機(jī)和成本下，生物煉制廠規(guī)模取決于生物量的可用性。 它把如何將田地里的秸稈送往加工廠簡(jiǎn)便的分為三個(gè)部分。第一部分為“出場(chǎng)”行動(dòng)，這包括作物生產(chǎn) 、 收獲 、 運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)存位置進(jìn)行預(yù)處理。本節(jié)由客戶與農(nóng)場(chǎng)主面對(duì)面交易。第二部分是“公路運(yùn)輸作業(yè)”，它保證從衛(wèi)星倉(cāng)庫(kù)到加工廠不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間。第三部 分是“接收設(shè)施”，它包括煉制原料管理，庫(kù)存控制和控制的商業(yè)運(yùn)輸合同持有人保證均勻全年運(yùn)行的作物交付。 農(nóng)業(yè)作物具有較低的體積密度，需要加密領(lǐng)域的打包機(jī)或切碎的自走式青貯飼料收獲機(jī)。目前，有四種突出的收獲的機(jī)器可用于生物質(zhì)收獲 [1]。它們是：（ 1）圓形打包機(jī)（ 2）矩形打包機(jī)（ 3）切碎與青飼料收獲機(jī)（單獨(dú)的現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)）。（ 4）一臺(tái)牽引機(jī)。大的圓形和矩形大打包機(jī)是兩個(gè)廣泛使用的收獲機(jī)械 [2]。它提供了一系列的簡(jiǎn)單操作。圓捆打捆機(jī)，當(dāng)這些草料在室溫儲(chǔ)存，他們會(huì)緊密擠在一塊而縮小空間能使存儲(chǔ)成本顯著降低。圓形打包機(jī)，因 體積小故障率低?？梢栽诙扉L(zhǎng)時(shí)間工作。 [3]大的矩形包則有更 9 9 高的堆積密度，緩解運(yùn)輸，提高生產(chǎn)力。然而，大型矩形打捆機(jī)成本更高，而且因?yàn)闊o(wú)法擺脫水的使用從而限制它在在美國(guó)東南部農(nóng)的推廣場(chǎng) [4]。打包壓縮機(jī)可壓縮大矩形包，產(chǎn)生高密度封裝。壓成球形的料包能比矩形的料包密度大 2 到 3 倍 [5]。 一個(gè)有效的物流系統(tǒng)的目標(biāo)是在整個(gè)物流鏈中簡(jiǎn)化存儲(chǔ) 、 處理。這一目的在于在運(yùn)行中能將成本控制在最低。農(nóng)民普遍的目標(biāo)是保證生物質(zhì)的質(zhì)量，并希望以最低的成本生產(chǎn)。雙方共同協(xié)助實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本章將主要的討論生物煉制場(chǎng)的物流和機(jī)械系統(tǒng)的問題，從開始收割到最終煉制。生物質(zhì)供應(yīng)鏈的限制也會(huì)被討論。草本生物量收獲的不同情景的影響將被統(tǒng)計(jì)。本次物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要針對(duì)農(nóng)業(yè)和森林產(chǎn)品行業(yè)。 參照商業(yè)案例的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。一個(gè)地區(qū)這類行業(yè)面臨的一個(gè)給定的約束（原料的收獲季節(jié)）。原材料的體積密度 、 存儲(chǔ) 、 貯藏過(guò)程中品質(zhì)變化等等。與物流系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。通常，這些系統(tǒng)不可能在具體實(shí)施時(shí)考慮其他因素，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的主要原則是直接適用。其他如商業(yè)等因素不作考慮，但本章將會(huì)解釋。 10 10 2 生物量收獲和收獲機(jī)器系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)性能 收獲 纖維素生物質(zhì)收獲，特別是草本生物 量，是做了更典型的一組機(jī)器，能開到地里并收集秸稈。機(jī)器運(yùn)行和田野操作都需牽引，因此它們通常是不適合用于公路營(yíng)運(yùn)。因此，將采用單元牽引還是高速牽引在收集系統(tǒng)中備受爭(zhēng)議。需要從地里把秸稈弄到卡車上。還需要卡車把草垛拉上公路再送到倉(cāng)庫(kù)里去。 收集系統(tǒng)可分為耦合和非耦合系統(tǒng)。理想的耦合系統(tǒng)有源源不斷的材料，例如從外地來(lái)的植物，像美國(guó)東南部收獲的木材，全年收獲的木材都會(huì)被直接送到加工廠。非耦合的系統(tǒng)的特點(diǎn)是有不同的存儲(chǔ)位置。 以加工甘蔗為例，收割機(jī)割甘蔗棒，割成 38 厘米（如圖 1 所示），收割機(jī)沒有動(dòng)力，因此必須要牽引車才能工作。一輛車滿了之后從公路離開。另一輛車接替輛車。要是整體運(yùn)行起來(lái)需要四臺(tái)拖拉機(jī)和拖車，司機(jī)當(dāng)然不能少?？ㄜ囆枰o緊跟在拖車后面，而且一個(gè)小故障就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)延誤。 一個(gè) “青貯飼料系統(tǒng) ”可以用來(lái)收獲高水分草本作物生物能源。牧草收割機(jī)砍成碎片的生物量約一英寸 ( 毫米 ) 可以吹進(jìn)旁邊的收割機(jī)。這車可以直接開到筒倉(cāng)（存儲(chǔ)位置），如果該土地是接近筒倉(cāng)，就直接有卡車?yán)M(jìn)去避免長(zhǎng)途奔波。所有的操作都是連續(xù)的。一輛車必 須到位，使收割機(jī)前進(jìn)，另一輛卡車必須在田地邊緣等待以保持車輛循環(huán)。而 讓所有這些操作協(xié)調(diào)是一個(gè)挑戰(zhàn) ,。 一個(gè)耦合系統(tǒng)能非常有效地將一個(gè)行業(yè)綜合運(yùn)行。如美國(guó)南佛羅里達(dá)州的甘蔗產(chǎn)業(yè)。糖廠有自己的生產(chǎn)基地公路直接通往甘蔗地。工廠把持所有操作（收獲 、 運(yùn)輸 、 加工）。甘蔗在收獲 24 校內(nèi)就被處理。很明顯這需要嚴(yán)格控制流程。 11 11 圖 1 甘蔗收割機(jī)輸送材料為自卸拖車運(yùn)送到田邊 圖 2 拖車將卡車牽引出甘蔗地 非耦合系統(tǒng)的是把棉花包成直徑 英寸長(zhǎng) 8 英尺的圓捆棉花。該系統(tǒng)為了解決原有系統(tǒng)的局限性 即田間牽引拖車，收割機(jī)和在田邊的卡車不斷循環(huán)。最好的組織系統(tǒng)通?？梢员３质斋@棉花僅占全部農(nóng)田收獲時(shí)間的 70%。而收割機(jī)等待拖車的時(shí)候時(shí)間也被浪費(fèi)了。 打包解耦收獲系統(tǒng)提供了一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)。收獲時(shí)不必等待在田間牽引。圓捆可以保護(hù)它們不被雨水淋濕。你可以第二天甚至下個(gè)周再來(lái)裝運(yùn)。但矩形捆就必須在下雨前拉走。 田間持水量和生物量收獲機(jī)的效率 采用設(shè)備使得農(nóng)場(chǎng)主更加有效地將草料打捆?？梢栽谵r(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)降低成本。并且要對(duì)物流鏈上各單元運(yùn)作的重要認(rèn)識(shí) [6,7]。研究人員在計(jì)算能捆成正方形的植物。這些詳細(xì)的評(píng)估顯示野外 作業(yè)場(chǎng)所涉及的收獲和處理不是機(jī)器能做到的 [8]。相反，在農(nóng)場(chǎng)將草料打包可以有效降低生產(chǎn)成本。讓在地里的機(jī)器最大限度的發(fā)揮出效率 [9]。農(nóng)場(chǎng)管理員知道每臺(tái)機(jī)器參與工作是必不可少的。此外，還要知道機(jī)器每天供給生物煉制廠或倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)量。 矩形打包機(jī)的效率可以通過(guò)打包機(jī)實(shí)際產(chǎn)量和材料產(chǎn)量計(jì)算得到 [10]。以一個(gè)大型方塊壓捆機(jī)的長(zhǎng)能為例，大捆端面尺寸分別為 米 米，長(zhǎng)度為 米。深度和寬度分別為 米和 米。柱塞的速度是每分鐘 42 桿。測(cè)得的草捆密度為 146 kg/m3 12 12 的，每個(gè)壓縮包片厚度為 m。理論計(jì)算包容量利用等式來(lái)完成，柱塞負(fù)荷提高可以產(chǎn)出更高的生產(chǎn)密度。從一個(gè)打包機(jī)生產(chǎn)廠家獲得的理論容量 [10]。在理想的條件存在時(shí)的打包操作有 [11]： 1 長(zhǎng)直的干草 2 類似密度的干草（質(zhì)量 /長(zhǎng)度） 3 合適或調(diào)整完的打包機(jī) 4 熟練的工人 一個(gè)打包機(jī)的實(shí)際效率由土地的形狀和大小的影響。收獲的作物，作物類型，產(chǎn)量和水分含量，堆料的制備等。典型的現(xiàn)場(chǎng)效率和行駛速度可以從 ASAE 標(biāo)準(zhǔn) d497 [ 12 ]中查詢 [12]。它分析了撿拾壓捆機(jī)容量和土地大小，田間持水量對(duì)壓捆機(jī)的影響 []。研究人員 發(fā)現(xiàn)，圓形和矩形大打包機(jī)場(chǎng)容量分別為 毫克 / 小時(shí)和 毫克 / 小時(shí)。在現(xiàn)場(chǎng)用長(zhǎng)方形的打捆機(jī)打包小麥秸稈，柳枝稷。結(jié)果表明，實(shí)際容量大的矩形的打包機(jī)是在 11 到 13 毫克 /小時(shí)，這表明一個(gè)大矩形壓捆機(jī)的壓捆能力，可能是只是理論容量的 50%或更低。 功率的計(jì)算 拖拉機(jī)的動(dòng)力限制了打捆機(jī)的性能，還有工作的場(chǎng)地 、 環(huán)境 、 現(xiàn)場(chǎng)條件 、 最大可用功率的百分比等。收獲的高成本和現(xiàn)場(chǎng)處理仍然是一個(gè)利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)生物燃料的主要障礙，通過(guò)設(shè)計(jì)，管理或選擇合適的機(jī)器，提高工作效率。 2WD 驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)的動(dòng)力性能在 ASAE 的流程圖上有標(biāo)準(zhǔn)，拖拉機(jī)所需的總功率[12]，牽引功率與水力發(fā)電，電壓關(guān)系的方程（ 1）。根據(jù)實(shí)施類型，方程（ 1）中數(shù)據(jù)成分可能會(huì)有所不同。用公式計(jì)算的總功率（ 2）為等效功率，可用于特定領(lǐng)域的業(yè)務(wù)在拖拉機(jī)燃油消耗的估計(jì)。 ethy dpt odb PPPPP ???? tmr EE （ 1） mE 為傳輸功率， tE 為牽引功率。公式中各電源（ 1）的估計(jì)可使用 [ 12 ]。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以估計(jì)一個(gè)大型打捆系統(tǒng)的功率 [ 13 ]。