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采棉機(jī)采摘頭適應(yīng)性農(nóng)藝參數(shù)分析 姚振濤1 李平1 (1. 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300） 摘要：棉花是我國(guó)地區(qū)的一種主要經(jīng)濟(jì)作物，從上世紀(jì)80年代被列為國(guó)家重點(diǎn)商品棉生產(chǎn)基地以來(lái)，地區(qū)植棉業(yè)迅速發(fā)展，但隨之帶來(lái)的是棉花收獲問(wèn)題越來(lái)越突出，早期的人力采收棉花已不適應(yīng)植棉產(chǎn)業(yè)以及植棉全程機(jī)械化的需要。從本世紀(jì)初，地區(qū)開(kāi)始大量引進(jìn)國(guó)外大型自走式采棉機(jī)，國(guó)內(nèi)也有一些廠家引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)或自主研發(fā)部分采棉機(jī)機(jī)型。這些采棉機(jī)在生產(chǎn)實(shí)際中都得到逐步應(yīng)用，隨著人們觀念的改變以及機(jī)采棉種植面積的擴(kuò)大，以采棉機(jī)為主的機(jī)械采收棉花的形式也會(huì)被越來(lái)越多的人認(rèn)同。 采摘頭是采棉機(jī)的核心部件，目前在地區(qū)工作的采棉機(jī)采摘頭都為水平摘錠式，兵團(tuán)使用的采棉機(jī)大多為國(guó)外買(mǎi)進(jìn)，而近幾年采棉機(jī)采凈率嚴(yán)重影響的棉花質(zhì)量。因此，對(duì)于采摘頭適應(yīng)性的棉花農(nóng)藝參數(shù)的分析具有重要意義。 關(guān)鍵詞：采摘頭；農(nóng)藝參數(shù)；分析 0引言 具有獨(dú)特的種植環(huán)境，幅員遼闊，植棉業(yè)是最大的農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。然而長(zhǎng)期以來(lái)，人工采摘?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大，采摘成本高，經(jīng)濟(jì)效益差，國(guó)外進(jìn)口的采棉機(jī)棉田適應(yīng)性差、價(jià)格昂貴、維護(hù)費(fèi)用比較高。棉花采收已成為嚴(yán)重制約南疆棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，發(fā)展棉花收獲機(jī)械化勢(shì)在必行[1-4]。 本文針對(duì)南疆地區(qū)棉花機(jī)械收獲，以水平摘錠式采棉機(jī)為研究對(duì)象，為提高采棉機(jī)田間作業(yè)適應(yīng)性，以采棉機(jī)采摘系統(tǒng)田間試驗(yàn)調(diào)查結(jié)果為依據(jù)，從棉花品種選擇、棉花種植模式、棉花水肥管理、氣候條件、脫葉劑噴灑情況、棉花采收時(shí)期、棉花采收前植株特性等影響采棉機(jī)采收質(zhì)量的諸多因素開(kāi)展采棉機(jī)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合技術(shù)研究。通過(guò)對(duì)各個(gè)因素分析得到影響采棉機(jī)采摘質(zhì)量的主要因素，并獲得與采棉機(jī)相適應(yīng)的最佳農(nóng)藝參數(shù)范圍。 1 機(jī)采棉植物特性及成熟度脫葉情況分析 1.1棉花的植物特性測(cè)定 （1） 對(duì)采收前的棉花樣本進(jìn)行選取測(cè)定：從兵團(tuán)第一師一團(tuán)的機(jī)采棉田間進(jìn)行采樣。生物特性采樣：隨機(jī)五點(diǎn)采樣，每點(diǎn)取一平方米所有棉花植株。對(duì)棉花植株特性、成熟度和脫葉情況的測(cè)定。 （2） 測(cè)試參數(shù)有：植株株高、植株寬度、整株分枝數(shù)、底桃高度、吐絮個(gè)數(shù)、最高棉鈴高度和棉桃個(gè)數(shù)。 1.2植株特性測(cè)定結(jié)果與分析 棉花植株特性測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1-1。 指標(biāo) 均值 平均值 株高/mm 659.73 701.59 639.47 666.93 植株寬度/mm 312.69 327.32 320.21 320.07 整株分枝數(shù)/個(gè) 9.3 9.05 8.12 8.82 底桃高度/mm 232.66 263.08 237.98 244.57 吐絮個(gè)數(shù)/個(gè) 5.15 6.58 5.08 5.60 最高棉鈴高度/mm 496.29 598.02 516.87 537.06 棉桃個(gè)數(shù)/個(gè) 0.11 0.04 0.12 0.09 表1-1植株特性測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)表  圖1-1株高的分布規(guī)律圖 由圖1-1從三塊田地的株高分布來(lái)看，株高是指地面到植株頂部的距離。其測(cè)定棉花植株株高大部分分布在600mm-800mm之間，其平均值為666.93mm，而適合機(jī)采的棉花理論株高應(yīng)控制在650mm-850mm。棉株過(guò)高會(huì)增長(zhǎng)滾筒的高度，加大工作部件的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本。棉株過(guò)高會(huì)造成漏采，降低采棉機(jī)的采凈率，株高的控制主要方法是打頂, 適時(shí)打頂、整枝，控制棉株的高度，便于機(jī)械采摘。打頂可以防止整枝徒長(zhǎng)，減少蕾鈴脫落，提高結(jié)鈴率，減少爛鈴，促進(jìn)早熟，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。 圖1-2底桃高度的分布規(guī)律圖 由圖1-2從三塊田地的底桃高度分布來(lái)看，底桃高度是指地面到第一果枝的距離。其測(cè)定棉花底桃高度大部分分布在150mm-300mm之間，其平均值為244.57mm 。此外，由于受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制和保護(hù)摘錠的需要，底桃高度應(yīng)距地面150mm以上為宜，這樣防止漏采提高采凈率。而棉鈴位置過(guò)低導(dǎo)致最低位置的摘錠不能采摘上，使之成為遺留棉等待二次處理。應(yīng)在田間管理時(shí)就應(yīng)注意或選用適宜的棉花品種。 圖1-3植株寬度的分布規(guī)律圖 圖1-4整株分枝數(shù)的分布規(guī)律圖 對(duì)于上圖1-3、1-4的植株寬度和整株分枝數(shù)兩個(gè)參數(shù)，若這兩參數(shù)的數(shù)值過(guò)大，會(huì)使株型過(guò)于集中會(huì)影響采摘效率及采收質(zhì)量，且分支數(shù)過(guò)多則植株葉片也相應(yīng)增多，并會(huì)影響脫葉劑的脫葉效果。若兩參數(shù)數(shù)值過(guò)小，會(huì)使棉株株型過(guò)于松散，使得棉鈴分布松散從而影響采凈率，并出現(xiàn)“掛白毛”等現(xiàn)象。而在常態(tài)下棉株應(yīng)保證即不過(guò)于松散，又不過(guò)于集中，并且控制這兩參數(shù)應(yīng)當(dāng)在打頂時(shí)期就進(jìn)行處理，分枝數(shù)控制在8枝-9枝。這可以提高采摘速度并保證采摘質(zhì)量。 圖1-5吐絮個(gè)數(shù)的分布規(guī)律圖 圖1-6最高棉鈴高度的分布規(guī)律圖 由上圖1-5、1-6的吐絮個(gè)數(shù)和最高棉鈴高度兩個(gè)參數(shù)上來(lái)看。吐絮個(gè)數(shù)從折線圖上來(lái)看，大部分?jǐn)?shù)據(jù)在4-8個(gè)之間，其均值為5.6，而平均單株有效結(jié)鈴數(shù)在6-7個(gè)左右。最高棉鈴高度是指最頂部的棉鈴到地面的距離。最高棉鈴過(guò)高會(huì)影響采摘頭的采摘效果，降低采摘效率并影響采收質(zhì)量。所以在打頂時(shí)期就應(yīng)控制好最高枝節(jié)的高度防止在采收時(shí)期的造成漏采、碰落，減少落地棉、遺落棉和掛枝棉的數(shù)量。 就植株特性這部分的影響采摘質(zhì)量的主要因素有：棉株株高、底桃高度和最高棉鈴高度。 這三種因素因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，過(guò)高或過(guò)低都會(huì)在不同程度上影響采摘效率、采摘質(zhì)量及采凈率。避免這些因素應(yīng)注意田間管理。合理的化學(xué)調(diào)控。底桃高度控制在150mm以上，以減少機(jī)采棉的含雜率，提高采凈率，適時(shí)的調(diào)整化調(diào)時(shí)間。合理均勻的水肥控制，保證棉田棉株整體長(zhǎng)勢(shì)均勻，避免棉田中棉株高矮參差不齊的現(xiàn)象發(fā)生，提高采凈率。適時(shí)打頂整枝。對(duì)于長(zhǎng)勢(shì)偏旺的棉田要進(jìn)行整枝打頂，以改善棉田通風(fēng)透光條件，促進(jìn)早熟打頂堅(jiān)持“枝到不等時(shí)、時(shí)到不等枝”的原則。使得打頂后分枝數(shù)在8-9枝。自然株高在650mm-850mm之間。 1.3 成熟度和脫葉程度測(cè)定與分析 成熟度脫葉程度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1-2。 指標(biāo) 均值 平均值 脫 葉 情 況 青葉 棉株上部 0.2 0.25 0.42 0.29 棉株中上部 1.34 0.38 1.52 1.08 棉株下部 3.27 2.5 4.09 3.29 干葉 棉株上部 0.93 0.97 0.41 0.77 棉株中上部 0.41 0.69 0.44 0.51 棉株下部 0.09 0.26 0.16 0.17 成熟度 吐絮鈴/個(gè) 4.96 6.58 5.05 5.53 半開(kāi)鈴/個(gè) 0.06 0.02 0.12 0.07 青鈴/個(gè) 0.1 0.04 0.12 0.09 表1-2成熟度和脫葉情況測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 圖1-7脫葉情況青葉數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖 由圖1-7所示，機(jī)采棉采收前青葉數(shù)量統(tǒng)計(jì)百分比圖。根據(jù)圖上顯示的青葉主要分布在棉株下部，中上部稍多上部最少，出現(xiàn)這種情況通常是脫葉劑噴灑不均勻、脫葉劑噴灑的藥量不夠或者脫葉劑濃度太低。青葉過(guò)多會(huì)影響采收質(zhì)量，采收時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的摘錠把青葉攪碎和棉花一起帶走，而青葉攪碎后的汁液會(huì)把籽棉污染。而被污染的籽棉摻雜在正常棉中直接降低棉花的品質(zhì)和價(jià)格。 圖1-8脫葉情況干葉數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖 由上圖1-8所示，是機(jī)采棉采收前干葉數(shù)量統(tǒng)計(jì)的百分比圖。根據(jù)上圖顯示，干葉主要分布在棉株上部，棉株下部最少。與圖2-7相比呈現(xiàn)出來(lái)的是相反的，致其主要原因也相同。而脫葉劑噴灑后的效果應(yīng)是干葉基本自然落下，而干葉較多在采棉機(jī)采摘時(shí)摘錠在高速自傳帶走棉花的過(guò)程中，會(huì)把干葉卷碎一起帶走。這樣籽棉中的含雜率過(guò)高，在后期籽棉評(píng)級(jí)時(shí)降低籽棉等級(jí)。 圖1-9成熟度對(duì)比統(tǒng)計(jì)圖 由圖1-9所示，是成熟度的對(duì)比圖。是根據(jù)青鈴、半開(kāi)鈴、吐絮鈴與棉鈴總量相比的出。根據(jù)圖1-7、1-8、1-9來(lái)看，成熟度和青葉干葉的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。從圖上可以看出當(dāng)脫葉催熟劑不夠或者濃度不夠時(shí)會(huì)影響其成熟度影響其產(chǎn)出，并直接會(huì)降低收入。 對(duì)于成熟度和脫葉情況影響采摘質(zhì)量的主要因素有：脫葉催熟劑藥量不夠或未噴灑均勻，導(dǎo)致青葉過(guò)多，干葉不脫落，影響采收后棉花品質(zhì)，并使籽棉含雜率過(guò)高。避免這些因素需合理選擇脫葉催熟藥劑，使用理想噴霧機(jī)械使其上下藥量均勻且不傷棉株。根據(jù)棉田的情況靈活選擇合適的噴藥時(shí)間。最終使葉片基本脫落提高采凈率，減少籽棉的含雜率，提升籽棉品質(zhì)。 2 水平摘錠的原理及其影響 2.1水平摘錠式采棉滾筒工作原理 水平摘錠式的采棉單體工作過(guò)程為：扶導(dǎo)器將棉株扶起導(dǎo)人采摘室，采摘室是一條縫隙，它的一面是水平柵板，另一面是壓緊板。水平安裝的摘錠在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中有規(guī)律地伸出柵板，垂直地(與前進(jìn)方向垂直)插入到被擠壓在工作室中的棉株里。摘錠一面受滾筒和導(dǎo)向槽控制，按一定軌跡運(yùn)動(dòng)；一面本身又通過(guò)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)(見(jiàn)圖2-1)，以高速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)遇到開(kāi)裂的棉鈴時(shí)，用鉤齒掛住籽棉，把吐絮棉瓣從開(kāi)裂的棉鈴中拉出來(lái)，并纏繞在自身上，然后依次退出工作室，并將籽棉帶到脫棉器處。脫棉器（如圖2-2）是一組帶橡膠凸起的圓盤(pán)，它利用高速反向旋轉(zhuǎn)所形成的沿摘錠桿垂直方向的脫棉速度將籽棉脫卸下來(lái)。籽棉繼而由氣流輸送系 統(tǒng)通過(guò)輸棉管送入棉箱中。已脫卸籽棉的摘錠隨滾筒轉(zhuǎn)到濕潤(rùn)器處進(jìn)行清潔，濕潤(rùn)器由供水管定期供水，摘錠與濕潤(rùn)器接觸時(shí)，濕潤(rùn)器用有紋路的像皮墊，清洗和擦掉摘錠工 作面上殘留的棉纖維、葉漿和有礙采摘的其它夾雜物。摘錠被濕潤(rùn)清潔之后表面上附有薄層液體(以利下次采棉和脫棉)，再重新進(jìn)入采棉室采棉。 1.底座2.脫棉盤(pán)3.脫棉軸軸套4.脫棉軸5.曲拐6.摘錠連接件7.傳動(dòng)齒輪8.摘錠傳動(dòng)齒輪9摘錠10.摘錠底座11.摘錠管座軸12.中心管13.中心支撐桿14.軸承15.摘錠底座 圖2-1水平摘錠式采摘器系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 圖2-2脫棉盤(pán) 水平摘錠式采棉滾筒有左右排列和前后排列。凱斯的采摘滾筒為左右排列（圖2-3）。而約翰.迪爾為前后排列，貴州生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)采棉機(jī)也采用這種布置（圖2-4）。這兩種采摘頭摘錠有合理的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)入工作室，摘錠和棉花接觸機(jī)會(huì)多，進(jìn)而采摘率較高而落地棉少，含雜率低。且這兩種也是最常用的排列方式。 1.扶導(dǎo)器2.濕潤(rùn)器供水管3.潤(rùn)濕器墊板4.輸棉管5.脫棉器6導(dǎo)向槽7.摘錠8.采棉滾筒9.曲柄滾輪10.壓緊板11.柵板 圖2-3凱斯水平摘錠式采棉機(jī) 1.扶導(dǎo)器2.摘錠清洗器3.前置滾筒4.水平摘錠5.脫棉盤(pán)6.集棉管道7.前置滾筒8.排雜口9.柵板10.棉珠壓緊板 圖2-4 約翰.迪爾水平摘錠式采棉機(jī) 2.2 水平摘錠的工作原理 采棉機(jī)工作時(shí)，繞軸旋轉(zhuǎn)的摘錠（如圖2-5）把籽棉從棉鈴中扯出來(lái)，并將它纏繞在自己的工作表面上，摘錠表面開(kāi)始先扯取少部分纖維，然后依靠這部分纖維把其余的纖維全部帶出，在其表面纏卷成棉條狀。摘錠的工作情況取決于它的尺寸、形狀和表面狀態(tài)、旋轉(zhuǎn)速度以及摘錠相對(duì)于棉株運(yùn)動(dòng)的大小和方向;取決于摘錠壓緊棉鈴力的大小以及棉鈴的狀態(tài)(包括棉鈴開(kāi)裂程度，棉鈴苞葉的形狀，籽棉和棉瓣相互間的聯(lián)接，棉瓣和鈴瓣的聯(lián)結(jié)力，棉瓣的長(zhǎng)度和它們?cè)诶鞎r(shí)延長(zhǎng)的特性)等許多因素。 摘錠與開(kāi)裂棉鈴相遇的機(jī)會(huì)取決于棉株的特點(diǎn)，摘錠的分布密度以及棉株通過(guò)采摘工作室時(shí)棉株被壓緊收縮的程度。 摘錠的工作過(guò)程為:（1）摘錠進(jìn)入工作區(qū)域;(2)個(gè)別棉花纖維被摘錠表面抓住并纏繞起來(lái);(3)從一個(gè)或幾個(gè)鈴瓣中摘取整瓣籽棉;(4)摘錠帶著纏繞在它上面的籽棉旋轉(zhuǎn);(5)從工作區(qū)退出來(lái)。 圖2-5 摘錠 2.3影響摘錠采摘效率的因素 (1)采棉頭離地的高度 目前種植的棉花始節(jié)高度一般都在15厘米左右，如果采棉頭調(diào)整的過(guò)高，就會(huì)造成棉株底部的棉花漏采，降低采摘率。如果的過(guò)低會(huì)造成采棉頭割破地膜，使地膜混入籽棉，造成機(jī)器部件損壞。采摘頭頂部應(yīng)當(dāng)是水平的從而使得采摘頭上的喂入口和地面保持垂直，這將使得采摘時(shí)棉花能達(dá)到最好的喂入狀況。 (2)采摘頭的壓緊板 壓緊板的壓緊度直接影響到采凈率和采摘棉花的質(zhì)量。如果壓緊板壓力太小，棉株在采摘區(qū)域?qū)⒉荒芎芎玫貕嚎s導(dǎo)致采摘率下降，然而，壓緊板壓力小對(duì)植株和綠桃的損傷小，但是如果壓緊板壓力太大，植株將在采摘區(qū)域能被很好地壓縮使得采凈率提高，但是植株和綠桃的損傷大。調(diào)整壓緊板的壓力，用腳蹬壓緊板直到感覺(jué)力量合適為好，然后根據(jù)實(shí)地采摘時(shí)的情況，在保證最大采摘率和合適的植株損壞的條件下，適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。 (3)壓緊板與摘錠的間隙 摘錠與壓緊板應(yīng)保持適當(dāng)間隙，原則上以摘錠不碰壓緊板為主，如果間隙過(guò)小可以與棉鈴充分接觸防止了漏棉，獲得較高的采凈率，但是也會(huì)使摘錠貫穿植株造成未開(kāi)棉鈴的破損，增加含雜率。如果間隙過(guò)大則能避免綠桃的損傷，但會(huì)造成漏棉情況，降低采摘率。所以摘錠與壓緊板之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙，一般為應(yīng)保持一定的間隙。 (4)脫棉盤(pán)與摘錠的間隙 脫棉盤(pán)和摘錠摘錠之間應(yīng)當(dāng)確保合適的距離。如果距離過(guò)大，會(huì)造成摘錠上的棉花受到脫棉盤(pán)上橡膠凸起的力過(guò)小，不能很好的把棉絮從摘錠上脫下，影響下次摘錠的采棉工作，降低采凈率，使采棉質(zhì)量下降;如果距離過(guò)小，會(huì)造成摘錠與脫棉盤(pán)摩擦加大，使摘錠和脫面 盤(pán)磨損加快，甚至造成摘錠的彎曲斷裂。因此脫棉盤(pán)和摘錠應(yīng)當(dāng)保持合適的距離，既能采凈摘錠上的棉絮，又能避免摘錠與脫棉盤(pán)的過(guò)度磨損，提高采摘質(zhì)量。 除以上影響采摘質(zhì)量的因素外，還有其他方面的也影響著采摘質(zhì)量，如采棉機(jī)前進(jìn)速度、滾筒轉(zhuǎn)速、摘錠轉(zhuǎn)速以及駕駛員技術(shù)水平等。 3 結(jié)論 本文工作是圍繞水平摘錠和機(jī)采棉農(nóng)藝參數(shù)展開(kāi)的，目的是為提高采棉機(jī)田間作業(yè)適應(yīng)性，以采棉機(jī)采摘系統(tǒng)田間試驗(yàn)調(diào)查結(jié)果為依據(jù)，通過(guò)對(duì)南疆本地機(jī)采棉的測(cè)量數(shù)據(jù)的收集。并對(duì)影響機(jī)采棉采摘的各種因素進(jìn)行分析。根據(jù)測(cè)量到的棉花采收期植株特性、成熟度、脫葉情況測(cè)定的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行合理化分析，然后與水平摘錠能影響采摘質(zhì)量的因素進(jìn)行分析總結(jié)。得出影響機(jī)采棉采摘的主要因素。并獲得與采棉機(jī)相適應(yīng)的最佳農(nóng)藝參數(shù)范圍。為了采棉機(jī)在田間作業(yè)時(shí)對(duì)參數(shù)的適時(shí)調(diào)節(jié)。來(lái)提高采棉機(jī)的采摘質(zhì)量，保證采摘效率。 本文的主要內(nèi)容和結(jié)論概括如下： （1）對(duì)機(jī)采棉農(nóng)藝參數(shù)的分析有較大的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)農(nóng)藝參數(shù)的研究，能得到正確的栽培方法，提高產(chǎn)量保證摘后棉花品質(zhì)，有效的提高收益并減少成本。 （2）通過(guò)去實(shí)地去測(cè)定采收期植株特性、成熟度、脫葉情況，得到了所需要的數(shù)據(jù)。 （3）通過(guò)分析采收期植株特性測(cè)定的數(shù)據(jù)后。得出影響后期機(jī)采的影響因素：有效的控制株高、底桃高度。防止漏采提高采摘效率。 （4）通過(guò)分析成熟度脫葉情況。得出了主要因素：脫葉催熟劑的噴灑不完全、脫葉催熟劑的藥量不夠或濃度不夠。這會(huì)導(dǎo)致青鈴數(shù)量多降低收益，青葉過(guò)多采收后影響棉花品質(zhì)，干葉脫落不完全增加采收后的籽棉中的雜質(zhì)降低籽棉品質(zhì)。都可能直接導(dǎo)致含雜率高。 （5）通過(guò)對(duì)影響摘錠采摘效率和采摘質(zhì)量的各個(gè)因素分析后。得出：采棉頭離地的高低；采摘頭的壓緊板壓緊力大??；壓緊板與摘錠的間隙的大??；脫棉盤(pán)與摘錠的間隙。這些都會(huì)影響采摘效率、采摘質(zhì)量和采凈率。 （6）當(dāng)避免以上分析出的因素會(huì)極大的提高采摘效率、采摘質(zhì)量。能減少“掛白毛”的現(xiàn)象，增加農(nóng)戶收益減少成本。 參考文獻(xiàn) [1] 王新國(guó).國(guó)產(chǎn)采棉機(jī)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展前景展望[J].農(nóng)機(jī)化,2003,05:30-31. 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