通過田間試驗確定全喂入谷物聯(lián)合收割機(jī)喂入量的探討

李天成

四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站，四川成都

農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、提高農(nóng)村生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)。收獲機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已逐漸成為不可或缺的重要生產(chǎn)物資，尤其是谷物類聯(lián)合收割機(jī)具有撥禾、切割、輸送、脫粒、篩選、莖稈切碎、打捆等功能，受到廣大用戶的青睞。收割機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由割臺、輸送機(jī)構(gòu)、脫粒清選機(jī)構(gòu)、液壓升降及操縱系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、配套動力、莖稈切碎器、秸稈還田機(jī)構(gòu)、打捆裝置等部件組成，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械中結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的農(nóng)作物收獲機(jī)具，具有適應(yīng)復(fù)雜多變的工作環(huán)境、工作負(fù)荷大、作業(yè)時間連續(xù)性強(qiáng)等特性。全喂入谷物聯(lián)合收割機(jī)（以下簡稱收割機(jī)）是指割臺切割下來的谷物全部進(jìn)入滾筒脫粒的聯(lián)合收割機(jī)，可分為自走式、懸掛式和牽引式，按喂入方式可分為全喂入式和半喂入式。而收割機(jī)的喂入量是指單位時間內(nèi)聯(lián)合收割機(jī)連續(xù)加工的作物量，反應(yīng)了收割機(jī)通過測定區(qū)時，單位時間內(nèi)接收籽粒、莖稈和清選排出物的總質(zhì)量，是表征聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)能力的一個非常重要的設(shè)計參數(shù)，也是各工作部件進(jìn)行設(shè)計計算的重要依據(jù)，考核收割機(jī)性能時的一個重要作業(yè)條件。

1 確定喂入量的意義

按JB/T 8574-2013《農(nóng)機(jī)具產(chǎn)品型號編制規(guī)則》的規(guī)定，收割機(jī)是按喂入量的大小來確定產(chǎn)品型號。例如“4LZ-4.0”表示機(jī)具類別為收獲機(jī)械類谷物聯(lián)合收割機(jī)，喂入量為4.0 kg/s 的自走式全喂入谷物聯(lián)合收割機(jī)。收割機(jī)的喂入量從設(shè)計到最終確定是一個復(fù)雜的工程，首先，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性、作業(yè)對象設(shè)計出產(chǎn)品，計算出理論喂入量；然后，根據(jù)各類型的田間試驗或通過喂入量測試系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計、比較分析，找出產(chǎn)品的額定喂入量合理范圍。收割機(jī)各工作部件只有在設(shè)計的額定喂入量范圍內(nèi)時才能發(fā)揮出最佳效能。本文采用4LZ-2.2 型谷物聯(lián)合收割機(jī)為例，以一種作物、多組試驗的田間試驗數(shù)據(jù)繪制了喂入量與作業(yè)速度關(guān)系示意圖、損失率與作業(yè)速度關(guān)系示意圖、損失率與喂入量關(guān)系示意圖等示例和探討喂入量通過田間試驗確定的方法。

2 影響喂入量的因素

影響喂入量的因素主要包括土壤質(zhì)地、土壤堅實度、泥腳深度、水層深度、作物倒伏程度、作物成熟度、作物密度、割茬高度、割幅寬度、作業(yè)速度、操作機(jī)手熟練度、動力配置合理性、總損失率、部件加工精度、裝配工藝等。同時，也不排除收割機(jī)附屬裝置消耗發(fā)動機(jī)功率而影響喂入量的因素，如收割機(jī)作業(yè)時并附帶秸稈切碎裝置、秸稈還田裝置、打捆裝置、空調(diào)系統(tǒng)等的影響，收割機(jī)在設(shè)計時應(yīng)將諸多影響喂入量的因素考慮進(jìn)去。其中，作物密度在作業(yè)條件中波動較大，不僅與單位面積株數(shù)、長勢有關(guān)，而且與莖稈含水率的變化也有關(guān)系。割茬高度由收獲工藝決定，在確定喂入量時應(yīng)該保持在一定范圍內(nèi)，當(dāng)作物密度和割茬高度一定時，可以從草谷比的信息上反映出來。通過喂入量與作業(yè)速度關(guān)系示意圖（圖1）可以看出，當(dāng)作業(yè)速度在一定范圍內(nèi)不斷提高時，單位時間內(nèi)收獲的作物量（籽粒量和莖稈量之和）增加，喂入量也就隨之增大。喂入量與作業(yè)速度在一定區(qū)間內(nèi)近似呈正比關(guān)系。收割機(jī)從設(shè)計到成品，具有一定本身的屬性和特性，在脫粒過程中，喂入量過大或過小都會使脫粒損失增加，即使相同喂入量下，草谷比過大也會導(dǎo)致破碎率升高。因此，從圖1 只能得出作業(yè)速度與喂入量某系列測試數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的關(guān)系，但不能作為確定喂入量的依據(jù)。

圖1 喂入量與作業(yè)速度關(guān)系示意圖

喂入量的確定應(yīng)同時觀察作業(yè)速度與損失率的關(guān)系。作業(yè)速度與損失率在一定的范圍內(nèi)同樣也是正比關(guān)系，損失率與作業(yè)速度關(guān)系見示意圖2。從圖2得出，當(dāng)作業(yè)速度達(dá)到一定范圍時速度和損失同時呈增大趨勢。通常情況下，速度越慢，喂入量越??；速度越快，喂入量越大，但同時損失率隨之增大。如果喂入量過大，會導(dǎo)致籽粒未被分離出來造成夾帶損失，因此不考慮損失率得出的喂入量是不科學(xué)的。忽略損失率、含雜率、破碎率就按統(tǒng)計出的總收獲質(zhì)量除以測區(qū)通過時間而計算出的喂入量或帶有主觀性和隨意性制定的喂入量，往往是經(jīng)不起驗證和推敲的。

圖2 損失率與作業(yè)速度關(guān)系示意圖

喂入量除了與作業(yè)速度有關(guān)外，還受其他因素的影響，因此，在相同作業(yè)速度下，喂入量存在較大波動。在聯(lián)合收割機(jī)工作過程中，谷物密度不可控制，但割茬高度可以控制在一定范圍內(nèi)，即草谷比變化很小，而且正常情況下為滿幅收獲，因此，唯一可調(diào)的參數(shù)就是作業(yè)速度。喂入量受谷物密度的影響較大，相同作業(yè)速度下，谷物密度越大，其喂入量也越大。即使谷物密度相同時，喂入量與作業(yè)速度之間也不是簡單的線性關(guān)系，因為在谷物密度和作業(yè)速度一定的情況下，草谷比發(fā)生變化，其喂入量也會發(fā)生變化。這也進(jìn)一步說明，實際收獲過程中喂入量應(yīng)該是一個范圍，除了與作業(yè)速度有關(guān)外，還與草谷比，谷物秸稈混雜度等因素有關(guān)。

3 喂入量的確定

收割機(jī)喂入量的設(shè)計值是一個理論值，與實際作業(yè)時有一定差異，需在低損失率下確定機(jī)型的喂入量。收割機(jī)收獲過程的損失與喂入量、作物屬性、脫粒機(jī)構(gòu)和清選機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)等有直接關(guān)聯(lián)。收獲損失是多種損失的集合，主要包括收獲前損失、割臺損失和收獲過程損失，以落粒、丟穗、漏割、脫不凈、夾帶、破碎等形式表現(xiàn)出來。如何能準(zhǔn)確合理地得到聯(lián)合收割機(jī)的喂入量（生產(chǎn)率）呢？GB/T 8097-2008中第7.9條規(guī)定：“優(yōu)先采用線性比例圖表測試脫粒機(jī)體損失率，橫坐標(biāo)為總喂入量、莖稈喂入量和籽粒喂入量，縱坐標(biāo)為損失率，每個測試行程的測定數(shù)據(jù)應(yīng)標(biāo)在圖上。收割機(jī)的額定喂入量應(yīng)是損失曲線上符合GB/T 6979.2-2005 所規(guī)定損失率的那個交點處的喂入量?！卑碐B/T 8097-2008的規(guī)定，一臺收割機(jī)的喂入量應(yīng)從損失曲線上得出最合理的數(shù)值，按本文損失率與喂入量關(guān)系示意圖圖3所示，剔除異常數(shù)據(jù)，同時在“損失率-喂入量”曲線圖中繪制出多條不同作物通過多次試驗數(shù)據(jù)的“損失率-喂入量”曲線，并在圖中找到各最低損失率（最優(yōu)收獲質(zhì)量）曲線交點處所對應(yīng)的喂入量，即為該機(jī)型的喂入量（如圖4）。以喂入量示意圖圖4為例，從圖4中找出最低損失率（最優(yōu)收獲質(zhì)量）曲線交點處所對應(yīng)的喂入量約為2.2 kg/s，即為該機(jī)型通過田間試驗所確定的喂入量（注：不能如本文圖3 所示例繪制出一組數(shù)據(jù)曲線作為確定喂入量依據(jù)）。

圖3 損失率與喂入量關(guān)系示意圖

圖4 喂入量確定示意圖

4 喂入量確定的注意事項

收割機(jī)應(yīng)根據(jù)本機(jī)型的工作特性配置合理的動力，在通過系列完整可靠的裝配和調(diào)試后，喂入量采用實際田間測試確定結(jié)果時，應(yīng)注意以下方面。

1）試驗樣機(jī)應(yīng)符合GB/T 6979.2-2005 的規(guī)定。按當(dāng)?shù)赜写硇缘淖魑锸斋@條件、工藝要求調(diào)整到最佳工作狀態(tài)，必要時，在完成一個試驗系列后，對割臺、輸送、脫粒、分離或清選等機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整以獲得正常作業(yè)的最佳狀態(tài)。

2）作物應(yīng)符合GB/T 6979.2-2005 的規(guī)定。作物應(yīng)選取在當(dāng)?shù)鼐哂写硇缘淖魑铩a(chǎn)量達(dá)到當(dāng)?shù)仄骄a(chǎn)量、生長均勻、切割線上無雜草或其他作物、無倒伏、無病蟲害，成熟度達(dá)到完熟（作物成熟度分為乳熟期、臘熟期、完熟期和枯熟期，本文推薦采用完熟期作物）。具有小麥、水稻的收割功能的多功能收割機(jī)應(yīng)分別進(jìn)行兩種作物驗證。

3）地表條件應(yīng)符合GB/T 6979.2-2005 的規(guī)定。試驗田塊應(yīng)平坦、不陷腳、無積水。試驗應(yīng)在多區(qū)域、多類型土壤（砂土、壤土、粘土）、多氣候、多次數(shù)進(jìn)行驗證。

4）收割機(jī)操作人員應(yīng)熟悉相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并能按一定的工藝要求熟練操作機(jī)器。在確定喂入量試驗期間最好保持同一人操作樣機(jī)。

5）試驗期間所有的儀器設(shè)備應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，必要時在開展每一個試驗系列前都進(jìn)行校準(zhǔn)。

6）試驗期間人員分工盡可能保持一致。

7）試驗方法應(yīng)符合GB/T 8097-2008的規(guī)定。試驗結(jié)束后將試驗結(jié)果分別進(jìn)行統(tǒng)計，在本文示例圖3（損失率與喂入量關(guān)系示意圖）中同時繪制各組數(shù)據(jù)，通過綜合比較和分析，最后得出最佳數(shù)據(jù)（喂入量）。

8）為達(dá)到數(shù)據(jù)有效的可比性，每次試驗期間的氣候狀況、作物取樣方法等應(yīng)符合GB/T 5262-2008 的規(guī)定。并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法記錄環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度、大氣壓力、地表條件、風(fēng)向風(fēng)速、作物自然高度、泥腳深度、自然落粒、千（百）粒質(zhì)量、作物產(chǎn)量、秸稈含水率、籽粒含水率、草谷比等信息。

9）通過田間調(diào)查作業(yè)條件滿足JB/T 5117-2017 規(guī)定后，方可進(jìn)行測試。每次試驗結(jié)束后應(yīng)準(zhǔn)確無誤地計算出機(jī)體損失率、莖稈喂入量、籽粒喂入量、總喂入量、含雜率、破碎率。在繪制曲線時應(yīng)選取損失率、含雜率、破碎率達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)論

收割機(jī)喂入量通過田間試驗確定時，受不同的作物、地形、氣候條件、試驗條件、土壤類型、作業(yè)工藝等因素影響，只有通過科學(xué)有效的系列試驗，繪制出損失率與喂入量關(guān)系圖，根據(jù)各組曲線綜合分析收割機(jī)喂入量和收獲損失率的關(guān)系，找出喂入量的最優(yōu)區(qū)間范圍，確定出收割機(jī)的額定喂入量。通過科學(xué)試驗方法確定出的收割機(jī)額定喂入量對體現(xiàn)收割機(jī)最佳工作狀態(tài)、優(yōu)化工作效能、提高工作質(zhì)量等具有重要指導(dǎo)意義。