國外谷物聯(lián)合收獲機技術(shù)進(jìn)展

劉佳妮

摘 要： 在研究國外谷物聯(lián)合收獲機割臺系統(tǒng)、在線監(jiān)測技術(shù)、軸流脫粒系統(tǒng)、智能清選系統(tǒng)和谷物流量傳感等關(guān)鍵技術(shù)概況的基礎(chǔ)上，介紹了幾種國外代表產(chǎn)品的主要技術(shù)特征，為今后研究技術(shù)和性能先進(jìn)的谷物聯(lián)合收獲機提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：谷物收獲機；技術(shù)進(jìn)展；收獲機械；割臺自適應(yīng)技術(shù)；在線測產(chǎn)技術(shù)

中圖分類號：S225.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1795（2023）12-0022-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.12.004

0 引言

國外谷物聯(lián)合收獲機在割臺自適應(yīng)技術(shù)、智能監(jiān)控、自動駕駛、信息集成、GPS 導(dǎo)航、遠(yuǎn)程操控和數(shù)據(jù)管理等方面技術(shù)發(fā)展領(lǐng)先，尤其是歐美發(fā)達(dá)國家一些大型農(nóng)機品牌產(chǎn)品在上述技術(shù)方面表現(xiàn)較為突出。如通過改進(jìn)設(shè)計和使用精密收割頭、柔性刀條和鉸接式履帶割臺，可以適應(yīng)多種作物的收割作業(yè)，并且收割過程貼近地面，最大程度減少漏收；發(fā)動機動力大、收割幅寬大，大大提高了收獲效率，部分高端機型采用雙發(fā)動機技術(shù)，使收獲效率成倍增加；智能監(jiān)控系統(tǒng)和自動調(diào)整裝置，使操作更加簡便，增強了整機的用戶友好性：采用GPS 導(dǎo)航、傳感器和精密農(nóng)業(yè)技術(shù)，使谷物聯(lián)合收獲機可以進(jìn)行更精準(zhǔn)地收割和更有效的田間管理；采用了更加清潔的發(fā)動機技術(shù)，減少污染物排放；提高了燃油效率，從而減少運營成本和環(huán)境污染；集成的信息管理系統(tǒng)能夠記錄和分析收割數(shù)據(jù)，幫助用戶進(jìn)行決策，并優(yōu)化其作物管理；自動駕駛技術(shù)和遙控操作正在快速發(fā)展，有望在不久的將來成為現(xiàn)實[1-5]。

1 技術(shù)分析

1.1 割臺自適應(yīng)技術(shù)

采用鉸接式履帶割臺，與地面貼合性好，獨特的深度節(jié)糧型輸送帶能夠最大程度地收割谷物，降低損失率；履帶式傳送帶不受空氣或作物濕度含量的影響；作物喂入和分離效率高；雙刀片割刀系統(tǒng)采用軸傳動，每次行程有兩次切割，收割效率高、質(zhì)量好。膠帶采用脊?fàn)顖D案設(shè)計，能夠最大程度地捕獲小顆粒作物，防止小顆粒作物從膠帶上滾落，與標(biāo)準(zhǔn)輸送帶相比，收獲損失可減少25%。

1.2 大容量谷物喂入技術(shù)

喂入室角度和高度可以在機器作業(yè)過程中無縫調(diào)整，顯著提高收獲速度；谷物流動更加順暢，減少了谷物和秸稈堵塞；強大的機械式反轉(zhuǎn)裝置可以在駕駛室內(nèi)完成反轉(zhuǎn)操作，快速完成清堵作業(yè)；在主驅(qū)動變速器上的離合器慣性作用下，所有驅(qū)動器可快速停止，實現(xiàn)快速停機；旋轉(zhuǎn)進(jìn)料系統(tǒng)可根據(jù)作物量自動調(diào)整，確保物料輸送平穩(wěn)和流暢；樞軸點位于遠(yuǎn)離喂入室的前面，靠近飼料加速器，最大限度地擴大了輸送范圍，使大容量作物處理過程簡單、快捷。

1.3 高效脫粒分離技術(shù)

脫粒裝置直徑大，長度長，脫粒和分離能力強，主動面和凹面分離，可最大程度適應(yīng)高產(chǎn)作物或物料不均勻作物的收割作業(yè)；凹面設(shè)置更寬，為更多的作物提供脫粒操作。脫粒轉(zhuǎn)子從喂入室進(jìn)入，主動引導(dǎo)異物排出，進(jìn)料葉片角度設(shè)計確保脫粒轉(zhuǎn)子滿載，實現(xiàn)高效脫粒；有效脫粒面積可達(dá)2.75 m2，比傳統(tǒng)脫粒滾筒脫粒效率提高50% 以上，脫粒轉(zhuǎn)子的偏心和錐形設(shè)計最大限度地減少了對谷物的損傷。大直徑高性能脫粒轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的巨大慣性有助于徹底分離物料，并且轉(zhuǎn)速低，能量消耗低，對谷物的摩擦損傷小。設(shè)備的維護(hù)運營成本低。

1.4 物料清選技術(shù)

設(shè)計二級清選裝置，可以徹底清潔物料，比一級清選裝置清潔效果好，具有損耗低、清潔效率高等特點；獨立螺旋輸送裝置采用坡度設(shè)計，防止顆粒橫向移動，確保物料清潔均勻；發(fā)動機風(fēng)扇速度均勻，有助于提升物料清潔效果。

1.5 在線測產(chǎn)技術(shù)

谷物聯(lián)合收獲機在線測產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用先進(jìn)的傳感器和計算機技術(shù)，可以實時監(jiān)測收割過程中的谷物產(chǎn)量，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。通過在收獲機上安裝傳感器和計算機系統(tǒng)，實時收集和處理收割過程中的數(shù)據(jù)，包括谷物濕度、質(zhì)量、面積等信息，從而計算出每塊農(nóng)田的產(chǎn)量。這些數(shù)據(jù)可以及時反饋給用戶，幫助其了解收割情況，及時調(diào)整作業(yè)計劃，提高收割效率，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

1.6 遠(yuǎn)程遙控技術(shù)

通過遠(yuǎn)程設(shè)備，如遙控器、智能手機或電腦，可以實時監(jiān)控和調(diào)整聯(lián)合收獲機作業(yè)，可以遠(yuǎn)程管理機器，并且在機器出現(xiàn)故障時可及時收到報警信息，及時進(jìn)行故障處理，以免損壞機器。通常依賴于無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)用戶與收獲機之間的信息傳輸和控制指令的發(fā)送。用戶可以通過遠(yuǎn)程設(shè)備上的控制界面監(jiān)控收獲機的狀態(tài)、調(diào)整作業(yè)參數(shù)，以及控制收獲機的移動和收割動作。遠(yuǎn)程遙控技術(shù)可以提高收割作業(yè)的安全性，因為用戶可以在遠(yuǎn)離危險區(qū)域的位置進(jìn)行操作，減少了事故的風(fēng)險。其次，可以提高作業(yè)效率，因為用戶可以更方便地調(diào)整和控制收獲機的作業(yè)速度和路徑，以適應(yīng)不同的農(nóng)田條件和作物狀況。遠(yuǎn)程遙控技術(shù)還可以減輕用戶的勞動強度，提高工作的舒適性。

1.7 自動駕駛技術(shù)

谷物聯(lián)合收獲機自動駕駛技術(shù)結(jié)合GPS 定位、導(dǎo)航和控制等技術(shù)，使收獲機能夠在沒有人工干預(yù)的情況下自動完成收割作業(yè)。這種技術(shù)通常使用全球定位系統(tǒng)（GPS）來確定收獲機的位置，同時使用傳感器和攝像頭等設(shè)備來感知周圍環(huán)境，如農(nóng)作物的情況、地形和障礙物等。通過處理這些信息，自動駕駛系統(tǒng)可以規(guī)劃出最優(yōu)的收割路徑，并控制收獲機沿著路徑自動行駛和收割。自動駕駛技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高收獲機的作業(yè)效率和精度，減少人工操作和人力成本，同時也可以降低收割過程中的損失和浪費。還可以改善工作環(huán)境，減輕用戶的勞動強度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性和可持續(xù)性。

2 代表產(chǎn)品與技術(shù)特征

2.1 約翰迪爾X 系列谷物聯(lián)合收獲機

約翰迪爾X 系列谷物聯(lián)合收獲機產(chǎn)品如圖1 所示，技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

2.2 凱斯AXIAL-FLOW 4000 系列谷物聯(lián)合收獲機

凱斯AXIAL-FLOW 4000 系列谷物聯(lián)合收獲機如圖2 所示，技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

2.3 科樂收LEXION 系列谷物聯(lián)合收獲機

科樂收LEXION 系列谷物聯(lián)合收獲機如圖3 所示，技術(shù)參數(shù)如表3 所示。

2.4 技術(shù)特征

除上述3 個品牌外，還有意紐荷蘭、麥賽福格森、芬特等大型谷物聯(lián)合收獲機品牌產(chǎn)品技術(shù)也較先進(jìn)。無論是哪種國際品牌，在收割技術(shù)方面都有自己的特色，但也具有一些共性特點[6-10]。

（1）高效性。設(shè)計精良，能夠在短時間內(nèi)完成大量谷物的收割工作。高效的切割和傳送系統(tǒng)確保谷物能夠快速、順暢地從田地收獲到糧箱中。

（2）大容量。聯(lián)合收獲機通常配備有大容量的糧箱，可以減少在收割過程中因頻繁卸載而浪費的時間。

（3）通用性。許多國外聯(lián)合收獲機能夠適應(yīng)多種谷物的收割，如小麥、大麥、玉米等。通過簡單的調(diào)整或更換部件，這些機器可以輕松地從收割一種谷物切換到另一種。

（4）先進(jìn)性。國外聯(lián)合收獲機往往采用先進(jìn)的技術(shù)，如精確導(dǎo)航系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)和傳感器技術(shù)。這些技術(shù)可以提高收獲精度，減少收獲損失，并提高工作效率。

（5）舒適性。用戶舒適性也是設(shè)計考慮的重要因素。聯(lián)合收獲機通常配備有舒適的座椅、空調(diào)和隔音設(shè)備，提供更加舒適的工作環(huán)境。

（6）耐用性。精心設(shè)計和制造，以承受長時間的使用和惡劣的田間條件。高質(zhì)量的材料和嚴(yán)格的制造工藝確保了其耐用性和可靠性。

3 技術(shù)發(fā)展趨勢

（1）自動化與智能化。隨著傳感器、人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，收獲機正在變得越來越自動化和智能化。這包括自動駕駛技術(shù)、作物收獲過程的自動監(jiān)控和調(diào)節(jié)，以及數(shù)據(jù)分析，以優(yōu)化工作效率和減少資源浪費。

（2）提高效率與減少損耗。通過改進(jìn)機械設(shè)計和優(yōu)化作業(yè)流程，新型收獲機力求在更短的時間內(nèi)處理更多的谷物，同時減少作物損失和損耗。這可以通過改進(jìn)切割裝置、輸送系統(tǒng)或者分離技術(shù)來實現(xiàn)。

（3）環(huán)境適應(yīng)性。新一代收獲機能夠適應(yīng)不同地形和作物條件，包括作物濕度較高和不平坦地面，以確保在多樣化的環(huán)境中保持高效率和低損耗收割。

（4）精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。集成GPS 和地塊映射技術(shù)使得收獲機能夠進(jìn)行精準(zhǔn)作業(yè)，準(zhǔn)確記錄收割區(qū)域和作物產(chǎn)量，用戶可以更好地管理和預(yù)測產(chǎn)量。

（5）可持續(xù)性。隨著對環(huán)保的關(guān)注不斷提高，新型收獲機更注重燃油效率和減少排放，使用更清潔的發(fā)動機技術(shù)或電動驅(qū)動系統(tǒng)。

（6）用戶友好性。操作界面和用戶體驗的改進(jìn)使得機器更加易于操作，減輕勞動強度，同時提高工作精度和安全性。

（7）多功能性與模塊化設(shè)計。為了適應(yīng)不同的農(nóng)業(yè)需求，新型聯(lián)合收獲機設(shè)計越來越多功能，可以通過更換不同的組件和附件，以適應(yīng)不同類型的作物和作業(yè)。

（8）數(shù)據(jù)管理與連接性。越來越多地配備了互聯(lián)網(wǎng)連接功能，可以實時傳輸工作數(shù)據(jù)到農(nóng)場管理系統(tǒng)，實現(xiàn)更好的作業(yè)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。

4 結(jié)束語

隨著農(nóng)機科技的不斷進(jìn)步，國外谷物聯(lián)合收獲機技術(shù)已經(jīng)取得顯著成果，不僅在提高作業(yè)效率、降低勞動強度方面表現(xiàn)出色，還在智能化、精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)發(fā)展中扮演越來越重要的角色。這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用不僅優(yōu)化了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程，還為全球糧食安全提供了有力保障。國內(nèi)現(xiàn)有谷物聯(lián)合收獲機與國外先進(jìn)機型相比，在性能指標(biāo)和可靠性方面還存在一定差距，需要科研人員的持續(xù)努力和技術(shù)創(chuàng)新，逐步縮小與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距，促進(jìn)我國谷物聯(lián)合收獲機技術(shù)快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

王帥，郁志宏，張文杰，等．谷物聯(lián)合收獲機在線測產(chǎn)技術(shù)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37（17）：58-70．

WANG Shuai， YU Zhihong， ZHANG Wenjie， et al． Review of recentadvances in online yield monitoring for grain combine harvester[J]． Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2021，37（17）：58-70．

寧新杰，金誠謙，印祥，等．谷物聯(lián)合收割機風(fēng)篩式清選裝置研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．中國農(nóng)機化學(xué)報，2018，39（9）：5-10．

NING Xinjie，JIN Chengqian，YIN Xiang，et al．Research status anddevelopment trend of air-and-screen cleaning device for cereal combineharvesters[J]． Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2018，39（9）：5-10．

杜洪恿，王永剛，張恒，等．聯(lián)合收割機清選裝置中離心風(fēng)機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．中國農(nóng)機化學(xué)報，2019，40（7）：73-77．

DU Hongzai， WANG Yonggang， ZHANG Heng， et al． Currentstatus and development trend of centrifugal fan in cleaning device of combineharvesters[J]． Journal of Chinese Agricultural Mechanization，2019，40（7）：73-77．

趙男，金誠謙，王超，等．谷物聯(lián)合收獲機清選系統(tǒng)智能化技術(shù)研究進(jìn)展[J]．中國農(nóng)機化學(xué)報，2023，44（3）：163-170．

ZHAO Nan，JIN Chengqian，WANG Chao，et al．Research progresson intelligent technology of grain combined harvester cleaningsystem[J]． Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2023，44（3）：163-170．

劉華偉，張萍，楊曉慧，等．國內(nèi)谷物聯(lián)合收獲機割臺智能化現(xiàn)狀與發(fā)展研究[J]．中國農(nóng)機化學(xué)報，2022，43（4）：189-197．

LIU Huawei，ZHANG Ping，YANG Xiaohui，et al．Research on thestatus and development of grain combine harvester cutting table intelligencein China[J]． Journal of Chinese Agricultural Mechanization，2022，43（4）：189-197．

郭紅星，金誠謙，印祥，等．谷物聯(lián)合收獲機清選系統(tǒng)研究現(xiàn)狀[J]．中國農(nóng)機化學(xué)報，2020，41（6）：26-36．

GUO Hongxing， JIN Chengqian， YIN Xiang， et al． Research statusof the cleaning system of the corn combine harvester[J]． Journal ofChinese Agricultural Mechanization，2020，41（6）：26-36．

汪六三，王儒敬．聯(lián)合收割機谷物流量傳感器研究進(jìn)展[J]．農(nóng)業(yè)工程，2020，10（10）：25-28．

WANG Liusan， WANG Rujing． Research progress of grain flowsensor for combine harvester[J]． Agricultural Engineering， 2020，10（10）：25-28．

陳艷普，滕悅江，郭飛揚，等．聯(lián)合收割機縱軸流脫粒系統(tǒng)研究進(jìn)展[J]．中國農(nóng)機化學(xué)報，2019，40（9）：13-19．

CHEN Yanpu，TENG Yuejiang，GUO Feiyang，et al．Research progresson longitudinal axial flow threshing system of combine harvester[J]． Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2019， 40（ 9） ：13-19．

張正中，謝方平，田立權(quán)，等．國外谷物聯(lián)合收割機脫粒分離系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]．中國農(nóng)機化學(xué)報，2021，42（1）：20-29．

ZHANG Zhengzhong， XIE Fangping， TIAN Liquan， et al． Currentsituation and development trend of threshing and separating system ofinternationalgrain combine harvester[J]． Journal of Chinese AgriculturalMechanization，2021，42（1）：20-29．

程永輝，黃彪，褚澳，等．玉米收獲機械化技術(shù)研究進(jìn)展[J]．機械工程與技術(shù)，2021，10（1）：83-91．

CHENG Yonghui， HUANG Biao， CHU Ao， et al． Research progressof corn harvest mechanization technology[J]． Mechanical Engineeringand Technology，2021，10（1）：83-91．