播種機組純作業時間利用率與地塊條件的匹配模型與試驗

喬金友，邵光輝，李 榮，陳海濤，王文富，李文華，朱勝杰，劉 騰

播種機組純作業時間利用率與地塊條件的匹配模型與試驗

喬金友1，邵光輝1，李 榮1，陳海濤1，王文富2，李文華3※，朱勝杰1，劉 騰1

（1. 東北農業大學工程學院，哈爾濱 150030；2. 黑龍江龍門農場，北安 164000；3. 黑龍江省農業科學院，哈爾濱 150086）

機械化播種作業是現代農業生產的重要環節，純作業時間利用率是衡量播種機組作業效率的重要指標。該研究依據農業機組運行機理，在調查研究的基礎上，提出季節時間利用率概念，確定了播種機組的作業時間構成，建立了播種機組純作業時間、轉彎時間、加種肥時間的計算模型和3種加肥方式下的播種機組純作業時間利用率計算模型，明確各參數隨地塊面積、地塊長度等條件變化的一般規律；以此為基礎，在機組正常作業狀態下，采用定距離多點多設備同步跟蹤測的試驗方法獲取4種典型播種機組各類作業時間數據，并運用3原理剔除無效數據；依據所建模型及有效試驗數據，采用Matlab 2012b對4種播種機組的純作業時間利用率隨地塊條件變化規律進行模擬仿真，并采用Sigmaplot 12.5軟件直觀表達試驗結果；進而探索了播種機組純作業時間利用率隨地塊條件化的原因，確定了目標時間利用率條件下不同播種機組與其所適宜的作業地塊面積和地塊長度的定量關系：播種機組純作業時間利用率大于0.6時，約翰迪爾7830機組適合作業地塊面積大于等于6 hm2、地塊長度為1 200～1 400 m；維美德171機組適宜作業地塊面積大于等于6 hm2、地塊長度為1 000～1 200 m；常發504機組適合作業的地塊面積大于等于1 hm2、地塊長度為500～1 500 m；黃海254機組適合作業的地塊面積大于等于0.3 hm2、地塊長度200～1 500 m。研究成果可為不同地塊條件的播種機組選型提供定量依據。

機械化；模型；播種機組；純作業時間利用率；地塊條件；加種肥方式

0 引 言

農村實行家庭聯產承包責任制以后，以戶為單位經營土地使作業單元地塊變得細碎化[1-2]。后來由于婚嫁等原因土地頻繁調整，使土地細碎化狀況日漸嚴重。隨著土地流轉政策的實施及流轉效果的提升，使部分細碎化土地得到一定程度整合[3]，尤其是隨著農村合作組織的發展，土地連片經營程度逐漸提高。這種發展狀態造成農業生產中多種作業單元地塊規模并存且差距較大。

地塊面積和地塊長度等參數是影響田間作業機組時間利用率的重要地塊條件因素[4-5]，且同種農業機組在不同地塊條件下作業，其技術參數及經濟效果也不同。一般規律是：在地塊面積和長度較小情況下，運用中型或小型拖拉機機組工作有利；地塊面積和長度較大的條件下，選用功率較大的拖拉機機組是合理的[6]。但這僅是定性的結論，在作業單元地塊規模不等且差距較大形勢下，研究不同機組時間利用率隨地塊條件變化規律，為科學選擇不同經營規模條件下適用農業機組提供定量理論依據，具有重要理論及現實意義。

國外專家對農業機械作業技術參數與地塊條件的關系進行了研究。Hunt[7]依據機組最低年度費用提出確定農機具最佳幅寬的數學模型。Henning等[8]以地塊規模和作物種植計劃作為變量，以最小成本、機組工作效率、時間利用率作為目標建立模型確定動力機功率、作業機幅寬、機組數量。Olaoye等[9]發現隨著作業幅寬的增加，農業機組轉彎軌跡復雜，地頭轉彎時間增加，機組時間利用率降低。Hameed等[10]依據農地幾何形狀、作業機具參數、地頭轉彎模式等信息，將作業地塊劃分為不同的區域，以作業消耗最小和總作業路徑最短等為目標計算最優作業方向，生成最優作業路徑，進而提高機組作業效率。

國內研究機組技術參數與地塊條件關系的文獻相對較多。杜兵[11]對農業機器作業班內時間項目進行分類，提出研究播種機組時間利用率時應納入加種肥時間等項目。黃肇先[12]研究機組功率和地塊大小對農業機組生產率的影響，但是沒有給出定量規律和模型。盧林瑞等[13]提出，做好各輔助環節銜接工作和增大種肥箱容積，可減少播種機組異常停歇時間。陳濟勤[14]提出：將小地塊合并和規劃成較大地塊，有利于減少轉彎次數和地塊轉移空行時間。黃小毛等[15]利用計算機技術尋求最優農機作業調度策略，以減少農業機組地頭轉彎距離和時間消耗。余友泰等[6,16]給出拖拉機功率、機組生產率以及農具工作幅寬與農場經營規模的關系曲線，得出大地塊、長壟應選擇大型機組，反之選擇小型拖拉機有利的結論。陳麗能等[17]指出地塊長度和機組功率是影響機組生產率的主要因素，并給出對生產率影響程度的評價指標及其計算模型。魏延富等[18]提出根據不同地區地表覆蓋狀況、地塊大小、經濟狀況等選擇合適的免耕播種機。孔德剛等[19-21]分析測試機組的時間利用率和作業效率，并提出大功率農業機組合理的運用模式。喬金友等[22-24]建立了收獲機組時間利用率及技術生產率隨地塊條件變化模型，并比較研究不同收獲機組技術生產率隨地塊條件變化的規律。張凱等[25]建立了不同作業路線下收割機生產率計算模型，分析了不同型號收割機、作業路線和田塊面積下收割機生產率的變化規律。

國內外文獻研究涉及機組幅寬、功率等參數與地塊大小的關系，并取得了重要成果，但是，大多文獻僅進行定性分析，關于機組的純時間利用率隨地塊條件的定量變化關系研究很少報道。結合播種機組實際作業過程，建立播種機組純作業時間利用率隨地塊條件變化關系的數學模型，并通過試驗探討不同加種加肥方式下，典型播種機組純作業時間利用率隨地塊條件的變化規律，進而確定不同播種機組的適宜作業地塊條件，不但可以有針對性地完善農業機組運用機制，而且可為目前作業單元地塊規模大小不一條件下合理選用播種機機組提供理論支撐。

1 機組純作業時間利用率概念及模型

1.1 機組純作業時間利用率一般概念及模型

農業機組班次純作業時間利用率是機組在作業班次內純作業時間與班次總時間的比值。計算模型如式（1）所示。

式中為機組的班次純作業時間利用率，%；T為機組班次純作業時間，s；為班次總時間，s。

機組純作業時間利用率與許多因素有關，如機器的結構形式、工作可靠性等因素，作業速度、行走方式等運行因素，還有作業單元的地塊面積和長度、坡度、地表狀態等客觀條件因素。分析機組純作業時間利用率的目的在于盡可能地減少非工作時間，提高作業效率，并為改進機器的設計、提高制造質量、合理規劃地塊等工作提供科學依據[26-28]。

1.2 作業季內純作業時間利用率模型

由于班次時間較短，且不同地區、不同生產單位的地塊規模不同，播種機組作業過程中一些出現頻率較低的時間項目（例如：地塊轉移、故障停歇等）在班次時間內可能觀測不到，研究班次純作業時間利用率不能客觀反映機組實際作業狀態，因此本文提出機組作業季節純作業時間利用率的概念，充分考慮播種機組在整個作業季節的作業過程中所發生的各類時間項目，計算結果更客觀、全面，更貼近農業生產實際。

播種機組作業季節純作業時間利用率是播種機組在整個作業季節中，純作業時間與作業季節總時間的比值，如式（2）所示。

式中τ為播種機組的作業季節純作業時間利用率；T為作業季節內播種機組純作業時間，s；T為作業季節內播種機組消耗的總時間，s；T為作業季內播種機組完成第個地塊總的純作業時間，s；T為作業季內播種機組完成第個地塊的總作業時間，s；為作業季內播種機組完成作業的地塊數量。

農業機組作業季節純作業時間利用率的概念及計算模型中，各時間參數與作業機組的類別、地塊條件以及田間作業行走方法和轉彎形式無關，所定義的農業機組季節純作業時間利用率及其計算模型具有普遍意義，研究播種機組作業季節純作業時間利用率與地塊條件的匹配關系更具實際指導意義。

2 播種機組純作業時間利用率相關計算模型建立

2.1 播種機組作業時間構成

播種機組純作業時間和地頭轉彎時間是作業過程中發生頻率最高的時間項目。機組作業季節總的地塊轉移頻率隨作業單元地塊面積的減小而增大。當作業單元地塊面積較小時，播種機組需頻繁轉移地塊，機組的地塊轉移頻率高，地塊轉移時間可能較長；當作業單元地塊面積較大時，機組地塊轉移的次數會減少，地塊轉移時間會縮短。

播種機組在完成作業任務過程中發生的停歇時間除加種加肥停歇時間外，還包括維修保養停歇時間、組織不當停歇時間等。由于播種機的種箱和肥箱容量有限，播種作業過程中需頻繁停車加種或加肥，加種加肥時間是播種機組作業過程中必需的工藝性停歇時間[11]。其他停歇時間為非工藝性停歇時間，應加強管理和控制使其最小化，以提高機組的純作業時間利用率。

2.2 播種機組純作業時間計算模型的建立

播種機組作業季節純作業時間為季節內完成各作業單元地塊作業任務發生的純作業時間之和。

若播種機組進入行程和駛離行程的加速度相等，則2個過程消耗的時間亦相等，即1i=3i。播種機組完成第個作業單元地塊的純作業時間t如式（6）所示。

由式（6）和式（7）可知，播種機組完成第個單元地塊作業的純作業時間為

2.3 播種機組加肥時間計算模型的建立

2.3.1 加種肥時間的一般模型

一般播種機組肥料消耗量要遠遠大于種子消耗量，因此播種作業的加肥頻率比加種頻率大，單次加肥時間比單次加種時間長，可以在加肥的同時一并加種，則加肥時間計算模型即包含加種時間。

結合地塊條件及機組結構特點，播種機組在作業過程中可采取空箱加肥、地塊單側加肥、地塊雙側加肥3種方式。空箱加肥方式是指當播種機組肥箱內的肥料耗盡后停車加肥，加肥點可在地塊內任意位置；地塊單側加肥方式指當肥箱內剩余肥量不足以往返2個作業行程時，播種機組停車加肥，每次加肥都在地塊的同一側地頭；地塊雙側加肥方式指當肥箱剩余肥量不足以繼續作業1個行程時，播種機組即停車加肥，機組加肥點可在地塊任一側地頭。

機組以某種加肥方式完成第個作業單元地塊作業的總加肥時間T等于單次加肥時間t與該加肥方式下加肥次數之積m，其計算模型如（9）式所示。

式中下標=0,1,2，分別代表空箱加肥、地塊單側加肥和雙側加肥。

2.3.2 不同加肥方式的加肥次數

1）空箱加肥

播種機組以空箱加肥方式作業時的加肥次數0i等于整個地塊的總施肥量Q（kg）與播種機肥箱最大容納量Q（kg）的比值，結果向上取整，計算如式（10）所示。

第個地塊的總施肥量Q等于地塊面積S（hm2）與單位面積施肥量q（kg/hm2）的乘積，如式（11）所示。

肥箱所能容納的最大肥量等于肥料堆積密度ρ（kg/m3）與肥箱容積V（m3）的乘積，如式（12）所示。

將式（11）、（12）代入式（10）可得：

由式（13）可知，當播種機組以空箱加肥方式作業時，整個地塊的加肥次數與地塊的面積、單位面積施肥量、肥料堆積密度以及肥箱容積有關，與地塊長度無關。

2）地塊單側加肥

播種機組采用單側加肥方式作業時，整個地塊的加肥次數等于該塊地所需肥量Q與相鄰2次加肥時間間隔內機組施肥量的比值，結果向上取整。因為第塊地的總施肥量Q等于播種機組完成整塊地作業總的行程數與單行程施肥量q的乘積；相鄰2次加肥間隔內的施肥量等于此時間內的作業行程數1i與單行程的施肥量q之積。所以，播種機組采用單側加肥作業時，完成整個地塊作業任務的加肥次數為

式中1i為播種機組采用單側加肥方式完成第個地塊作業的加肥次數；q為第個地塊1個行程的施肥量，kg；1i為播種機組滿箱肥所能作業的行程數。

地塊單側加肥方式作業時，播種機組加滿肥箱后所能作業的行程數為播種機組肥箱所能容納的最大肥量Q與往返2個行程所需肥量2q的比值，如式（15）所示。當肥箱內剩余肥量不足往返2個作業行程時需停車加肥，所以比值需向下取整。

播種機組一個作業行程的施肥量q等于單行程作業面積與單位面積施肥量的乘積，如式（16）所示。

由式（17）可以看出，地塊單側加肥方式下播種機組的加肥次數與機組作業幅寬、播種機肥箱容積等機器基本參數有關，同時與地塊寬度、地塊長度等地塊參數有關。地塊條件直接影響單側加肥方式下播種機組的加肥次數，進而影響其純作業時間利用率。

3）地塊雙側加肥

播種機組以地塊雙側加肥方式作業時，肥箱剩余肥量不足以完成1個作業行程時需停車加肥。這種作業方式下，播種機組完成第個地塊作業的總加肥次數2i等于整個地塊的施肥量Q與播種機組2次加肥間隔內的施肥量之比，計算結果向上取整。

治理必須堅持“全面規劃、先急后緩，統籌兼顧、突出重點，集中治理、整體推進，建管并重、長效管護”的原則。根據農業和農村經濟發展需要，充分考慮河道現狀，兼顧經濟、社會和生態效益以及工程實施的需要，全面科學規劃項目，做到經濟上合理，技術上可行。

地塊雙側加肥時播種機組一次加滿肥箱后所能作業的行程數2i是肥箱的最大容納量與播種機組作業1個行程所需肥量的比值，當肥箱肥料余量不足以作業1個行程時，播種機組要提前停車加肥，計算結果向下取整，如式（19）所示。

將式（6）、（19）代入式（18），整理可得地塊雙側加肥時播種機組完成整塊地作業的加肥次數，如式（20）所示。

由式（20）可以看出，地塊雙側加肥條件下，地塊客觀條件是播種機組加肥次數的影響因素之一。

2.4 播種機組其他作業時間的計算模型

2.4.1 地頭轉彎時間

式中n為播種機組完成第個地塊作業時的地頭轉彎次數；t為播種機組完成第個地塊作業時的單次地頭轉彎時間，s。

機組每完成一個作業單元地塊的作業任務就會發生一次地塊轉移，機組從第個地塊轉移到第+1個地塊所需時間如式（22）所示，作業季內地塊轉移時間如式（23）所示。

由式（22）和（23）可知，機組的地塊轉移時間與地塊間距離有關，作業季內地塊轉移總時間與地塊轉移次數有關，而轉移次數與地塊大小有關。

2.4.3 停車時間

由于機組設備故障、技術維護、駕駛員換班等原因，播種機組在作業過程中會出現除加種加肥外的停車，其所占用時間為非工藝性停歇時間。播種機組在完成第個地塊作業中的總非工藝停歇時間為每次非加種加肥停歇時間之和，如式（24）所示。

2.5 播種機組純作業時間利用率與地塊條件的匹配模型

設整個作業季內播種機組可作業個地塊，已知第個地塊長度L，寬度W，播種機組的作業幅寬B，根據式（2）及前述分析，可得播種機組作業季內的純作業時間利用率為

將前述各加肥方式的對應參數分別代入式（25），可得不同加肥方式下播種機組作用季節的純作業時間利用率計算模型：

1）空箱加肥

2）地塊單側加肥

3）地塊雙側加肥

式中0、1、2分別為地塊空箱加肥、單側加肥和雙側加肥的時間利用率。

由式（26）～（28）可知，播種機組作業季節的純作業時間利用率與機組加種加肥方式、地塊條件有關，同時也與機組作業幅寬、肥箱容積等機組結構參數相關，與播種機組作業的行走方法及地頭轉彎形式無關。

3 模型應用試驗

依據實際生產狀況，通過設計合理試驗方案，在不影響機組正常作業情況下測試并獲取各作業時間數據，并將測取的各時間數據代入所建立的模型，探索典型播種機組時間利用率隨地塊條件變化規律。

3.1 試驗對象及儀器設備

綜合考慮單元地塊規模及測試機組的普適性，分別選擇大型、中型和小型共4種典型大豆播種機組為測試對象，所選的2種大型機組結構相同，但功率不同。測試機組基本參數如表1所示。采用UG801手持終端（BD+GPS）、秒表、CANAN POWERSHOT SX60數碼像機（4 608× 3 456 DPI）、100 m皮尺等設備測量播種機組正常播種作業時的各項時間消耗、作業軌跡，并拍攝作業視頻。

表1 測試機組基本參數

為保證試驗效率和效果，測試地點選擇在黑龍江墾區紅星農場，于2017年4月28日至5月15日完成測試試驗。紅星農場位于黑龍江省北安市境內，耕地面積3×104hm2，自然地塊規模30～50 hm2，地塊長度700～1 200 m，地頭運輸道路寬6 m。播種機組采用常用梭行法作業，以減少空行距離；由于大型播種機組縱向較長，采用魚尾型地頭轉彎方式，而中小型機組可依據其縱向長度采用平坦型或半圓型轉彎方式，以消除地頭漏播，提高機組時間利用率，保證試驗具有普遍意義。

對于地頭需作業的小地塊及非矩形地塊，可以根據具體地塊條件選擇適宜的作業方法，亦可按此試驗方法分別測試機組實際作業過程中的各項時間。

3.2 試驗方案

在不影響播種機組正常作業情況下，采用定距離多點多設備同步跟蹤測量大豆播種機組作業過程的各類時間消耗。試驗劃定2個作業測試區，地頭0～10 m為第一作業測區，測取機組進出作業區時的加、減速作業時間；地頭向里10～110 m為第二測區，測試機組正常作業過程各項時間消耗。在同側地頭測量機組轉彎、加種加肥等時間消耗。試驗區劃如圖1所示。

注：L為地塊長度，m；W為地塊幅寬，m。

試驗過程中，采用秒表、UG801手持終端、數碼像機等同步記錄大豆播種機組通過試驗測區時的各項時間消耗，獲取同一試驗點的多組記錄，結果取平均值。試驗重復次數為機組單地塊測試的作業行程數與作業季內該機組作業的地塊數量之積。多設備多點同步跟蹤測試可以消除單一設備測試的人為誤差，分析錄制的作業過程視頻，區分機組各測試狀態、提取相關信息，可以更準確劃定各時間項目的起止點及具體數值。

3.3 試驗結果與分析

為了提高測試數據的可靠性，采用3σ原則判斷并剔除異常試驗數據[29-30]，剔除處理后的大豆播種機組作業過程中消耗的各類時間平均值如表2所示。

表2 各類時間項目測試數據均值

3.3.1 不同加肥方式下機組純作業時間利用率

依據試驗測試數據，結合農業生產中的實際地塊面積及長度，設定地塊面積從0.1～10 hm2、地塊長度從100～3 000 m等步長變化。采用Matlab 2012b對各播種機組純作業時間利用率隨地塊條件的變化規律進行模擬分析。依據分析結果，利用Sigmaplot 12.5繪制不同播種機組純作業時間利用率隨塊條件變化的等值線圖，如圖2所示。

分析圖2可知，當地塊長度一定時，播種機組純作業時間利用率隨地塊面積增大而增大；當地塊面積一定，純時間利用率隨地塊長度增大而增加。空箱加肥時純作業時間利用率隨地塊條件變化的趨勢較為平緩，而地塊單側和雙側加肥方式下的播種機組純作業時間利用率隨地塊長度增加在一定范圍內波動，地塊越長波動幅度越大，當地塊長度增加到一定數值后純作業時間利用率開始平穩上升。

當地塊寬度小于機組作業幅寬時，該類型機組不適合在這種地塊條件下作業。如圖2c所示，當地塊面積為0.1 hm2，當地塊長度增加到800 m時，地塊寬度為1.25 m，而黃海254播種機組的作業幅寬為1.3 m，此時該機組無法作業，純作業時間利用率為0。因此，判定黃海254播種機組不適合在面積低于0.1 hm2、且長度大于800 m的地塊條件下作業。其他機型亦有類似規律。

對于某一機組來說，當地塊長度增加至某一數值時，由于肥箱（種箱）容積的限制，肥箱（種箱）加滿后不能完成一個作業行程（地塊雙側加肥）或往返2個作業行程（地塊單側加肥），這時該機組無法在此地塊條件下作業，其純作業時間利用率為0。如圖2b，播種機組地塊單側加肥方式作業時，當地塊長度達到1 300 m時，維美德171機組的純作業時間利用率驟降為0；圖2c中，地塊雙側加肥方式下，當地塊長度達到2 600 m時，維美德171播種機組時間利用率亦為0。

3.3.2 不同地塊條件的加肥次數

播種機組純作業時間利用率隨地塊條件出現波動變化的原因可能是由于加肥時間等指標變化造成的，而加肥時間與加肥次數有關。

地塊單側或雙側加肥方式下，播種機組停車加肥時肥箱可能有剩余肥料。剩余肥量Q計算模型如為式（29）所示。

為研究方便，設約翰迪爾7830和維美德171機組作業地塊面積為10 hm2，常發504和黃海254機組作業地塊面積為5 hm2，以加肥時剩余肥量的可作業距離間接表示剩余肥量。采用Matlab 2012b對各機組加肥次數隨地塊長度的變化情況進行模擬仿真，利用Sigmaplot 12.5繪制不同播種機組加肥次數、加肥時剩余作業距離隨塊條件的變化曲線，如圖3所示。

由圖3可知，各機組剩余肥量的作業距離和加肥次數都具有相同的變化規律。播種機組以空箱加肥方式作業，加肥時肥箱內無剩余肥量，當地塊面積一定時，加肥次數與地塊長度無關；而地塊單側和雙側加肥方式作業時，播種機組的加肥次數和加肥時的剩余作業距離都隨地塊長度增加呈波動變化，且波峰值隨著地塊長度的增加而逐漸增加，相同加肥方式下，加肥次數與剩余作業距離的波動頻率相同。在一次加肥量為固定值時，加肥時剩余肥量越多，說明一次加肥后實際施用肥量越少，即相應完成的作業面積越小，則完成相同作業面積的加肥次數越多，這也證明播種機組的加肥次數和剩余肥量的作業距離隨地塊長度變化具有相同的變化規律。

圖2 播種機組時間利用率隨地塊條件變化規律

圖3 不同播種機組加肥次數、剩余肥量隨地塊長度的變化規律

由圖3可知，當地塊長度較大時，播種機組的加肥次數波動變化周期變長，波動頻率降低，在一定地塊長度范圍內使純作業時間利用率處于較平穩的變化狀態，這一結論也證明圖2所呈現的播種機組純時間利用率隨地塊長度呈波動變化是由加肥次數的變化引起的。

由此可得出，依據地塊條件設計合適的播種機肥箱容積，使實際作業時的加肥次數避開波峰而趨近波谷，可有效降低加肥等輔助作業時間，提高播種機組的純作業時間利用率和作業效率。

3.3.3 典型播種機組的適宜作業地塊面積和長度

不同機組的純作業時間利用率隨地塊條件的變化規律不同。地塊條件不變時，小型播種機組由于機動性較好，轉彎靈活方便，作業時間利用率較高；而大型播種機組的輔助作業時間長，純作業時間利用率相對較低。基于圖2、圖3，以確定的時間利用率截取不同播種機組以不同加肥方式作業的純作業時間利用率曲面，可得到各機組以不同加肥方式作業時的適宜地塊面積和地塊長度。以機組純作業時間利用率最小值為0.6時，4種典型機組的適宜地塊條件如表3所示。

由表3可知，在時間利用率相等或相近條件下，小型播種機組的適宜作業地塊長度或地塊面積相對較小，而大型播種機組對應的地塊長度和地塊面積相對較大，此規律與一般認知相同[11,14,16-17]，本文針對具體機組給出了定量的地塊條件，依據表3，在確定的目標純作業時間利用率下，已知地塊長度和地塊面積可以選擇與之配套的機器型號或機組功率范圍。

表3 不同加肥方式下典型播種機組的適宜作業地塊面積和長度

由表3還可看出，播種機組以地塊單側加肥和雙側加肥方式作業時，適宜作業的地塊長度有上限。這是因為受機組肥箱（種箱）容積限制，一次加肥機組最大作業距離是確定的，地塊雙側加肥時，只有當單行程作業距離小于等于一次加肥機組可作業的最大距離時，機組才能正常作業，而地塊單側加肥時，只有當雙行程作業距離小于等一次加肥機組可作業的最大距離時，機組才可作業。

由表3還可以看出，一些播種機組以某種加肥方式作業時，其適宜的地塊長度存在多個范圍。由圖2、圖3可知，這是因為當播種機組以地塊雙側加肥方式作業時，受加肥次數隨地塊長度波動變化的影響，在地塊面積不變時，在固定純作業時間利用率下可能會出現2段或多段不同的適宜地塊長度范圍。

4 結 論

1）提出播種機組作業季節純作業時間利用率的概念，明確各時間構成并建立相應的計算模型；建立了3種加種肥方式下播種機組純作業時間利用率與地塊條件的匹配模型，完善了不同地塊規模下播種機組純作業時間利用率的計算方法。

2）明確了空箱加種加肥、地塊單側和雙側加種肥3種方式下4種典型播種機組的純作業時間利用率隨地塊條件的變化規律：地塊面積不變時，純作業時間利用率隨地塊長度增加而增加，其增加速度漸緩且有微小波動，地塊長度不變時，純作業時間利用率隨地塊面積呈相同規律變化；地塊長度變化導致加肥次數及加肥時剩余肥量不同是導致純作業時間利用率波動變化的原因。

3）確定了目標純作業時間利用率條件下4種典型播種機組在地塊單側加肥和雙側加肥2種方式下的適宜作業地塊長度和面積范圍：約翰迪爾7830機組適合在面積大于等于6 hm2、長度1 200～1400 m的地塊上作業，維美德171機組的適宜作業地塊面積應大于等于6 hm2、地塊長度為1 000～1 200 m，常發504機組的適宜作業地塊面積應大于等于1 hm2、地塊長度約500～1 500 m，黃海254機組的適宜作業地塊面積應大于等于0.3 hm2、地塊長度為200～1 500 m。明確不同播種機組與其適宜作業地塊條件的定量關系，填補了相關理論空白，可為不同地塊條件的播種機組選型提供理論依據。

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Matching model and experiment of net working time utilization rate of seeder unit with plot length and area

Qiao Jinyou1, Shao Guanghui1, Li Rong1, Chen Haitao1, Wang Wenfu2, Li Wenhua3※, Zhu Shengjie1, Liu teng1

(1.,150030,;2.164000; 3150086,)

mechanization; models; seeder unit; net operating time utilization rate; plot conditions; adding ways of fertilizer and seed

2019-11-11

2020-02-10

國家重點研發計劃項目（2017YFD0300505-6）；公益性行業（農業）科研專項（201303011）；國家大豆產業技術體系崗位科學家“十三五”任務（CARS-04-PS24）

喬金友，博士，副教授，主要從事農業機械化生產與管理方向教學與科研工作。Email：qiaojinyou@163.com

李文華，博士，教授，博士生導師，主要從事作物栽培學與耕作學方向的科研工作。Email：nkylwh@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.003

S233.4

A

1002-6819(2020)-05-0019-10

喬金友，邵光輝，李 榮，陳海濤，王文富，李文華，朱勝杰，劉 騰. 播種機組純作業時間利用率與地塊條件的匹配模型與試驗[J]. 農業工程學報，2020，36(5)：19－28. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.003 http://www.tcsae.org

Qiao Jinyou, Shao Guanghui, Li Rong, Chen Haitao, Wang Wenfu, Li Wenhua, Zhu Shengjie, Liu teng. Matching model and experiment of net working time utilization rate of seeder unit with plot length and area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(5): 19－28. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.003 http://www.tcsae.org