通過田間試驗確定全喂入谷物聯合收割機喂入量的探討

李天成

四川省農業機械鑒定站，四川成都

農業機械化和農機裝備是轉變農業發展方式、提高農村生產力的重要基礎。收獲機械在農業生產中已逐漸成為不可或缺的重要生產物資，尤其是谷物類聯合收割機具有撥禾、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。收割機的結構主要由割臺、輸送機構、脫粒清選機構、液壓升降及操縱系統、行走系統、配套動力、莖稈切碎器、秸稈還田機構、打捆裝置等部件組成，屬于農業機械中結構比較復雜的農作物收獲機具，具有適應復雜多變的工作環境、工作負荷大、作業時間連續性強等特性。全喂入谷物聯合收割機（以下簡稱收割機）是指割臺切割下來的谷物全部進入滾筒脫粒的聯合收割機，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。而收割機的喂入量是指單位時間內聯合收割機連續加工的作物量，反應了收割機通過測定區時，單位時間內接收籽粒、莖稈和清選排出物的總質量，是表征聯合收割機作業能力的一個非常重要的設計參數，也是各工作部件進行設計計算的重要依據，考核收割機性能時的一個重要作業條件。

1 確定喂入量的意義

按JB/T 8574-2013《農機具產品型號編制規則》的規定，收割機是按喂入量的大小來確定產品型號。例如“4LZ-4.0”表示機具類別為收獲機械類谷物聯合收割機，喂入量為4.0 kg/s 的自走式全喂入谷物聯合收割機。收割機的喂入量從設計到最終確定是一個復雜的工程，首先，生產企業應根據產品的結構特性、作業對象設計出產品，計算出理論喂入量；然后，根據各類型的田間試驗或通過喂入量測試系統進行統計、比較分析，找出產品的額定喂入量合理范圍。收割機各工作部件只有在設計的額定喂入量范圍內時才能發揮出最佳效能。本文采用4LZ-2.2 型谷物聯合收割機為例，以一種作物、多組試驗的田間試驗數據繪制了喂入量與作業速度關系示意圖、損失率與作業速度關系示意圖、損失率與喂入量關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、作業速度、操作機手熟練度、動力配置合理性、總損失率、部件加工精度、裝配工藝等。同時，也不排除收割機附屬裝置消耗發動機功率而影響喂入量的因素，如收割機作業時并附帶秸稈切碎裝置、秸稈還田裝置、打捆裝置、空調系統等的影響，收割機在設計時應將諸多影響喂入量的因素考慮進去。其中，作物密度在作業條件中波動較大，不僅與單位面積株數、長勢有關，而且與莖稈含水率的變化也有關系。割茬高度由收獲工藝決定，在確定喂入量時應該保持在一定范圍內，當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。通過喂入量與作業速度關系示意圖（圖1）可以看出，當作業速度在一定范圍內不斷提高時，單位時間內收獲的作物量（籽粒量和莖稈量之和）增加，喂入量也就隨之增大。喂入量與作業速度在一定區間內近似呈正比關系。收割機從設計到成品，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，草谷比過大也會導致破碎率升高。因此，從圖1 只能得出作業速度與喂入量某系列測試數據范圍內的關系，但不能作為確定喂入量的依據。

圖1 喂入量與作業速度關系示意圖

喂入量的確定應同時觀察作業速度與損失率的關系。作業速度與損失率在一定的范圍內同樣也是正比關系，損失率與作業速度關系見示意圖2。從圖2得出，當作業速度達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，喂入量越小；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的。忽略損失率、含雜率、破碎率就按統計出的總收獲質量除以測區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，往往是經不起驗證和推敲的。

圖2 損失率與作業速度關系示意圖

喂入量除了與作業速度有關外，還受其他因素的影響，因此，在相同作業速度下，喂入量存在較大波動。在聯合收割機工作過程中，谷物密度不可控制，但割茬高度可以控制在一定范圍內，即草谷比變化很小，而且正常情況下為滿幅收獲，因此，唯一可調的參數就是作業速度。喂入量受谷物密度的影響較大，相同作業速度下，谷物密度越大，其喂入量也越大。即使谷物密度相同時，喂入量與作業速度之間也不是簡單的線性關系，因為在谷物密度和作業速度一定的情況下，草谷比發生變化，其喂入量也會發生變化。這也進一步說明，實際收獲過程中喂入量應該是一個范圍，除了與作業速度有關外，還與草谷比，谷物秸稈混雜度等因素有關。

3 喂入量的確定

收割機喂入量的設計值是一個理論值，與實際作業時有一定差異，需在低損失率下確定機型的喂入量。收割機收獲過程的損失與喂入量、作物屬性、脫粒機構和清選機構的結構等有直接關聯。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、破碎等形式表現出來。如何能準確合理地得到聯合收割機的喂入量（生產率）呢？GB/T 8097-2008中第7.9條規定：“優先采用線性比例圖表測試脫粒機體損失率，橫坐標為總喂入量、莖稈喂入量和籽粒喂入量，縱坐標為損失率，每個測試行程的測定數據應標在圖上。收割機的額定喂入量應是損失曲線上符合GB/T 6979.2-2005 所規定損失率的那個交點處的喂入量。”按GB/T 8097-2008的規定，一臺收割機的喂入量應從損失曲線上得出最合理的數值，按本文損失率與喂入量關系示意圖圖3所示，剔除異常數據，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據的“損失率-喂入量”曲線，并在圖中找到各最低損失率（最優收獲質量）曲線交點處所對應的喂入量，即為該機型的喂入量（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（最優收獲質量）曲線交點處所對應的喂入量約為2.2 kg/s，即為該機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據曲線作為確定喂入量依據）。

圖3 損失率與喂入量關系示意圖

圖4 喂入量確定示意圖

4 喂入量確定的注意事項

收割機應根據本機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試后，喂入量采用實際田間測試確定結果時，應注意以下方面。

1）試驗樣機應符合GB/T 6979.2-2005 的規定。按當地有代表性的作物收獲條件、工藝要求調整到最佳工作狀態，必要時，在完成一個試驗系列后，對割臺、輸送、脫粒、分離或清選等機構進行調整以獲得正常作業的最佳狀態。

2）作物應符合GB/T 6979.2-2005 的規定。作物應選取在當地具有代表性的作物、產量達到當地平均產量、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應分別進行兩種作物驗證。

3）地表條件應符合GB/T 6979.2-2005 的規定。試驗田塊應平坦、不陷腳、無積水。試驗應在多區域、多類型土壤（砂土、壤土、粘土）、多氣候、多次數進行驗證。

4）收割機操作人員應熟悉相關標準的要求，并能按一定的工藝要求熟練操作機器。在確定喂入量試驗期間最好保持同一人操作樣機。

5）試驗期間所有的儀器設備應進行校準，必要時在開展每一個試驗系列前都進行校準。

6）試驗期間人員分工盡可能保持一致。

7）試驗方法應符合GB/T 8097-2008的規定。試驗結束后將試驗結果分別進行統計，在本文示例圖3（損失率與喂入量關系示意圖）中同時繪制各組數據，通過綜合比較和分析，最后得出最佳數據（喂入量）。

8）為達到數據有效的可比性，每次試驗期間的氣候狀況、作物取樣方法等應符合GB/T 5262-2008 的規定。并按標準規定的方法記錄環境溫度、環境相對濕度、大氣壓力、地表條件、風向風速、作物自然高度、泥腳深度、自然落粒、千（百）粒質量、作物產量、秸稈含水率、籽粒含水率、草谷比等信息。

9）通過田間調查作業條件滿足JB/T 5117-2017 規定后，方可進行測試。每次試驗結束后應準確無誤地計算出機體損失率、莖稈喂入量、籽粒喂入量、總喂入量、含雜率、破碎率。在繪制曲線時應選取損失率、含雜率、破碎率達到相關標準要求時的數據。

5 結論

收割機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、作業工藝等因素影響，只有通過科學有效的系列試驗，繪制出損失率與喂入量關系圖，根據各組曲線綜合分析收割機喂入量和收獲損失率的關系，找出喂入量的最優區間范圍，確定出收割機的額定喂入量。通過科學試驗方法確定出的收割機額定喂入量對體現收割機最佳工作狀態、優化工作效能、提高工作質量等具有重要指導意義。