電子技術在谷物聯合收割機上的應用研究

郭良勇

(黑河市愛輝區農業綜合行政執法大隊，黑龍江 黑河 164300)

0 引言

稻麥等谷物是我國重要的糧食作物，谷物的穩產高產對于農業發展和農民收入意義重大，隨著農業機械化的普及，小麥、水稻等傳統大宗糧食生產進一步實現了機械化。截至2020年底我國小麥生產的綜合機械化率達到97.19%，水稻的綜合機械化率達到84.35%，有效保證了谷物生產的效率和質量。谷物聯合收獲機作為農業生產中谷物收獲的重要機型，能有效保障稻麥等谷物及時、優質收獲，幫助農民創造更高的經濟效益并降低生產的勞動力負擔。目前，我國農業生產中使用的谷物聯合收獲機機型產品較多，但在電子技術的應用上卻存在較大差距，谷物聯合收獲機的機械技術和應用效果要想得到提升，離不開先進技術的加持，將電子技術合理應用于谷物聯合收獲機，能有效提升收獲機在控制、自檢、安全方面的品質。

1 電子技術的應用特征與優勢

1.1 技術應用情況

電子技術起源于19世紀末期，20世紀和21世紀是電子技術快速發展的黃金時期，其通過利用多種電器元件實現某些特定的電路、信息傳輸及控制功能[1]。目前，我國農業生產中使用的大部分谷物聯合收獲機對于電子技術的應用還比較初級，先進機型更多的集中于進口設備，說明我國自主研制的谷物收獲機產品與發達國家成熟產品在技術先進性方面仍存在較大差距。將電子技術應用于谷物聯合收獲機不僅是農機技術發展的必然趨勢，更能有效打破傳統生產模式的制約，使生產收獲的過程向著自動化和智能化快速進步。現階段來看，農業生產中應用的先進谷物聯合收獲機在電子技術應用上趨向于網絡化、故障檢測化和可控化方向發展，且重要的功能部件實現了良好匹配和精細化控制，駕駛操作體驗與傳統機型相比實現了明顯的升級。

1.2 電子技術的應用優勢

1)有利于降低生產過程的勞動強度。電子技術應用極大地提升了收獲機駕駛員的駕駛舒適性、安全性，很多針對中大型農機產品的日常檢查、維護可以更便捷地通過電子檢測、儀表顯示等功能實現，部分先進機型還能實現自動行駛，能將駕駛員從繁雜的工作中解放出來。

2)有利于提高收獲機使用過程的可靠性。一方面高度的電子技術應用能通過控制技術提高操作過程的規范性，避免不正規操作造成的機具損壞問題；另一方面電子技術與傳感器技術相結合，能夠實現故障檢測等功能，顯著降低重大故障的發生率[2]。

3)有利于提高谷物收獲的總體質量。電子技術的應用使谷物聯合收獲機向更加精細化的方向發展，機械結構在可控的前提下更為合理，谷物收獲量、各個部件的運轉速度實時可控，有效降低收獲過程的糧食損失，降低含雜率和破損率。

4)除此之外，電子技術的應用還有利于降低收獲機使用過程中的能源消耗，降低用機成本和使用維護成本。

2 電子技術的應用方向

2.1 谷物聯合收獲機的功能需求

谷物聯合收獲機的結構組成如圖1所示，其工作原理如下：在進行收獲的過程中，隨著谷物聯合收獲機的前行，撥禾輪將水稻或小麥等谷物的秸稈撥送至切割器，切割器運轉將作物秸稈割斷后，撥禾輪繼續撥動作物秸稈并輸送到割臺中部位置，通過撥送結構將作物送入升運器，作物在升運器的輸送下進入清選裝置，進而在清選裝置的切流滾筒和軸流滾筒中進行脫粒，脫粒后的谷物中仍存有大量的穎殼、雜穗等雜物，需經過清選篩和風機的作用進行清選除雜，以降低谷物收獲的含雜率，谷物中的雜質在風機的作用下由雜物清選出口被吹出，清選后的潔凈谷物向后方輸送進入糧倉后被集中存儲。

1.駕駛室；2.撥禾輪；3.切割器；4.割臺攪龍；5.清選篩；6.雜物清選出口；7.清選分離裝置圖1 谷物聯合收獲機的關鍵結構

谷物聯合收獲機對于電子技術的功能需求主要集中于以下幾個方面：1)工作質量監測。通過電子技術的合理應用替代人工，實現收獲質量、工作效率、機具狀態、糧食產量、損失率等的監測。2)駕駛操作控制。通過電子技術控制聯合收獲機工作部件處于合理的轉速狀態，各個部件之間功能匹配良好。3)維護保養提示。通過電子設備監測機具的運行狀態，及時提醒駕駛員進行維護保養工作。4)故障預警功能。通過電子系統的預警功能提示駕駛員機具的運行異常或收獲狀態異常。

2.2 典型應用形式

2.2.1 工作質量監測

1)谷物損失率監測。損失率是谷物收獲機工作質量的重要參數，在傳統的機械化收獲過程中，谷物損失率的統計十分困難，且統計結果不夠精準。將電子技術與收獲機的機械技術進行深度融合，可以更便捷、更精確地實現收獲過程中的損失率統計[3]。我國應用的部分先進機型中，通過在收獲割臺位置安裝計算傳感器，能夠快速獲取谷物收獲機的谷物植株量，預判理想的糧食收獲量。在糧倉安裝稱重傳感器，用以計算實際的谷物收獲量，通過計算可獲得單位面積的糧食損失率，有效提升損失率的統計精確性。

2)谷物產量監測。現階段通過電子技術應用實現的產量檢測主要有兩種形式，一是電子技術與GPS定位技術相結合，利用Field Star等智慧測產系統結合已經完成收割的部分作業面積產出重量實現對比測產，并能實現最終產量的提前預測；二是利用收獲機隨機配置的測產系統，通過計算糧倉累積的谷物重量，實現單位面積產量的直觀統計。

3)植株喂入量監測。在大田種植過程中，谷物的種植密度并不是一成不變的。因此，最合理的收獲方式是整機的運轉速度、行駛速度與喂入量相匹配[4]。從而通過喂入量的變化調整收獲機各個部件的運轉狀態。部分先進的進口聯合收獲機割臺在播禾輪位置安裝有專用傳感器，用以統計實時的喂入量。國外的一項研究還為喂入量建立了數學模型，并結合電位計監測割臺的植株喂入量，實現整機系統的實時調整。還有部分研究將喂入量統計傳感器設置于脫粒滾筒位置，以避免喂入量過大造成脫粒不凈或糧食損失率增加問題[5]。

2.2.2 內外部環境感知

聯合收獲機的內部收獲環境對于收獲機的性能影響很大，通過電子技術的應用能夠實現對谷物聯合收獲機主要工作部件的狀態實時感知，包括發動機數據、重要傳動結構扭矩、傳動效率監測、重要部件位置信息等。通過在重要的工作結構位置安裝相應的傳感器裝置，能夠實現以上重要數據的實時獲取，為機具的功能調整、駕駛方式改變、獲取機具狀態提供便利條件。為進一步提高收獲機的自動化程度，使作業過程與生產環境協調統一，先進的谷物聯合收獲機還配套有外部環境感知系統，常用技術包括雷達測障、視覺識別、衛星定位、云數據等。

2.2.3 輔助駕駛與自動駕駛

為更好地提高谷物聯合收獲機的使用規范性，降低駕駛員操作過程的復雜度和勞動強度，以傳統的農機駕駛室結構為基礎，很多廠商結合電子技術研究如何通過輔助駕駛改善機具操作體驗，對于谷物聯合收獲機而言，傳統駕駛過程中，駕駛員不僅需要規范操作機具行駛，還需要同時注意機具的運行狀態、關注收獲質量、改變作業方案等。通過輔助駕駛技術的應用，在不改變傳統機械結構的基礎上，利用電子技術的數據獲取與展示功能，幫助駕駛員更好、更便捷地駕駛谷物聯合收獲機[6]。例如通過內部環境監測替代人工觀察機具狀態，并將獲取的數據在駕駛室內通過儀表展示給駕駛員，使駕駛員便捷地了解谷物收獲機的工作狀態；再如利用電子技術與衛星定位技術相結合，可以做到駕駛路線的實時監測，并做到與預設行駛路線的對照，及時提醒駕駛員行駛路線的偏移，使駕駛員及時糾正駕駛方式。

在輔助駕駛技術的基礎上，為進一步提高谷物聯合收獲機的智能化程度，很多研究致力于應用自動駕駛技術替代傳統的人工駕駛模式，自動駕駛技術利用電子控制技術，結合傳感器實現對傳統機械工作部件的控制與監管。可實現根據預設路線或視覺識別進行自動行駛，電子技術控制谷物聯合收獲機的行駛速度和轉向、換擋等操作，并根據地形控制割臺升降，進而實現全程無人化作業。

2.2.4 通訊與數據分析

傳統的谷物收獲過程通常僅能簡單完成糧食的收獲作業任務，對于收獲過程工作的合理性、工作方案的后期優化很難起到直接的幫助作用。將電子技術與谷物聯合收獲機進行整合，在大量傳感器設備的應用下，完成收獲任務的同時，還能夠實時獲取作業方案與作物收獲的質量、收獲效率、機具故障率等數據，并通過數據通訊技術進行行程傳輸或本地存儲。國際上先進的谷物聯合收獲機在完成作業后能夠積累大量的作業數據，既能幫助農機生產廠家改良機械結構與相關功能，還能幫助農業生產經營管理人員優化聯合收獲機的使用方式，改良收獲作業方案。

3 結語

針對現階段我國谷物聯合收獲機的應用和發展情況，將電子技術與傳統的收獲機技術進行深度融合，能夠在設備控制、故障檢測、輔助駕駛、調整維護等很多方面發揮積極作用，電子技術顯著提高了谷物收獲機的智能化程度，不僅使收獲作業的過程更為合理，更實現了在收獲過程進行收獲質量和產量的監測和數據記錄，有利于谷物機械化生產方式的持續優化與提升。因此，我國農機生產企業應重視谷物聯合收獲機在電子技術方面的升級與功能優化，實現農機技術與電子技術更好融合，促進谷物收獲機產品競爭力的提升。