旋耕条播机适用性评价方法及实证研究

孙 超，林 立，杨 丽

(1.农业部农业机械试验鉴定总站，北京 100122；2.中国农业大学 工学院，北京 100083)

旋耕条播机适用性评价方法及实证研究

孙 超1，林 立1，杨 丽2

(1.农业部农业机械试验鉴定总站，北京 100122；2.中国农业大学 工学院，北京 100083)

为提高旋耕条播机产品技术质量，更好推广旋耕条播作业技术，建立了旋耕条播机适用性评价方法，并进行了实证研究。首先，基于农机适用性评价理论，构建了旋耕条播机适用性评价指标体系，明确了评价指标权重值和评价结果的计算方法，通过问卷调查明确了各层评价指标的权重值；其次，对某型号旋耕条播机在江苏、浙江和安徽3个省的适用性进行了实证研究，采用调查测评法对评价项目打分，计算得出该旋耕条播机的适用度为3.745，适用性评价结论为基本适用；最后，对评价结果进行分析，从提高作业能力、作业质量和通过性等角度为加强旋耕条播机产品适用性、强化产品的设计水平和制造质量提出建议。

旋耕条播机；适用性评价；实证研究

0 引言

旋耕条播是较为成熟的机械化种植技术，能够一次性完成旋耕、施肥和播种作业。相对于免耕撒播等传统播种技术，采用旋耕条播方式播种的小麦能够提高播种作业效率，有效缩短播种期，作物根系生长量、旗叶光合性能、穗粒数和千粒质量等增产指标均有显著增长[1]，每公顷能够增产450kg、节种75kg[2]，具有很强的实用性。

旋耕条播机是实现旋耕条播技术的关键农机具，其主要由机架和悬挂装置等结构部件，万向节传动轴总成、变速箱总成和传动装置等传动部件，刀轴总成、种肥箱总成、限深轮和镇压辊等工作部件组成，能够完成旋耕灭茬、碎土、开沟、施肥、播种、覆土和镇压等复合作业[3]。

旋耕条播机的适用性是制约旋耕、施肥和播种复合作业质量的决定性因素。通过旋耕条播机作业质量跟踪调查，当土壤条件、地表植被或种子肥料等农艺条件超出产品的适用范围时，机具可能出现难以入土、播种深度浅、播量异常、前部壅土和耕后地表不平整等问题，发生适用性问题，严重时会造成产品故障，影响旋耕条播作业正常进行。因此，利用农机适用性评价理论，建立旋耕条播机适用性评价方法，对产品适用性进行实证评价，并分析了影响产品适用性的因素，不仅能够科学评价旋耕条播机的适用性，推动用户合理选用产品，还能不断提高产品的设计和制造水平，强化旋耕条播技术的推广应用。

1 旋耕条播机适用性评价方法

1.1 农机适用性评价理论基础

基于不同的评价角度，目前学者对农机适用性的定义主要有3类：①指在一定的作业条件下农业机械性能满足农艺要求的能力[4]，其评价角度基于技术指标中的农艺要求；②指农机产品在当地自然条件、作物品种和农作制度条件下，具有保持规定特性和满足当地农业生产要求的能力[5]，其评价角度基于技术指标中的作业能力和作业质量等方面；③指对某种农机产品及其作业模式适应技术、经济、环境、社会等指标的水平[6]，其评价角度已经从技术层面扩展到宏观层面。从引导农民选用先进适用的产品、推广先进适用的作业技术角度出发，农机适用性不仅应当考虑农机产品适应农艺条件的能力，还应重点考虑产品满足规定特性和当地农业生产要求的能力，对旋耕条播机而言，主要指其在作业能力、作业质量和通过性3方面的适应能力。

常用的农机适用性评价方法主要有以下几类[7-8]：①模糊综合评判法，利用专家经验和隶属度函数确定权重和判断矩阵，通过加权运算确定最终结果，过程简单、易于操作，但主观性强、精度不高。②层次分析法(AHP)。通过构造对比矩阵确定准则层和方案层权重，对结果进行一致性检验，客观性较强。③等级评定法。将不同等级的效果表述用等级性量化，从而将定性评价法和定量评价法的优点结合起来。④计算机模拟法。基于构建农机选型模型，输入作业参数，最终得出系统所需的农机具型号和数量等信息，其系统开发较为复杂。层次分析法是一种定性与定量相结合的多目标决策专家分析法[9-10]，已应用于构建用户调查评价模型和分析适用性影响因素等农机适用性评价过程[11-13]，有助于构建科学规范的农机适用性评价方法。

1.2 建立评价体系

评价旋耕条播机适用性首先要确定系统内各要素之间的关系，划分系统要素的层次结构，进而建立评价体系。根据农机适用性的定义，以适用性(A)为一级指标，以显著影响适用性的作业能力、作业质量和通过性3个主要评价项目[14-15]为二级指标(B)，以影响主要评价项目的子项目(C)为三级指标，建立旋耕条播机适用性评价体系，如表1所示。

表1 旋耕条播机适用性评价体系

1.3 评价指标权重的确定

采用层次分析法确定评价指标权重，其方法主要分为3个步骤：

1) 构造判断矩阵。以上层相应指标为评价准则，对同层指标之间进行两两比较，进而确定指标之间的相对重要性。设Ps为评价准则，S1，S2，S3，…，Sn为评价指标，根据判断矩阵标度定义对评价指标进行两两比较判断，构成判断矩阵E=(eij)n·n，即

判断矩阵E中的元素eij具有这样的性质：eij>0，eji=1/eij，eii=1。

2) 层次单排序。确定同层各指标对上一层次某指标的影响程度，并依次排出顺序。实质就是根据判断矩阵计算出各指标的相对权重向量，计算方法主要有求和法、方根法和特征根法，本文选择特征根法。

AW=λmaxW

式中λmax—E的最大特征根；

W—λmax的正规化特征向量，W的分量Wi就是相应指标单排序的权重值。

3) 一致性检验。对层次单排序进行一致性检验，计算一致性结果为CI，则

显然，λmax-n越小，CI越小，矩阵的一致性越好，CI=0时矩阵具有完全一致性。为了检验判断矩阵是否具有满意的一致性，要将一致性结果CI和平均随机一致性指标RI进行比较，比值称为判断矩阵的一致性比例，记作CR，则

当CR<0.1时，判断矩阵通过一致性检验；当CR≥0.1时，判断矩阵没有通过一致性检验，调整矩阵重新检验。

根据层次分析法建立的评价指标体系和评价指标权重的确定方法，按照合理性、逻辑性、明确性、非诱导性和结果便于整理分析的原则，设计了《旋耕播种机适用性评价指标专家咨询表》，旨在对同层指标之间的重要性进行两两比较，确定各指标权重值。在旋耕条播机行业领域内，在不同地区选择产品鉴定、设计和质量控制等方面的15名专家进行问卷调查，在调查前详细介绍权重确定方法，尽可能获得各指标真实的权重值。根据问卷调查结果，使用Yaahp分析软件，采用加权几何平均进行判断矩阵集结，对处理结果进行检验和汇总，得出各级评价指标的权重值，如表2所示。

表2 旋耕条播机适用性评价指标权重值

1.4 评价结果的计算

在农机适用性评价过程中，可以采用试验测评法、跟踪测评法或调查测评法得出各评价项目(Cij)的评价分值，计算各评价指标(Bi)的评价分值，并以适用度作为最终评价结果，实现对适用性的量化评价[16]。评价指标(Bi)的评价分值计算公式为

式中Ei—评价指标(Bi)的评价分值；

m—评价指标Bi的项目Cij的个数；

Eij—评价项目(Cij)的评价分值；

Sij——评价项目(Cij)的权重系数。

单一区域内适用度的计算公式为

式中Ep—某一区域内样机的适用性评价分值，即适用度；

n—评价指标Bi的个数；

Ei—评价指标(Bi)的评价分值；

Si—评价指标(Bi)的权重系数。

多个区域内适用度的计算公式为

式中Ez—多个区域内样机的适用性评价分值，即适用度；

Ep—区域p内样机的适用性评价分值；

N—区域数量。

2 实证研究

2.1 评价机具及区域

选择市面上应用较广的某型号旋耕条播机进行适用性评价实证研究，该产品配套功率为55.2～62.5kW，旋耕部分为中间齿轮传动，播种施肥部分为镇压辊链传动，排种和排肥器型式均为外槽轮式，播种和施肥开沟器均采用圆盘式，采用种下施肥方式，播种和施肥工作行数均为14行，工作幅宽为200cm。

为全面系统地评价该产品的适用性，在产品的主要使用区域内选择江苏省、浙江省和安徽省作为评价区域进行适用性评价。

2.2 评价方法

采用调查测评法对旋耕条播机适用性进行实证评价，具体发方法为：根据评价指标体系设计调查问卷，在3个省各选5名使用该产品一个作业季节以上的用户进行问卷调查，评价项目(Cij)的得分按照用户评价为“好、较好、一般、较差、差”的5级分档结果，依次赋值“5分、4分、3分、2分、1分”。根据评价指标体系和有关计算方法得出各评价指标(Bi)的评价分值，最终得到产品在3个省的适用度(E)。不同适用度对应的评价结果如表3所示。

表3 适用度与评价结果的对应关系

Table 3 The relationship between applicability index and the result of applicability assessment

适用度E评价结果适用度E评价结果E<3不适用3≤E≤4基本适用E>4适用

根据用户打分结果得出各省区域内适用性评价结果，再将3个省的结果进行汇总计算，得出该型号旋耕条播机适用性评价指标的具体分值，如表4所示。最终计算得出适用度为3.745，则该型号旋耕条播机适用性评价结果为“基本适用”。

3 结果分析

3.1 作业能力

作业能力对旋耕条播机适用性的影响大。在作业能力包含的因素中，旋耕条播机对土壤质地、土壤含水率和前茬作物根茬的适用情况是制约其适用性的最关键因素，这些因素直接影响旋耕作业，同时间接制约施肥和播种作业的进行。旋耕条播机刀轴在拖拉机动力输出轴的驱动下对土壤进行旋耕作业，若土壤质地为黏土且含水率较高，则土壤黏性大、易发生板结；如果根植于土壤表层的前茬作物根茬粗壮且分布密集，将极大影响旋耕作业的进行，出现机器难以下地的情况，影响后续施肥和播种作业的进行。此外，旋耕条播机受作物品种、种子含水率和植被覆盖量影响较大，而肥料类型对旋耕条播机适用性影响弱，这反映了目前旋耕条播机产品已经能够适应常见物料特性的肥料，而地表植被覆盖量在不大的情况下，对旋耕条播作业效果影响小。

3.2 作业质量

作业质量对旋耕条播机适用性的影响最大。在作业质量包含的因素中，耕深、耕深稳定性和田间播种均匀性情况是制约旋耕条播机适用性的最关键因素。耕深及其稳定性情况体现了旋耕条播机克服土壤、前茬作物根茬和地表植被的阻力达到旋耕作业农艺要求的能力，当耕深及其稳定性满足农艺要求时，施肥和播种作业的进行有了良好的先决条件。田间播种均匀性在所有播种相关的质量指标中重要性最高，反映了条播作业的本质要求，即实现小麦种子的连续流动下播，实现分布均匀的种子条带，也间接表明当前旋耕条播机对种子破损、覆土深度和种肥间距的技术要求已基本满足，施肥和排种单体对各行及总排量一致性的技术要求能够基本实现。值得注意的是，作业小时生产率对作业质量存在一定影响，反映经济效益指标受到重视，作为一种节本增效的农业种植技术，旋耕条播对缩短播种期至关重要，更高的作业小时生产率是旋耕条播机适用性强的重要表现。

表4 旋耕条播机适用性评价指标分值

3.3 通过性

通过性对旋耕条播机适用性存在一定影响。通过性包含滑移率和堵塞情况，二者对旋耕条播机适用性的影响相当。当地表湿润、植被覆盖量大、拖拉机动力输出不足或作业速度过快时，旋耕条播机易出现滑移率高的现象；而当土壤松软或植被覆盖量大时，旋耕条播机的旋耕部分容易发生堵塞，这些都直接影响施肥和播种作业正常进行，限制旋耕条播机适用性的发挥。

4 结论

1) 根据农机适用性评价理论，利用层次分析法建立了旋耕条播机适用性评价体系，明确了评价指标权重和评价结果的计算方法。通过问卷调查确定了各层评价指标的权重值，构建了农机适用性评价的一般方法。

2) 通过实证研究，对某型号旋耕条播机适用性进行评价，利用调查测评法对各评价指标进行打分，计算适用度并得出评价结果，证明提出的方法能够科学规范地进行农机适用性评价。

3) 对评价结果的分析表明：旋耕条播机在作业能力上应当重点保证对不同土壤质地、土壤含水率和前茬作物根茬的适应能力，在作业质量上重点满足耕深、耕深稳定性和田间播种均匀性等关键指标，在通过性上要尽量降低滑移率并确保不发生堵塞。

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The Evaluation Method and Empirical Research of the Applicability of Rotary Tillage Drill

Sun Chao1, Lin Li1, Yang Li2

(1.China Agricultural Machinery Testing Centre, Beijing 100122, China; 2.College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

In order to improve the technical quality of rotary tillage drill and develop the role of gytrolilling and row seeding technique, the study established the method of evaluating the applicability of rotary tillage drill and conducted empirical research. Firstly, based on the theory of agricultural machinery applicability, the evaluation index system of applicability assessment was built, the method of calculating the weight of different evaluation indexes and evaluation result was established, the weight of different evaluation indexes were calculated by questionnaire. Secondly, empirical research on a certain type rotary tillage drill was studied among Jiangsu, Zhejiang and Anhui province, the value of evaluation items were obtained by survey, the applicability index of rotary tillage drill was 3.745, and the result of applicability assessment of the rotary tillage drill was basic applicable. At last, suggestions of improving the work capacity and quality as well as the passing ability of rotary tillage drill were put forward in order to strengthen the level of design capability and manufacturing quality of rotary tillage drill.

rotary tillage drill; applicability; empirical research

2016-12-02

公益性行业(农业)科研专项(200903038)

孙 超(1988-),男，山东青岛人，硕士研究生，(E-mail) tukao@163.com。

S223.2

A

1003-188X(2018)02-0040-06