通过田间试验确定全喂入谷物联合收割机喂入量的探讨

李天成

四川省农业机械鉴定站，四川成都

农业机械化和农机装备是转变农业发展方式、提高农村生产力的重要基础。收获机械在农业生产中已逐渐成为不可或缺的重要生产物资，尤其是谷物类联合收割机具有拨禾、切割、输送、脱粒、筛选、茎秆切碎、打捆等功能，受到广大用户的青睐。收割机的结构主要由割台、输送机构、脱粒清选机构、液压升降及操纵系统、行走系统、配套动力、茎秆切碎器、秸秆还田机构、打捆装置等部件组成，属于农业机械中结构比较复杂的农作物收获机具，具有适应复杂多变的工作环境、工作负荷大、作业时间连续性强等特性。全喂入谷物联合收割机（以下简称收割机）是指割台切割下来的谷物全部进入滚筒脱粒的联合收割机，可分为自走式、悬挂式和牵引式，按喂入方式可分为全喂入式和半喂入式。而收割机的喂入量是指单位时间内联合收割机连续加工的作物量，反应了收割机通过测定区时，单位时间内接收籽粒、茎秆和清选排出物的总质量，是表征联合收割机作业能力的一个非常重要的设计参数，也是各工作部件进行设计计算的重要依据，考核收割机性能时的一个重要作业条件。

1 确定喂入量的意义

按JB/T 8574-2013《农机具产品型号编制规则》的规定，收割机是按喂入量的大小来确定产品型号。例如“4LZ-4.0”表示机具类别为收获机械类谷物联合收割机，喂入量为4.0 kg/s 的自走式全喂入谷物联合收割机。收割机的喂入量从设计到最终确定是一个复杂的工程，首先，生产企业应根据产品的结构特性、作业对象设计出产品，计算出理论喂入量；然后，根据各类型的田间试验或通过喂入量测试系统进行统计、比较分析，找出产品的额定喂入量合理范围。收割机各工作部件只有在设计的额定喂入量范围内时才能发挥出最佳效能。本文采用4LZ-2.2 型谷物联合收割机为例，以一种作物、多组试验的田间试验数据绘制了喂入量与作业速度关系示意图、损失率与作业速度关系示意图、损失率与喂入量关系示意图等示例和探讨喂入量通过田间试验确定的方法。

2 影响喂入量的因素

影响喂入量的因素主要包括土壤质地、土壤坚实度、泥脚深度、水层深度、作物倒伏程度、作物成熟度、作物密度、割茬高度、割幅宽度、作业速度、操作机手熟练度、动力配置合理性、总损失率、部件加工精度、装配工艺等。同时，也不排除收割机附属装置消耗发动机功率而影响喂入量的因素，如收割机作业时并附带秸秆切碎装置、秸秆还田装置、打捆装置、空调系统等的影响，收割机在设计时应将诸多影响喂入量的因素考虑进去。其中，作物密度在作业条件中波动较大，不仅与单位面积株数、长势有关，而且与茎秆含水率的变化也有关系。割茬高度由收获工艺决定，在确定喂入量时应该保持在一定范围内，当作物密度和割茬高度一定时，可以从草谷比的信息上反映出来。通过喂入量与作业速度关系示意图（图1）可以看出，当作业速度在一定范围内不断提高时，单位时间内收获的作物量（籽粒量和茎秆量之和）增加，喂入量也就随之增大。喂入量与作业速度在一定区间内近似呈正比关系。收割机从设计到成品，具有一定本身的属性和特性，在脱粒过程中，喂入量过大或过小都会使脱粒损失增加，即使相同喂入量下，草谷比过大也会导致破碎率升高。因此，从图1 只能得出作业速度与喂入量某系列测试数据范围内的关系，但不能作为确定喂入量的依据。

图1 喂入量与作业速度关系示意图

喂入量的确定应同时观察作业速度与损失率的关系。作业速度与损失率在一定的范围内同样也是正比关系，损失率与作业速度关系见示意图2。从图2得出，当作业速度达到一定范围时速度和损失同时呈增大趋势。通常情况下，速度越慢，喂入量越小；速度越快，喂入量越大，但同时损失率随之增大。如果喂入量过大，会导致籽粒未被分离出来造成夹带损失，因此不考虑损失率得出的喂入量是不科学的。忽略损失率、含杂率、破碎率就按统计出的总收获质量除以测区通过时间而计算出的喂入量或带有主观性和随意性制定的喂入量，往往是经不起验证和推敲的。

图2 损失率与作业速度关系示意图

喂入量除了与作业速度有关外，还受其他因素的影响，因此，在相同作业速度下，喂入量存在较大波动。在联合收割机工作过程中，谷物密度不可控制，但割茬高度可以控制在一定范围内，即草谷比变化很小，而且正常情况下为满幅收获，因此，唯一可调的参数就是作业速度。喂入量受谷物密度的影响较大，相同作业速度下，谷物密度越大，其喂入量也越大。即使谷物密度相同时，喂入量与作业速度之间也不是简单的线性关系，因为在谷物密度和作业速度一定的情况下，草谷比发生变化，其喂入量也会发生变化。这也进一步说明，实际收获过程中喂入量应该是一个范围，除了与作业速度有关外，还与草谷比，谷物秸秆混杂度等因素有关。

3 喂入量的确定

收割机喂入量的设计值是一个理论值，与实际作业时有一定差异，需在低损失率下确定机型的喂入量。收割机收获过程的损失与喂入量、作物属性、脱粒机构和清选机构的结构等有直接关联。收获损失是多种损失的集合，主要包括收获前损失、割台损失和收获过程损失，以落粒、丢穗、漏割、脱不净、夹带、破碎等形式表现出来。如何能准确合理地得到联合收割机的喂入量（生产率）呢？GB/T 8097-2008中第7.9条规定：“优先采用线性比例图表测试脱粒机体损失率，横坐标为总喂入量、茎秆喂入量和籽粒喂入量，纵坐标为损失率，每个测试行程的测定数据应标在图上。收割机的额定喂入量应是损失曲线上符合GB/T 6979.2-2005 所规定损失率的那个交点处的喂入量。”按GB/T 8097-2008的规定，一台收割机的喂入量应从损失曲线上得出最合理的数值，按本文损失率与喂入量关系示意图图3所示，剔除异常数据，同时在“损失率-喂入量”曲线图中绘制出多条不同作物通过多次试验数据的“损失率-喂入量”曲线，并在图中找到各最低损失率（最优收获质量）曲线交点处所对应的喂入量，即为该机型的喂入量（如图4）。以喂入量示意图图4为例，从图4中找出最低损失率（最优收获质量）曲线交点处所对应的喂入量约为2.2 kg/s，即为该机型通过田间试验所确定的喂入量（注：不能如本文图3 所示例绘制出一组数据曲线作为确定喂入量依据）。

图3 损失率与喂入量关系示意图

图4 喂入量确定示意图

4 喂入量确定的注意事项

收割机应根据本机型的工作特性配置合理的动力，在通过系列完整可靠的装配和调试后，喂入量采用实际田间测试确定结果时，应注意以下方面。

1）试验样机应符合GB/T 6979.2-2005 的规定。按当地有代表性的作物收获条件、工艺要求调整到最佳工作状态，必要时，在完成一个试验系列后，对割台、输送、脱粒、分离或清选等机构进行调整以获得正常作业的最佳状态。

2）作物应符合GB/T 6979.2-2005 的规定。作物应选取在当地具有代表性的作物、产量达到当地平均产量、生长均匀、切割线上无杂草或其他作物、无倒伏、无病虫害，成熟度达到完熟（作物成熟度分为乳熟期、腊熟期、完熟期和枯熟期，本文推荐采用完熟期作物）。具有小麦、水稻的收割功能的多功能收割机应分别进行两种作物验证。

3）地表条件应符合GB/T 6979.2-2005 的规定。试验田块应平坦、不陷脚、无积水。试验应在多区域、多类型土壤（砂土、壤土、粘土）、多气候、多次数进行验证。

4）收割机操作人员应熟悉相关标准的要求，并能按一定的工艺要求熟练操作机器。在确定喂入量试验期间最好保持同一人操作样机。

5）试验期间所有的仪器设备应进行校准，必要时在开展每一个试验系列前都进行校准。

6）试验期间人员分工尽可能保持一致。

7）试验方法应符合GB/T 8097-2008的规定。试验结束后将试验结果分别进行统计，在本文示例图3（损失率与喂入量关系示意图）中同时绘制各组数据，通过综合比较和分析，最后得出最佳数据（喂入量）。

8）为达到数据有效的可比性，每次试验期间的气候状况、作物取样方法等应符合GB/T 5262-2008 的规定。并按标准规定的方法记录环境温度、环境相对湿度、大气压力、地表条件、风向风速、作物自然高度、泥脚深度、自然落粒、千（百）粒质量、作物产量、秸秆含水率、籽粒含水率、草谷比等信息。

9）通过田间调查作业条件满足JB/T 5117-2017 规定后，方可进行测试。每次试验结束后应准确无误地计算出机体损失率、茎秆喂入量、籽粒喂入量、总喂入量、含杂率、破碎率。在绘制曲线时应选取损失率、含杂率、破碎率达到相关标准要求时的数据。

5 结论

收割机喂入量通过田间试验确定时，受不同的作物、地形、气候条件、试验条件、土壤类型、作业工艺等因素影响，只有通过科学有效的系列试验，绘制出损失率与喂入量关系图，根据各组曲线综合分析收割机喂入量和收获损失率的关系，找出喂入量的最优区间范围，确定出收割机的额定喂入量。通过科学试验方法确定出的收割机额定喂入量对体现收割机最佳工作状态、优化工作效能、提高工作质量等具有重要指导意义。