电子技术在谷物联合收割机上的应用研究

郭良勇

(黑河市爱辉区农业综合行政执法大队，黑龙江 黑河 164300)

0 引言

稻麦等谷物是我国重要的粮食作物，谷物的稳产高产对于农业发展和农民收入意义重大，随着农业机械化的普及，小麦、水稻等传统大宗粮食生产进一步实现了机械化。截至2020年底我国小麦生产的综合机械化率达到97.19%，水稻的综合机械化率达到84.35%，有效保证了谷物生产的效率和质量。谷物联合收获机作为农业生产中谷物收获的重要机型，能有效保障稻麦等谷物及时、优质收获，帮助农民创造更高的经济效益并降低生产的劳动力负担。目前，我国农业生产中使用的谷物联合收获机机型产品较多，但在电子技术的应用上却存在较大差距，谷物联合收获机的机械技术和应用效果要想得到提升，离不开先进技术的加持，将电子技术合理应用于谷物联合收获机，能有效提升收获机在控制、自检、安全方面的品质。

1 电子技术的应用特征与优势

1.1 技术应用情况

电子技术起源于19世纪末期，20世纪和21世纪是电子技术快速发展的黄金时期，其通过利用多种电器元件实现某些特定的电路、信息传输及控制功能[1]。目前，我国农业生产中使用的大部分谷物联合收获机对于电子技术的应用还比较初级，先进机型更多的集中于进口设备，说明我国自主研制的谷物收获机产品与发达国家成熟产品在技术先进性方面仍存在较大差距。将电子技术应用于谷物联合收获机不仅是农机技术发展的必然趋势，更能有效打破传统生产模式的制约，使生产收获的过程向着自动化和智能化快速进步。现阶段来看，农业生产中应用的先进谷物联合收获机在电子技术应用上趋向于网络化、故障检测化和可控化方向发展，且重要的功能部件实现了良好匹配和精细化控制，驾驶操作体验与传统机型相比实现了明显的升级。

1.2 电子技术的应用优势

1)有利于降低生产过程的劳动强度。电子技术应用极大地提升了收获机驾驶员的驾驶舒适性、安全性，很多针对中大型农机产品的日常检查、维护可以更便捷地通过电子检测、仪表显示等功能实现，部分先进机型还能实现自动行驶，能将驾驶员从繁杂的工作中解放出来。

2)有利于提高收获机使用过程的可靠性。一方面高度的电子技术应用能通过控制技术提高操作过程的规范性，避免不正规操作造成的机具损坏问题；另一方面电子技术与传感器技术相结合，能够实现故障检测等功能，显著降低重大故障的发生率[2]。

3)有利于提高谷物收获的总体质量。电子技术的应用使谷物联合收获机向更加精细化的方向发展，机械结构在可控的前提下更为合理，谷物收获量、各个部件的运转速度实时可控，有效降低收获过程的粮食损失，降低含杂率和破损率。

4)除此之外，电子技术的应用还有利于降低收获机使用过程中的能源消耗，降低用机成本和使用维护成本。

2 电子技术的应用方向

2.1 谷物联合收获机的功能需求

谷物联合收获机的结构组成如图1所示，其工作原理如下：在进行收获的过程中，随着谷物联合收获机的前行，拨禾轮将水稻或小麦等谷物的秸秆拨送至切割器，切割器运转将作物秸秆割断后，拨禾轮继续拨动作物秸秆并输送到割台中部位置，通过拨送结构将作物送入升运器，作物在升运器的输送下进入清选装置，进而在清选装置的切流滚筒和轴流滚筒中进行脱粒，脱粒后的谷物中仍存有大量的颖壳、杂穗等杂物，需经过清选筛和风机的作用进行清选除杂，以降低谷物收获的含杂率，谷物中的杂质在风机的作用下由杂物清选出口被吹出，清选后的洁净谷物向后方输送进入粮仓后被集中存储。

1.驾驶室；2.拨禾轮；3.切割器；4.割台搅龙；5.清选筛；6.杂物清选出口；7.清选分离装置图1 谷物联合收获机的关键结构

谷物联合收获机对于电子技术的功能需求主要集中于以下几个方面：1)工作质量监测。通过电子技术的合理应用替代人工，实现收获质量、工作效率、机具状态、粮食产量、损失率等的监测。2)驾驶操作控制。通过电子技术控制联合收获机工作部件处于合理的转速状态，各个部件之间功能匹配良好。3)维护保养提示。通过电子设备监测机具的运行状态，及时提醒驾驶员进行维护保养工作。4)故障预警功能。通过电子系统的预警功能提示驾驶员机具的运行异常或收获状态异常。

2.2 典型应用形式

2.2.1 工作质量监测

1)谷物损失率监测。损失率是谷物收获机工作质量的重要参数，在传统的机械化收获过程中，谷物损失率的统计十分困难，且统计结果不够精准。将电子技术与收获机的机械技术进行深度融合，可以更便捷、更精确地实现收获过程中的损失率统计[3]。我国应用的部分先进机型中，通过在收获割台位置安装计算传感器，能够快速获取谷物收获机的谷物植株量，预判理想的粮食收获量。在粮仓安装称重传感器，用以计算实际的谷物收获量，通过计算可获得单位面积的粮食损失率，有效提升损失率的统计精确性。

2)谷物产量监测。现阶段通过电子技术应用实现的产量检测主要有两种形式，一是电子技术与GPS定位技术相结合，利用Field Star等智慧测产系统结合已经完成收割的部分作业面积产出重量实现对比测产，并能实现最终产量的提前预测；二是利用收获机随机配置的测产系统，通过计算粮仓累积的谷物重量，实现单位面积产量的直观统计。

3)植株喂入量监测。在大田种植过程中，谷物的种植密度并不是一成不变的。因此，最合理的收获方式是整机的运转速度、行驶速度与喂入量相匹配[4]。从而通过喂入量的变化调整收获机各个部件的运转状态。部分先进的进口联合收获机割台在播禾轮位置安装有专用传感器，用以统计实时的喂入量。国外的一项研究还为喂入量建立了数学模型，并结合电位计监测割台的植株喂入量，实现整机系统的实时调整。还有部分研究将喂入量统计传感器设置于脱粒滚筒位置，以避免喂入量过大造成脱粒不净或粮食损失率增加问题[5]。

2.2.2 内外部环境感知

联合收获机的内部收获环境对于收获机的性能影响很大，通过电子技术的应用能够实现对谷物联合收获机主要工作部件的状态实时感知，包括发动机数据、重要传动结构扭矩、传动效率监测、重要部件位置信息等。通过在重要的工作结构位置安装相应的传感器装置，能够实现以上重要数据的实时获取，为机具的功能调整、驾驶方式改变、获取机具状态提供便利条件。为进一步提高收获机的自动化程度，使作业过程与生产环境协调统一，先进的谷物联合收获机还配套有外部环境感知系统，常用技术包括雷达测障、视觉识别、卫星定位、云数据等。

2.2.3 辅助驾驶与自动驾驶

为更好地提高谷物联合收获机的使用规范性，降低驾驶员操作过程的复杂度和劳动强度，以传统的农机驾驶室结构为基础，很多厂商结合电子技术研究如何通过辅助驾驶改善机具操作体验，对于谷物联合收获机而言，传统驾驶过程中，驾驶员不仅需要规范操作机具行驶，还需要同时注意机具的运行状态、关注收获质量、改变作业方案等。通过辅助驾驶技术的应用，在不改变传统机械结构的基础上，利用电子技术的数据获取与展示功能，帮助驾驶员更好、更便捷地驾驶谷物联合收获机[6]。例如通过内部环境监测替代人工观察机具状态，并将获取的数据在驾驶室内通过仪表展示给驾驶员，使驾驶员便捷地了解谷物收获机的工作状态；再如利用电子技术与卫星定位技术相结合，可以做到驾驶路线的实时监测，并做到与预设行驶路线的对照，及时提醒驾驶员行驶路线的偏移，使驾驶员及时纠正驾驶方式。

在辅助驾驶技术的基础上，为进一步提高谷物联合收获机的智能化程度，很多研究致力于应用自动驾驶技术替代传统的人工驾驶模式，自动驾驶技术利用电子控制技术，结合传感器实现对传统机械工作部件的控制与监管。可实现根据预设路线或视觉识别进行自动行驶，电子技术控制谷物联合收获机的行驶速度和转向、换挡等操作，并根据地形控制割台升降，进而实现全程无人化作业。

2.2.4 通讯与数据分析

传统的谷物收获过程通常仅能简单完成粮食的收获作业任务，对于收获过程工作的合理性、工作方案的后期优化很难起到直接的帮助作用。将电子技术与谷物联合收获机进行整合，在大量传感器设备的应用下，完成收获任务的同时，还能够实时获取作业方案与作物收获的质量、收获效率、机具故障率等数据，并通过数据通讯技术进行行程传输或本地存储。国际上先进的谷物联合收获机在完成作业后能够积累大量的作业数据，既能帮助农机生产厂家改良机械结构与相关功能，还能帮助农业生产经营管理人员优化联合收获机的使用方式，改良收获作业方案。

3 结语

针对现阶段我国谷物联合收获机的应用和发展情况，将电子技术与传统的收获机技术进行深度融合，能够在设备控制、故障检测、辅助驾驶、调整维护等很多方面发挥积极作用，电子技术显著提高了谷物收获机的智能化程度，不仅使收获作业的过程更为合理，更实现了在收获过程进行收获质量和产量的监测和数据记录，有利于谷物机械化生产方式的持续优化与提升。因此，我国农机生产企业应重视谷物联合收获机在电子技术方面的升级与功能优化，实现农机技术与电子技术更好融合，促进谷物收获机产品竞争力的提升。