郭良勇

(黑河市愛(ài)輝區(qū)農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法大隊(duì)，黑龍江 黑河 164300)

0 引言

稻麥等谷物是我國(guó)重要的糧食作物，谷物的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民收入意義重大，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的普及，小麥、水稻等傳統(tǒng)大宗糧食生產(chǎn)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。截至2020年底我國(guó)小麥生產(chǎn)的綜合機(jī)械化率達(dá)到97.19%，水稻的綜合機(jī)械化率達(dá)到84.35%，有效保證了谷物生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。谷物聯(lián)合收獲機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中谷物收獲的重要機(jī)型，能有效保障稻麥等谷物及時(shí)、優(yōu)質(zhì)收獲，幫助農(nóng)民創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益并降低生產(chǎn)的勞動(dòng)力負(fù)擔(dān)。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的谷物聯(lián)合收獲機(jī)機(jī)型產(chǎn)品較多，但在電子技術(shù)的應(yīng)用上卻存在較大差距，谷物聯(lián)合收獲機(jī)的機(jī)械技術(shù)和應(yīng)用效果要想得到提升，離不開(kāi)先進(jìn)技術(shù)的加持，將電子技術(shù)合理應(yīng)用于谷物聯(lián)合收獲機(jī)，能有效提升收獲機(jī)在控制、自檢、安全方面的品質(zhì)。

1 電子技術(shù)的應(yīng)用特征與優(yōu)勢(shì)

1.1 技術(shù)應(yīng)用情況

電子技術(shù)起源于19世紀(jì)末期，20世紀(jì)和21世紀(jì)是電子技術(shù)快速發(fā)展的黃金時(shí)期，其通過(guò)利用多種電器元件實(shí)現(xiàn)某些特定的電路、信息傳輸及控制功能[1]。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的大部分谷物聯(lián)合收獲機(jī)對(duì)于電子技術(shù)的應(yīng)用還比較初級(jí)，先進(jìn)機(jī)型更多的集中于進(jìn)口設(shè)備，說(shuō)明我國(guó)自主研制的谷物收獲機(jī)產(chǎn)品與發(fā)達(dá)國(guó)家成熟產(chǎn)品在技術(shù)先進(jìn)性方面仍存在較大差距。將電子技術(shù)應(yīng)用于谷物聯(lián)合收獲機(jī)不僅是農(nóng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，更能有效打破傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的制約，使生產(chǎn)收獲的過(guò)程向著自動(dòng)化和智能化快速進(jìn)步。現(xiàn)階段來(lái)看，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的先進(jìn)谷物聯(lián)合收獲機(jī)在電子技術(shù)應(yīng)用上趨向于網(wǎng)絡(luò)化、故障檢測(cè)化和可控化方向發(fā)展，且重要的功能部件實(shí)現(xiàn)了良好匹配和精細(xì)化控制，駕駛操作體驗(yàn)與傳統(tǒng)機(jī)型相比實(shí)現(xiàn)了明顯的升級(jí)。

1.2 電子技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1)有利于降低生產(chǎn)過(guò)程的勞動(dòng)強(qiáng)度。電子技術(shù)應(yīng)用極大地提升了收獲機(jī)駕駛員的駕駛舒適性、安全性，很多針對(duì)中大型農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的日常檢查、維護(hù)可以更便捷地通過(guò)電子檢測(cè)、儀表顯示等功能實(shí)現(xiàn)，部分先進(jìn)機(jī)型還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行駛，能將駕駛員從繁雜的工作中解放出來(lái)。

2)有利于提高收獲機(jī)使用過(guò)程的可靠性。一方面高度的電子技術(shù)應(yīng)用能通過(guò)控制技術(shù)提高操作過(guò)程的規(guī)范性，避免不正規(guī)操作造成的機(jī)具損壞問(wèn)題；另一方面電子技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)故障檢測(cè)等功能，顯著降低重大故障的發(fā)生率[2]。

3)有利于提高谷物收獲的總體質(zhì)量。電子技術(shù)的應(yīng)用使谷物聯(lián)合收獲機(jī)向更加精細(xì)化的方向發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)在可控的前提下更為合理，谷物收獲量、各個(gè)部件的運(yùn)轉(zhuǎn)速度實(shí)時(shí)可控，有效降低收獲過(guò)程的糧食損失，降低含雜率和破損率。

4)除此之外，電子技術(shù)的應(yīng)用還有利于降低收獲機(jī)使用過(guò)程中的能源消耗，降低用機(jī)成本和使用維護(hù)成本。

2 電子技術(shù)的應(yīng)用方向

2.1 谷物聯(lián)合收獲機(jī)的功能需求

谷物聯(lián)合收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，其工作原理如下：在進(jìn)行收獲的過(guò)程中，隨著谷物聯(lián)合收獲機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)將作物秸稈割斷后，撥禾輪繼續(xù)撥動(dòng)作物秸稈并輸送到割臺(tái)中部位置，通過(guò)撥送結(jié)構(gòu)將作物送入升運(yùn)器，作物在升運(yùn)器的輸送下進(jìn)入清選裝置，進(jìn)而在清選裝置的切流滾筒和軸流滾筒中進(jìn)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(jīng)過(guò)清選篩和風(fēng)機(jī)的作用進(jìn)行清選除雜，以降低谷物收獲的含雜率，谷物中的雜質(zhì)在風(fēng)機(jī)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(jìn)入糧倉(cāng)后被集中存儲(chǔ)。

1.駕駛室；2.撥禾輪；3.切割器；4.割臺(tái)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(lián)合收獲機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

谷物聯(lián)合收獲機(jī)對(duì)于電子技術(shù)的功能需求主要集中于以下幾個(gè)方面：1)工作質(zhì)量監(jiān)測(cè)。通過(guò)電子技術(shù)的合理應(yīng)用替代人工，實(shí)現(xiàn)收獲質(zhì)量、工作效率、機(jī)具狀態(tài)、糧食產(chǎn)量、損失率等的監(jiān)測(cè)。2)駕駛操作控制。通過(guò)電子技術(shù)控制聯(lián)合收獲機(jī)工作部件處于合理的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，各個(gè)部件之間功能匹配良好。3)維護(hù)保養(yǎng)提示。通過(guò)電子設(shè)備監(jiān)測(cè)機(jī)具的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)提醒駕駛員進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)工作。4)故障預(yù)警功能。通過(guò)電子系統(tǒng)的預(yù)警功能提示駕駛員機(jī)具的運(yùn)行異?；蚴斋@狀態(tài)異常。

2.2 典型應(yīng)用形式

2.2.1 工作質(zhì)量監(jiān)測(cè)

1)谷物損失率監(jiān)測(cè)。損失率是谷物收獲機(jī)工作質(zhì)量的重要參數(shù)，在傳統(tǒng)的機(jī)械化收獲過(guò)程中，谷物損失率的統(tǒng)計(jì)十分困難，且統(tǒng)計(jì)結(jié)果不夠精準(zhǔn)。將電子技術(shù)與收獲機(jī)的機(jī)械技術(shù)進(jìn)行深度融合，可以更便捷、更精確地實(shí)現(xiàn)收獲過(guò)程中的損失率統(tǒng)計(jì)[3]。我國(guó)應(yīng)用的部分先進(jìn)機(jī)型中，通過(guò)在收獲割臺(tái)位置安裝計(jì)算傳感器，能夠快速獲取谷物收獲機(jī)的谷物植株量，預(yù)判理想的糧食收獲量。在糧倉(cāng)安裝稱重傳感器，用以計(jì)算實(shí)際的谷物收獲量，通過(guò)計(jì)算可獲得單位面積的糧食損失率，有效提升損失率的統(tǒng)計(jì)精確性。

2)谷物產(chǎn)量監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)階段通過(guò)電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)量檢測(cè)主要有兩種形式，一是電子技術(shù)與GPS定位技術(shù)相結(jié)合，利用Field Star等智慧測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合已經(jīng)完成收割的部分作業(yè)面積產(chǎn)出重量實(shí)現(xiàn)對(duì)比測(cè)產(chǎn)，并能實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)量的提前預(yù)測(cè)；二是利用收獲機(jī)隨機(jī)配置的測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算糧倉(cāng)累積的谷物重量，實(shí)現(xiàn)單位面積產(chǎn)量的直觀統(tǒng)計(jì)。

3)植株喂入量監(jiān)測(cè)。在大田種植過(guò)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(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、行駛速度與喂入量相匹配[4]。從而通過(guò)喂入量的變化調(diào)整收獲機(jī)各個(gè)部件的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。部分先進(jìn)的進(jìn)口聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)在播禾輪位置安裝有專用傳感器，用以統(tǒng)計(jì)實(shí)時(shí)的喂入量。國(guó)外的一項(xiàng)研究還為喂入量建立了數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合電位計(jì)監(jiān)測(cè)割臺(tái)的植株喂入量，實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)整。還有部分研究將喂入量統(tǒng)計(jì)傳感器設(shè)置于脫粒滾筒位置，以避免喂入量過(guò)大造成脫粒不凈或糧食損失率增加問(wèn)題[5]。

2.2.2 內(nèi)外部環(huán)境感知

聯(lián)合收獲機(jī)的內(nèi)部收獲環(huán)境對(duì)于收獲機(jī)的性能影響很大，通過(guò)電子技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)谷物聯(lián)合收獲機(jī)主要工作部件的狀態(tài)實(shí)時(shí)感知，包括發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)、重要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)扭矩、傳動(dòng)效率監(jiān)測(cè)、重要部件位置信息等。通過(guò)在重要的工作結(jié)構(gòu)位置安裝相應(yīng)的傳感器裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)以上重要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取，為機(jī)具的功能調(diào)整、駕駛方式改變、獲取機(jī)具狀態(tài)提供便利條件。為進(jìn)一步提高收獲機(jī)的自動(dòng)化程度，使作業(yè)過(guò)程與生產(chǎn)環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，先進(jìn)的谷物聯(lián)合收獲機(jī)還配套有外部環(huán)境感知系統(tǒng)，常用技術(shù)包括雷達(dá)測(cè)障、視覺(jué)識(shí)別、衛(wèi)星定位、云數(shù)據(jù)等。

2.2.3 輔助駕駛與自動(dòng)駕駛

為更好地提高谷物聯(lián)合收獲機(jī)的使用規(guī)范性，降低駕駛員操作過(guò)程的復(fù)雜度和勞動(dòng)強(qiáng)度，以傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)駕駛室結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，很多廠商結(jié)合電子技術(shù)研究如何通過(guò)輔助駕駛改善機(jī)具操作體驗(yàn)，對(duì)于谷物聯(lián)合收獲機(jī)而言，傳統(tǒng)駕駛過(guò)程中，駕駛員不僅需要規(guī)范操作機(jī)具行駛，還需要同時(shí)注意機(jī)具的運(yùn)行狀態(tài)、關(guān)注收獲質(zhì)量、改變作業(yè)方案等。通過(guò)輔助駕駛技術(shù)的應(yīng)用，在不改變傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用電子技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取與展示功能，幫助駕駛員更好、更便捷地駕駛谷物聯(lián)合收獲機(jī)[6]。例如通過(guò)內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)替代人工觀察機(jī)具狀態(tài)，并將獲取的數(shù)據(jù)在駕駛室內(nèi)通過(guò)儀表展示給駕駛員，使駕駛員便捷地了解谷物收獲機(jī)的工作狀態(tài)；再如利用電子技術(shù)與衛(wèi)星定位技術(shù)相結(jié)合，可以做到駕駛路線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并做到與預(yù)設(shè)行駛路線的對(duì)照，及時(shí)提醒駕駛員行駛路線的偏移，使駕駛員及時(shí)糾正駕駛方式。

在輔助駕駛技術(shù)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高谷物聯(lián)合收獲機(jī)的智能化程度，很多研究致力于應(yīng)用自動(dòng)駕駛技術(shù)替代傳統(tǒng)的人工駕駛模式，自動(dòng)駕駛技術(shù)利用電子控制技術(shù)，結(jié)合傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械工作部件的控制與監(jiān)管?？蓪?shí)現(xiàn)根據(jù)預(yù)設(shè)路線或視覺(jué)識(shí)別進(jìn)行自動(dòng)行駛，電子技術(shù)控制谷物聯(lián)合收獲機(jī)的行駛速度和轉(zhuǎn)向、換擋等操作，并根據(jù)地形控制割臺(tái)升降，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全程無(wú)人化作業(yè)。

2.2.4 通訊與數(shù)據(jù)分析

傳統(tǒng)的谷物收獲過(guò)程通常僅能簡(jiǎn)單完成糧食的收獲作業(yè)任務(wù)，對(duì)于收獲過(guò)程工作的合理性、工作方案的后期優(yōu)化很難起到直接的幫助作用。將電子技術(shù)與谷物聯(lián)合收獲機(jī)進(jìn)行整合，在大量傳感器設(shè)備的應(yīng)用下，完成收獲任務(wù)的同時(shí)，還能夠?qū)崟r(shí)獲取作業(yè)方案與作物收獲的質(zhì)量、收獲效率、機(jī)具故障率等數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)通訊技術(shù)進(jìn)行行程傳輸或本地存儲(chǔ)。國(guó)際上先進(jìn)的谷物聯(lián)合收獲機(jī)在完成作業(yè)后能夠積累大量的作業(yè)數(shù)據(jù)，既能幫助農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠家改良機(jī)械結(jié)構(gòu)與相關(guān)功能，還能幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理人員優(yōu)化聯(lián)合收獲機(jī)的使用方式，改良收獲作業(yè)方案。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)谷物聯(lián)合收獲機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展情況，將電子技術(shù)與傳統(tǒng)的收獲機(jī)技術(shù)進(jìn)行深度融合，能夠在設(shè)備控制、故障檢測(cè)、輔助駕駛、調(diào)整維護(hù)等很多方面發(fā)揮積極作用，電子技術(shù)顯著提高了谷物收獲機(jī)的智能化程度，不僅使收獲作業(yè)的過(guò)程更為合理，更實(shí)現(xiàn)了在收獲過(guò)程進(jìn)行收獲質(zhì)量和產(chǎn)量的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)記錄，有利于谷物機(jī)械化生產(chǎn)方式的持續(xù)優(yōu)化與提升。因此，我國(guó)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)重視谷物聯(lián)合收獲機(jī)在電子技術(shù)方面的升級(jí)與功能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)技術(shù)與電子技術(shù)更好融合，促進(jìn)谷物收獲機(jī)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的提升。