精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)的控制和測量裝置技術(shù)

賈曉靜 成志偉

摘 要：聯(lián)合收割機(jī)在我國農(nóng)作物收割中發(fā)揮著越來越重要的作用，控制和測量裝置是聯(lián)合收割機(jī)的重要裝置。本文對精準(zhǔn)聯(lián)合收割機(jī)的智能測產(chǎn)技術(shù)、喂入量測控、脫粒質(zhì)量測控及分離和清選損失測控進(jìn)行了介紹，并對智能測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)聯(lián)合收割機(jī);控制;測量

中圖分類號：S225.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）13-0039-03

Abstract： Combine harvester is playing an increasingly important role in crop harvesting in China. The control and measuring device is an important device for combine harvester. In this paper， the intelligent measuring technology， feed measurement， threshing quality control and the selection and control of the loss of clean selection separation of precision combine harvester was introduced， and the development route of intelligent measurement technology was analyzed.

Keywords： precision combine harvester;control;measurement

隨著全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS、連續(xù)數(shù)據(jù)采集傳感器CDS及遙感RS等技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)逐漸向現(xiàn)代化和機(jī)械化發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)運而生。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)主要包括信息技術(shù)、工程設(shè)備技術(shù)以及生物技術(shù)。通過這些技術(shù)，對農(nóng)田的水分、肥料、種子、人力以及藥物等進(jìn)行實時檢測，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精確性。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的核心是對農(nóng)田變量因素進(jìn)行精確管理，以降低投入成本，增加產(chǎn)量，優(yōu)化土地使用。具體地，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是因地制宜，將合適的農(nóng)作物種植在合適的土地上，更充分地利用資源，使農(nóng)作物一直處于最佳生長狀態(tài)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)是帶有GPS的智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械，是實施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)裝備之一。

1 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)主要研究方向為智能測產(chǎn)、喂入量測控、脫粒質(zhì)量測控及分離和清選損失測控[1]。喂入量測控主要是通過控制聯(lián)合收割機(jī)的行走速度、割幅寬度來實現(xiàn);脫粒質(zhì)量測控主要是通過控制滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒扭矩及谷物水分來測量。圖1為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)的測量和控制裝置技術(shù)分解。

1.1 智能測產(chǎn)

谷物的產(chǎn)量是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個重要指標(biāo)。智能測產(chǎn)是聯(lián)合收割機(jī)基于GPS系統(tǒng)進(jìn)行定位，由測產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)收割機(jī)的行走速度、割幅寬度及谷物籽粒的流量測出各地塊產(chǎn)量，繪出產(chǎn)量分布圖。產(chǎn)量分布圖可以決定下一季決策，還可以評價這一季度的管理效果。

1.2 喂入量測控

喂入量是指聯(lián)合收割機(jī)在單位時間內(nèi)加工的作物量，是聯(lián)合收割機(jī)的一個重要參數(shù)。喂入量測控是測控聯(lián)合收割機(jī)工作效能最高的喂入量情況，以提高生產(chǎn)率，減少谷物損失。

1.3 脫粒質(zhì)量測控

脫粒質(zhì)量測控是實時檢測脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速，根據(jù)喂入量和喂入秸稈的情況實時調(diào)節(jié)脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速，以明顯提高脫粒的效率，保證最佳的脫粒質(zhì)量。

1.4 分離和清選損失測控

聯(lián)合收割機(jī)工作過程中，最重要的一個指標(biāo)是降低谷物的分離和清選損失。分離和清選損失測控使用的是谷物損失傳感器，通過傳感器將分離出來的糧食與收獲的糧食作比較，進(jìn)而得到糧食的分離和清選損失量。

2 聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展路線

作物的產(chǎn)量是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中需要獲得的重要信息，可以充分反映農(nóng)田土壤特性、化肥利用、地形結(jié)構(gòu)、氣象因素、灌溉情況以及蟲草侵害等因素對產(chǎn)量的影響。實時獲取的產(chǎn)量信息和據(jù)此得到的產(chǎn)量圖是“處方農(nóng)作”中不可缺少的信息[2]。因此，智能測產(chǎn)是聯(lián)合收割機(jī)的重要部分。智能測產(chǎn)是聯(lián)合收割機(jī)在行進(jìn)過程中，利用GPS定位系統(tǒng)確定聯(lián)合收割機(jī)的位置，根據(jù)收割機(jī)的行走速度、割幅寬度和谷物籽粒的流量測出各地塊產(chǎn)量，繪出產(chǎn)量分布圖。智能測產(chǎn)在國內(nèi)外都得到重視，主要是利用傳感器?，F(xiàn)有的智能測產(chǎn)傳感器有谷物沖擊式流量傳感器、谷物光電式傳感器、谷物γ射線流量傳感器及谷物容積式傳感器。其中，谷物沖擊式流量傳感器是利用沖擊板感受谷物的沖擊，然后輸出一個頻率信號，根據(jù)頻率信號換算出谷物的質(zhì)量;谷物光電式傳感器是將一個光源安置在糧食升運器的邊上，光接收器安裝在升運器另一個相同高度的邊上，根據(jù)谷物光傳感器接受不同光的時間，計算出谷物的重量;谷物γ射線流量傳感器根據(jù)其閃光頻率與被測谷物厚度呈指數(shù)關(guān)系，通過谷物厚度測量谷物的產(chǎn)量;谷物容積式傳感器是在谷物升運器出口和谷物入口各安裝一個葉輪，葉輪上方有一個用于探測的傳感器，控制聯(lián)合收割機(jī)驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，將谷物倒入糧倉，同時計算機(jī)對從葉輪排出到糧箱的葉輪谷物的次數(shù)進(jìn)行計數(shù)，谷物的總體積等于葉輪的固定體積乘以葉輪旋轉(zhuǎn)次數(shù)，然后根據(jù)體積換算出總的糧食產(chǎn)量。

聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展不是一蹴而就的，而是經(jīng)歷了將近一個世紀(jì)的發(fā)展才到現(xiàn)在的水平。圖2為聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展路線圖。由圖2可知，聯(lián)合收割機(jī)的控制和測量裝置的智能測產(chǎn)起步較晚，1974年，德國MASCHFAB FAHR AG公司發(fā)明了通過光電傳感器測量谷物產(chǎn)量;1980年，德國申請人提出了在聯(lián)合收割機(jī)上設(shè)置重量測量裝置，用于測量收獲面積上的產(chǎn)量;1984年，德國DRONNINGBORG MASKINFAB AS公司提出了通過X射線測量谷物質(zhì)量流;1992年，美國DAWN EQUIP CO公司發(fā)明了一種測量清選干凈后的谷物產(chǎn)量圖;1996年，英國MASSEY FERGUSON LTD公司發(fā)明通過GPS監(jiān)測系統(tǒng)和分析單元繪制產(chǎn)量分布圖，其標(biāo)志著聯(lián)合收割機(jī)產(chǎn)量測量向智能化方向發(fā)展;2001年，CRH比利時有限股份公司發(fā)明了通過計算聯(lián)合收割機(jī)的速度乘以工作幅寬，建立聯(lián)合收割機(jī)的產(chǎn)量分布圖;2002年，美國愛科公司發(fā)明了實際測量產(chǎn)量圖，并與記載的產(chǎn)量圖進(jìn)行對比，以更加精準(zhǔn)地測量聯(lián)合收割機(jī)收割谷物產(chǎn)量;2002年，美國迪爾公司發(fā)明了一種校準(zhǔn)聯(lián)合收割機(jī)上產(chǎn)量監(jiān)控器的質(zhì)量流傳感器的方法，通過安裝在聯(lián)合收割機(jī)上的無線通信裝置和安裝在運載工具上的遠(yuǎn)程無線通信裝置來校準(zhǔn)聯(lián)合收割機(jī)上的質(zhì)量流傳感器;2004年，日本洋馬農(nóng)機(jī)株會社發(fā)明了一種農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械的管理設(shè)備，通過建立最優(yōu)作物，更容易建立每塊地的產(chǎn)量和每個季節(jié)的產(chǎn)量，管理效率更高;2006年，美國迪爾公司提出通過計算機(jī)和GPS來計算地區(qū)谷物產(chǎn)量;2012年，韓國UNIV GYEONGSANG IND ACAD COOP FOUND公司發(fā)明了谷物產(chǎn)量監(jiān)視裝置，設(shè)置一個監(jiān)視單元來接受轉(zhuǎn)移的谷物量，傳感單元感測轉(zhuǎn)移過來的谷物量，輸出傳感信號來控制轉(zhuǎn)移的谷物量。

分析圖2可知，聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展最初是通過體積流量法和質(zhì)量流量法檢測。例如，美國主要采用沖擊式載荷測量法，英國采用電容法測量谷物質(zhì)量流量，德國采用容積式光電測量法測量。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的企業(yè)研究智能測產(chǎn)的方法。利用GPS定位系統(tǒng)采集信號，在田間作業(yè)時，利用差分定位系統(tǒng)確定收割機(jī)的位置，根據(jù)收割機(jī)的速度、割幅和谷物籽粒的流量測出實時產(chǎn)量，繪制產(chǎn)量分布圖，實時比較現(xiàn)測產(chǎn)量與存儲產(chǎn)量之間的差別，檢測聯(lián)合收割機(jī)是否有異常。聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)還需要在如下方面加強(qiáng)研究。第一，增加測產(chǎn)系統(tǒng)中傳感器的研究。傳感器是智能測產(chǎn)中的重中之重，其質(zhì)量的好壞直接影響測量產(chǎn)量的效果，因此，要加大傳感器的研究，盡量減小測產(chǎn)的誤差。第二，要提高產(chǎn)量圖的精確度。產(chǎn)量圖直接關(guān)系到產(chǎn)量的計算，因此，要利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，提高產(chǎn)量圖的繪制效果。第三，加強(qiáng)與其他先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能測產(chǎn)結(jié)合起來，可實現(xiàn)智能測產(chǎn)的現(xiàn)代化。

3 結(jié)語

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)發(fā)展相比于國外還處于落后狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)加大對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)的投入，研究出適合我國國情的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)，以滿足我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]介戰(zhàn)，劉紅俊，候風(fēng)云.中國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)研究現(xiàn)狀與前景展望[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005（2）：179-182.

[2]王志海，王沛東，孟志軍，等.谷物聯(lián)合收割機(jī)測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)機(jī)化研究，2014（1）：9-15.