周陳林，汪小旵，何瑞銀，徐高明，梁 磊，丁啟朔*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，江蘇 南京 210031；2.江蘇省智能化農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210031）

【研究意義】農(nóng)業(yè)機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要途徑[1]，機(jī)械化是提高生產(chǎn)效率、減少勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作物生產(chǎn)率和盈利能力的關(guān)鍵農(nóng)業(yè)技術(shù)[2]。農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)被廣泛使用[3]。對(duì)于水稻收獲環(huán)節(jié)而言，該環(huán)節(jié)是機(jī)械化生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)且季節(jié)性較強(qiáng)，收獲期延遲將造成適時(shí)性損失，導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低，造成經(jīng)濟(jì)損失[4]。提高作業(yè)效率，有利于搶農(nóng)時(shí)、減少收獲損失[5]。因此農(nóng)民在收獲之前明確作業(yè)時(shí)間、成本消耗和收割機(jī)作業(yè)效率對(duì)于提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)至關(guān)重要[6]。收割機(jī)的作業(yè)效率受到地塊地理特征、田間作業(yè)方式及機(jī)械性能等因素的影響[7]，開(kāi)展其對(duì)收割機(jī)作業(yè)效率影響機(jī)理的研究，能夠?yàn)樘岣呤崭顧C(jī)作業(yè)效率提供參考依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國(guó)內(nèi)外專家針對(duì)提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率、降低生產(chǎn)成本等問(wèn)題從不同角度進(jìn)行了一系列的研究。Gonzalez 等[8]針對(duì)地塊規(guī)模、形狀等地塊地理特征對(duì)耕作機(jī)械作業(yè)效率的影響進(jìn)行了研究；喬金友等[9-10]建立了收割機(jī)組技術(shù)生產(chǎn)率及純時(shí)間利用率與地塊條件的關(guān)系模型，并探究了其變化規(guī)律；張凱等[11]建立了不同作業(yè)路線下收割機(jī)生產(chǎn)率計(jì)算模型，探究了收割機(jī)作業(yè)路線及地塊面積與收割機(jī)生產(chǎn)率的變化規(guī)律；Spekken 等[12]根據(jù)地塊的形狀得到最優(yōu)作業(yè)方向，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)機(jī)作業(yè)效率的提高；黃小毛等[13]利用禁忌算法，優(yōu)化路徑排序，提高了轉(zhuǎn)彎效率；孔德剛等[14]對(duì)大功率拖拉機(jī)播種作業(yè)效率進(jìn)行分析，表明選用適配的播種機(jī)，可以減少故障時(shí)間；相關(guān)專家則通過(guò)線性和非線性規(guī)劃的方法[15-18]，以及建立模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的方法[19-21]來(lái)合理的適配農(nóng)機(jī)；馮江等[22]對(duì)聯(lián)合收割機(jī)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)研究，減少了收割機(jī)的轉(zhuǎn)彎時(shí)間；Veerangouda 等[23]對(duì)收割機(jī)做作業(yè)質(zhì)量、效率、成本等方面的分析改進(jìn)了機(jī)械性能，實(shí)現(xiàn)作業(yè)效率提高，作業(yè)成本降低。由于我國(guó)南方丘陵稻田居多，水稻收獲雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但是因?yàn)楠M小的地塊特征，收獲作業(yè)呈現(xiàn)其獨(dú)有的特征?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】國(guó)內(nèi)外多基于農(nóng)機(jī)幅寬、功率和作業(yè)方向優(yōu)化對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)效率的影響進(jìn)行研究，并取得了重大的成果，但大多是以大功率農(nóng)機(jī)為研究對(duì)象的定性分析。關(guān)于農(nóng)機(jī)作業(yè)路線和地塊特征對(duì)收割機(jī)純作業(yè)效率、實(shí)際作業(yè)效率的影響及其兩者之間變化關(guān)系對(duì)作業(yè)路線與地塊條件的匹配研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】針對(duì)不同作業(yè)路線下，建立南方水稻收割機(jī)純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率與地塊特征變化的數(shù)學(xué)模型，探究不同地塊特征和作業(yè)路線下收割機(jī)純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率變化規(guī)律及關(guān)系，以期為收割機(jī)路線優(yōu)化、土地整理、收割機(jī)作業(yè)路線與地塊條件合理匹配提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 收割機(jī)純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率

聯(lián)合收割機(jī)的作業(yè)效率表示單位時(shí)間內(nèi)收割機(jī)作業(yè)的面積，可分為理論生產(chǎn)率和實(shí)際生產(chǎn)率[6,24]，理論生產(chǎn)率表示收割機(jī)在理想的作業(yè)環(huán)境下，不包含故障維修，加油，地塊、作物等因素，但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中收割機(jī)必然存在時(shí)間損失，收割機(jī)完成作業(yè)的總時(shí)間是各項(xiàng)目時(shí)間的總和[25-27]。在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)際生產(chǎn)率計(jì)算公式為：

式中：Qe表示收割機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)效率，hm2/h；S表示收獲地塊面積，hm2；Te示收割機(jī)實(shí)際收獲時(shí)間，h。

理論作業(yè)生產(chǎn)率即純作業(yè)生產(chǎn)率，表示收獲作業(yè)面積與純作業(yè)時(shí)間的比值，純作業(yè)時(shí)間為收割機(jī)收獲作物所花費(fèi)的直行時(shí)間。

式中：Qp為純作業(yè)生產(chǎn)率，hm2/h；Tp為純作業(yè)時(shí)間，h。

1.2 收割機(jī)的作業(yè)路線

南方小地塊水稻收割機(jī)在田間進(jìn)行收割作業(yè)時(shí)，常用作業(yè)路線有2 種，第一種作業(yè)路線是收割機(jī)先經(jīng)過(guò)3 圈90°轉(zhuǎn)彎的回字形收獲，留出收割機(jī)轉(zhuǎn)彎空間，然后沿180°轉(zhuǎn)彎的S 型路線收獲，為Ⅰ型作業(yè)路線（圖1a）。

第二種作業(yè)路線是收割機(jī)沿回字形路線逐漸向內(nèi)收獲，但在最后3個(gè)行程時(shí)，為減少轉(zhuǎn)彎，收割機(jī)直接通過(guò)短邊，然后轉(zhuǎn)彎沿長(zhǎng)邊收獲，為Ⅱ型作業(yè)路線（圖1b）。

圖1 收割機(jī)常用作業(yè)路線Fig.1 Common operation route of harvester

1.3 收割機(jī)的作業(yè)時(shí)間構(gòu)成

對(duì)于單一塊地而言，收割機(jī)收獲作業(yè)時(shí)，整個(gè)生產(chǎn)流程包括收割、地頭轉(zhuǎn)彎、出地卸糧、卸糧、進(jìn)地收割等必要環(huán)節(jié)，以及故障維修、加油、運(yùn)糧車未到達(dá)產(chǎn)生的卸糧等待時(shí)間等非必要環(huán)節(jié)，非必要環(huán)節(jié)出現(xiàn)的頻率和每次花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)短不同[9,28]，收割機(jī)的作業(yè)總時(shí)間為：

式中：T為收獲各個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)間之和，s；Ts為收割作業(yè)直行總時(shí)間，s；Tt為收割作業(yè)轉(zhuǎn)彎消耗的總時(shí)間，s；To為出地卸糧消耗的總時(shí)間，s；Tu為卸糧消耗的總時(shí)間，s；Te為卸完糧進(jìn)地收割消耗的總時(shí)間，s。

1.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

試驗(yàn)以田間調(diào)查的方式展開(kāi)，地點(diǎn)為南京市六合區(qū)八百橋農(nóng)村地區(qū)，該地區(qū)具有南方地區(qū)典型的地塊特征。測(cè)試方法參考文獻(xiàn)[8]中的方法，選取田間調(diào)查測(cè)試的收割機(jī)型為沃得4LB-150AA、沃得尊享版112，試驗(yàn)地塊規(guī)模為35 m×77 m，重復(fù)試驗(yàn)3 次，分別記錄收割機(jī)在2 種作業(yè)路線下的非恒速作業(yè)時(shí)間、恒速作業(yè)時(shí)間及相應(yīng)行駛距離、90°和180°轉(zhuǎn)彎時(shí)間、卸糧時(shí)間、進(jìn)出地時(shí)間及相應(yīng)行駛距離、空行程行駛時(shí)間等收割機(jī)基本作業(yè)參數(shù)。因收割機(jī)喂入量受到恒速行駛速度、谷物密度、割幅影響，同時(shí)與脫粒滾筒轉(zhuǎn)速有關(guān)[29]，某種確定型號(hào)的收割機(jī)在相同種植密度稻田作業(yè)時(shí)，其恒速行駛速度與收割機(jī)自身參數(shù)有關(guān)，具有普適性。

收割機(jī)的直行時(shí)間包括長(zhǎng)邊直行時(shí)間和短邊直行時(shí)間，收割機(jī)在進(jìn)入地頭開(kāi)始收獲，由靜止先經(jīng)過(guò)加速，達(dá)到恒速后保持該速度收割，轉(zhuǎn)彎前減速完成一行作物收獲，由于相同收獲方式下，非恒速收獲距離較短，所用時(shí)間和距離無(wú)顯著性區(qū)別，取試驗(yàn)地塊條件下非恒速下作業(yè)環(huán)節(jié)所需時(shí)間平均值，記作tˉ，根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試不同收割機(jī)收獲時(shí)的恒速作業(yè)速度，同機(jī)型不同地塊條件下無(wú)顯著差異，記收割機(jī)恒速環(huán)節(jié)平均速度為v，則非恒速平均速度可記為v/2。表1中給出了收割機(jī)基本作業(yè)參數(shù)和各作業(yè)環(huán)節(jié)時(shí)間值。

表1 收割機(jī)基本作業(yè)參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.1 Test data of various time parameters of harvester

2 收割機(jī)生產(chǎn)率估算模型的建立

2.1 Ⅰ型路線收獲模型

經(jīng)過(guò)田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，南方稻麥輪作區(qū)除在地塊地理特征上與大農(nóng)地存在較大區(qū)別以外，在機(jī)械作業(yè)行為模式上也有很大不同，在收獲路線上有很明顯的地方特色。收割機(jī)采用Ⅰ型作業(yè)方式收獲時(shí)，需要進(jìn)行3圈的回字形收獲，留出地頭轉(zhuǎn)彎空間，然后再S型收獲，因此兩部分作業(yè)時(shí)間需分別計(jì)算。

2.1.1 行程數(shù) 收割機(jī)的行程數(shù)等于地塊寬度與割幅的比值，該值可能是小數(shù)，但在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，即使剩余未收獲寬度不足一個(gè)割幅，仍需要一個(gè)行程完成收獲。因此該值需向上取整，在Ⅰ型收獲方式中，由于收割機(jī)需要留出轉(zhuǎn)彎空間，因此剩余區(qū)域的所需總行程數(shù)為：

式中：n剩余區(qū)域總行程數(shù)，W為地塊寬度，m，Bp為收割機(jī)割幅，m。

2.1.2 非恒速作業(yè)時(shí)間 Ⅰ型收獲方式的非恒速作業(yè)時(shí)間為前3 圈的回字形收獲非恒速作業(yè)時(shí)間與之后的S 型收獲的非恒速作業(yè)時(shí)間之和，回字形收獲的行程數(shù)以圈計(jì)，一次行程為一圈，一圈完成4 行（長(zhǎng)邊和短邊分別2個(gè)）收獲，每行收獲包含2次非恒速收獲，因此每圈包含8次非恒速作業(yè)，非恒速作業(yè)時(shí)間是行程數(shù)的8倍；而S型收獲每次行程收割一行，非恒速作業(yè)次數(shù)為行程數(shù)的2倍。故Ⅰ型收獲的非恒速總作業(yè)時(shí)間為：

式中：Tn1為非恒速作業(yè)總時(shí)間，s。

2.1.3 恒速作業(yè)時(shí)間 Ⅰ型路線的恒速作業(yè)時(shí)間為前三圈回字形收獲恒速作業(yè)時(shí)間與之后的S 型恒速作業(yè)時(shí)間之和。前三圈恒速作業(yè)時(shí)間為恒速作業(yè)距離與恒速行駛速度v的比值，恒速作業(yè)距離為行程長(zhǎng)與非恒速行駛距離的差值。前三圈回字形收獲的非恒速行駛次數(shù)是行程數(shù)的8 倍。非恒速行駛距離為非恒速平均作業(yè)時(shí)間tˉ與平均速度v/2之積，前三圈恒速平均行駛時(shí)間為：

式中：Lc1為前3圈恒速作業(yè)距離，m；Tc1為前3圈恒速作業(yè)時(shí)間，s；v為恒速行駛速度，m/s。

同理，S型收獲恒速作業(yè)次數(shù)與行程數(shù)相等，S型收獲的恒速作業(yè)時(shí)間為恒速作業(yè)距離與速度v的比值：

式中：Tc2為S型收獲恒速作業(yè)時(shí)間，s。

Ⅰ型路線恒速作業(yè)總時(shí)間為回字形收獲和S型收獲恒速總時(shí)間之和。

式中：Tc為Ⅰ型路線恒速作業(yè)總時(shí)間，s。

總直行時(shí)間為非恒速作業(yè)時(shí)間與恒速作業(yè)時(shí)間之和。

2.1.4 轉(zhuǎn)彎時(shí)間 Ⅰ型路線包括的回字形收獲和S型收獲轉(zhuǎn)彎通過(guò)的距離和轉(zhuǎn)過(guò)的角度不同，因此所用的轉(zhuǎn)彎時(shí)間不同，通過(guò)田間調(diào)查獲取兩種路線下的單次平均轉(zhuǎn)彎時(shí)間分別為tˉt1和tˉt2，轉(zhuǎn)彎總時(shí)間為平均轉(zhuǎn)彎時(shí)間與轉(zhuǎn)彎次數(shù)之積，回字形收獲的每次行程需要轉(zhuǎn)彎4次，S型收獲每次行程一次轉(zhuǎn)彎，總轉(zhuǎn)彎次數(shù)比行程數(shù)少1次，因此轉(zhuǎn)彎總時(shí)間為：

式中：Tt1為轉(zhuǎn)彎總時(shí)間，s。

2.1.5 卸糧前準(zhǔn)備時(shí)間和卸糧后進(jìn)地時(shí)間 卸糧前準(zhǔn)備時(shí)間是收割機(jī)出地卸糧所花費(fèi)的時(shí)間，由于收割機(jī)完成一次卸糧需出地卸糧，然后回地收獲，一次往返，由于收割機(jī)每次卸糧到卸糧點(diǎn)的距離不相等，平均距離用地塊中心到卸糧點(diǎn)的平均距離lˉ來(lái)計(jì)算，卸糧進(jìn)出地平均時(shí)間為收割機(jī)卸糧平均距離lˉ與收割出地卸糧速度vu和進(jìn)地收割速度ve的比值，這兩個(gè)過(guò)程所用的總時(shí)間分別為其過(guò)程單次平均時(shí)間與卸糧次數(shù)nu之積，卸糧次數(shù)為地塊總產(chǎn)量與收割機(jī)糧箱容量的比值。故卸糧前準(zhǔn)備時(shí)間和卸糧后進(jìn)地時(shí)間為：

式中：To1為單次卸糧前準(zhǔn)備時(shí)間，s；Te1為單次卸糧后進(jìn)地時(shí)間，s；nu卸糧次數(shù)；A為收割地塊面積，hm2；Y為單位面積產(chǎn)量，kg/hm2；ρ為水稻的堆積密度，kg/m3；V為收割機(jī)糧箱容積，L；Toe1為卸糧前準(zhǔn)備時(shí)間和卸糧后進(jìn)地總時(shí)間，s。

2.1.6 卸糧時(shí)間 卸糧總時(shí)間Tu為糧箱容量與卸糧速度的比值，收割機(jī)型號(hào)相同時(shí)卸糧時(shí)間無(wú)明顯差異，因此卸糧總時(shí)間為單次平均卸糧時(shí)間tˉu與卸糧次數(shù)nu之積。

式中：Tu表示卸糧總時(shí)間，s。

綜上，對(duì)Ⅰ型收獲分析，可得到該作業(yè)方式下的純作業(yè)效率模型為：

實(shí)際作業(yè)效率：

式中：Qp1為Ⅰ型路線純作業(yè)效率，hm2/h；Qe1為Ⅰ型路線的實(shí)際生產(chǎn)效率，hm2/h，A為收獲地塊面積，hm2。

2.2 Ⅱ型路線收獲模型

收割采用Ⅱ型收獲方式即回字形收獲，但是到最后3個(gè)行程的時(shí)候，為減少轉(zhuǎn)彎時(shí)間，不收割短邊直接通過(guò)，然后轉(zhuǎn)彎繼續(xù)收割長(zhǎng)邊（如圖1b所示）。

2.2.1 行程數(shù) 收割機(jī)在采用Ⅱ型路線時(shí)，最終收獲長(zhǎng)邊完成收獲，且最后一次短邊為直接轉(zhuǎn)彎，因此長(zhǎng)邊作業(yè)次數(shù)比短邊多2次，各自作業(yè)次數(shù)分別為：

式中：nl為長(zhǎng)邊作業(yè)次數(shù)，ns為短邊作業(yè)次數(shù)。

2.2.2 直行時(shí)間 直行時(shí)間包括長(zhǎng)邊直行時(shí)間和短邊直行時(shí)間，都是由恒速和非恒速行駛時(shí)間組成，短邊最后3個(gè)行程不收獲作物為空行程，長(zhǎng)邊作業(yè)行程數(shù)不變。Ⅱ型路線方式為回字形收獲，每行收獲包含2次非恒速收獲，只需減去最后直接通過(guò)短邊包含的非恒速作業(yè)時(shí)間，故非恒速作業(yè)時(shí)間為：

長(zhǎng)邊恒速作業(yè)時(shí)間為長(zhǎng)邊恒速收獲總距離與恒速作業(yè)速度v的比值，Ⅱ型路線方式因最后3個(gè)行程不收獲短邊，直接通過(guò)收獲長(zhǎng)邊，因此到最后3個(gè)行程之前的長(zhǎng)邊收獲長(zhǎng)度逐次減少一個(gè)割幅Bp長(zhǎng)度，直到最后3個(gè)行程，收獲長(zhǎng)邊的距離相等；因此長(zhǎng)邊恒速作業(yè)時(shí)間為：

式中：Tlc為長(zhǎng)邊恒速作業(yè)時(shí)間，s。

短邊恒速作業(yè)時(shí)間為短邊恒速作業(yè)總距離與恒速作業(yè)速度v的比值，但是短邊一般最后3個(gè)行程收獲，為提高收獲效率，直接通過(guò)，因此空行程行駛時(shí)間總時(shí)間為空行程行駛平均時(shí)間tˉk與次數(shù)之積。因此短邊恒速行駛時(shí)間為：

式中：Tsc為短邊恒速作業(yè)時(shí)間，s；Tk為空行程行駛時(shí)間，s；tˉk空行程行駛平均時(shí)間，s。

2.2.3 轉(zhuǎn)彎時(shí)間 收割機(jī)采用Ⅱ型路線方式時(shí)，一個(gè)行程為一圈，完成一個(gè)行程收獲，需要收獲2次長(zhǎng)邊或短邊，但是收割收獲時(shí)，開(kāi)始收獲不需要轉(zhuǎn)彎，最后一行的收獲只需要轉(zhuǎn)彎一次與S型相同，因此總轉(zhuǎn)彎次數(shù)nt為：

由于最后一次轉(zhuǎn)彎為S 型路線轉(zhuǎn)彎，與回字形轉(zhuǎn)彎距離和角度不同，因此轉(zhuǎn)彎總時(shí)間為各自單次平均轉(zhuǎn)彎時(shí)間和與轉(zhuǎn)彎次數(shù)之積。

式中：nt為轉(zhuǎn)彎次數(shù)，Tt2為Ⅱ型路線方式轉(zhuǎn)彎總時(shí)間，s。

由于在收獲過(guò)程中，收割機(jī)的糧倉(cāng)在任何地方都有可能滿箱，因此卸糧前準(zhǔn)備時(shí)間和卸糧后進(jìn)地時(shí)間可以采取與Ⅰ型路線相同的計(jì)算方式。

因此，可以得到采用Ⅱ型路線方式的純作業(yè)效率模型為：

式中：Qp2為Ⅱ型路線純作業(yè)效率，hm2/h；中Qe2為Ⅱ型路線方式的實(shí)際生產(chǎn)效率，hm2/h。

2.3 作業(yè)效率模型驗(yàn)證

對(duì)作業(yè)效率模型驗(yàn)證性分析，用沃得銳龍尊享版112 收割機(jī)實(shí)測(cè)兩種路線下的收獲作業(yè)效率，兩種路線各選取10塊地，試驗(yàn)地塊參數(shù)如表2所示；分別對(duì)比純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率的試驗(yàn)值和模擬值（圖2）；結(jié)果表明：兩種路線的純作業(yè)效率誤差均小于7%，實(shí)際作業(yè)效率誤差均小于8.7%，平均值誤差均小于4.5%，兩種作業(yè)路線的純作業(yè)效率試驗(yàn)值與模擬值相關(guān)性系數(shù)均大于0.94，實(shí)際作業(yè)效率試驗(yàn)值與模擬值相關(guān)性系數(shù)均大于0.90，表明模型模擬效果良好。

表2 試驗(yàn)地塊參數(shù)Tab.2 Test plot parameters

圖2 收割機(jī)不同作業(yè)路線作業(yè)效率模擬值和試驗(yàn)值Fig.2 Simulated and experimental values of operation efficiency of harvester in different operation routes

3 作業(yè)效率影響因素分析

收割機(jī)的作業(yè)效率受到收割機(jī)型號(hào)、地塊面積、長(zhǎng)寬比等因素的影響[30-32]，為探究收割機(jī)型號(hào)、地塊面積和長(zhǎng)寬比對(duì)純作業(yè)生產(chǎn)率、實(shí)際生產(chǎn)效率的影響規(guī)律，利用建立的作業(yè)效率計(jì)算模型，編制MATLAB 計(jì)算程序，選取南方地塊面積大小分布較廣且具有代表性的2 種地塊面積（0.1 hm2和0.3 hm2），2 種機(jī)型在2種作業(yè)路線下，純作業(yè)生產(chǎn)率和實(shí)際生產(chǎn)效率隨長(zhǎng)寬比的變化規(guī)律。

計(jì)算2種作業(yè)路線的收割機(jī)純作業(yè)生產(chǎn)率和實(shí)際生產(chǎn)效率隨地塊長(zhǎng)寬比的變化趨勢(shì)（如圖3所示），結(jié)果表明，總體上看：不同的地塊面積、作業(yè)方式、收割機(jī)類型純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率分別表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)。地塊面積和型號(hào)相同時(shí)，隨著長(zhǎng)寬比的增大，收割機(jī)純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率均增大直至趨于平緩。表明長(zhǎng)寬比的增加能夠提高收割機(jī)作業(yè)效率，因?yàn)殚L(zhǎng)寬比增加，收割機(jī)轉(zhuǎn)彎次數(shù)減少，非恒速行駛距離占比降低；但是隨著長(zhǎng)寬比的增加，作業(yè)效率趨于平緩，表明長(zhǎng)寬比增大對(duì)作業(yè)效率的提升存在上限。長(zhǎng)寬比和型號(hào)相同時(shí)，地塊面積的增大，純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率均增大，表明面積增大也能夠提高收割機(jī)作業(yè)效率。對(duì)于2種作業(yè)路線，當(dāng)?shù)貕K面積相同時(shí)，不同的長(zhǎng)寬比，收割機(jī)不同作業(yè)路線的純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率變化趨勢(shì)相似；Ⅱ型作業(yè)路線與Ⅰ型作業(yè)路線的純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率相差最高分別為18.2%、3.7%。不同作業(yè)路線下收割作業(yè)效率與地塊面積有關(guān)，收割機(jī)型號(hào)相同時(shí)，隨著地塊長(zhǎng)寬比的變化，不同地塊面積下Ⅱ型作業(yè)路線的實(shí)際作業(yè)效率均大于Ⅰ型作業(yè)路線。表明在南方小地塊條件下Ⅱ型作業(yè)路線較Ⅰ型作業(yè)路線作業(yè)效率更高。收割機(jī)型號(hào)和長(zhǎng)寬比相同時(shí)，面積增大，Ⅱ型作業(yè)路線的純作業(yè)效率均大于Ⅰ型作業(yè)路線，但Ⅰ型作業(yè)路線的實(shí)際作業(yè)效率逐漸逼近Ⅱ型作業(yè)路線。表明Ⅰ型作業(yè)路線收獲隨著地塊面積增大非作業(yè)時(shí)間占比小于Ⅱ型作業(yè)路線收獲，隨著地塊面積增大Ⅰ型作業(yè)路線實(shí)際作業(yè)效率將會(huì)大于Ⅱ型作業(yè)路線。

圖3 不同作業(yè)路線收割機(jī)作業(yè)效率與地塊長(zhǎng)寬比關(guān)系Fig.3 Relationship between harvester operation efficiency and plot length width ratio of different operation routes

4 結(jié) 論

本研究基于收割機(jī)不同作業(yè)路線的觀測(cè)，提出了不同作業(yè)路線的純作業(yè)時(shí)間和實(shí)際作業(yè)時(shí)間構(gòu)成的計(jì)算公式，建立了對(duì)應(yīng)的作業(yè)效率模型。2 種作業(yè)路線下，純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率的試驗(yàn)值和模擬值的誤差在8.7%之內(nèi)，相關(guān)性系數(shù)在0.9以上，模型模擬效果良好。

收割機(jī)的型號(hào)和作業(yè)路線，地塊面積和長(zhǎng)寬比，是影響作業(yè)效率的主要因素，適當(dāng)增大地塊面積和地塊長(zhǎng)寬比有助于提高收割機(jī)的作業(yè)效率，選擇適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)路線能夠提高收割機(jī)的作業(yè)效率。在南方小地塊條件下Ⅱ型作業(yè)路線較Ⅰ型作業(yè)路線作業(yè)效率更高；比較2種作業(yè)路線收獲的純作業(yè)效率和實(shí)際作業(yè)效率，隨著地塊面積增大，Ⅰ型作業(yè)路線非作業(yè)時(shí)間占比小于Ⅱ型作業(yè)路線，Ⅰ型作業(yè)路線實(shí)際收獲效率逐漸逼近Ⅱ型作業(yè)路線。表明地塊面積增大Ⅰ型作業(yè)路線實(shí)際作業(yè)效率將大于Ⅱ型作業(yè)路線，因此大地塊采用Ⅰ型作業(yè)路線更優(yōu)。

收割機(jī)純作業(yè)效率與實(shí)際作業(yè)效率不同，除了存在非作業(yè)時(shí)間外，說(shuō)明收割機(jī)的實(shí)際作業(yè)效率還由于地塊原因沒(méi)有充分發(fā)揮，增大地塊面積和長(zhǎng)寬比可以提高作業(yè)效率，但作業(yè)效率增大存在上限，需要找到適合“度”和與其相匹配的收割機(jī)，充分發(fā)揮收割機(jī)的作業(yè)能力。