牛 青，陳 棟，徐 璐

（河南省商丘市農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站，河南 商丘 476000）

0 引言

大豆在我國有5 000 年的栽培歷史，南、北方均有種植，被譽(yù)為五谷之一[1]。大豆中含有豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物和礦物質(zhì)，是人類植物蛋白和脂肪的主要來源，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大豆作為飼料的用途也越來越廣泛，同時(shí)大豆還廣泛應(yīng)用于輕工、化工、紡織和醫(yī)藥等行業(yè)，在我國食物生產(chǎn)和消費(fèi)系統(tǒng)中扮演了十分重要的角色[2]。河南省商丘市是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大市，農(nóng)作物種植為一年兩熟模式。自2020 年以來，商丘市大豆的年播種面積均超過5.5 萬hm2，是第3 大秋季作物，年產(chǎn)量約12.5 萬t，為我國大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

大豆生產(chǎn)過程中，大豆收獲是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用適當(dāng)?shù)氖斋@機(jī)械適時(shí)完成大豆收獲作業(yè)是大豆豐產(chǎn)豐收的重要保障。當(dāng)前國內(nèi)外研制的效果比較好的大豆收獲機(jī)普遍價(jià)格較高，農(nóng)民難以接受[3]。商丘市所處的豫東黃淮海地區(qū)，大豆收獲環(huán)節(jié)的機(jī)械化水平仍較低，現(xiàn)有的大豆收獲機(jī)械多數(shù)是通過調(diào)整（改裝）小麥、玉米收獲機(jī)而實(shí)現(xiàn)收獲作業(yè)的，改裝后的大豆收獲機(jī)由于機(jī)型多、易損件多且質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致作業(yè)效率低，機(jī)收損失率、破損率、含雜率都偏高[4]。近年來，商丘市農(nóng)機(jī)部門針對大豆生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)的推廣，做了大量的試驗(yàn)示范工作。在大豆收獲環(huán)節(jié)，結(jié)合豫東地區(qū)氣候特點(diǎn)、種植習(xí)慣、土壤性狀、機(jī)具保有量和適收期大豆籽粒含水率等因素，大力推廣大豆機(jī)械化聯(lián)合收獲技術(shù)。

為了進(jìn)一步提升大豆收獲的機(jī)械化水平，2022 年，以豫東地區(qū)市場占有率較高的3 種型號(hào)大豆收獲機(jī)（改裝機(jī)型）為對象，進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，測定收獲機(jī)的作業(yè)性能，查找存在的問題，提出機(jī)收作業(yè)優(yōu)化建議，為大面積推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 基本情況

1.1 試驗(yàn)材料、地點(diǎn)與儀器設(shè)備

試驗(yàn)于2022 年6?10 月，在商丘市睢縣白樓鄉(xiāng)阮洼村河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械化試驗(yàn)示范基地進(jìn)行，該基地總面積135 hm2，其中大豆種植面積20 hm2，土壤為砂壤土，前茬作物為小麥。大豆品種為商豆151，屬耐密型夏大豆品種，平均生育期106～110 d，有限結(jié)莢，平均株高80～86 cm，千粒質(zhì)量200～210 g，種植行距30～35 cm、株距12～15 cm。根據(jù)大豆的成熟特點(diǎn)，掌握適宜收獲時(shí)期對提高收獲質(zhì)量尤為關(guān)鍵。如收獲時(shí)期過早，影響收獲產(chǎn)量，增加破損率；收獲時(shí)期過晚，割臺(tái)損失率增加[5]。收獲試驗(yàn)于2022 年10 月18 日進(jìn)行，大豆已進(jìn)入完熟期，無明顯倒伏現(xiàn)象，經(jīng)過田間測產(chǎn)，平均產(chǎn)量3 050 kg/hm2。在田間測產(chǎn)的籽粒中隨機(jī)選取5 份樣品，采用便攜式谷物水分測定儀（PM-8188）檢測并取平均值，測得大豆含水率16.6%，適宜機(jī)收。

儀器設(shè)備包括電子秤、直尺、皮尺、秒表、計(jì)算器、天平、相機(jī)及便攜式水分測定儀等。

1.2 樣機(jī)型號(hào)及參數(shù)

試驗(yàn)機(jī)具為中聯(lián)農(nóng)業(yè)機(jī)械股份有限公司、洛陽中收機(jī)械裝備有限公司、濰柴雷沃智慧農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)的3 種型號(hào)小麥（玉米）自走式收獲機(jī)。將3 臺(tái)機(jī)具調(diào)整（改裝）為大豆收獲機(jī)，進(jìn)行性能檢測、生產(chǎn)查定和試驗(yàn)示范，收集作業(yè)性能數(shù)據(jù)，探索機(jī)收作業(yè)優(yōu)化方向。樣機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 試驗(yàn)樣機(jī)型號(hào)及技術(shù)參數(shù)Tab.1 Model and technical parameters of test prototype

因3 種機(jī)型均是基于小麥（玉米）收獲機(jī)的改裝機(jī)，需對其部件進(jìn)行調(diào)整。為方便對3 種機(jī)型的作業(yè)性能進(jìn)行對比，參照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理司、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化總站、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作物生產(chǎn)全程機(jī)械化推進(jìn)專家指導(dǎo)組聯(lián)合發(fā)布的《大豆機(jī)械化收獲減損技術(shù)指導(dǎo)意見》和JB/T 11912 ?2014《大豆聯(lián)合收割機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)，對3 種機(jī)型工作過程中的脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和作業(yè)行走擋位進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)[6]。脫粒滾筒轉(zhuǎn)速調(diào)整為550 r／min；脫粒間隙調(diào)整為32 mm；風(fēng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整至中間擋位，轉(zhuǎn)速約1 100 r/min；機(jī)具作業(yè)行走擋位使用Ⅱ，速度約4 km/h；將撥禾輪位置前移至第一孔位，調(diào)整轉(zhuǎn)速與機(jī)具作業(yè)速度相匹配（略高于作業(yè)速度）。

1.3 試驗(yàn)安排

2022 年6 月，小麥?zhǔn)斋@后進(jìn)行規(guī)范的大豆機(jī)械化播種作業(yè)；大豆生長期進(jìn)行田間觀測，機(jī)械化防治病蟲害；10 月，對大豆收獲機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)檢測，收集數(shù)據(jù)；11 月，數(shù)據(jù)匯總整理和分析。

2 試驗(yàn)檢測方案及步驟

2.1 檢測依據(jù)

試驗(yàn)檢測按照J(rèn)B/T 11 912?2014《大豆聯(lián)合收割機(jī)》、GB/T 5 262?2008《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件 測定方法的一般規(guī)定》和NY/T 738?2020《大豆聯(lián)合收割機(jī)械作業(yè)質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[6-8]。

2.2 檢測項(xiàng)目

3 種型號(hào)的大豆收獲機(jī)測試前，均進(jìn)行了試收調(diào)試，機(jī)手按照日常機(jī)械操作規(guī)程要求進(jìn)行。每臺(tái)機(jī)具作業(yè)3 個(gè)行程，每個(gè)行程按照先后次序設(shè)立預(yù)備區(qū)、測試區(qū)和緩沖區(qū)3 個(gè)區(qū)段連續(xù)作業(yè)，其中預(yù)備區(qū)長度20 m、測試區(qū)長度20 m、緩沖區(qū)長度10 m。主要檢測項(xiàng)目包括純作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率、脫粒機(jī)體損失率、割臺(tái)損失率、含雜率、破碎率和總損失率等指標(biāo)。

2.3 檢測指標(biāo)、計(jì)算方法及公式

2.3.1 作業(yè)速度

作業(yè)速度根據(jù)式（1）計(jì)算。

式中v?作業(yè)速度，km/h

L?測試區(qū)長度，m

T?通過測試區(qū)的時(shí)間，s

2.3.2 純作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率

純作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率根據(jù)式（2）計(jì)算。

式中E?純作業(yè)小時(shí)生產(chǎn)率，hm2/h

V?機(jī)器前進(jìn)速度，km/h

B?作業(yè)幅寬，m

2.3.3 含雜率

將出糧口排出物充分混合均勻，隨機(jī)抽取3 份質(zhì)量約1 000 g 的小樣，挑出所含雜質(zhì)（土塊、石子、秸稈和雜草等雜物）稱質(zhì)量。含雜率根據(jù)式（3）計(jì)算，并取平均值。

式中ZZ?含雜率，%

WXZ?小樣中雜質(zhì)質(zhì)量，g

WXi?出糧口排出物取小樣質(zhì)量，g

2.3.4 破碎率

挑出每份去掉雜質(zhì)的小樣中的破碎籽粒并稱質(zhì)量。破碎率根據(jù)式（4）和式（5）計(jì)算，并取平均值。

式中ZP?破碎率，%

WP?小樣中破碎籽粒質(zhì)量，g

WX?小樣籽粒質(zhì)量，g

2.3.5 脫粒機(jī)體損失率和割臺(tái)損失率

在試驗(yàn)地塊中（不與行程區(qū)域重疊）隨機(jī)選取5個(gè)測點(diǎn)，撿取1 m2面積內(nèi)自然落地籽粒稱質(zhì)量，并計(jì)算平均值；在收獲后的測區(qū)內(nèi)隨機(jī)取點(diǎn)，撿取1 m2面積內(nèi)籽粒稱質(zhì)量。在機(jī)具排草口、排雜口安裝采集袋，收集在測區(qū)內(nèi)機(jī)具排出的所有物料，挑出未脫凈損失籽粒稱質(zhì)量，挑出分離、清選損失籽粒稱質(zhì)量。割臺(tái)損失率、脫粒機(jī)體損失率根據(jù)式（6）～式（12）計(jì)算。

式中St?脫粒機(jī)體損失率，%

Sw?未脫凈損失率，%

Sfq?分離、清選損失率，%

Sg?割臺(tái)損失率，%

WC?出糧口籽粒質(zhì)量，g

Wj?出糧口排出物質(zhì)量，g

Ww?未脫凈損失籽粒質(zhì)量，g

Wfq?分離、清選損失籽粒質(zhì)量，g

W?測區(qū)內(nèi)籽?？傎|(zhì)量，g

Wgs?每平方米割臺(tái)損失籽粒質(zhì)量，g

Wsh?收獲后每平方米實(shí)際損失籽粒質(zhì)量，g

WL?每平方米平均自然落粒質(zhì)量，g

2.3.6 總損失率

總損失率根據(jù)式（13）計(jì)算。

式中S?聯(lián)合收獲機(jī)總損失率，%

2.4 檢測結(jié)果

檢測結(jié)果如表2～表5 所示。

表2 大豆收獲機(jī)作業(yè)效率Tab.2 Operation efficiency of soybean harvester

表3 大豆收獲機(jī)含雜率和破碎率Tab.3 Impurity rate and crushing rate of soybean harvester

表4 大豆收獲機(jī)損失率Tab.4 Loss rate of soybean harvester

表5 大豆收獲機(jī)作業(yè)指標(biāo)匯總Tab.5 Operation indicators summary of soybean harvester

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 作業(yè)性能

（1）中聯(lián)4 LZ-7B 型大豆收獲機(jī)（橫軸流）。收獲作業(yè)含雜率2.92%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍（含雜率≤3%）；破碎率4.60%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍（破碎率≤5%）；總損失率8.90%，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍（總損失率≤5%）。

（2）中收4 LZ-7 型大豆收獲機(jī)（橫軸流）。收獲作業(yè)含雜率2.92%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍；破碎率4.73%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍；總損失率8.54%，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。

（3）雷沃4YL-5M 型大豆收獲機(jī)（縱軸流，割臺(tái)換裝尼龍彈齒）。收獲作業(yè)含雜率2.09%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍；破碎率5.27%，略超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍；總損失率4.86%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。

3.2 存在問題

與前幾年相比，大豆收獲機(jī)的各項(xiàng)性能有較大提高，但是從檢測數(shù)據(jù)分析，破碎率和總損失率仍有超標(biāo)現(xiàn)象。具體原因有以下3 方面。

（1）機(jī)具的調(diào)試和改裝不到位。測試機(jī)型均為改裝機(jī)，受限于機(jī)型和機(jī)手的操作水平，作業(yè)時(shí)未能將機(jī)具調(diào)整至最佳工況。

（2）收獲總損失率超標(biāo)。總損失率由割臺(tái)損失率和脫粒清選損失率兩部分組成[5]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，割臺(tái)損失率高是造成總損失率超標(biāo)的主要原因。機(jī)具收割作業(yè)時(shí)，不僅撥禾輪會(huì)對豆莢產(chǎn)生刮碰擊打，割刀也會(huì)對豆稈產(chǎn)生沖擊拉扯，并伴有絞龍對植株的擠壓碰撞，容易產(chǎn)生炸莢現(xiàn)象，致使割臺(tái)損失高。

（3）縱軸流機(jī)型的收獲破碎率超標(biāo)。2 臺(tái)橫軸流機(jī)型脫粒滾筒形式為桿齒式，這種形式脫粒滾筒抓取作物及脫粒能力較強(qiáng)，脫粒元件既能滿足脫粒要求，又有助于排出物料[9]。1 臺(tái)縱軸流機(jī)型脫粒滾筒形式為紋桿式，而且脫粒行程長，雖然達(dá)到了較好的脫粒清選效果，但物料受到的擠壓力和揉搓力也較大，當(dāng)超過大豆籽粒壓縮應(yīng)力極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生破碎現(xiàn)象。

4 優(yōu)化建議

4.1 強(qiáng)化機(jī)手培訓(xùn)

機(jī)具需要機(jī)手來操作，提高機(jī)具作業(yè)質(zhì)量離不開機(jī)手因素，通過培訓(xùn)使機(jī)手掌握大豆品種、含水率、種植模式等方面的農(nóng)藝知識(shí)，掌握收獲機(jī)的正確使用、維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)及作業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是實(shí)現(xiàn)大豆高質(zhì)量收獲的首要因素[10]。

4.2 選擇適宜的大豆品種

黃淮海地區(qū)一般是種植夏大豆，合理利用大豆結(jié)莢習(xí)性，提高結(jié)莢高度是從種植源頭上減少損失的主要方法。品種選擇上可選取結(jié)莢部位較高的大豆品種，最低結(jié)莢高度一般應(yīng)為 8 cm 以上，國家大豆產(chǎn)業(yè)體系提出的適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)品種性狀指標(biāo)中，要求大豆底莢高度為15 cm 最為合適。在機(jī)械化播種時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加種植密度，并保持水肥充足，以提高大豆結(jié)莢高度。

4.3 選擇適宜的收獲時(shí)間和作業(yè)速度

根據(jù)《大豆機(jī)械化收獲減損技術(shù)指導(dǎo)意見》，選擇機(jī)械收獲的最佳收獲期在黃熟期后至完熟期之間，此期間大豆籽粒含水率在15%～25%，秸稈含水率45%～55%，豆葉全部脫落，豆粒歸圓，搖動(dòng)大豆植株會(huì)聽到清脆響聲。選擇適宜的收獲時(shí)間，可有效降低大豆的破碎率和損失率。

根據(jù)大豆品種、高度、產(chǎn)量以及秸稈、籽粒含水率等情況來選擇作業(yè)速度。前進(jìn)速度過高，會(huì)增加割臺(tái)損失率和籽粒含雜率，且容易造成機(jī)具堵塞；前進(jìn)速度過低，會(huì)造成切割后的秸稈不能及時(shí)被絞龍輸送至收獲機(jī)過橋，從割臺(tái)掉落增加損失。而且前進(jìn)速度的高低影響脫粒效率及植株在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，過高或過低都會(huì)使籽粒的破碎率升高[9]。建議作業(yè)速度控制在3.5～5.5 km/h，含水率較高時(shí)，選擇低速收獲，含水率較低時(shí)，選擇高速收獲。

4.4 機(jī)具調(diào)整與改裝

（1）降低割臺(tái)損失。將撥禾輪的金屬彈齒更換為柔性彈齒（如尼龍材質(zhì)），在撥禾輪上加裝橡膠等緩沖物，以減小撥禾輪對豆莢的沖擊，減少炸莢；合理調(diào)整割刀間隙并保證割刀鋒利，可選用雙動(dòng)刀片切割器減少振動(dòng)，減輕割刀對秸稈的沖擊拉扯；撥禾輪高度要調(diào)整到與植株高度相匹配，使撥禾力的作用點(diǎn)處于秸稈剪切部分的質(zhì)心位置；撥禾輪轉(zhuǎn)速調(diào)整為機(jī)車行進(jìn)速度的1.1～1.2 倍，以免出現(xiàn)大豆秸稈拋枝、前翻現(xiàn)象；建議在割臺(tái)的兩側(cè)和上部加裝柔性護(hù)板，防治炸莢后的豆粒四處飛濺，以減少割臺(tái)損失；有條件的農(nóng)機(jī)手，可以購買安裝專用的大豆機(jī)收撓性割臺(tái)。

（2）優(yōu)化脫粒清選裝置。該裝置的作業(yè)性能對機(jī)械收獲大豆的“三率”（脫粒損失率、破碎率、含雜率）有重要影響，優(yōu)化脫粒清選裝置的結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)有利于提高大豆收獲機(jī)的整體性能?！叭省敝饕軡L筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙、脫粒元件形式和角度等因素影響。對于黃淮海地區(qū)普遍使用的改裝大豆收獲機(jī)，主要是通過調(diào)整滾筒轉(zhuǎn)速和脫粒間隙來實(shí)現(xiàn)降低“三率”的目的。建議調(diào)整脫粒滾筒轉(zhuǎn)速為500～700 r／min，脫粒間隙30～35 mm。收獲時(shí)，要根據(jù)大豆產(chǎn)量、籽粒和秸稈含水率，以及實(shí)際的脫粒情況，及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速和間隙，提升脫粒清選裝置作業(yè)質(zhì)量。

5 結(jié)束語

對商丘市常用的3 種改裝大豆收獲機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果表明，隨著大豆生產(chǎn)機(jī)械化水平的逐步提高，其各項(xiàng)作業(yè)性能不斷提升，但仍存在破碎率和損失率超標(biāo)現(xiàn)象。在國家倡導(dǎo)振興國產(chǎn)大豆的背景下，大豆的種植面積將逐年增加，提高大豆機(jī)收作業(yè)質(zhì)量愈加重要，這不僅要做到農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，選擇適宜的收獲期，更要持續(xù)優(yōu)化機(jī)具性能和加強(qiáng)對駕駛?cè)藛T的技能培訓(xùn)，在生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量之間找到最佳平衡點(diǎn)，使大豆種植的綜合效益實(shí)現(xiàn)最大化。