3,种大豆收获机作业质量对比及发展建议

牛 青，陈 栋，徐 璐

（河南省商丘市农业机械化技术推广站，河南 商丘 476000）

大豆在我国有5 000 年的栽培历史，南、北方均有种植，被誉为五谷之一[1]。大豆中含有丰富的优质蛋白质、脂肪、碳水化合物和矿物质，是人类植物蛋白和脂肪的主要来源，随着国民经济发展，大豆作为饲料的用途也越来越广泛，同时大豆还广泛应用于轻工、化工、纺织和医药等行业，在我国食物生产和消费系统中扮演了十分重要的角色[2]。河南省商丘市是传统农业大市，农作物种植为一年两熟模式。自2020 年以来，商丘市大豆的年播种面积均超过5.5 万hm2，是第3 大秋季作物，年产量约12.5 万t，为我国大豆产业的发展作出了重要贡献。

大豆生产过程中，大豆收获是一个关键环节，采用适当的收获机械适时完成大豆收获作业是大豆丰产丰收的重要保障。当前国内外研制的效果比较好的大豆收获机普遍价格较高，农民难以接受[3]。商丘市所处的豫东黄淮海地区，大豆收获环节的机械化水平仍较低，现有的大豆收获机械多数是通过调整（改装）小麦、玉米收获机而实现收获作业的，改装后的大豆收获机由于机型多、易损件多且质量参差不齐，导致作业效率低，机收损失率、破损率、含杂率都偏高[4]。近年来，商丘市农机部门针对大豆生产全程机械化技术的推广，做了大量的试验示范工作。在大豆收获环节，结合豫东地区气候特点、种植习惯、土壤性状、机具保有量和适收期大豆籽粒含水率等因素，大力推广大豆机械化联合收获技术。

为了进一步提升大豆收获的机械化水平，2022 年，以豫东地区市场占有率较高的3 种型号大豆收获机（改装机型）为对象，进行生产试验，测定收获机的作业性能，查找存在的问题，提出机收作业优化建议，为大面积推广应用提供技术支撑。

1.1 试验材料、地点与仪器设备

试验于2022 年6−10 月，在商丘市睢县白楼乡阮洼村河南省农业机械化试验示范基地进行，该基地总面积135 hm2，其中大豆种植面积20 hm2，土壤为砂壤土，前茬作物为小麦。大豆品种为商豆151，属耐密型夏大豆品种，平均生育期106～110 d，有限结荚，平均株高80～86 cm，千粒质量200～210 g，种植行距30～35 cm、株距12～15 cm。根据大豆的成熟特点，掌握适宜收获时期对提高收获质量尤为关键。如收获时期过早，影响收获产量，增加破损率；
收获时期过晚，割台损失率增加[5]。收获试验于2022 年10 月18 日进行，大豆已进入完熟期，无明显倒伏现象，经过田间测产，平均产量3 050 kg/hm2。在田间测产的籽粒中随机选取5 份样品，采用便携式谷物水分测定仪（PM-8188）检测并取平均值，测得大豆含水率16.6%，适宜机收。

仪器设备包括电子秤、直尺、皮尺、秒表、计算器、天平、相机及便携式水分测定仪等。

1.2 样机型号及参数

试验机具为中联农业机械股份有限公司、洛阳中收机械装备有限公司、潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司生产的3 种型号小麦（玉米）自走式收获机。将3 台机具调整（改装）为大豆收获机，进行性能检测、生产查定和试验示范，收集作业性能数据，探索机收作业优化方向。样机技术参数如表1 所示。

表1 试验样机型号及技术参数Tab.1 Model and technical parameters of test prototype

因3 种机型均是基于小麦（玉米）收获机的改装机，需对其部件进行调整。为方便对3 种机型的作业性能进行对比，参照农业农村部农业机械化管理司、农业农村部农业机械化总站、农业农村部农作物生产全程机械化推进专家指导组联合发布的《大豆机械化收获减损技术指导意见》和JB/T 11912 −2014《大豆联合收割机》标准，对3 种机型工作过程中的脱粒滚筒转速、脱粒间隙、风机转速和作业行走挡位进行试验设计[6]。脱粒滚筒转速调整为550 r／min；
脱粒间隙调整为32 mm；
风机传动机构调整至中间挡位，转速约1 100 r/min；
机具作业行走挡位使用Ⅱ，速度约4 km/h；
将拨禾轮位置前移至第一孔位，调整转速与机具作业速度相匹配（略高于作业速度）。

1.3 试验安排

2022 年6 月，小麦收获后进行规范的大豆机械化播种作业；
大豆生长期进行田间观测，机械化防治病虫害；
10 月，对大豆收获机进行性能试验检测，收集数据；
11 月，数据汇总整理和分析。

2.1 检测依据

试验检测按照JB/T 11 912−2014《大豆联合收割机》、GB/T 5 262−2008《农业机械试验条件 测定方法的一般规定》和NY/T 738−2020《大豆联合收割机械作业质量》标准进行[6-8]。

2.2 检测项目

3 种型号的大豆收获机测试前，均进行了试收调试，机手按照日常机械操作规程要求进行。每台机具作业3 个行程，每个行程按照先后次序设立预备区、测试区和缓冲区3 个区段连续作业，其中预备区长度20 m、测试区长度20 m、缓冲区长度10 m。主要检测项目包括纯作业小时生产率、脱粒机体损失率、割台损失率、含杂率、破碎率和总损失率等指标。

2.3 检测指标、计算方法及公式

2.3.1 作业速度

作业速度根据式（1）计算。

式中v−作业速度，km/h

L−测试区长度，m

T−通过测试区的时间，s

2.3.2 纯作业小时生产率

纯作业小时生产率根据式（2）计算。

式中E−纯作业小时生产率，hm2/h

V−机器前进速度，km/h

B−作业幅宽，m

2.3.3 含杂率

将出粮口排出物充分混合均匀，随机抽取3 份质量约1 000 g 的小样，挑出所含杂质（土块、石子、秸秆和杂草等杂物）称质量。含杂率根据式（3）计算，并取平均值。

式中ZZ−含杂率，%

WXZ−小样中杂质质量，g

WXi−出粮口排出物取小样质量，g

2.3.4 破碎率

挑出每份去掉杂质的小样中的破碎籽粒并称质量。破碎率根据式（4）和式（5）计算，并取平均值。

式中ZP−破碎率，%

WP−小样中破碎籽粒质量，g

WX−小样籽粒质量，g

2.3.5 脱粒机体损失率和割台损失率

在试验地块中（不与行程区域重叠）随机选取5个测点，捡取1 m2面积内自然落地籽粒称质量，并计算平均值；
在收获后的测区内随机取点，捡取1 m2面积内籽粒称质量。在机具排草口、排杂口安装采集袋，收集在测区内机具排出的所有物料，挑出未脱净损失籽粒称质量，挑出分离、清选损失籽粒称质量。割台损失率、脱粒机体损失率根据式（6）～式（12）计算。

式中St−脱粒机体损失率，%

Sw−未脱净损失率，%

Sfq−分离、清选损失率，%

Sg−割台损失率，%

WC−出粮口籽粒质量，g

Wj−出粮口排出物质量，g

Ww−未脱净损失籽粒质量，g

Wfq−分离、清选损失籽粒质量，g

W−测区内籽粒总质量，g

Wgs−每平方米割台损失籽粒质量，g

Wsh−收获后每平方米实际损失籽粒质量，g

WL−每平方米平均自然落粒质量，g

2.3.6 总损失率

总损失率根据式（13）计算。

式中S−联合收获机总损失率，%

2.4 检测结果

检测结果如表2～表5 所示。

表2 大豆收获机作业效率Tab.2 Operation efficiency of soybean harvester

表3 大豆收获机含杂率和破碎率Tab.3 Impurity rate and crushing rate of soybean harvester

表4 大豆收获机损失率Tab.4 Loss rate of soybean harvester

表5 大豆收获机作业指标汇总Tab.5 Operation indicators summary of soybean harvester

3.1 作业性能

（1）中联4 LZ-7B 型大豆收获机（横轴流）。收获作业含杂率2.92%，符合标准规定的范围（含杂率≤3%）；
破碎率4.60%，符合标准规定的范围（破碎率≤5%）；
总损失率8.90%，超出标准规定的范围（总损失率≤5%）。

（2）中收4 LZ-7 型大豆收获机（横轴流）。收获作业含杂率2.92%，符合标准规定的范围；
破碎率4.73%，符合标准规定的范围；
总损失率8.54%，超出标准规定的范围。

（3）雷沃4YL-5M 型大豆收获机（纵轴流，割台换装尼龙弹齿）。收获作业含杂率2.09%，符合标准规定的范围；
破碎率5.27%，略超标准规定的范围；
总损失率4.86%，符合标准规定的范围。

3.2 存在问题

与前几年相比，大豆收获机的各项性能有较大提高，但是从检测数据分析，破碎率和总损失率仍有超标现象。具体原因有以下3 方面。

（1）机具的调试和改装不到位。测试机型均为改装机，受限于机型和机手的操作水平，作业时未能将机具调整至最佳工况。

（2）收获总损失率超标。总损失率由割台损失率和脱粒清选损失率两部分组成[5]。试验结果显示，割台损失率高是造成总损失率超标的主要原因。机具收割作业时，不仅拨禾轮会对豆荚产生刮碰击打，割刀也会对豆秆产生冲击拉扯，并伴有绞龙对植株的挤压碰撞，容易产生炸荚现象，致使割台损失高。

（3）纵轴流机型的收获破碎率超标。2 台横轴流机型脱粒滚筒形式为杆齿式，这种形式脱粒滚筒抓取作物及脱粒能力较强，脱粒元件既能满足脱粒要求，又有助于排出物料[9]。1 台纵轴流机型脱粒滚筒形式为纹杆式，而且脱粒行程长，虽然达到了较好的脱粒清选效果，但物料受到的挤压力和揉搓力也较大，当超过大豆籽粒压缩应力极限时，就会产生破碎现象。

4.1 强化机手培训

机具需要机手来操作，提高机具作业质量离不开机手因素，通过培训使机手掌握大豆品种、含水率、种植模式等方面的农艺知识，掌握收获机的正确使用、维护保养知识及作业质量标准要求，是实现大豆高质量收获的首要因素[10]。

4.2 选择适宜的大豆品种

黄淮海地区一般是种植夏大豆，合理利用大豆结荚习性，提高结荚高度是从种植源头上减少损失的主要方法。品种选择上可选取结荚部位较高的大豆品种，最低结荚高度一般应为 8 cm 以上，国家大豆产业体系提出的适应机械化生产品种性状指标中，要求大豆底荚高度为15 cm 最为合适。在机械化播种时，应适当增加种植密度，并保持水肥充足，以提高大豆结荚高度。

4.3 选择适宜的收获时间和作业速度

根据《大豆机械化收获减损技术指导意见》，选择机械收获的最佳收获期在黄熟期后至完熟期之间，此期间大豆籽粒含水率在15%～25%，秸秆含水率45%～55%，豆叶全部脱落，豆粒归圆，摇动大豆植株会听到清脆响声。选择适宜的收获时间，可有效降低大豆的破碎率和损失率。

根据大豆品种、高度、产量以及秸秆、籽粒含水率等情况来选择作业速度。前进速度过高，会增加割台损失率和籽粒含杂率，且容易造成机具堵塞；
前进速度过低，会造成切割后的秸秆不能及时被绞龙输送至收获机过桥，从割台掉落增加损失。而且前进速度的高低影响脱粒效率及植株在滚筒内的运动状态，过高或过低都会使籽粒的破碎率升高[9]。建议作业速度控制在3.5～5.5 km/h，含水率较高时，选择低速收获，含水率较低时，选择高速收获。

4.4 机具调整与改装

（1）降低割台损失。将拨禾轮的金属弹齿更换为柔性弹齿（如尼龙材质），在拨禾轮上加装橡胶等缓冲物，以减小拨禾轮对豆荚的冲击，减少炸荚；
合理调整割刀间隙并保证割刀锋利，可选用双动刀片切割器减少振动，减轻割刀对秸秆的冲击拉扯；
拨禾轮高度要调整到与植株高度相匹配，使拨禾力的作用点处于秸秆剪切部分的质心位置；
拨禾轮转速调整为机车行进速度的1.1～1.2 倍，以免出现大豆秸秆抛枝、前翻现象；
建议在割台的两侧和上部加装柔性护板，防治炸荚后的豆粒四处飞溅，以减少割台损失；
有条件的农机手，可以购买安装专用的大豆机收挠性割台。

（2）优化脱粒清选装置。该装置的作业性能对机械收获大豆的“三率”（脱粒损失率、破碎率、含杂率）有重要影响，优化脱粒清选装置的结构及工作参数有利于提高大豆收获机的整体性能。“三率”主要受滚筒转速、脱粒间隙、脱粒元件形式和角度等因素影响。对于黄淮海地区普遍使用的改装大豆收获机，主要是通过调整滚筒转速和脱粒间隙来实现降低“三率”的目的。建议调整脱粒滚筒转速为500～700 r／min，脱粒间隙30～35 mm。收获时，要根据大豆产量、籽粒和秸秆含水率，以及实际的脱粒情况，及时调整转速和间隙，提升脱粒清选装置作业质量。

对商丘市常用的3 种改装大豆收获机进行生产试验检测，检测结果表明，随着大豆生产机械化水平的逐步提高，其各项作业性能不断提升，但仍存在破碎率和损失率超标现象。在国家倡导振兴国产大豆的背景下，大豆的种植面积将逐年增加，提高大豆机收作业质量愈加重要，这不仅要做到农机农艺融合，选择适宜的收获期，更要持续优化机具性能和加强对驾驶人员的技能培训，在生产效率和作业质量之间找到最佳平衡点，使大豆种植的综合效益实现最大化。

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