趙淑紅，譚賀文，陳君執(zhí)，陳佳奇，楊 超

深施肥條件下雙圓盤播種開溝器性能優(yōu)化

趙淑紅，譚賀文，陳君執(zhí)，陳佳奇，楊 超

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

針對(duì)東北地區(qū)深施肥播種作業(yè)中播種開溝器回土性能差導(dǎo)致播種深度過深或燒種等問題，分析雙圓盤播種開溝器回土性能。建立雙圓盤開溝器與土壤運(yùn)動(dòng)模型，分析空間土壤顆粒位移影響因素。分析雙圓盤開溝器作業(yè)后土壤回流狀態(tài)，利用溝形輪廓儀繪制溝形輪廓曲線，采用分段曲線擬合方式結(jié)合數(shù)學(xué)積分法得出播種開溝器回土面積。以牽引阻力和回土面積為評(píng)價(jià)指標(biāo)，土壤含水率、雙圓盤開溝器直徑、夾角、傾角為變量，在土槽中作正交試驗(yàn)。采用極差法分析試驗(yàn)結(jié)果，得到影響雙圓盤開溝器牽引阻力和回土面積主次因素及雙圓盤開溝器最優(yōu)組合：在土壤含水率為12%±1%情況下，開溝器圓盤直徑320 mm、圓盤夾角12°、圓盤傾角6°。選用最優(yōu)參數(shù)組合雙圓盤開溝器與傳統(tǒng)雙圓盤作土槽和田間對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，最優(yōu)參數(shù)組合雙圓盤開溝器作業(yè)性能優(yōu)良，可為雙圓盤播種開溝器優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒。

開溝器；深施肥；土壤回流；試驗(yàn)

播種作業(yè)中的常用深施肥主要有側(cè)深施肥與深施肥。側(cè)深施肥是在播種作業(yè)時(shí)將肥料施于種子側(cè)位土壤中，可簡(jiǎn)化播種程序，減輕作業(yè)強(qiáng)度，但作物生長(zhǎng)中期肥力不足[1]。深施肥作業(yè)方式，即播種作業(yè)時(shí)，將肥料施于種子正下方，待種子發(fā)育一定階段，根系接觸到底肥后迅速發(fā)育，保證種子出苗率和產(chǎn)量[2]。

雙圓盤開溝器工作時(shí)不易黏土、堵塞，干濕土混合現(xiàn)象較少，可在整地條件差和土壤濕度較大情況下正常工作，廣泛應(yīng)用于各種播種機(jī)[3-5]。學(xué)者對(duì)雙圓盤開溝器已有大量研究，Vamerali等設(shè)計(jì)雙圓盤寬翼型開溝器[6]；王慶杰等為解決長(zhǎng)江中下游稻麥輪作區(qū)稻茬田免耕播種小麥機(jī)具堵塞及土壤黏附嚴(yán)重等問題，設(shè)計(jì)滿足寬幅播種作業(yè)雙圓盤開溝器[7]；周訓(xùn)謙等仿真雙圓盤開溝器切削莖稈和土壤混合物，為油菜播種機(jī)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)[8]。東北地區(qū)春季深施肥播種作業(yè)時(shí)，施肥量大，若播種開溝器回土性能差，易出現(xiàn)燒種等問題[9-10]，但目前雙圓盤開溝器作業(yè)回土能力研究鮮有報(bào)道。

本文基于深施肥播種作業(yè)方式，研究雙圓盤播種開溝器作業(yè)性能。通過理論分析與試驗(yàn)結(jié)合方法研究深施肥雙圓盤開溝器回土性能，為雙圓盤播種開溝器優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 深施肥條件下雙圓盤播種開溝器作業(yè)原理

播種機(jī)作業(yè)時(shí)，根據(jù)深施肥農(nóng)藝要求，選用銳角施肥開溝器配合播種開溝器作業(yè)。施肥開溝器首先破土，開出肥溝，施下底肥，被擾動(dòng)土壤部分自然回流溝內(nèi)，覆蓋底肥。雙圓盤播種開溝器二次開溝，將部分土壤推回溝內(nèi)，底肥二次覆土同時(shí)播種，保證種肥垂直間距。開溝器單體三維模型見圖1。

圖1 開溝器單體三維模型Fig.1 3D model of curved-surface opener

1.1 施肥開溝器

實(shí)現(xiàn)深施肥作業(yè)，施肥開溝器須達(dá)到施肥深度且保持穩(wěn)定。本文前期研究基礎(chǔ)上研制新型銳角施肥開溝器[11-12]，以滿足深施肥下農(nóng)藝要求。施肥開溝器由鏟柄和破土鏟組成，如圖2所示。鏟柄為20 mm×40 mm空心矩形方鋼，兼有導(dǎo)肥管作用，鏟柄高度h，取值450 mm。破土鏟結(jié)構(gòu)參數(shù)：γ為開溝器入土角，取值40°；β為開溝器入土隙角，取值11°；R為破土鏟圓弧半徑，取值300 mm；c為破土鏟鏟尖長(zhǎng)度，取值30 mm。

圖2 施肥開溝器結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure diagram of fertilizer opener

1.2 播種開溝器

播種開溝器選用雙圓盤開溝器（見圖3），圓盤周邊有刃口，作業(yè)時(shí)可切割土壤和殘茬。整地條件差和土壤濕度較大地況可正常工作。雙圓盤開溝器由軸承外殼、圓盤、軸承總成、鏟柄組成。D為圓盤直徑；θ為雙圓盤夾角；α為圓盤傾角，即圓盤與垂直地面方向夾角，衡量圓盤傾斜程度。

2 雙圓盤開溝器與土壤運(yùn)動(dòng)模型建立

施肥開溝器完成作業(yè)開出肥溝，溝內(nèi)土壤自然回流，此時(shí)土壤細(xì)碎狀態(tài)，可視為散粒體。雙圓盤開溝器入土后與土壤接觸，土壤在圓盤作用下產(chǎn)生擾動(dòng)位移?；诶硐肭闆r下，不考慮土壤內(nèi)聚力、粘附力，取土壤單個(gè)顆粒，分析其運(yùn)動(dòng)作用過程。土粒在土層擠壓下受圓盤支持力FN（垂直于圓盤）、摩擦力Ff（垂直于土粒P點(diǎn)與圓盤中心連心線）以及重力G作用。開溝器沿機(jī)組方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，土壤顆粒P沿開器圓盤斜面運(yùn)動(dòng)（見圖4）。以機(jī)組前進(jìn)速度方向?yàn)閤軸，垂直于前進(jìn)速度方向?yàn)閥軸，垂直地面方向?yàn)閦軸，建立運(yùn)動(dòng)微分方程為：

式中，φ-土壤顆粒沿圓盤摩擦角（°）；θ-開溝器左右兩側(cè)圓盤夾角（°）；α-開溝器圓盤傾角（°）；ω-開溝圓盤角速度（rad·s-1）。

圖3 雙圓盤開溝器結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure diagram of double disk opener

將式（1）~（3）作兩次積分得到土粒P在三個(gè)坐標(biāo)軸方向位移方程（5）~（7）如下：

式中，Sx、Sy、Sz-土壤顆粒在x軸方向位移、y軸方向位移、z軸方向位移；C1~C6-積分常數(shù)。

開溝器入土后以勻速V1前進(jìn)，每次開溝作業(yè)距離為L(zhǎng)，將速度V1、作業(yè)距離、每次作業(yè)時(shí)間均視為常量，則各常量關(guān)系如下：

式中，R-圓盤開溝器半徑（mm）；L-雙圓盤開溝器作業(yè)距離（mm）；V1-播種開溝器作業(yè)速度（m·s-1）；V2-雙圓盤線速度（m·s-1）。

圖4 土壤顆粒受力模型Fig.4 Stress model of soil particle

將式（8）~（10）帶入式（5）~（7）中，簡(jiǎn)化后得：

分析式（11）~（13），C1~C6為積分常數(shù)；土粒質(zhì)量m、開溝作業(yè)距離L、機(jī)組作業(yè)速度V1均視為常數(shù)；因與雙圓盤開溝器接觸作用土壤被視為散粒體，不考慮土壤內(nèi)聚力、粘附力，將其重力、摩擦力、支持力均視為常量。式中雙圓盤開溝器圓盤半徑、圓盤夾角、圓盤傾角為變量，決定土壤顆粒在空間三個(gè)方向位移（Sx、Sy、Sz）。根據(jù)土壤顆粒在x、y、z三個(gè)方向位移可計(jì)算圓盤開溝器運(yùn)動(dòng)時(shí)土壤顆?？偽灰疲?/p>

式（14）中S為土壤顆粒在空間總位移，當(dāng)土顆粒運(yùn)動(dòng)脫離圓盤開溝器后，將不再受開溝器作用擠壓力與摩擦力，加速度逐漸減小至零。因此，僅憑公式（14）無法得出土粒具體空間位移，但通過理論分析可知雙圓盤開溝器在深施肥條件下作業(yè)時(shí)，其半徑R、圓盤夾角θ、圓盤傾角α等因素對(duì)土壤擾動(dòng)有影響。

3 雙圓盤開溝器土壤回流分析

土壤回流是開溝器工作時(shí)土壤顆粒從靜止到隨開溝器運(yùn)動(dòng)，再到脫離，自然回落的物理過程[13]。施肥開溝器開出肥溝，肥料落在溝底，被施肥開溝器擾動(dòng)土壤會(huì)有一部分自然回流到溝底，雙圓盤播種開溝器播種作業(yè)后，擾動(dòng)土壤再次回流覆蓋，防止種肥間土壤過少燒種。分析影響雙圓盤開溝器擾動(dòng)土壤位移主要因素為半徑R、圓盤夾角θ、圓盤傾角α），在此基礎(chǔ)上建立土壤回流模型。

3.1 開溝器土壤回流模型建立

雙圓盤開溝器作業(yè)時(shí)，其前端開始接觸土壤（防止作業(yè)時(shí)有土壤進(jìn)入圓盤之間，造成圓盤夾土和堵塞，兩圓盤前端接觸，接觸點(diǎn)稱為聚點(diǎn)），由于開溝器前窄后寬，隨開溝器運(yùn)動(dòng)，開溝器尾端溝寬達(dá)最大值。擾動(dòng)土壤將沿（圖5a中藍(lán)色箭頭方向）開溝器尾端回流到溝內(nèi)。圖中d為達(dá)播種深度h時(shí)，兩側(cè)圓盤底端寬度。

將雙圓盤開溝器圓盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成五面體ABDCm（見圖5b），平面AmC和平面BmD表示開溝器兩側(cè)圓盤，會(huì)交于聚點(diǎn)m。線段AC、BD長(zhǎng)度即圓盤直徑。線段A1C長(zhǎng)度即圓盤半徑R，圓盤夾角θ、圓盤傾角α如圖5b所示。由平面ABDC可得公式（15），圓盤頂端寬度與底端寬度關(guān)系式。由示意圖5a可知圓盤底端長(zhǎng)度（線段CD長(zhǎng)度）決定溝寬。

由于線段AC長(zhǎng)度即為圓盤直徑長(zhǎng)度，得：

圖5 開溝器土壤回流模型Fig.5 Soil recirculation model of opener

根據(jù)田間生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證，深施肥條件下雙圓盤開溝器作業(yè)溝寬小于110 mm，故線段CD值小于110 mm。開溝器鏟柄寬度為30mm，若圓盤上部間距小于鏟柄寬度，則AB取值大于40 mm。圓盤直徑過小，易發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活和擁土，增加阻力。圓盤直徑常用范圍300~380 mm[14]，而深施肥時(shí)采用圓盤直徑范圍300~340 mm，即半徑范圍為150~170 mm。將線段AB、CD以及直徑范圍帶入關(guān)系式（16）中，可得圓盤傾角α范圍3~6°。結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范手冊(cè)和田間生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選取圓盤夾角范圍10~14°。

3.2 土壤回流狀態(tài)分析

3.2.1 施肥開溝器回土狀態(tài)

施肥開溝器為銳角開溝器，作業(yè)時(shí)對(duì)土壤有一定擾動(dòng)，開出溝形呈V字型（見圖6）。圖6中區(qū)域A表示未被擾動(dòng)土壤部分，土壤密度較大，顏色較深。區(qū)域B表示已被擾動(dòng)土壤自然回流部分。土壤被擾動(dòng)后狀態(tài)松散、密度小，故顏色較淺。開溝器實(shí)際工作深度為h2（溝底與水平地面距離），開溝作業(yè)后自然回土深度為h1。施肥開溝器完成作業(yè)，底肥順導(dǎo)肥管排到溝底。

圖6中f1代表自然回土后溝形曲線，f2代表實(shí)際工作深度下溝形曲線。計(jì)算面積A1（自然回土后溝形曲線與水平地面間面積）與A2（工作深度下溝形曲線與水平地面間面積）。

面積A2與A1之差A(yù)a即為自然回土面積[15]。

圖6 施肥開溝器回土Fig.6 Soil recirculation diagram of fertilizer opener

3.2.2 組合開溝器回土狀態(tài)

施肥開溝器作業(yè)完成后，播種開溝器再次開溝。分析組合開溝器作業(yè)后土壤狀態(tài)，如圖7所示。f3代表組合開溝器自然回土后溝形曲線，f4代表組合開溝器實(shí)際工作深度下溝形曲線。計(jì)算面積A3（自然回土后溝形曲線與水平地面面積）與A4（工作深度下溝形曲線與水平地面面積）。同施肥開溝器土壤回流機(jī)理分析一樣，計(jì)算組合開溝器在開溝后土壤回流面積Ab。

組合開溝器與施肥開溝器自然回土面積差值ΔA即為播種開溝器回土面積：

若回土面積過小，種子與底肥直接接觸，易造成燒種，另一方面垂直距離過小播種深度過深，播種開溝器回土性能影響播種質(zhì)量。

圖7 組合開溝器回土示意圖Fig.7 Soil recirculation diagram of sowing opener

4 試 驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

為研究深施肥作業(yè)方式下，雙圓盤播種開溝器性能，將施肥開溝器與雙圓盤開溝器同時(shí)作業(yè)，2017年5月在黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院室內(nèi)土槽完成試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備見圖8。試驗(yàn)條件：土槽長(zhǎng)70 m、寬3 m、土壤厚度1.5 m，土壤為典型東北黑壤土，具有粒度均勻、透氣性好、透水性好等特點(diǎn)，土壤具體參數(shù)見表1。試驗(yàn)速度為5km·h-1，施肥開溝器深度為110mm，播種開溝器深度為50mm。試驗(yàn)條件模擬東北地區(qū)春季播種。試驗(yàn)動(dòng)力設(shè)備為全液壓四輪驅(qū)動(dòng)車，車速最大可達(dá)8 km·h-1。

圖8 土槽試驗(yàn)Fig.8 Crush test

表1 試驗(yàn)土壤物理參數(shù)值Table 1 Physical properties of the experimental soil

4.2 測(cè)力裝置原理

測(cè)試裝置采用六分力三向側(cè)力裝置（黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院生產(chǎn)）。

4.2.1 測(cè)力裝置

測(cè)力裝置分上懸架和下懸架，兩懸架間連結(jié)六個(gè)拉力傳感器（三個(gè)測(cè)量垂直力、兩個(gè)測(cè)量牽引阻力、一個(gè)測(cè)量側(cè)向力）。根據(jù)二力桿原理，采用鉸接方式連接，傳感器分布圖（見圖9），按中心、對(duì)稱分布原則，可有效采集三向力。

4.2.2 傳感器

拉力傳感器采用中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院研制BK-1A型柱式傳感器。彈性體為柱環(huán)式結(jié)，用于拉伸力和壓縮力測(cè)量，量程為0~1 KN；輸出靈敏度為1.5~2.0 mV；激勵(lì)電壓為24 V；溫度補(bǔ)償范圍為±60℃；安全過負(fù)載率為120%F.S；零點(diǎn)輸出為0~±1%F.S；重復(fù)性為±1%F.S，性能穩(wěn)定可靠，便于安裝，適用各種測(cè)力系統(tǒng)。

4.2.3 信號(hào)處理

六個(gè)傳感器均配有信號(hào)放大器，通過不同通道將傳感器應(yīng)變信號(hào)放大，經(jīng)脈沖調(diào)制處理，最后將發(fā)射組件獲得信號(hào)發(fā)給接收端，轉(zhuǎn)換成4~20 mA可用信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換后由計(jì)算機(jī)分析處理。信號(hào)處理流程如圖10所示。

4.3 試驗(yàn)方案

4.3.1 選取因素和指標(biāo)

圓盤開溝器直徑、傾角和夾角為試驗(yàn)因素；綜合上述回土理論分析并結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械手冊(cè)，選取合適試驗(yàn)因素水平值，如表2所示；為分析不同土壤情況下雙圓盤開溝器作業(yè)性能，選取三種土壤含水率作為試驗(yàn)因素。綜上所述，試驗(yàn)因素為土壤含水率、圓盤直徑、圓盤夾角、圓盤傾角。

4.3.2 試驗(yàn)方案

每個(gè)因素各取3個(gè)水平，選用L9（34）正交表試驗(yàn)（見表2），因素編碼值符號(hào)為A、B、C、D。試驗(yàn)區(qū)域分為3部分，即試驗(yàn)調(diào)試區(qū)域（10 m）、試驗(yàn)區(qū)域（50 mm）和試驗(yàn)整理區(qū)域（10 mm）。土槽車牽引速度定為5 km·h-1。

4.3.3 指標(biāo)測(cè)量方法

（1）牽引阻力測(cè)量。組合開溝器開溝作業(yè)時(shí)，牽引阻力可由土槽車測(cè)試系統(tǒng)測(cè)出，數(shù)據(jù)以Excel形式保存在計(jì)算機(jī)內(nèi)。

（2）回土面積測(cè)量。依據(jù)公式（17）~（19）計(jì)算施肥鏟自然回土面積（Aa），再計(jì)算組合開溝器作業(yè)后回土面積（Ab）及播種開溝器回土面積（ΔA）。

圖9 測(cè)力裝置Fig.9 Diagram of force measuring device

圖10 信號(hào)處理器流程Fig.10 Signal processing flows

表2 正交試驗(yàn)因素與水平Table 2 Factor-level table of orthogonal test

以計(jì)算組合開溝器回土面積為例，隨機(jī)選取正交試驗(yàn)第三組組合（圓盤直徑340 mm、夾角14°、傾角6°）。Hasimu等利用溝形測(cè)量組合開溝器自然回土面積，以坐標(biāo)紙繪制溝形曲線[16]；將溝內(nèi)回落土壤扒出（且將溝兩側(cè)擾動(dòng)土清理干凈），使其深度達(dá)到開溝深度，利用同一張坐標(biāo)紙?jiān)俅卫L制溝形曲線。

對(duì)溝形曲線的輪廓曲線建立坐標(biāo)系，并對(duì)上溝形曲線f3提取20個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。采用多段曲線擬合方法[17-18]，利用SPSS軟件對(duì)每五個(gè)點(diǎn)二次回歸，擬合方程如表3所示。同理，擬合f4多段曲線方程。采用積分方法計(jì)算回土面積（A1+A2+A3）。

4.4 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

開溝器牽引阻力和回土面積正交試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，A（土壤含水率）、B（圓盤直徑）、C（圓盤夾角）、D（圓盤傾角）為因素編碼值，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果作極差分析和方差分析。

表3 溝形曲線坐標(biāo)點(diǎn)Table 3 Coordinate points of groove shape curve

圖11 溝形示意圖Fig.11 Diagram of groove shape

由表5可知，通過正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析，得影響牽引阻力因素主次順序?yàn)椋篈、B、D、C，各因素最優(yōu)水平水平分別為：A1、B2、D3、C1，得到影響牽引阻力最優(yōu)組合為A1B2D3C1。通過極差分析，得到影響回土面積因素主次順序?yàn)椋篈、D、C、B，各因素最優(yōu)水平分別為：A1、D3、C2、B2，獲得影響回土面積最優(yōu)組合為A1D3C2B2。

4.5 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果作方差分析，試驗(yàn)指標(biāo)牽引阻力方差分析結(jié)果如表6所示。分析結(jié)果表明，土壤含水率和圓盤直徑對(duì)牽引阻力影響極顯著（p＜0.01）；圓盤夾角和圓盤傾角對(duì)牽引阻力影響顯著（0.01＜p＜0.05）。通過數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)指標(biāo)回土面積方差分析結(jié)果如表7所示。結(jié)果顯示，試驗(yàn)因素土壤含水率、圓盤直徑、圓盤夾角、圓盤傾角對(duì)回土面積影響均極顯著（p＜0.01）。

表4 溝形曲線方程Table 4 Groove shape curve equation

4.6 最優(yōu)參數(shù)組合確定

土槽試驗(yàn)以牽引阻力、回土面積作為衡量組合開溝器作業(yè)性能標(biāo)準(zhǔn)，通過上述極差分析可知土壤含水率、圓盤開溝器半徑、夾角、傾角對(duì)指標(biāo)影響程度不同，所得最優(yōu)水平組合不同。如表5所示，綜合分析試驗(yàn)因素對(duì)指標(biāo)牽引阻力和回土面積影響結(jié)果，對(duì)于土壤含水率、圓盤直徑、圓盤傾角最優(yōu)水平均為：12%±1%、320 mm、6°；針對(duì)圓盤夾角分析，試驗(yàn)因素對(duì)牽引阻力影響主次為：土壤含水率＞圓盤半徑＞圓盤傾角＞圓盤夾角；試驗(yàn)因素對(duì)回土面積影響主次為：土壤含水率＞圓盤傾角＞圓盤夾角＞圓盤半徑，故圓盤夾角對(duì)回土面積影響顯著性高于牽引阻力。綜上所述，雙圓盤開溝器最優(yōu)參數(shù)組合為：在土壤含水率為12%±1%情況下，開溝器圓盤直徑320 mm、圓盤夾角12°、圓盤傾角6°。

表5 牽引阻力與回土面積的正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Orthography experiment results of traction resistance and soil reflow area

表6 牽引阻力方差分析Table 6 Variance analysis of draft force

4.7 對(duì)比試驗(yàn)

為驗(yàn)證優(yōu)化后最佳參數(shù)與優(yōu)化結(jié)果，選擇最優(yōu)參數(shù)組合下雙圓盤開溝器（圓盤直徑320 mm、圓盤夾角12°、圓盤傾角6°）與東北播種常用雙圓盤開溝器（圓盤直徑340 mm、圓盤夾角12°、圓盤傾角0°）對(duì)比試驗(yàn)。由于田間無法獲得開溝器作業(yè)牽引阻力，在黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院土槽中展開試驗(yàn)。

試驗(yàn)條件：土壤含水率為14.7%，土壤硬度為698 kpa，工作速度為5 km·h-1，施肥開溝器深度為110 mm，播種開溝器深度為50 mm。采取5組重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果取平均值，如表8所示。

表7 回土面積方差分析表Table 7 Variance analysis of the area of soil recirculation

表8 雙圓盤開溝器對(duì)比試驗(yàn)Table 8 Comparative test of double opener

如表6所示，最優(yōu)參數(shù)組合下雙圓盤開溝器作業(yè)時(shí)所受牽引阻力為479 N，小于傳統(tǒng)雙圓盤開溝器所受牽引阻力（562 N）；最優(yōu)參數(shù)組合下雙圓盤開溝器回土面積（25.8 cm2）大于傳統(tǒng)雙圓盤開溝器（17.3 cm2），表明優(yōu)化后雙圓盤開溝器具有良好作業(yè)性能。

5 田間性能試驗(yàn)

土槽對(duì)比試驗(yàn)中，以牽引阻力和回土面積作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果表明優(yōu)化后雙圓盤開溝器作業(yè)性能良好，為進(jìn)一步分析田間作業(yè)效果，在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)向陽實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)基地開展大面積播種田間試驗(yàn)（見圖12）。試驗(yàn)地為耕整地，耕作方式為前茬秸稈粉碎還田，秋季壟體滅茬深松，春季沿滅茬深松帶播種玉米。

試驗(yàn)機(jī)具選用2BM-2型玉米免耕播種機(jī)；拖拉機(jī)型號(hào)為約翰迪爾484；播種開溝器分別選用最優(yōu)組合下雙圓盤開溝器和傳統(tǒng)雙圓盤開溝器，分別播種作業(yè)；玉米品種為新中龍1號(hào)。試驗(yàn)作業(yè)速度為拖拉機(jī)快一檔位（3.68 km·h-1），施肥深度為110 mm，播種深度為50 mm。

圖12 田間試驗(yàn)Fig.12 Filed test

以玉米產(chǎn)量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，使用優(yōu)化雙圓盤開溝器作業(yè)產(chǎn)量為810.62 kg·畝-1，高于傳統(tǒng)雙圓盤開溝器作業(yè)產(chǎn)量634.40 kg·畝-1。

6 結(jié) 論

各因素最優(yōu)參數(shù)組合：在土壤含水率為12%±1%情況下，開溝器圓盤直徑320 mm、圓盤夾角12°、圓盤傾角6°。

土槽和田間對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后雙圓盤開溝器牽引阻力和回土面積（479N、25.8 cm2）優(yōu)于傳統(tǒng)雙圓盤開溝器（562N、17.3 cm2）；優(yōu)化后雙圓盤開溝器作業(yè)產(chǎn)量（810.62 kg·畝-1），高于傳統(tǒng)雙圓盤開溝器（634.40 kg·畝-1）。

[1] 呂彬,楊悅乾,劉宏俊,等.大豆雙行側(cè)深施肥免耕播種機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].大豆科學(xué),2015,34(6):1047-1052.

[2] 包紅靜,安景文,解占軍,等.一次深施肥對(duì)玉米供肥規(guī)律的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(31):10-12.

[3] 茍文,馬榮朝,楊文鈺,等.小麥免耕播種機(jī)開溝器的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(增1):21-25.

[4] 趙金輝,楊學(xué)軍,劉立晶,等.基于PLC的播種機(jī)開溝器力學(xué)性能測(cè)試裝置[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2014,45(增1):29-34.

[5] 李艷芬,林靜,郝寶玉,等.免耕播種機(jī)土壤工作部件測(cè)試裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016,32(17):24-31.

[6] Vamerali T,Bertocco M,Sartori L.Effects of a new wide-sweep opener for no-till planter on seed zone properties and root establishment in maize(Zea mays L.):A comparison with doubledisk opener[J].Soil&Tillage Research,2006,89(2):196-209.

[7] 王慶杰,何進(jìn),李洪文,等.免耕播種機(jī)開溝防堵單元體設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(1):27-31.

[8] 周訓(xùn)謙,張建,肖潔,等.基于LS-dyna的雙圓盤開溝器切削過程的仿真[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2015,36(5):289-291.

[9] 趙淑紅,劉宏俊,張先民,等.滑推式開溝器設(shè)計(jì)與作業(yè)性能優(yōu)化試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016,32(19):26-34.

[10] 陳玉侖.稻麥聯(lián)合收獲開溝埋草多功能一體機(jī)的設(shè)計(jì)[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

[11] 趙艷忠,楊陽,張晨光,等.分層深松鏟型配置參數(shù)對(duì)牽引阻力的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,47(2):102-108.

[12] 趙淑紅,周勇,劉宏俊,等.玉米壟作深施肥免耕播種機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,46(11):102-108.

[13] 尤曉東.開溝器土壤回填的理論分析[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2014(11):37-39.

[14] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988．

[15] Karayel D,Ozmerzi A.Comparison of vertical and lateral seed distribution of furrow openers using a new criterion[J].Soil&Tillage Research,2007,95(1):69-75.

[16] Hasimu A,Chen Y.Soil disturbance and draft force of selected seed openers[J].Soil&Tillage Research,2014,140:48-54.

[17] 劉霞,王云峰.基于最小二乘法的自動(dòng)分段多項(xiàng)式曲線擬合方法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014,14(3):55-58.

[18] 吳宗敏.散亂數(shù)據(jù)擬合的模型、方法和理論[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

Performance experiment of double disk opener used for sowing under deep fertilization/

ZHAO Shuhong,TAN Hewen,CHEN Junzhi,CHEN Jiaqi,YANG Chao
(School of Engineering,NortheastAgricultural University,Harbin 150030,China)

According to the problems that the poor performance in soil back of sowing boot resulted in deep sowing or burning of deed.In this paper,the performance in soil back of the double disc sowing opener was studied.The acute angle fertilizing shovel and the double disc sowing opener were combined operation.The double disc opener and soil movement models were established.Theoretical analysis of the factors influencing the spatial displacement of soil particle was carried.The soil reflux state after operation of the combined opener was analyzed.Trench surveying instrument was used to draw groove profile curve and piece wise curve fitting method combined with mathematical integral method were used to solve the soil back area of sowing boot.Making the traction resistance and soil back area as the evaluation index,the diameter,angle,dipping of double disc opener as factors,and orthogonal test was conducted on the soil crush.The effect of various factors on working performance of sowing boot was investigated,and the test results were optimized using fuzzy comprehensive evaluation method which showed that the primary sequence of factors:the disc diameter,the angle of disc,the dipping of disc.The optimal combination:in the case of soil moisture content of 12±1%,disc diameter of 320mm,disc angle of 12 degrees,disc dipping of 6 degrees.The optimum parameters combination of double disc opener and traditional double disc were used for soil slot and field comparison.The resulted show that the optimal parameter of double disc opener was superior.This study provided valuable information for the optimization design of double disc sowing opener.

opener;deep fertilization;soil back flow;test

S223.2

A

1005-9369（2017）11-0086-11

時(shí)間2017-12-7 12:39:17 [URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20171207.1239.018.html

趙淑紅,譚賀文,陳君執(zhí),等.深施肥條件下雙圓盤播種開溝器性能優(yōu)化[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,48(11):86-96.

Zhao Shuhong,Tan Hewen,Chen Junzhi,et al.Performance experiment of double disk opener used for sowing under the deep fertilization[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(11):86-96.(in Chinese with English abstract)

2017-08-30

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD23B05）；黑龍江省博士后科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（LBH-Q16026）；黑龍江省重大科技招標(biāo)項(xiàng)目（GA14B101-01）

趙淑紅（1969-），女，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樘镩g農(nóng)業(yè)機(jī)械及力學(xué)特性。E-mail:shhzh091@sina.com