李傳峰，李 坷，雷長軍，李光輝，張定良，賀小偉

(1.塔里木大學(xué) 機械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆阿拉爾金準(zhǔn)機械制造有限公司，新疆 阿拉爾 843300；3.新疆維吾爾自治區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300)

0 引言

土地是人類賴以生存最基本的資源，土壤是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，關(guān)系到社會的發(fā)展和人民群眾的身體健康[1-3]。新疆的耕地面積已超過400萬hm2，而新疆的農(nóng)民數(shù)量只有 1 200萬人[4]，人少地多是新疆農(nóng)業(yè)的一大特色。傳統(tǒng)的勞動模式已經(jīng)無法適應(yīng)新疆農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此大力推廣聯(lián)合農(nóng)業(yè)機械是新疆兵團農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢[5]。本文從降低勞動強度、增強生產(chǎn)適應(yīng)性、提高工作效率及滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求出發(fā)，研發(fā)了JZ01-4800型聯(lián)合整地機。該機不僅入地一次就能完成滅茬、旋耕、除草、深松、鎮(zhèn)壓，以及深度土壤松、碎、平整、鎮(zhèn)壓4個工序，而且克服了上述整地機技術(shù)的不足。該聯(lián)合整地機采用偏置加壓獨立耙片單元，能有效解決現(xiàn)有整地耙組存在的越障能力差、耙片易磨損及損壞、耙片角度調(diào)整復(fù)雜、費時費力等問題，對于減少人力、物力資源的浪費，以及少耕區(qū)域的二次補耕具有較大的經(jīng)濟意義和社會意義，對于實現(xiàn)大田作物生產(chǎn)全程機械化具有重要的現(xiàn)實意義。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 整機結(jié)構(gòu)

JZ01-4800型聯(lián)合整地機主要由液壓機構(gòu)、牽引機架、主機架、行走機構(gòu)、耙片組總成、碎土輥總成和鎮(zhèn)壓輪總成等部件構(gòu)成，如圖1所示。其結(jié)構(gòu)為牽引式結(jié)構(gòu)，部件橫向采用對稱式布置在機架上；縱向從前往后依次排列有圓盤耙組、釘齒耙、螺旋碎土輥、環(huán)形鎮(zhèn)壓輪；靶片組采用偏置加壓獨立單元結(jié)構(gòu)，采用橡膠運輸輪。

1.2 工作原理

JZ01-4800型聯(lián)合整地機在拖拉機產(chǎn)生動力拉動向前行進工作時，聯(lián)合整地機靶片用雙列偏置式，均采用偏置加壓獨立單元結(jié)構(gòu)，前置兩排圓盤耙組對土壤進行切土、翻土、碎土和松土等作業(yè)；隨后，利用過碎土輥裝置進一步粉碎大土塊和利用鎮(zhèn)壓輪裝置鎮(zhèn)壓地表面，從而形成耕地土壤上虛下實的理想地表面。該機型主要用于旱地工作，在工作過程中會產(chǎn)生比較大的土塊，不利于農(nóng)作物的播種和出苗，通過整地機對地面整地，形成上松下實的土壤結(jié)構(gòu)，為播種及農(nóng)作物生長創(chuàng)造良好的生長環(huán)境。整地碎土機構(gòu)有圓盤耙、齒耙，為了避免土壤過于疏松，鎮(zhèn)壓器對地面進行鎮(zhèn)壓，完成整套聯(lián)合整地作業(yè)。

2 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3 整機作業(yè)性能試驗

3.1 試驗?zāi)康?/h3>

碎土率和土壤平整度是評價聯(lián)合整地機作業(yè)效果和整機工作性能及其關(guān)鍵工作部件設(shè)計的科學(xué)性與合理性的重要指標(biāo)。通過JZ01-4800型聯(lián)合整地機田間試驗測定得出相應(yīng)的碎土率和土壤平整度，同時檢驗JZ01-4800型聯(lián)合整地機是否能夠滿足新疆地區(qū)播前整地的技術(shù)要求，解決現(xiàn)有整地耙組存在的越障能力差、耙片易磨損及損壞等情況。

1.牽引點 2.調(diào)節(jié)螺桿 3.前排耙片組 4.耙組橫梁 5.機架 6.角度調(diào)節(jié)機構(gòu) 7.后排耙片組 8.加壓裝置 9.行走輪 10.碎土輥 11.鎮(zhèn)壓輪圖1 JZ01-4800型偏置加壓聯(lián)合整地機總體結(jié)構(gòu)

項目單位主要技術(shù)參數(shù)整機外形尺寸(長×寬×高)mm 7600×4800×1100耕幅mm4800作業(yè)深度mm0～120配套動力kW90～130靶片直徑mm460碎土輥直徑mm500鎮(zhèn)壓器直徑mm500耙組偏角調(diào)節(jié)范圍(°)0～21耙片間距mm 170重量kg4000

3.2 試驗田塊

本次試驗選取的3塊試驗田，地點分別位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團一師7團32#田、一師12團48#田、一師10團3#田。3塊試驗田試驗土壤的含水率利用烘干法測得，如表2所示。

表2 試驗田土壤含水率 %

3.3 試驗設(shè)備與儀器

雷沃M954-D拖拉機，JZ01-4800型聯(lián)合整地機,恒溫干燥箱，CP3102型電子秤，直鋼尺，卷尺，耕深尺及秒表等。圖2為JZ01-4800型聯(lián)合整地機的樣機。

圖2 JZ01-4800型聯(lián)合整地機樣機

3.4 作業(yè)性能分析

3.4.1 碎土率的測定

整地機作業(yè)后，在每塊田地上均勻間隔取3～5 個測試區(qū)，每個測試區(qū)面積為 0.5 m×0.5 m。測定測試區(qū)土壤面以下10 cm 內(nèi)土塊總質(zhì)量和最長邊大于 4cm 的土塊質(zhì)量，如圖3 所示。

圖3 碎土率的測定

碎土率計算公式為

(1)

其中，Cs表示整地面10cm內(nèi)耕層碎土率(%)；GS表示整地面10cm內(nèi)耕層邊長大于4cm 土塊總質(zhì)量(kg)；G表示整地面10cm內(nèi)耕層土塊總質(zhì)量(kg)。

為了分析JZ01-4800型聯(lián)合整地機的碎土率，將拖拉機牽引速度固定在一個平均整地速度1.0m/s，分別在南疆一師7團32#田、一師12團48#田、一師10團3#田進行整地試驗。每塊地重復(fù)試驗3次，每次取3個測試區(qū)數(shù)據(jù)，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 碎土率的試驗測定結(jié)果

通過測定計算得出一師7團32#田、一師12團48#田、一師10團3#田的碎土率分別為93.18%、96.38%、97.53%。

3.4.2 土壤平整度的測定

整地機作業(yè)后，以田間上最高點作一水平直線為基準(zhǔn)線，沿著基準(zhǔn)線以 50cm 間隔等分，并在等分點上分別測定耕后地表至基準(zhǔn)線的垂直距離，均勻選取5個測量段，如圖4 所示。按式(2) 和式(3) 計算其平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，土壤平整度以標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)值表示，其土壤平整效果越好，數(shù)值應(yīng)越小。

(2)

(3)

其中，αj表示第j個行程的土壤平整度平均值(cm)；αji表示第j個行程中第i個測試點的土壤平整度測量值(cm)；nj表示第j個行程中的測試點數(shù)；Sj表示第j個行程的土壤平整度標(biāo)準(zhǔn)差(cm)。

圖4 土壤平整度的測定

為了分析JZ01-4800型聯(lián)合整地機的土壤平整度，同樣將拖拉機牽引速度固定在一個水平整地速度1.0m/s，分別在南疆一師7團32#田、一師12團48#田、一師10團3#田進行整地試驗。每塊地重復(fù)試驗3次，每次取5個測試點數(shù)據(jù)，試驗結(jié)果如表4 所示。

表4 土壤平整度的試驗測定結(jié)果

通過測定，計算得出新疆一師7團32#田、一師12團48#田、一師10團3#田的土壤平整度分別為0.49、0.41、0.35cm。

3.5 試驗結(jié)果分析

通過JZ01-4800型聯(lián)合整地機田間作業(yè)性能試驗，得出該機符合新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的實際情況，能降低勞動強度，提高生產(chǎn)適應(yīng)性及工作效率，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求。其能夠達到以下作業(yè)效果：①土壤碎土率和土壤平整度能夠滿足新疆地區(qū)播前整地的技術(shù)要求，多種工作部件聯(lián)合作業(yè)互相配合，邊松邊碎一次作業(yè)即可完成一定深度土壤松、碎、平整和鎮(zhèn)壓4道工序，成上實下虛、即松又碎的種床結(jié)構(gòu)，具有蓄水、保墑的作用；②該機在春灌地、冬灌地及新耕翻地上均能正常作業(yè)，在各種情況下均表現(xiàn)出較強的碎土和平整能力；③用聯(lián)合整地作業(yè)1～2遍，相當(dāng)于用平土框、釘齒耙、輕型圓盤耙、鎮(zhèn)壓器作業(yè)3～4遍的效果；④采用膠輪運輸及限深作業(yè)，液壓控制，安全迅速，減少了非作業(yè)時間；⑤采用偏置加壓獨立單元，具有越障能力好、耙片耐磨損性好、耙片角度調(diào)整方便快捷的特點。

4 結(jié)論

JZ01-4800型聯(lián)合整地機針對傳統(tǒng)的整地機械需要多次入地、工作效率低等問題而設(shè)計研發(fā)。該機結(jié)構(gòu)設(shè)計上對整地耙片進行了改進，把每個耙片單元設(shè)計成獨立結(jié)構(gòu)，并利用液壓和扭簧進行加壓，確保耙地相應(yīng)深度，還可以越過一些石塊等障礙，提高其越障能。根據(jù)新疆地區(qū)的農(nóng)藝要求，該機采用多種部件聯(lián)合作業(yè)，一次作業(yè)即可完成松土、碎土、平整和鎮(zhèn)壓4道工序，形成良好的播種前土壤條件。試驗表明：通過測定，得出新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團一師7團32#田、一師12團48#田、一師10團3#田的碎土率分別為93.18%、96.38%、97.53%，土壤平整度分別為0.49、0.41、0.35cm。該機能夠滿足新疆地區(qū)播前整地的技術(shù)要求，且有效解決了現(xiàn)有整地耙組存在越障能力差、耙片易磨損及損壞、耙片角度調(diào)整復(fù)雜、費時費力等問題，對于減少人力、物力資源的浪費，以及少耕區(qū)域的二次補耕具有較大的經(jīng)濟意義和社會意義。