王 超，劉從京，李洪文，王慶杰，何 進，盧彩云

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非對稱式大小圓盤開溝裝置設計與試驗

王 超，劉從京，李洪文※，王慶杰，何 進，盧彩云

（中國農業(yè)大學工學院，北京 100083）

為解決東北一年一熟區(qū)玉米秸稈覆蓋地免耕播種玉米存在的秸稈覆蓋量大導致機具堵塞嚴重和雙圓盤開溝器入土困難等問題，該文設計了一種非對稱式大小圓盤開溝裝置，該裝置采用大、小圓盤一前一后非對稱設置，大圓盤預先切割秸稈、殘茬，小圓盤完成秸稈撥離并開出種溝，為玉米免耕播種提供清潔種床。無秸稈覆蓋下的EDEM離散元仿真試驗和田間試驗，預先驗證了開溝裝置的作業(yè)性能。秸稈覆蓋下的田間試驗表明：該裝置在秸稈覆蓋條件下仍可實現(xiàn)較為穩(wěn)定可靠的開溝效果，平均開溝深度為71.41 mm，平均開溝寬度為38.27 mm，滿足玉米免耕播種作業(yè)要求；不同秸稈覆蓋條件下，該裝置作業(yè)流暢、種溝整潔，無明顯堵塞和連續(xù)晾仔、斷條現(xiàn)象，切茬、入土性能良好。該研究可為玉米少免耕播種開溝裝置的改進及研發(fā)提供理論支持和技術基礎。

農業(yè)機械；設計；試驗；圓盤開溝裝置；非對稱式

0 引 言

開溝器是播種機的主要土壤工作部件，能夠根據(jù)農藝要求在種床上開出一定深度的種肥溝，引導種子、肥料落入，為種子發(fā)芽和作物生長提供良好環(huán)境[1-2]。保護性耕作條件下，土壤表面秸稈覆蓋量大，要求少免耕開溝器應具備良好的破茬、防堵及種帶清理功能[3]，且開出的溝形深度、溝寬均勻一致[4]。

中國東北玉米種植區(qū)秸稈覆蓋量大、殘茬多，采用銳角開溝器（如尖角式、穴式等）雖入土性能好，但對土壤擾動量大不利于農田保水保墑且易纏繞秸稈[5-6]，而鈍角開溝器（如滑推式、滑刀式、圓盤式等）具備動土量小、耕作阻力低、結構簡單易于維護等優(yōu)點[7-9]，適宜東北一年一熟區(qū)秸稈覆蓋條件下的玉米免耕播種開溝作業(yè)。趙淑紅等[10]針對播種開溝器回土能力差、開溝深度不均勻的問題，根據(jù)滑推原理設計了一種滑推式開溝器。顧耀權等[11]為提高滑刀式開溝器的入土性能、減少堵塞，進行了滑刀式開溝器的參數(shù)優(yōu)化試驗。莊健等[12]為提高全秸稈覆蓋條件下東北黑土區(qū)玉米免耕播種性能，設計了一種具有滑刀式缺口的單圓盤開溝器，該開溝器具有良好的入土和破茬性能。

雙圓盤開溝器相對其它鈍角開溝器具有作業(yè)性能穩(wěn)定、開溝后上下土層相混現(xiàn)象少等優(yōu)點，但存在入土能力差、秸稈堵塞的問題，需采用較大的正壓力和配重輔助入土，尤其當?shù)乇斫斩捀采w量較大時，雙圓盤開溝器將秸稈壓入溝內而無法進行有效切斷，造成播種后的晾籽、架空以及堵塞等現(xiàn)象[13-15]，影響后續(xù)播種作業(yè)質量。

針對中國東北一年一熟區(qū)玉米免耕播種時地表秸稈覆蓋量大，現(xiàn)有雙圓盤開溝器切茬、入土效果差等問題，該文設計了一種非對稱式大小圓盤開溝裝置，并將其安裝在玉米免耕播種機機架上進行性能測試試驗，以期為玉米少免耕播種機的研發(fā)提供理論支持和技術基礎。

1 開溝裝置結構及工作原理

1.1 開溝裝置結構

非對稱式大小圓盤開溝裝置結構示意圖如圖1所示。

注：v為開溝器水平運動速度，m·s-1。

非對稱式大小圓盤開溝裝置主要由支架、直軸、斜軸、大圓盤和小圓盤組成。大圓盤、小圓盤分別通過直軸、斜軸與支架構成轉動聯(lián)接，且在支架上斜軸設置于直軸的后下方，使得大圓盤和小圓盤一前一后非對稱設置的同時大、小圓盤的最底端位于同一水平面。大圓盤豎直設置，其工作傾角和工作偏角均為0°；小圓盤與大圓盤采用非共軸傾斜設置，且小圓盤的工作傾角、工作偏角分別為8°、12°。

1.2 工作原理

非對稱式大小圓盤開溝裝置安裝在玉米免耕播種機機架上，作業(yè)時，播種機在拖拉機的帶動下前進，前面大圓盤的邊緣首先接觸前部秸稈并在機具重力作用下切斷種帶內的玉米秸稈和殘茬，防止秸稈堵塞機具。同時，非對稱傾斜設置在后的小圓盤隨大圓盤滾動前進，將大圓盤切斷的碎秸稈、殘茬撥離并開出種溝，為玉米免耕播種提供清潔種床。

2 圓盤設計

2.1 圓盤直徑

非對稱式大小圓盤開溝裝置中大圓盤預先切割秸稈，小圓盤清理種溝，大、小圓盤整體結構相同，但因開溝作業(yè)時的功能不同而導致結構參數(shù)產生差異，現(xiàn)通過單個圓盤與秸稈的作用關系進行分析說明。

以玉米秸稈為研究對象，分析其與圓盤接觸瞬間的受力情況，如圖2所示。

注：OP為圓盤中心；OJ為玉米秸稈中心；v為開溝器水平運動速度，m·s-1；ωP為圓盤角速度，rad·s-1；α為壓力角，（°）；h為開溝深度，mm；FT為圓盤對秸稈的作用力，N；FN為地面對秸稈的支撐力，N；G1為秸稈重力，N；f1為圓盤對秸稈的摩擦力，N；f2為地面對秸稈的摩擦力，N。

由玉米秸稈靜力平衡分析可知

由幾何關系可得

式中為圓盤直徑，mm；為玉米秸稈直徑，mm。

若玉米秸稈被圓盤切斷且不發(fā)生推動遷移和堵塞，需滿足

引入玉米秸稈與圓盤的摩擦角1、玉米秸稈與地表的摩擦角2，聯(lián)立式（1）、式（2）和式（3）可得

針對中國東北一年一熟區(qū)，玉米秸稈平均直徑為31 mm[16-18]，玉米秸稈根茬的最大直徑處平均深度為78 mm，結合試驗測量該次設計取秸稈直徑=35 mm；圓盤開溝時的入土深度不宜過大，否則會因無法切斷地表秸稈而造成機器堵塞[19-21]，本文設計取開溝深度=80 mm。玉米秸稈與鋼板的摩擦角為23°～33°[22]，考慮到極限情況，計算中取最大值1=33°?？紤]到該裝置主要用于干旱地區(qū)的免耕播種開溝作業(yè)，表層土壤濕度（約為7%）較低，經(jīng)測定玉米秸稈與地表的平均摩擦角2為30°。綜合上述參數(shù)，由式（4）可得圓盤直徑≥360 mm。

開溝作業(yè)時，圓盤切割秸稈的瞬時速度分析，如圖3所示。分析中近似認為圓盤運動為純滾動，以點為瞬時切割圓心，以r為瞬時切割半徑，建立秸稈切割的數(shù)學模型[23-24]。

注：A為瞬時切割圓心；B為圓盤與秸稈的瞬時接觸點；C為點B在徑線OPA上的投影點；α為壓力角，（°）；ωAB為以A點為圓心的瞬時切割角速度，rad·s-1；vB為以A點為圓心的瞬時切割線速度，m·s-1。

由圓盤切割秸稈的瞬時速度關系分析，可得

式中r為瞬時切割半徑，mm。

由幾何關系分析可得

點處瞬時切割角速度和圓盤角速度的大小相等，即

聯(lián)立式（2）、（5）、（6）、（7）得

將開溝深度=80 mm、秸稈直徑=35 mm帶入式（8）得

由式（9）可知，在圓盤角速度ω一定的條件下，圓盤切割玉米秸稈的瞬時切割線速度v與圓盤直徑成正相關，即圓盤直徑越大，圓盤對秸稈的切割效果越好，圓盤開溝后種子架空、晾種現(xiàn)象越少。由式（2）可知，當開溝深度、秸稈直徑為確定值時，圓盤直徑越大則壓力角越小，增大圓盤直徑有利于切斷地表覆蓋的玉米秸稈；但圓盤直徑過大，會對整機結構及機架高度產生限制，設計中通常取430～460 mm[25-27]。

大圓盤對種帶內的秸稈、殘茬進行切斷，需具備較強切割能力，結合上述分析，取大圓盤直徑為設計中的最大值460 mm，即大圓盤直徑1=460 mm；小圓盤通過傾斜設置和滾動完成種溝內碎秸稈、殘茬的撥離，僅需具備基本切割性能以增加強裝置防堵型能，故小圓盤直徑2取前述圓盤直徑的最小值360 mm，2=360 mm。

2.2 聚點位置

聚點位置夾角為圓盤中心與聚點連線、圓盤中心與圓盤最底部端點連線所構成的夾角。聚點為大、小圓盤的交點，由于采用非對稱設置，聚點位于小圓盤前部邊緣和大圓盤的定位圓上（以大圓盤1為圓心，以1為半徑的圓為大圓盤上過聚點的定位圓），大、小圓盤聚點的位置角不同，需分別設計求解。

注：O為空間直角坐標系O-xyz的坐標原點；O1為大圓盤圓心；O2為小圓盤圓心；為大圓盤角速度，rad·s-1；為小圓盤角速度，rad·s-1；E為小圓盤與平面xOy的接觸點；K為大圓盤與平面xOy的接觸點；M為大、小圓盤的聚點；M1為聚點M在O1K上的投影點；M2為聚點M在O2E上的投影點；M2T為點M2在平面xOy上的投影點；O2T為點O2在平面xOy上的投影點；β1為大圓盤的聚點位置角，(°)；β2為小圓盤的聚點位置角，(°)；為大、小圓盤夾角，(°)；θ為小圓盤的工作傾角，(°)；ψ為小圓盤的工作偏角，(°)。

如圖4所示，設大、小圓盤位于同一空間直角坐標系內，且大、小圓盤的最底端均位于平面內，設軸正向為開溝方向，軸為溝型橫斷面方向，垂直地面向上為軸正向。為準確描述聚點位置，設大圓盤內，以大圓盤圓心1為圓心，以1為半徑的圓為聚點在大圓盤上的定位圓。

以大圓盤1為對象，分析聚點幾何位置關系得

式中1為大圓盤半徑，mm；定為定位圓半徑，mm。

根據(jù)前期試驗分析，該設計中小圓盤的工作傾角（小圓盤轉動平面與豎直面間的夾角）=8°，小圓盤與機具前進方向的夾角即工作偏角（小圓盤轉動平面與開溝作業(yè)前進方向間的夾角）=12°，大、小圓盤的聚點的高度等于最大開溝深度。此外，為保證大圓盤具備良好的秸稈切割性能，結合作業(yè)區(qū)域玉米秸稈直徑取值，本文設計中取定=190 mm，同時將=80 mm、1=230 mm帶入式（10），可得1=38°。因此，聚點位于大圓盤內半徑為190 mm的定位圓上且大圓盤聚點的位置角為38°。

以小圓盤圓心2為對象，分析幾何關系得

由式（11）整理得

式中2為小圓盤半徑，mm。

將=80 mm、=8°、2=180 mm帶入式（12）可得2=56°，即聚點位于小圓盤的圓周線上且小圓盤聚點的位置角為56°。

2.3 開溝寬度

小圓盤傾斜設置以開出種溝。為構建開溝寬度與開溝深度的數(shù)學模型，以小圓盤圓心2為坐標原點，軸正向為開溝方向，軸為溝型橫斷面方向，垂直地面向上為軸正向建立空間直角坐標系，如圖5所示。

平面內，小圓盤圓心2在初始位置的方程為

設點1（1，0，1）為小圓盤上的任一點，則點1繞軸正向旋轉=8°，得點2為

小圓盤半徑2在軸上的投影大小為

式中2z為2在軸上的空間投影，mm。

點2繞軸正向旋轉=12°，得點3為

點3沿軸正向平移2z，得點4為

注：O22為空間坐標變換后小圓盤圓心；R2為小圓盤半徑，mm；SDI為平面xOz內的小圓盤；SDII為旋轉θ角度后的小圓盤；SDIII為旋轉ψ角度后的小圓盤；SDIV為沿z軸平移后的小圓盤；P1為平面xOz內的小圓盤上任意一點；P2為P1旋轉θ角度后的點；P3為P2旋轉ψ角度后的點；P4為P3沿z軸平移后的點。

小圓盤隨點空間坐標變換后，小圓盤最底端位于面2，令4=，4=，聯(lián)立式（13）、式（14）、式（15）、式（16）、式（17）可得小圓盤開溝后溝形橫斷面參數(shù)方程

3 離散元仿真試驗

3.1 離散元仿真模型建立

為預先驗證非對稱式大小圓盤開溝裝置的開溝性能，運用離散元法進行非對稱式大小圓盤開溝裝置作用下的開溝仿真試驗，暫不考慮秸稈覆蓋影響。選用Hysteretic Spring接觸模型和Linear Cohesion接觸模型為土壤顆粒間接觸模型，本研究通過試驗測定、文獻查閱和參數(shù)標定的方法得到離散元仿真參數(shù)[29-31]。應用EDEM建立1000 mm（長）×300 mm（寬）×200 mm（高）離散元無秸稈覆蓋的土壤模型，并將應用Solidworks軟件創(chuàng)建的非對稱式大小圓盤開溝裝置幾何仿真模型導入，得到的開溝仿真模型如圖6所示。設定開溝深度為80 mm，前進速度為6 km/h，假設圓盤運動為純滾動，則大圓盤驅動速度為71 r/min，小圓盤驅動速度為92 r/min。在保證開溝裝置仿真過程連續(xù)運轉條件下，設定仿真時間步長為1.5×10-6s，仿真總時間為3.5 s，網(wǎng)格單元尺寸為3倍最小顆粒半徑。

圖6 非對稱式大小圓盤開溝裝置開溝仿真模型

3.2 離散元仿真試驗結果

為便于數(shù)據(jù)處理并得到準確的溝形參數(shù)，取垂直于作業(yè)方向的開溝橫截切面，分析其中各點顆粒坐標的位置，并用離散元生成圖形。仿真試驗結果如圖7所示。

注：bF為仿真開溝寬度，mm；hF為仿真開溝深度，mm。

由圖7可知，仿真試驗條件下，非對稱式大小圓盤開溝裝置的仿真開溝深度h約為74.78 mm，比理論值低約6.5%；仿真開溝寬度b約為39.74 mm，比理論值高約13.5%。其原因為土壤具有一定彈性變形，同時因小圓盤的傾斜切土作用，部分溝邊土壤回落導致開溝深度變小、開溝寬度增加。

4 田間試驗

4.1 試驗設備

本試驗采用內蒙古長明機械有限公司生產的玉米免耕播種機進行試驗研究，如圖8所示。該播種機主要包括機架、動力輪、種箱等，將本文研制的非對稱式大小圓盤開溝裝置安裝于此播種機上進行開溝作業(yè)，播種機配套動力為世紀紅1104輪式拖拉機。作業(yè)時，拖拉機牽引播種機前進，非對稱式大小圓盤開溝裝置完成種帶清理、開溝及播種作業(yè)，種箱排種由動力輪驅動。試驗用玉米免耕播種機主要作業(yè)參數(shù)如表1所示。其他主要儀器：游電子標卡尺（勒塔實業(yè)有限公司）、卷尺（得力集團有限公司）。

圖8 非對稱式大小圓盤開溝裝置田間試驗

表1 試驗用玉米免耕播種機主要作業(yè)參數(shù)

4.2 試驗條件

試驗時間為2017年4月，地點在內蒙古自治區(qū)赤峰市寧城縣長明機械有限公司機具試驗田（東經(jīng)118°～120°、北緯39°～40°），試驗土壤類型為砂壤土，土壤堅實度為119 kPa，土壤含水率為12.3%（0～10 cm），試驗田地表有前茬玉米秸稈覆蓋。

4.3 試驗方法

4.3.1 防堵性能

防堵性能是反映免耕播種機工作可靠性的重要指標之一，秸稈堵塞情況可分為3種[32-33]，即

1）輕度堵塞。免耕播種機被秸稈和雜草堵塞，出現(xiàn)小于0.5 m的連續(xù)晾籽、斷條現(xiàn)象。

2）中度堵塞。免耕播種機被秸稈和雜草堵塞，出現(xiàn)大于0.5 m小于1.5 m的連續(xù)晾籽、斷條現(xiàn)象。

3）重度堵塞。免耕播種機被秸稈和雜草堵塞，出現(xiàn)大于1.5 m的連續(xù)晾籽、斷條現(xiàn)象。

為充分測試非對稱式大小圓盤開溝裝置的防堵性能，玉米免耕播種試驗分別以2種不同作業(yè)速度（4 km/h、6 km/h），在玉米秸稈整稈覆蓋、少量覆蓋（0.66 kg/m2）、中量覆蓋（1.64 kg/m2）、大量覆蓋（2.18 kg/m2）四種不同玉米秸稈覆蓋量地塊（如圖9所示）進行玉米免耕播種作業(yè)，每次作業(yè)距離60 m，往返作業(yè)1個行程，觀測裝置是否發(fā)生堵塞并用卷尺測量相鄰籽粒間的間距（每個作業(yè)測量重復3次）判斷是否有連續(xù)晾籽、斷條現(xiàn)象，最后根據(jù)前述對裝置堵塞程度進行歸類。

圖9 不同玉米秸稈還田覆蓋量地況

4.3.2 開溝性能

選取無秸稈覆蓋、玉米秸稈中量覆蓋（1.64 kg/m2）2塊試驗田，每塊試驗田內分別隨機選取5個測試區(qū)（長200 m、寬20 m）。在每個測試區(qū)內，以6 km/h的作業(yè)速度穩(wěn)定前進，隨機選取10個開溝測量點，分別測量每個點玉米播種的開溝深度和開溝寬度，并求出各區(qū)的測量平均值及方差。

開溝深度計算公式為

式中h為第測試區(qū)的平均開溝深度，mm；h為第測試區(qū)的第個點的開溝深度，mm；n為第測試區(qū)的測量點數(shù)；S2為第測試區(qū)的開溝深度方差。

開溝寬度計算公式為

式中b為第測試區(qū)的平均開溝寬度，mm；b為第測試區(qū)的第個點的開溝寬度，mm；S2為第測試區(qū)的開溝寬度方差。

4.4 結果與分析

4.4.1 防堵性能

試驗過程中非對稱式大小圓盤開溝裝置的秸稈堵塞情況測定結果如表2所示。

由表2可知，2種不同作業(yè)速度條件下，在不同秸稈覆蓋地，非對稱式大小圓盤開溝裝置整體作業(yè)流暢、沒有出現(xiàn)明顯堵塞情況，顯示出良好的切茬、入土性能。作業(yè)過程中，雖有少量秸稈掛在開溝器前方，但能自動脫落（6 km/h高速作業(yè)時的脫落效果優(yōu)于4 km/h條件下的脫落效果），因此并未發(fā)生明顯持續(xù)堵塞現(xiàn)象，同時種溝清整效果良好，在秸稈覆蓋地沒有出現(xiàn)連續(xù)晾仔和斷條情況。圖10所示為大量秸稈覆蓋條件下，非對稱式大小圓盤開溝裝置高速（6 km/h）作業(yè)后的開溝播種作業(yè)效果，種溝內秸稈少、玉米種子落入溝內土壤，未出現(xiàn)連續(xù)晾籽、斷條情況，防堵性能較好。

表2 秸稈堵塞情況測定結果

圖10 非對稱式大小圓盤開溝裝置高速作業(yè)效果

4.4.2 開溝性能

無秸稈覆蓋條件下，非對稱式大小圓盤開溝裝置的田間開溝試驗效果如圖11所示。

圖11 非對稱式大小圓盤開溝裝置田間開溝試驗效果

無秸稈覆蓋條件下，非對稱式大小圓盤開溝裝置田間試驗與仿真試驗結果對比如表3所示。

由表3的結果對比可知，田間試驗與仿真試驗開溝深度相差2.15 mm、開溝寬度相差1.62 mm。無秸稈試驗田在前茬作物收獲后完成了土壤耕整作業(yè)，因此區(qū)域內耕作層土壤相對疏松、細碎，田間試驗時在機具振動、摩擦作用下溝邊土壤滑移、塌落，導致實際開溝深度減小和開溝寬度增加；離散元開溝土壤模型為土壤顆粒，未考慮土壤內的根茬及秸稈，導致誤差?？傮w而言，虛擬仿真結果與田間試驗結果基本一致，無秸稈覆蓋條件下，非對稱式大小圓盤開溝裝置能夠實現(xiàn)較好的開溝作業(yè)效果。

表3 田間試驗與離散元仿真試驗結果對比

中量秸稈覆蓋條件下，非對稱式大小圓盤開溝裝置的開溝性能試驗結果，如圖12所示。在測試區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ內，非對稱式大小圓盤開溝裝置的平均開溝深度為71.41 mm、平均開溝寬度為38.27 mm，由于溝邊土壤的塌落，分別比理論開溝深度80 mm低約10.7%、比理論開溝寬度35 mm高9.3%，相對于雙圓盤開溝器需在較大單項載荷（2.7~3.5 kN）下實現(xiàn)相近開溝深度[34]，非對稱式大小圓盤開溝裝置顯示出良好的入土、開溝性能。開溝裝置的開溝深度在68.4～77.3 mm、開溝寬度在35.1～41.8 mm內呈均勻波動變化，測試區(qū)內開溝深度（方差為0.03）和開溝寬度（方差為0.02）的均勻波動變化范圍較小，說明該非對稱式大小圓盤開溝裝置在田間玉米秸稈中量覆蓋條件下運行平穩(wěn)，能夠保持穩(wěn)定的開溝作業(yè)效果，滿足玉米免耕播種作業(yè)要求。

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分別為測試區(qū)的編號。

Note：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ is the test plot No..

圖12 玉米秸稈中量覆蓋下的開溝性能試驗結果

Fig.12 Test results of ditching performance under middle amount corn straw mulching

5 結 論

1）針對中國東北一年一熟區(qū)玉米免耕播種時秸稈覆蓋量大、機具堵塞，以及現(xiàn)有圓盤開溝器存在切茬、入土能力差等問題，本文設計了一種非對稱式大小圓盤開溝裝置，該裝置采用大、小圓盤一前一后非對稱設置，大圓盤預先切割秸稈、殘茬，小圓盤完成秸稈撥理并開出種溝以形成清潔種床。

2）田間防堵性能試驗表明，在玉米秸稈整稈覆蓋、少量覆蓋、中量覆蓋和大量覆蓋條件下，非對稱式大小圓盤開溝裝置整體作業(yè)流暢、沒有發(fā)生明顯堵塞現(xiàn)象，顯示出良好的切茬入土性能，且種溝清整效果良好，未出現(xiàn)連續(xù)晾仔和斷條情況。

3）無秸稈覆蓋條件下，仿真試驗與田間試驗的開溝深度相差2.15 mm、開溝寬度相差1.62 mm，試驗結果基本一致，該裝置能夠實現(xiàn)較好的播種作業(yè)開溝效果。中量秸稈覆蓋條件下，田間試驗表明該裝置仍能夠保持均勻穩(wěn)定的入土及開溝作業(yè)效果，平均開溝深度為71.41 mm，平均開溝寬度為38.27 mm，滿足玉米免耕播種作業(yè)要求。

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Design and experiment of asymmetric large-small double discsditching device

Wang Chao, Liu Congjing, Li Hongwen※, Wang Qingjie, He Jin, Lu Caiyun

(100083)

Currently, there is a large amount of maize straw mulching on farmland in Northeast China. Under conditions of conservation tillage, there are large amount of straws mulching on soil surface that it required the opener of no-tillage seeder should have excellent functions for straw cutting, anti-blocking and seedbed cleaning, as well as stable ditching performance that can keep the ditch depth and the ditch width fluctuating uniformly. During the mechanized sowing period, maize no-tillage seeder with sharp angle opener is facing the problem of seriously clogged up and high-power consumption, while planter with disc opener shows little disturbance to soil under straw mulching condition and a good trafficability. However, large positive pressure and counterweight that auxiliary ditching operation will be needed for general double disc opener, with poor soil entry ability and straw blockage problem, especially in the conditions of large amount of straw mulching on the surface of farmland, the disc opener will press the straw into furrow instead of cutting them off when ditching in farmland with quantities of straw mulching. Based on the above issues, an asymmetric large-small double disc ditching device for corn seeding was put forward in this paper, which is mainly composed of large disc, small disc, direct-axis, oblique-axis and rack. The large disc and the small disc are arranged asymmetrically, which forming rotating connection with the rack by direct-axis and oblique-axis respectively. The rotating plane of the large disc is perpendicular to the horizontal plane and the small disc is inclined setting. The angle between the rotating plane of the small disc and the vertical plane is 8° (the working inclination of small disc), besides, the angle between the rotating plane of the small disc and the direction of the ditching operation is 12° (the working deflection of small disc). When working, large disc mounted on front of small disc cuts maize straw and stubble in advance, and then small disc that staggered set in the rear-lower part removes straws and ditches seed furrows, in order to prepare clean seedbeds for maize sowing. Based on mechanical analysis and kinematics analysis, diameter of large disc and small disc was obtained, which was 460 mm and 360 mm respectively. The gathering point located on the front edge of the small disc that gathering point angle of small disc is 56°, meanwhile the gathering point located in the interior of large disc with radius of 190 mm, gathering point angle of 56°. The performance of asymmetric large-small double disc ditching device was tested by EDEM simulations and field experiments without straw mulching on soil in advance beforehand, and the difference of ditching depth and ditching width were 2.15 mm and 1.62 mm respectively. Results of field experiments under wheat straw mulching showed that asymmetric large-small double disc ditching device could realize relatively stable and reliable ditching effect. Under straw mulching conditions, the ditching device could meet the requirements of no-tillage maize sowing, the average ditching depth was 71.41 mm and the average ditching width was 38.27 mm. Besides, anti-blocking performance of asymmetric large-small double disc ditching device was tested in field experiments with 4 straw mulching amount(full-straw coverage, small amount of coverage (0.66 kg/m2), middle amount of coverage (1.64 kg/m2), large amount of coverage (2.18 kg/m2)), at 2 different working speeds (4 km/h, 6 km/h). Anti-blocking tests indicated that the ditching device was operating smoothly, and there was no obvious blockage and continuous breaking in the ditch overall, which revealed better straw-cutting capability and enhanced penetrability. The device meets the requirements of agronomic production and standards of maize sowing, and this research can provide theoretical support and technical basis for the development of maize no-tillage planter.

agricultural machinery; design; experiments; discs ditching device; asymmetric

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.18.004

TM306

A

1002-6819(2018)-18-0028-09

2018-05-13

2018-07-22

國家重點研發(fā)計劃-智能化精準施肥及肥料深施技術及其裝備（2016YFD0200600）；教育部創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃項目（IRT13039）

王 超，博士生，主要從事保護性耕作研究。 Email：superwang_999@sina.com

李洪文，教授，博士生導師，主要從事保護性耕作研究。 Email：lhwen@cau.edu.cn

王 超，劉從京，李洪文，王慶杰，何 進，盧彩云. 非對稱式大小圓盤開溝裝置設計與試驗[J]. 農業(yè)工程學報，2018，34(18)：28－36. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.18.004 http://www.tcsae.org

Wang Chao, Liu Congjing, Li Hongwen, Wang Qingjie, He Jin, Lu Caiyun. Design and experiment of asymmetric large-small double discs ditching device[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(18): 28－36. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.18.004 http://www.tcsae.org