繆磊 趙榮 吳子敬 曹冬林 於海明 張大成

機(jī)械化耕整作業(yè)是通過農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)土壤進(jìn)行翻耕、碎土、平地，以滿足旱地播種和水田栽插的要求。旋耕機(jī)作為當(dāng)前耕整環(huán)節(jié)的主要作業(yè)機(jī)具，一次作業(yè)可完成耕、翻、耙、平等多項(xiàng)工序，能夠高效地滿足精細(xì)耕作的農(nóng)藝要求。

1 旋耕機(jī)的工作原理與分類

1.1 旋耕機(jī)的構(gòu)造及工作原理

1.1.1 旋耕機(jī)的構(gòu)造

旋耕機(jī)主要由動(dòng)力傳輸部件、旋耕作業(yè)部件和機(jī)身輔助機(jī)構(gòu)三大部分組成。動(dòng)力傳輸部件主要包括十字萬向節(jié)、齒輪變速箱及傳動(dòng)箱總成；旋耕作業(yè)部件含刀軸（焊合刀座）、刀片、定位輪、鎮(zhèn)壓裝置等組件，是旋耕機(jī)的直接作業(yè)部分；機(jī)身輔助機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、懸掛連接架、防磨板、罩殼托板、撐腳等零部件，是旋耕機(jī)的主要架構(gòu)組成[1]。

1.1.2旋耕機(jī)的工作原理

旋耕機(jī)工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀軸上以多頭螺旋線形式分布的刀片一邊做高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一邊隨拖拉機(jī)行駛方向前進(jìn)，通過刀具的多刃口配合作業(yè)實(shí)現(xiàn)土壤橫向和縱向切割。在整個(gè)旋耕過程中，刀片首先對(duì)土壤進(jìn)行切削，隨后將切下的土塊沿刀片旋轉(zhuǎn)切向慣性拋出。正旋機(jī)型將土塊拋向后方，通過撞擊罩殼托板實(shí)現(xiàn)土壤細(xì)碎化；反旋機(jī)型則將土塊拋向拖拉機(jī)前進(jìn)方向，反復(fù)切削實(shí)現(xiàn)土壤的進(jìn)一步細(xì)碎。隨著動(dòng)力的不斷輸入，旋耕機(jī)連續(xù)作業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)田塊的耕整。

1.2 旋耕機(jī)的分類

1.2.1 按刀軸位置分類

按刀軸的位置可分為臥式、立式和斜軸式。臥式旋耕機(jī)是當(dāng)前主流使用機(jī)型，碎土能力強(qiáng)，作業(yè)后地表平整，但能耗較大，耕層較淺（12～18 cm）；立式旋耕機(jī)適用于稻田水耕水整，碎土起漿效果好，但埋茬覆蓋效果一般；斜軸式旋耕機(jī)作業(yè)能夠有效避免重耕，功率消耗較少，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[2]。

1.2.2 按傳動(dòng)方式分類

按傳動(dòng)方式可分為中間傳動(dòng)式、側(cè)邊傳動(dòng)式。中間傳動(dòng)式旋耕機(jī)構(gòu)造簡單，左右對(duì)稱，整機(jī)剛性好，受力平衡，但中部工作區(qū)域易漏耕、纏草；側(cè)邊傳動(dòng)式旋耕機(jī)動(dòng)力更均衡，混土效果好，尤其適合水田旋耕作業(yè)，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用配套要求較高。

1.2.3 按刀軸轉(zhuǎn)向分類

按刀軸轉(zhuǎn)向可分為正轉(zhuǎn)型和反轉(zhuǎn)型。當(dāng)前大多數(shù)旋耕機(jī)為正轉(zhuǎn)機(jī)型，但隨著滅茬旋耕機(jī)、秸稈還田機(jī)等機(jī)型的推廣，反轉(zhuǎn)型機(jī)具也得到了推廣應(yīng)用。反轉(zhuǎn)機(jī)型刀軸轉(zhuǎn)向和拖拉機(jī)前進(jìn)方向相反，作業(yè)時(shí)，刀片反旋將土壤拋向拖拉機(jī)前進(jìn)方向，多次切碎利于埋草和土壤碎化，但也增大了機(jī)具負(fù)荷和功耗，在土壤濕度較大情況下作業(yè)時(shí)，罩殼沾土比較嚴(yán)重。

1.2.4 按掛接方式分類

旋耕機(jī)與拖拉機(jī)常用掛接方式主要有直接聯(lián)接式和三點(diǎn)懸掛式[3]。直接聯(lián)接式（主要應(yīng)用于小型微耕機(jī)或手扶拖拉機(jī)），是將旋耕機(jī)的減速箱與拖拉機(jī)的變速箱直接聯(lián)接在一起，通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋耕機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。三點(diǎn)懸掛式（大中拖配套機(jī)具常用的懸掛升降方式）是通過十字萬向節(jié)連接拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸與旋耕機(jī)傳動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。

1.2.5 按刀片類型分類

按刀片形式可分為鑿型刀、直角型刀和彎型刀三類。鑿型刀的鑿型刃口便于破土，但切草能力一般，適用于田地墾荒或土質(zhì)疏松；直角型刀有正切、側(cè)切兩面刀刃，相比于鑿型刀，刀身更寬，剛性更強(qiáng)，更適用于旱耕或土質(zhì)較硬地塊；彎型刀有曲線狀的側(cè)切刃和正切刃，切碎覆草能力較強(qiáng)，適用于水旱等各種地況作業(yè)。

2 影響旋耕作業(yè)質(zhì)量的主要因素

2.1 土壤特性

土壤的物理參數(shù)對(duì)旋耕作業(yè)質(zhì)量影響較大，包括土壤堅(jiān)實(shí)度、土壤含水率等指標(biāo)。土壤堅(jiān)實(shí)度反映了土壤的質(zhì)地、容重、孔隙率等特征，是衡量土壤堅(jiān)硬程度的重要參數(shù)。試驗(yàn)表明，在常規(guī)耕作層范圍內(nèi)（0～180 mm），隨著耕作深度的增加，土壤堅(jiān)實(shí)度與耕層深度呈一定正相關(guān)性；而土壤含水率則圍繞著一個(gè)穩(wěn)定值上下波動(dòng)，整個(gè)耕層深度范圍內(nèi)波動(dòng)較小，水平較穩(wěn)定[4]。

2.2 工況

工況主要指旋耕機(jī)的行駛速度及刀軸轉(zhuǎn)速。工況條件決定了旋耕機(jī)的切土節(jié)距，影響切土深度。理論上說，拖拉機(jī)的行駛速度越慢，刀軸的轉(zhuǎn)速越快，旋耕機(jī)的作業(yè)質(zhì)量越好。但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，要考慮機(jī)具合理配置和作業(yè)效率，通常情況下，拖拉機(jī)的行駛速度控制在2～5 km/h，旋耕刀軸的轉(zhuǎn)速控制在180～300 r/min，具體應(yīng)參考當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝作業(yè)要求、生產(chǎn)廠家調(diào)整建議、土壤物理參數(shù)特性等因素設(shè)定。

2.3 機(jī)具選型

機(jī)具選型要綜合考慮刀片排列形式、作業(yè)幅寬等特性。呈螺旋線分布的刀片，每兩個(gè)相鄰刀片之間的夾角反映了刀片的安裝密度，夾角越大，安裝密度越低，切削產(chǎn)生的阻力越小；但刀片安裝密度低，土壤的細(xì)碎化程度就低，作業(yè)質(zhì)量較差。作業(yè)幅寬對(duì)作業(yè)質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在與動(dòng)力的匹配上，當(dāng)拖拉機(jī)功率一定時(shí)，幅寬過小會(huì)造成動(dòng)力閑置，幅寬過大則會(huì)影響耕整效果。因此，應(yīng)根據(jù)地區(qū)作業(yè)特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)力配置、刀片安裝密度及作業(yè)幅寬。

3 提升耕整作業(yè)質(zhì)量的對(duì)策建議

3.1 優(yōu)化產(chǎn)品類目，科學(xué)選型應(yīng)用

我國幅員遼闊，種植品種和結(jié)構(gòu)不盡相同，應(yīng)豐富旋耕機(jī)品目，以便科學(xué)合理選型。比如：南方地區(qū)土壤含水率高，耕整作業(yè)摩擦力和附著力較小，3 m以上工作幅寬的高速旋耕機(jī)能夠滿足水稻高效化生產(chǎn)的要求，20 cm以上大耕深旋耕機(jī)能夠滿足土豆、紅薯等塊莖類作物生產(chǎn)需求。目前，設(shè)施農(nóng)業(yè)、林果等特色農(nóng)業(yè)機(jī)械化已成為發(fā)展重點(diǎn)，適合于溫室大棚等特殊種植環(huán)境的微型、環(huán)保型旋耕機(jī)需求量逐漸增大。

3.2 研發(fā)新型裝備，推廣復(fù)式作業(yè)

應(yīng)重點(diǎn)推廣應(yīng)用復(fù)式作業(yè)機(jī)械。普通旋耕機(jī)械利用率較低，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)滅茬、旋耕、深松、起壟、開溝、精量播種、施肥施藥、鎮(zhèn)壓及鋪膜等部分功能集成一體化作業(yè)，減少拖拉機(jī)下地次數(shù)，實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn)，大幅度提高生產(chǎn)效率，減少作業(yè)功耗，降低生產(chǎn)成本。

3.3 應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)，發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)

精細(xì)農(nóng)業(yè)是一種以集約化、可持續(xù)發(fā)展為特點(diǎn)的新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，能較好地應(yīng)對(duì)我國人均耕地面積少、高素質(zhì)職業(yè)農(nóng)民缺乏的現(xiàn)狀。5G、物聯(lián)網(wǎng)、北斗導(dǎo)航、遠(yuǎn)紅外、陀螺儀等現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，能夠使旋耕機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)工作幅寬、耕整深度，自動(dòng)規(guī)劃路線，精準(zhǔn)整平等功能，促進(jìn)耕整環(huán)節(jié)綠色化、自動(dòng)化、智能化作業(yè)。

3.4 強(qiáng)化機(jī)藝融合，規(guī)范耕作模式

科學(xué)制定耕整作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和方法，引進(jìn)鏵式犁、圓盤犁等深耕機(jī)械，對(duì)旋耕作業(yè)田塊每隔2～5年開展一次深耕作業(yè)并及時(shí)耙耱，確保土壤細(xì)碎充分、覆蓋嚴(yán)實(shí)。犁耕深翻能夠打破犁底層，改善土壤性質(zhì)，減少蟲害影響，讓土壤的密實(shí)度和營養(yǎng)度更加均衡。應(yīng)注重農(nóng)機(jī)操作人員職業(yè)素質(zhì)的提升，邀請(qǐng)行業(yè)專家、廠家技術(shù)人員及本地“土專家”開展實(shí)用技術(shù)培訓(xùn)，讓操作人員更好地掌握作業(yè)技術(shù)規(guī)范。

4 結(jié)語

隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)種植方式的變化，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)提出了更高的要求。研發(fā)適用于各種土壤結(jié)構(gòu)的旋耕機(jī)型，強(qiáng)化機(jī)藝融合，發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)，對(duì)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。