田間聯(lián)合整地作業(yè)機(jī)的研究與設(shè)計(jì)

肖戟

摘 要：針對田間聯(lián)合整地作業(yè)機(jī)的特點(diǎn)，為適用于我國東北地區(qū)的大畝旋耕、畦壟上碎茬、分階段深施化肥、深松、播種、扶壟或破壟、鎮(zhèn)壓等耕整田間作業(yè)的市場需求，我們對多功能聯(lián)合耕整地機(jī)的總體方案和關(guān)鍵工作部件進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：整地機(jī)；播種機(jī)；多功能作業(yè)

中圖分類號(hào)：S222.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.007

0 引 言

目前我國田間聯(lián)合整地作業(yè)機(jī)具的研究是以節(jié)水保墑、低耗減排、增產(chǎn)增效為其目的，以田間聯(lián)合整地為關(guān)鍵。多功能聯(lián)合整地技術(shù)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、互換化的田間聯(lián)合整地作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了在畦壟上碎茬 → 分層次施肥 → 窄開溝精確播種 → 彈壓 → 扶正小壟 → 噴灑農(nóng)藥等聯(lián)合作業(yè)操作。

1 耕整播種聯(lián)合作業(yè)工藝的研究

（1）本設(shè)計(jì)方案適用于春季播種期，地形適用于平播有茬或畦壟的地塊。全幅耕整 → 分層施肥 → 細(xì)犁溝撒種 → 彈壓 → 噴射散落農(nóng)藥。其作業(yè)工藝既可實(shí)現(xiàn)平作地型的全幅耕整，又可實(shí)現(xiàn)畦壟地型的畦上滅茬、深施肥、扶正或破土壟臺(tái)、深松整地、彈壓、覆土彈壓、噴農(nóng)藥等聯(lián)合的各種不同田間作業(yè)，可以組合約合20種以上不同作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)30～40種以上變化的作業(yè)形式[1]。

（2）作業(yè)技術(shù)參數(shù)。碎茬長度：80～100 mm； 碎茬生成率：≥90%；旋耕深度：120～160 mm； 破土率：75%～80%；碎茬垂直深度：≤50 mm； 扶壟高度：110～210 mm；深松深度：300～500 mm； 鎮(zhèn)壓強(qiáng)度：0.5 kg/cm2；施肥量：150～500 kg/hm²；施肥位置：土表以下50～150 mm分層排布；排種量：單粒率不大于90%（玉米精播）、點(diǎn)播2～4粒之間；動(dòng)力源：15～29.4 kW（20～40馬力）（二行），40.4～58.8 kW（55-80馬力）（全幅）。

（3）聯(lián)合作業(yè)機(jī)具工藝的特點(diǎn)

該機(jī)具作業(yè)時(shí)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化具備了較高的程度，能夠滿足增產(chǎn)增效的要求，特別引起農(nóng)機(jī)市場的廣泛關(guān)注。對于北方的廣大地區(qū)而言，春季播種期的節(jié)水保墑是關(guān)鍵，也是首位的，需搶“墑”播種，才可確保較高的出苗率。為此，我們研制的多功能聯(lián)合耕整地作業(yè)機(jī)，可同時(shí)進(jìn)行粉碎茬根與播種、彈壓、扶壟、 噴灑農(nóng)藥等聯(lián)合作業(yè)，作業(yè)效果較好，保證了蓄水保墑的狀況。

2 田間聯(lián)合整地作業(yè)機(jī)的研究

（1）總體方案及參數(shù)的確定。該機(jī)采用機(jī)架焊合，中間軸裝置，通過在主箱體多級傳動(dòng)的調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)旋耕和碎茬的田間作業(yè)。配置上深施肥、起壟臺(tái)、深松整地、彈壓等不同作業(yè)部件，可同時(shí)完成多種不同要求的田間作業(yè)。

（2）耕整播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)。根據(jù)該機(jī)的整體設(shè)計(jì)要求：耕整部分與播種部分都能夠分別進(jìn)行獨(dú)立操作，又能組合成聯(lián)合機(jī)進(jìn)行作業(yè)，因此設(shè)計(jì)的目的是既能獨(dú)立作業(yè)，又可聯(lián)合一體作業(yè)。

全幅聯(lián)合作業(yè)機(jī)可實(shí)現(xiàn)全幅旋耕、畦壟上滅茬、深施肥、播種、彈壓、確保扶壟、噴灑農(nóng)藥等聯(lián)合田間操作。播種與耕整獨(dú)立操作時(shí)，應(yīng)換下中間撓性機(jī)構(gòu)，再把上、下懸掛架輔件安裝播種機(jī)上，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)單體機(jī)的單獨(dú)作業(yè)，分別是耕整與播種的操作。

（3）本機(jī)作業(yè)部分的設(shè)計(jì)。

采用優(yōu)質(zhì)碳鋼焊接結(jié)構(gòu)而成的圓盤刀架[2]，可同時(shí)在同一圓盤刀架上分別調(diào)換、安裝通用型碎茬刀具和旋耕刀具，既能滿足平作地的全幅作業(yè)，又能在壟作地的玉米、高粱等地塊作業(yè)。

其刀盤間隔為125～130 mm，刀盤厚度為8～10 mm，每個(gè)刀盤架上分別安裝4把標(biāo)準(zhǔn)旋耕刀，左右排列2把，整套共計(jì)72把刀具。作業(yè)的全幅幅寬為2400～2500 mm，單壟安裝每個(gè)18把，左右各9把。旋耕刀和碎茬刀的排列均按螺旋線形式均勻排列，且互不干涉。旋耕刀的刃口曲線選用國家標(biāo)準(zhǔn)[3]，轉(zhuǎn)配孔為Φ12.5 mm，其與傳統(tǒng)刃刀口不同，傳統(tǒng)刃刀口為L型直刃刀。

該機(jī)具的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為調(diào)速機(jī)構(gòu)與輸出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)合為一套箱體，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速后可同時(shí)實(shí)現(xiàn)碎茬作業(yè)和旋耕作業(yè)，通過叉速換擋可使雙聯(lián)齒輪Z1∪Z2分別與Z3∪Z4相互嚙合，或置于空擋位實(shí)施操作。深施肥的動(dòng)力源由主箱體傳遞，經(jīng)過二級降速，輸出給排肥軸，左右對稱的兩排肥軸用方孔傳遞扭矩方式連接。

以約翰迪爾600拖拉機(jī)的后輸出軸為動(dòng)力源（540/ 720 r/min），齒輪齒數(shù)傳動(dòng)如表所示：

2.4 播種裝置的方案設(shè)計(jì)

2.4.1 補(bǔ)償式三點(diǎn)懸掛安裝機(jī)構(gòu)

補(bǔ)償式三點(diǎn)懸掛安裝機(jī)構(gòu)簡稱掛接機(jī)構(gòu)，如圖1所示，其主要由兩個(gè)對稱排布的鉸點(diǎn)連接件和一個(gè)后端帶長孔可調(diào)的補(bǔ)償主筋組成。左、右各一對鉸接板件（5和7）和一根長度可調(diào)節(jié)且后端帶有長孔的補(bǔ)償主筋2構(gòu)成三點(diǎn)懸掛裝置。鉸接件一端（前鉸接板5）與機(jī)架焊合后梁4連接，其中一端（后鉸接板7）與播種懸掛架焊合的前梁10連接。補(bǔ)償主筋2的一端與主機(jī)架焊合1進(jìn)行鉸接，主筋后銷軸11可在另一端長孔中滑動(dòng)游走。主筋對銷軸的相互作用力補(bǔ)償了平衡力系中受力的變化。掛接機(jī)構(gòu)可以解決以下兩個(gè)問題：

（1）解決了播種支撐輪出現(xiàn)剛性不仿形問題和施肥鏟的深度不可調(diào)節(jié)問題。

（2）解決了機(jī)具操作時(shí)在現(xiàn)場往復(fù)調(diào)頭和行進(jìn)途中出現(xiàn)的整機(jī)剛性弱及不穩(wěn)定性等問題。

2.4.2 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

由于該機(jī)既具有“整體性”又有“單獨(dú)性”作業(yè)的形式，設(shè)計(jì)為支撐輪的旋轉(zhuǎn)為動(dòng)力來源實(shí)現(xiàn)播種作業(yè)，即播種裝置采用左右對稱式的分布排列，兩個(gè)支撐輪分別傳動(dòng)獨(dú)立的兩組播種、施肥的裝置。具體傳動(dòng)形式為由支撐輪傳遞給中間軸傳動(dòng)后，再經(jīng)中間軸傳遞給播種軸和排肥軸來加以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作業(yè)。為確保傳動(dòng)穩(wěn)定性、可靠性的實(shí)施，需使播種軸與中間軸的中心距保持平行，且使連接線應(yīng)與平行四連桿的中心線始終保持平行。

2.4.3 單體播種的方案設(shè)計(jì)

（1） 單體播種設(shè)計(jì)為一組完成精密播種作業(yè)的主要部件，本組由平行四連桿機(jī)構(gòu)、播種裝置、開溝裝置、覆土裝置、鎮(zhèn)壓輪五個(gè)部分組成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，本單體選用機(jī)械傳動(dòng)型孔輪式播種機(jī)構(gòu)，芯鏵式開溝裝置，“八”字型狀填土機(jī)構(gòu)，零壓橡膠輪式仿形鎮(zhèn)壓裝置。

（2） 四桿連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，平行四桿機(jī)構(gòu)可跟隨地表面坡地仿形，該機(jī)作業(yè)時(shí)開溝裝置入土角度受到制約確保不變，且能在起伏不平的地表上即使機(jī)具受到顛覆作業(yè)時(shí)，其播種深度始終保持不變。①仿形參數(shù)：由于該機(jī)前部設(shè)置為旋耕裝置，對地表起到一定的超平作用，因此坡地仿形的起伏范圍選定為70～80 mm。由于設(shè)計(jì)播種深度為20～80 mm，為調(diào)整橫向地表坡地具有穩(wěn)定的播種作業(yè)，最小播種深度上仿形上限值與最大播種深度的下仿形量下限值的總量為260 mm。②四連桿長度參數(shù)：考慮到上仿形角度值≤15°，下仿形角度值≤35°，確保開溝裝置的入土作業(yè)，且傳動(dòng)平穩(wěn)、性能可靠，此時(shí)可推算出上、下連桿的中心長度，即由上述推算得出，選取上、下連桿長度均為300 mm。

3 結(jié)論

（1）該機(jī)聯(lián)合作業(yè)的工藝及系列配套設(shè)備的研究可滿足東北地域新的農(nóng)藝要求，具有實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性等特點(diǎn)。

（2）該機(jī)總體配置為可同時(shí)完成旋整、碎茬、施肥、深松、起壟、鎮(zhèn)壓、播種、噴灑農(nóng)藥等不同項(xiàng)組合的聯(lián)合作業(yè)，作業(yè)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到北方農(nóng)藝技術(shù)指標(biāo)的要求。

（3）該機(jī)的田間聯(lián)合作業(yè)，能使適應(yīng)高效低排、少耕保墑及蓄水保濕的現(xiàn)代農(nóng)藝要求，具有性能先進(jìn)、作業(yè)質(zhì)量高、可適用地域廣等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈洪雷.耕整聯(lián)合作業(yè)工藝及配套機(jī)具的研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2001（5）：40-43.

[2]賈洪雷.旋耕碎茬工作機(jī)理研究和通用刀輥的設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2000（4）：29-32.

[3]中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（上冊）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998：179-184.