JZ01-4800型聯合整地機作業性能試驗分析

李傳峰，李 坷，雷長軍，李光輝，張定良，賀小偉

(1.塔里木大學 機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆阿拉爾金準機械制造有限公司，新疆 阿拉爾 843300；3.新疆維吾爾自治區現代農業工程重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300)

0 引言

土地是人類賴以生存最基本的資源，土壤是經濟社會可持續發展的物質基礎，關系到社會的發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，而新疆的農民數量只有 1 200萬人[4]，人少地多是新疆農業的一大特色。傳統的勞動模式已經無法適應新疆農業的發展，因此大力推廣聯合農業機械是新疆兵團農業發展的必然趨勢[5]。本文從降低勞動強度、增強生產適應性、提高工作效率及滿足農業生產要求出發，研發了JZ01-4800型聯合整地機。該機不僅入地一次就能完成滅茬、旋耕、除草、深松、鎮壓，以及深度土壤松、碎、平整、鎮壓4個工序，而且克服了上述整地機技術的不足。該聯合整地機采用偏置加壓獨立耙片單元，能有效解決現有整地耙組存在的越障能力差、耙片易磨損及損壞、耙片角度調整復雜、費時費力等問題，對于減少人力、物力資源的浪費，以及少耕區域的二次補耕具有較大的經濟意義和社會意義，對于實現大田作物生產全程機械化具有重要的現實意義。

1 總體結構設計

1.1 整機結構

JZ01-4800型聯合整地機主要由液壓機構、牽引機架、主機架、行走機構、耙片組總成、碎土輥總成和鎮壓輪總成等部件構成，如圖1所示。其結構為牽引式結構，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、環形鎮壓輪；靶片組采用偏置加壓獨立單元結構，采用橡膠運輸輪。

1.2 工作原理

JZ01-4800型聯合整地機在拖拉機產生動力拉動向前行進工作時，聯合整地機靶片用雙列偏置式，均采用偏置加壓獨立單元結構，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；隨后，利用過碎土輥裝置進一步粉碎大土塊和利用鎮壓輪裝置鎮壓地表面，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，在工作過程中會產生比較大的土塊，不利于農作物的播種和出苗，通過整地機對地面整地，形成上松下實的土壤結構，為播種及農作物生長創造良好的生長環境。整地碎土機構有圓盤耙、齒耙，為了避免土壤過于疏松，鎮壓器對地面進行鎮壓，完成整套聯合整地作業。

2 主要技術參數

主要技術參數如表1所示。

3 整機作業性能試驗

3.1 試驗目的

碎土率和土壤平整度是評價聯合整地機作業效果和整機工作性能及其關鍵工作部件設計的科學性與合理性的重要指標。通過JZ01-4800型聯合整地機田間試驗測定得出相應的碎土率和土壤平整度，同時檢驗JZ01-4800型聯合整地機是否能夠滿足新疆地區播前整地的技術要求，解決現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.調節螺桿 3.前排耙片組 4.耙組橫梁 5.機架 6.角度調節機構 7.后排耙片組 8.加壓裝置 9.行走輪 10.碎土輥 11.鎮壓輪圖1 JZ01-4800型偏置加壓聯合整地機總體結構

項目單位主要技術參數整機外形尺寸(長×寬×高)mm 7600×4800×1100耕幅mm4800作業深度mm0～120配套動力kW90～130靶片直徑mm460碎土輥直徑mm500鎮壓器直徑mm500耙組偏角調節范圍(°)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建設兵團一師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 試驗設備與儀器

雷沃M954-D拖拉機，JZ01-4800型聯合整地機,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型聯合整地機的樣機。

圖2 JZ01-4800型聯合整地機樣機

3.4 作業性能分析

3.4.1 碎土率的測定

整地機作業后，在每塊田地上均勻間隔取3～5 個測試區，每個測試區面積為 0.5 m×0.5 m。測定測試區土壤面以下10 cm 內土塊總質量和最長邊大于 4cm 的土塊質量，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內耕層碎土率(%)；GS表示整地面10cm內耕層邊長大于4cm 土塊總質量(kg)；G表示整地面10cm內耕層土塊總質量(kg)。

為了分析JZ01-4800型聯合整地機的碎土率，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。每塊地重復試驗3次，每次取3個測試區數據，試驗結果如表3所示。

表3 碎土率的試驗測定結果

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

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

(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；Sj表示第j個行程的土壤平整度標準差(cm)。

圖4 土壤平整度的測定

為了分析JZ01-4800型聯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。每塊地重復試驗3次，每次取5個測試點數據，試驗結果如表4 所示。

表4 土壤平整度的試驗測定結果

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 試驗結果分析

通過JZ01-4800型聯合整地機田間作業性能試驗，得出該機符合新疆農業發展的實際情況，能降低勞動強度，提高生產適應性及工作效率，滿足農業生產要求。其能夠達到以下作業效果：①土壤碎土率和土壤平整度能夠滿足新疆地區播前整地的技術要求，多種工作部件聯合作業互相配合，邊松邊碎一次作業即可完成一定深度土壤松、碎、平整和鎮壓4道工序，成上實下虛、即松又碎的種床結構，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，在各種情況下均表現出較強的碎土和平整能力；③用聯合整地作業1～2遍，相當于用平土框、釘齒耙、輕型圓盤耙、鎮壓器作業3～4遍的效果；④采用膠輪運輸及限深作業，液壓控制，安全迅速，減少了非作業時間；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、耙片角度調整方便快捷的特點。

4 結論

JZ01-4800型聯合整地機針對傳統的整地機械需要多次入地、工作效率低等問題而設計研發。該機結構設計上對整地耙片進行了改進，把每個耙片單元設計成獨立結構，并利用液壓和扭簧進行加壓，確保耙地相應深度，還可以越過一些石塊等障礙，提高其越障能。根據新疆地區的農藝要求，該機采用多種部件聯合作業，一次作業即可完成松土、碎土、平整和鎮壓4道工序，形成良好的播種前土壤條件。試驗表明：通過測定，得出新疆生產建設兵團一師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播前整地的技術要求，且有效解決了現有整地耙組存在越障能力差、耙片易磨損及損壞、耙片角度調整復雜、費時費力等問題，對于減少人力、物力資源的浪費，以及少耕區域的二次補耕具有較大的經濟意義和社會意義。