少免耕播種機條帶型行間側拋清秸防堵裝置研究

趙宏波 何 進 鄭智旗 張振國,3 劉文政

(1.西北農林科技大學機械與電子工程學院， 陜西楊凌 712100； 2.中國農業大學工學院， 北京 100083；3.新疆農業大學機電工程學院， 烏魯木齊 830052)

0 引言

保護性耕作包含少耕免耕、秸稈覆蓋和輪作，是一項降低土壤水蝕風蝕、改良土壤結構、蓄水保墑、節本增效的可持續農業生產技術[1-3]。在華北平原一年兩熟區玉米秸稈覆蓋地少免耕播種小麥時，由于前茬玉米秸稈量大，秸稈極易纏繞在開溝器等土壤耕作部件上，造成堵塞，影響播種質量，降低作業效率；且種床混有秸稈，導致種子無法與土壤充分接觸，降低了小麥出苗率。因此，解決堵塞和種床清理問題是進行少免耕播種的關鍵[4-5]。

根據動力來源，清秸防堵技術及機具可分為被動式和主動式兩類：被動式種床清理防堵機具采用圓盤、星型除草輪等部件，在地表摩擦力作用下轉動，通過將秸稈切斷及撥向兩側的方法防止堵塞，其結構簡單、能耗小，但清秸防堵能力有限[6-7]；主動式清秸防堵機具主要利用粉碎、切、拋等方法，將秸稈高速切斷粉碎或拋到開溝器兩側及后方，阻斷秸稈積聚過程，從而避免其纏繞堵塞[8-9]。國內外學者對少免耕播種清秸防堵裝置進行了一系列研究[10]。條帶旋耕防堵裝置在華北一年兩熟區及某些以小地塊為主的東南亞國家應用較為廣泛[11-12]，該裝置利用旋耕刀的旋轉將秸稈切斷并向后拋起，從而防止堵塞，其通過性較好，但由于將土壤秸稈混埋在一起，導致種床清潔率較低，且土壤擾動量大、能耗較高[13]。為進一步提高秸稈清理效果，王漢羊等[14]研究了側拋清秸，顧峰瑋等[15]提出了粉碎后拋潔區播種，均為種床清理提供了一定指導。但按上述方案作業后部分秸稈覆蓋在種床上，若秸稈量過大，則會影響作物出苗和生長。

本文以提升防堵性能、提高種床清潔率為目標，基于秸稈行間側拋，通過理論分析與離散元仿真設計一種適用于華北一年兩熟區玉米秸稈覆蓋條件下少免耕播種小麥的條帶型行間側拋清秸防堵裝置，并對其防堵及種床清理性能進行試驗，為華北一年兩熟區小麥少免耕播種清秸防堵提供可行性技術方案。

1 整體結構與工作原理

1.1 清秸防堵裝置結構

條帶型行間側拋清秸防堵裝置主要由側傾刀、刀盤、刀軸等部件組成(圖1)。開溝器是少免耕播種機最容易堵塞的部件之一[16]，為減少其纏草堵塞，每個開溝器前方對應一組條帶型行間側拋清秸防堵裝置，與開溝器、V型土壤導流板等部件共同組成防堵開溝單體。該防堵裝置可與少免耕播種機鎮壓單元組、種肥箱、傳動系統等共同組成適于華北一年兩熟區玉米秸稈覆蓋地的小麥少免耕播種機。

圖1 條帶型行間側拋清秸裝置結構與作業原理圖Fig.1 Structure and operation principle of strip tillage inter-row residue side-throwing device for anti-blocking seedbed-cleaning and furrow opening1.側傾刀 2.刀盤 3.刀軸 4.開溝器 5.排種管 6.V型土壤導流板

1.2 工作原理

播種機作業時，拖拉機動力通過變速箱經由傳動裝置傳遞給刀軸，刀軸以一定轉速帶動行間側拋清秸防堵裝置轉動，切割地表秸稈并拋向側后方行間進行清秸防堵，由于側傾刀刀身與前進方向呈一定夾角，因此可將秸稈拋向種床兩側的行間；此外，側傾刀回轉圓周與開溝器前方上弧形定刀部分重合，形成動定刀切割，二次切割部分長秸稈，增強防堵性能。與此同時側傾刀旋松種床，尖角式開溝器開溝施肥播種。清秸防堵開溝單體后方設計有V型土壤導流板，可將防堵裝置拋起的土壤反彈回種床，增加種床回土量。

2 關鍵部件設計

2.1 防堵裝置

2.1.1結構參數設計

為使側傾刀與前進方向呈一定夾角，產生側向拋秸效果，將平面旋切刀[16]沿彎折線以一定角度彎折，即可得到所設計側傾刀。如圖2所示，彎折線與刀端平面呈夾角β，沿此彎折線將旋刀彎折角α彎折后，刀身與水平面呈θ夾角，從而使清秸防堵裝置工作時(圖3)，側傾刀刀身對所接觸的秸稈產生側向推力，將秸稈拋向種床兩側的行間。側傾刀側切刃刃線采用正弦指數曲線，其防纏效果好，且作業功耗較小[17]。適當增大滑切角可降低作業阻力[18-19]，因此刃線端點滑切角設計為60°。

圖2 側傾刀彎折示意圖Fig.2 Bending of tilt blade

條帶型行間側拋清秸防堵裝置結構如圖3所示。假設刀身上點D和點D′分別為軸向相鄰兩把側傾刀與土壤表面接觸點，則圖中DD′連線所在位置為作業前地表平面，DD′為播種機作業時理論種床清理寬度，則

(1)

式中，lCC′=lAA′，為兩把側傾刀內側間距，其寬度記為b。根據相似三角形原理，可得

(2)

式中，lAC=h，為裝置入土深度，且

(3)

式中B——刀盤間距

根據圖3所示位置關系，側傾刀與前進方向夾角α余弦函數為

(4)

聯立式(1)～(4)，可得種床清理寬度

(5)

由式(5)可看出，種床清理寬度lDD′與側傾刀斜置角度α、入土深度h、刀盤間距B、側傾刀刀身長度lAE(即回轉半徑R)有關。一溝雙行播種在我國華北平原一年兩熟區應用較為廣泛，其溝距一般為12 cm，行距28 cm，利于清秸防堵作業，因此將種床清理寬度設計為12 cm[17]。

2.1.2秸稈受力分析

參考文獻[20-21]對秸稈撥拋過程的研究，將地表秸稈視為散粒體進行受力分析，如圖4所示。

以秸稈為中心建立空間坐標系，x軸負方向表示防堵裝置前進方向，y軸為水平面內與x軸垂直方向，z軸為豎直方向。對秸稈與側傾刀接觸時進行受力分析，其受到側傾刀支持力N、摩擦力f以及自身重力mg，其中秸稈所受支持力N方向與刀身垂直。分別將側傾刀對秸稈的支持力N和摩擦力f沿x、y、z軸進行分解，則可得到秸稈運動學微分方程

(6)

其中

(7)

式中m——秸稈質量

g——重力加速度

φ——防堵裝置回轉中心和秸稈連線與豎直方向夾角

式(6)對時間t進行二次積分，可得到秸稈在x、y、z軸方向上的位移Sx、Sy、Sz分別為

(8)

由式(8)可知，秸稈位移主要受防堵裝置回轉半徑R以及α、θ的影響，而θ又由彎折角α和彎折線夾角β決定，因此對R、α、β這3個因素進行分析。

2.1.3轉速設計

側傾刀運動過程中，刀刃曲線上任意一點做余擺線運動，其在豎直平面內的運動方程為

(9)

式中vm——裝置前進速度

ω——刀軸角速度

對時間t求導，可得側傾刀任意點上絕對線速度

(10)

其中

vx=vm-Rωsin(ωt)

vz=Rωcos(ωt)

馬洪亮等[22]室內秸稈切斷試驗表明，地表在有支撐切割秸稈且線速度大于7.4 m/s的情況下，秸稈根茬切斷率大于97%。由于小麥少免耕播種地表覆蓋的玉米秸稈量較大，為避免堵塞，前進速度vm取1 m/s[23-24]，將前進速度和線速度7.4 m/s代入式(10)，可得刀軸轉速范圍為197～321 r/min，為保證機具作業性能，參考盧彩云等[24]研究結果，將刀軸轉速設計為320 r/min。

2.1.4參數優化仿真試驗

為確定清秸防堵裝置最優結構參數，以種床清潔率、作業扭矩、拋土率為評價指標，對不同結構參數下的防堵裝置進行Box-Behnken旋轉回歸仿真試驗，綜合選出最優參數組合。設置的仿真試驗因素及編碼如表1所示。

表1 試驗因素編碼Tab.1 Coding of experimental factors

參考孔令德等[25]斜置旋耕研究成果，為使側傾刀產生側拋效果的同時保證加工工藝，將側傾刀彎折角α范圍設定為10°～30°，彎折線夾角β取值范圍為30°～90°；為在保證防堵效果的前提下減小作業功耗，防堵裝置回轉半徑范圍為225～265 mm[26]。所建立的土壤-秸稈-防堵裝置離散元模型如圖5所示，模型參數參考文獻[27]選取。其中作業扭矩利用離散元軟件命令記錄；種床清潔率旨在衡量清秸防堵裝置種床清理效果，計算式為

(11)

式中ηs——仿真測得的種床清潔率，%

X——作業前種床秸稈數量

X1——作業后種床秸稈數量

拋土率δ為被拋離種床的土壤顆粒與作業前種床土壤顆粒數量的比值，其影響播種機回土與覆土性能，從而影響播種深度。計算式為

(12)

式中δ——拋土率，%

Y——作業前種床土壤顆粒數量

Y1——作業后種床土壤顆粒數量

圖5 作業前后秸稈側拋種床清理效果圖Fig.5 Seedbed straw cleaning before and after operation

Box-Behnken旋轉回歸試驗結果如表2所示，A、B、C為因素編碼值，分別為彎折線夾角、回轉半徑和彎折角。通過Design-Expert 8.0.6軟件對試驗結果進行回歸分析和方差分析，從而得出作業扭矩y1、種床清潔率y2、拋土率y3的回歸方程分別為

(13)

為分析各因素對評價指標的影響，通過Design-Expert 8.0.6軟件繪制響應曲面(圖6)。如圖6a所示，固定彎折角，當彎折線夾角一定時，隨著回轉半徑的增加，作業扭矩逐漸增加；當回轉半徑一定時，隨著彎折線夾角的增大，作業扭矩逐漸增加。固定回轉半徑，作業扭矩隨彎折角的增大先減小后增大。其中回轉半徑影響更大。如圖6b，固定彎折角，當彎折線夾角一定時，種床清潔率隨回轉半徑增大而增大，當回轉半徑一定時，種床清潔率隨彎折線夾角的增大而增大，但不存在交互作用。固定回轉半徑，當彎折角一定時，種床清潔率隨彎折線夾角的增大而增大。固定彎折角，當彎折線夾角一定時，種床清潔率隨回轉半徑增大而增大，當回轉半徑一定時，種床清潔率隨彎折線夾角的增大而增大，但不存在交互作用。如圖6c所示，固定彎折角，當回轉半徑一定時，拋土率隨彎折線夾角的增大而增大；固定彎折線夾角，拋土率隨彎折角增大而增大，但變化趨勢不明顯。

表2 Box-Behnken旋轉回歸試驗結果Tab.2 Simulation results of Box-Behnken central composite rotatable design

圖6 各因素對作業性能影響的響應曲面Fig.6 Responding surfaces of experimental factors on working performance

增大防堵裝置回轉半徑，側傾刀與秸稈接觸機會增加，增大了防堵裝置對秸稈的側拋作用，從而使種床清潔率增加；同時，入土深度增加，側傾刀與土壤接觸增多，因此拋土率上升，且作業扭矩也增大。增大彎折角，作業扭矩先減小后增大，可能是由于開始時，由于彎折角增加，側傾刀對土壤拉、切作用增大，因此阻力下降，但隨著彎折角進一步增大，側傾刀推土現象增加，因此作業扭矩增大。

利用Design-Expert 8.0.6 軟件優化模塊，對種床清理防堵裝置回歸模型進行有約束的目標優化求解，以獲取工作性能較優的作業參數組合，即實現較低的作業扭矩、拋土率，且確保較高的種床清潔率，需滿足目標

(14)

同時，在優化模塊的條件中設置3個評價指標的重要程度，其中種床清潔率設定為“+++++”，作業扭矩設定為“++++”，拋土率設定為“+++”。得到優化結果為：當側傾刀彎折線夾角為30°，回轉半徑為250 mm，彎折角為25°時，防堵裝置綜合作業性能較優。此時作業扭矩為46.0 N·m，拋土率為16.0%，種床清潔率為80.0%。側傾刀回轉直徑為500 mm，種床清理寬度lDD′為120 mm，則可計算出清秸防堵裝置lDC=50 mm。將上述優化所得的最優參數組合進行仿真模擬驗證，得種床清潔率為80.5%，作業扭矩為47.2 N·m，拋土率為15.8%，與優化結果基本一致。

2.1.5側傾刀有限元靜力學分析

為檢驗所設計側傾刀是否滿足強度要求，運用SolidWorks 2016軟件中Simulation模塊進行有限元靜力學分析。通過PFC3D5.0軟件測定防堵裝置在較優參數組合下單把側傾刀扭矩的變化(圖7)。由圖7a可知，側傾刀與土壤、秸稈作用時，隨著側傾刀滑切土壤，扭矩逐漸增大，并在56°時達到峰值，最大值為35.6 N·m。之后，隨著側傾刀繼續轉動，所受扭矩逐漸下降，脫離土壤后變為零。因此，可確定側傾刀在作業過程中所受最大扭矩為35.6 N·m。

圖7 側傾刀有限元靜力學分析Fig.7 Finite element method force-analysis on tilt blade

側傾刀采用65Mn鋼加工，并進行熱處理，硬度為HRC52；對其進行網格劃分，共劃分9 811個單元，得到16 923個節點；由于側傾刀固定在刀座上，故對其端部添加固定約束，并加載扭矩35.6 N·m，方向垂直于側傾刀的側切面、側切刃上表面。由此可得側傾刀有限元應力及位移云圖，如圖7b、7c所示。由分析結果可知，側傾刀最大應力位于與刀身拐角處，為197 MPa，而65Mn鋼屈服強度σs為785 MPa，安全系數取2.0～2.5，可知側傾刀強度滿足作業要求。最大應變同樣出現在彎折處，為0.714 8 mm，滿足設計要求。

2.2 開溝器

清秸防堵裝置工作時與開溝器配合作業，采用窄翼尖角型開溝器(圖8)，其土壤擾動小，破土能力強。根據農藝要求，華北一年兩熟區小麥播種時基肥施肥深度在80 mm左右，因此將開溝器入土深度h設計為80 mm。如果防堵裝置與開溝器入土深度一致，則會留下三角形“盲區”，側傾刀回轉面積無法覆蓋此部分區域，因此無法將此“盲區”內的秸稈拋走，可能造成秸稈堵塞，因此防堵裝置入土深度應略大于開溝器入土深度，設計為100 mm。

回轉中心到開溝器底部豎直距離H=230 mm。為增強防堵性能，在開溝器前方焊接一弧形板作為定刀，刀軸回轉中心與開溝器前端間距為L=230 mm。此時，側傾刀回轉面與定刀重疊間距為a=15 mm，側傾刀回轉圓周與此定刀部分重合，可形成動定刀切割，二次切斷秸稈，從而提高了防堵性能，減少秸稈堵塞。

圖8 防堵裝置與開溝器動定刀切割配合示意圖 Fig.8 Structure of anti-blocking device and opener

2.3 V型土壤導流板

作業過程中，由于側傾刀斜置，不僅會將秸稈拋向種床兩側，也可能將部分土壤拋離種床，減少種溝內回土量，造成覆土困難，影響播深穩定性。為此，設計了一種V型土壤導流板(圖9)，該板安裝于開溝器后上方，機架底部，當防堵裝置作業時，側傾刀拋起的秸稈由于密度小、體積大，空氣阻力大，大部分會提前落下[29-30]，而土壤顆粒拋擲距離較遠，接觸到該導流板時，導流板可對拋起的土壤顆粒產生回彈作用，使部分土壤反彈回到苗帶，從而增加種床回土量，保證種子均勻覆土。

圖9 V型土壤導流板結構圖與實物圖Fig.9 Structure of V-type soil guidance board

由于彎折角α設計為25°，土壤理論側向拋射角度應小于等于25°，為使土壤顆粒撞擊到導流板后被反彈回種床，將V型土壤導流板夾角σ設計為130°。為驗證所設計V型土壤導流板土壤導流效果，將防堵開溝裝置與所設計擋板導入離散元土壤-秸稈模型，與普通擋板進行對比模擬，兩種擋板與防堵裝置和開溝器組成的單體如圖10所示。

圖10 普通擋板和V型土壤導流板仿真對比Fig.10 Comparison of traditional and V-type soil guidance board

仿真結果表明：普通擋板種床清潔率為80.5%，拋土率為16.0%，而設計的V型土壤導流板種床清潔率為80.3%，拋土率為11.3%，拋土率降低了4.7個百分點，而種床清潔率僅降低0.2個百分點，無顯著性差異。表明所設計的V型土壤導流板可減少拋土，有利于種床回土與種子覆土。

2.4 防纏板

清秸防堵裝置刀軸易纏繞雜草，降低防堵裝置作業性能。根據鄭侃[31]研究結果，纏草過程受摩擦因數、刀軸半徑、秸稈長度等影響，刀軸半徑越大，越不易產生纏草現象。因此設計一種防纏板，安裝在軸向兩個刀盤之間，可以增加刀軸半徑，減少刀軸纏草(圖11)。

圖11 防纏板結構圖與裝配圖Fig.11 Anti-twining board structure1.短防纏板 2.刀盤 3.長防纏板

該防纏板安裝在軸向相鄰刀盤之間，通過螺栓與刀盤固接。長防纏板固定在兩組相鄰防堵裝置刀盤之間，其長度為240 mm；短防纏板固定在同組防堵裝置相鄰刀盤上，長度為150 mm。兩種防纏板寬度均為30 mm，因此可以將刀軸半徑提高30 mm，減輕秸稈、雜草纏繞現象。

3 田間試驗

3.1 試驗地點和條件

田間試驗于2018年10月在河南省洛陽市鑫樂機械設備有限公司試驗地進行(圖12)。試驗地土壤質地為壤土，0～10 cm深度土壤含水率為12.3%，試驗地前茬作物為玉米，玉米收獲時，秸稈經過聯合收獲機粉碎、秸稈粉碎還田機粉碎后均勻覆蓋于田間地表，秸稈粉碎長度合格率為86%(長度小于等于10 cm)，平均長度為9.6 cm，含水率為16.3%，秸稈覆蓋量為1.6 kg/m2。為測定所設計行間側拋清秸裝置作業性能，將其安裝在自行設計的小麥少免耕播種機上進行試驗，該播種機幅寬為2 380 mm，一次作業可播種6行小麥。為驗證所設計的側傾刀作業性能，將其和傳統旋耕刀、平面旋切刀分別安裝在清秸防堵裝置上進行對比試驗(圖13)，傳統旋耕刀通常應用在條帶旋耕或旋耕播種機上，在華北一年兩熟區應用廣泛；平面旋切刀去掉了傳統旋耕刀的正切刃部分，將其應用在條帶型防堵裝置上，可降低土壤擾動和作業阻力[12]。

圖12 田間試驗Fig.12 Field experiment

圖13 分別搭載3種旋刀的防堵裝置Fig.13 Anti-blocking device with three kinds of blades

3.2 試驗方法與指標

試驗按照GB/T 20865—2007《免耕施肥播種機》規定的方法，進行作業質量測試。檢測設備包括扭矩轉速測試儀、電子秤、小刀、卷尺和鐵鍬等。試驗指標如下：

(1)通過性

GB/T 20865—2007《免耕施肥播種機》合格標準為“在剛收獲的玉米地，植被覆蓋量為0.3～0.6 kg/m2(秸稈含水率不大于25%)的條件下，能按使用說明書規定的速度作業，不允許發生重度堵塞”，根據堵塞程度可分為輕度堵塞、中度堵塞和重度堵塞，測試區長度為60 m。

(2)作業扭矩

扭矩測試傳感儀安裝方式及數據采集界面如圖14所示。進行田間試驗測定前，首先將扭矩測試傳感儀母端與拖拉機后輸出軸連接，然后另外一端連接萬向節，萬向節掛接播種機。安裝時應在機具三點懸掛處提前安裝延長板，避免三點懸掛無法與機具正常連接。試驗時，首先測定機具空轉時扭矩，然后測定3種裝置正常作業時扭矩，裝置實際作業扭矩為兩者差值，重復3次并取平均值。

圖14 作業扭矩測定 Fig.14 Determining of torque requirement1.扭矩測試傳感儀 2.蓄電池 3.便攜式計算機

(3)種床清潔率

播種作業前，對地表每平方米秸稈量w1稱量，測定秸稈覆蓋量。作業后，稱取種床20 cm 長度內秸稈量，并換算為每平方米秸稈量w2，每種處理測定10 個點求取平均值。種床清潔率ηt為

(15)

(4)溝型尺寸、土壤擾動量及回土量

待播種機以正常速度作業后，隨機取2行，每行在50 m內隨機取10個點，人工扒開土層測量溝寬、溝深等溝型尺寸。土壤擾動量η表示為

(16)

式中D——實際開溝寬度，mm

S——播種行距，mm

在作業穩定區內選取5個點，稱取種溝20 cm長度范圍內松土土塊總質量m為回土量。

(5)播種質量

播種機作業后，扒開種床測定播種、施肥深度及種肥間距，每個行程隨機選取10個點進行測定，取平均值并計算其穩定性系數，計算式為

(17)

其中

(18)

(19)

hi——第i點開溝深度，mm

N——測定點數

K——溝深標準差，mm

U——溝深穩定性系數，%

(6)小麥出苗率

于小麥播種兩周后對出苗率進行測定，記錄小麥出苗數并根據播種量計算出苗率。

3.3 試驗結果與分析

3.3.1通過性

播種機通過性能測試結果如表3所示，觀測試驗過程發現，搭載3種旋刀的清秸防堵裝置播種機均未發生中度及以上堵塞，通過性能良好，符合國標要求。其中側傾刀和傳統旋耕刀均未發生任何堵塞，且沒有出現刀軸纏草現象, 僅有平面旋切刀由于掛住地表未完全粉碎的長秸稈發生了一次輕度堵塞，但隨著機具繼續前進，所纏秸稈可被平面旋切刀拋出，不影響作業質量。試驗表明所設計清秸防堵裝置通過性能良好。

3.3.2種床清潔率和作業扭矩

如表4所示，3種刀片類型中，側傾刀種床清潔率最高，為82.7%，相較于傳統旋耕刀和平面旋切刀分別提高22.7、26.1個百分點，可為小麥種子提供較為清潔的種床。田間試驗測得的種床清潔率高于離散元仿真的80.5%，分析其原因可能在于仿真中秸稈模型為剛體，分散地放置于地表，而田間秸稈雜亂無章地纏擾在一起呈團狀，防堵裝置側拋秸稈時秸稈團被連帶一起拋起，故種床清潔率更高。

表3 播種機通過性能測定結果Tab.3 Anti-blocking performance results

表4 播種機作業扭矩和種床清潔率測定結果Tab.4 Torque requirement and seedbed cleaning indexof anti-blocking device

側傾刀清秸防堵裝置作業扭矩為298.2 N·m，相比傳統旋耕刀和平面旋切刀分別減小了21.3%和3.3%。這是因為側傾刀拋土量相對傳統旋耕刀較小，且旋刀與前進方程呈一定夾角，作業時可降低作業扭矩[25]。離散元仿真所得單組扭矩為47.2 N·m，真實試驗單組當量扭矩為49.7 N·m，與真實試驗誤差為5.3%，表明離散元仿真的真實性和可行性，行間側拋防堵裝置具有良好的減阻效果。

3.3.3土壤擾動量及播種質量

土壤擾動量及播種質量測試結果如表5所示，其中側傾刀土壤擾動量最小，為31.25%，顯著低于傳統旋耕刀和平面旋切刀。這是由于搭載其他兩種旋刀的防堵裝置開出的溝為矩形，而側傾刀由于向內側傾斜，因此開出的溝為梯形，這有助于減小土壤擾動和作業功耗。

表5 土壤擾動量及播種質量測定結果Tab.5 Results of soil disturbance and seeding quality

3種旋刀中平面旋切刀回土量最大，為775 g，側傾刀次之，為723 g，傳統旋耕刀最小，為596 g，傳統旋耕刀回土量顯著小于平面旋切刀，側傾刀與其他相比均無顯著差異。而播種質量測定結果表明，側傾刀型行間側拋清秸防堵裝置少免耕播種平均播種深度為3.6 cm，施肥深度為9.1 cm，種肥間距為5.5 cm，且深度穩定性系數均大于90%，表明側傾刀防堵裝置覆土效果良好，滿足國標和當地農藝要求。

3.3.4小麥出苗率

3種旋刀防堵裝置作業后小麥出苗率如圖15a(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著)所示，側傾刀出苗率最高，為89.5%，平面旋切刀次之，為79.7%，傳統旋耕刀出苗率最低，為75.2%，側傾刀相較于平面旋切刀和傳統旋耕刀，出苗率分別提高了9.8、14.3個百分點，表明此作業方式有利于小麥出苗。田間出苗情況如圖15b所示，側傾刀出苗較為均勻，而傳統旋耕刀出現了缺苗斷壟現象，且由于種床秸稈量較高，發現部分麥苗顏色發黃，不利于后期生長[32]。

圖15 田間試驗小麥出苗情況Fig.15 Wheat emergence of field experiment

4 結論

(1)設計了一種適用于華北一年兩熟區玉米秸稈覆蓋地少免耕播種小麥的條帶型行間側拋清秸防堵裝置，通過理論分析和正交旋轉回歸仿真試驗，確定防堵裝置較優參數組合為：側傾刀彎折線夾角30°、彎折角25°、回轉半徑250 mm。

(2)配合種床清理防堵裝置，分別設計了一溝雙行種肥分施開溝器、V型土壤導流板與防纏板。其中，種肥分施開溝器前方裝有定刀，可與防堵裝置形成動定刀切割，提高了防堵性能；V型土壤導流板夾角為130°，可將拋起的土壤顆粒反彈回種床，增加了回土量；防纏板寬度為30 mm，可使刀軸半徑增加30 mm，減少了刀軸纏草。

(3)玉米秸稈覆蓋地小麥播種試驗表明，所設計的條帶型行間側拋清秸防堵裝置未發生堵塞和纏草現象，種床清潔率為82.7%，作業扭矩為298.2 N·m，作業質量穩定，滿足少免耕播種國標和農藝要求。