田间联合整地作业机的研究与设计

肖戟

摘 要：针对田间联合整地作业机的特点，为适用于我国东北地区的大亩旋耕、畦垄上碎茬、分阶段深施化肥、深松、播种、扶垄或破垄、镇压等耕整田间作业的市场需求，我们对多功能联合耕整地机的总体方案和关键工作部件进行分析和研究。

关键词：整地机；播种机；多功能作业

中图分类号：S222.4 文献标识码：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.007

0 引 言

目前我国田间联合整地作业机具的研究是以节水保墒、低耗减排、增产增效为其目的，以田间联合整地为关键。多功能联合整地技术可实现标准化、系列化、互换化的田间联合整地作业，实现了在畦垄上碎茬 → 分层次施肥 → 窄开沟精确播种 → 弹压 → 扶正小垄 → 喷洒农药等联合作业操作。

1 耕整播种联合作业工艺的研究

（1）本设计方案适用于春季播种期，地形适用于平播有茬或畦垄的地块。全幅耕整 → 分层施肥 → 细犁沟撒种 → 弹压 → 喷射散落农药。其作业工艺既可实现平作地型的全幅耕整，又可实现畦垄地型的畦上灭茬、深施肥、扶正或破土垄台、深松整地、弹压、覆土弹压、喷农药等联合的各种不同田间作业，可以组合约合20种以上不同作业，可实现30～40种以上变化的作业形式[1]。

（2）作业技术参数。碎茬长度：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； 扶垄高度：110～210 mm；深松深度：300～500 mm； 镇压强度：0.5 kg/cm2；施肥量：150～500 kg/hm²；施肥位置：土表以下50～150 mm分层排布；排种量：单粒率不大于90%（玉米精播）、点播2～4粒之间；动力源：15～29.4 kW（20～40马力）（二行），40.4～58.8 kW（55-80马力）（全幅）。

（3）联合作业机具工艺的特点

该机具作业时，农业机械化具备了较高的程度，能够满足增产增效的要求，特别引起农机市场的广泛关注。对于北方的广大地区而言，春季播种期的节水保墒是关键，也是首位的，需抢“墒”播种，才可确保较高的出苗率。为此，我们研制的多功能联合耕整地作业机，可同时进行粉碎茬根与播种、弹压、扶垄、 喷洒农药等联合作业，作业效果较好，保证了蓄水保墒的状况。

2 田间联合整地作业机的研究

（1）总体方案及参数的确定。该机采用机架焊合，中间轴装置，通过在主箱体多级传动的调速，可实现旋耕和碎茬的田间作业。配置上深施肥、起垄台、深松整地、弹压等不同作业部件，可同时完成多种不同要求的田间作业。

（2）耕整播种联合作业机。根据该机的整体设计要求：耕整部分与播种部分都能够分别进行独立操作，又能组合成联合机进行作业，因此设计的目的是既能独立作业，又可联合一体作业。

全幅联合作业机可实现全幅旋耕、畦垄上灭茬、深施肥、播种、弹压、确保扶垄、喷洒农药等联合田间操作。播种与耕整独立操作时，应换下中间挠性机构，再把上、下悬挂架辅件安装播种机上，可同时实现两台单体机的单独作业，分别是耕整与播种的操作。

（3）本机作业部分的设计。

采用优质碳钢焊接结构而成的圆盘刀架[2]，可同时在同一圆盘刀架上分别调换、安装通用型碎茬刀具和旋耕刀具，既能满足平作地的全幅作业，又能在垄作地的玉米、高粱等地块作业。

其刀盘间隔为125～130 mm，刀盘厚度为8～10 mm，每个刀盘架上分别安装4把标准旋耕刀，左右排列2把，整套共计72把刀具。作业的全幅幅宽为2400～2500 mm，单垄安装每个18把，左右各9把。旋耕刀和碎茬刀的排列均按螺旋线形式均匀排列，且互不干涉。旋耕刀的刃口曲线选用国家标准[3]，转配孔为Φ12.5 mm，其与传统刃刀口不同，传统刃刀口为L型直刃刀。

该机具的传动系统设计为调速机构与输出传动机构合为一套箱体，调节转速后可同时实现碎茬作业和旋耕作业，通过叉速换挡可使双联齿轮Z1∪Z2分别与Z3∪Z4相互啮合，或置于空挡位实施操作。深施肥的动力源由主箱体传递，经过二级降速，输出给排肥轴，左右对称的两排肥轴用方孔传递扭矩方式连接。

以约翰迪尔600拖拉机的后输出轴为动力源（540/ 720 r/min），齿轮齿数传动如表所示：

2.4 播种装置的方案设计

2.4.1 补偿式三点悬挂安装机构

补偿式三点悬挂安装机构简称挂接机构，如图1所示，其主要由两个对称排布的铰点连接件和一个后端带长孔可调的补偿主筋组成。左、右各一对铰接板件（5和7）和一根长度可调节且后端带有长孔的补偿主筋2构成三点悬挂装置。铰接件一端（前铰接板5）与机架焊合后梁4连接，其中一端（后铰接板7）与播种悬挂架焊合的前梁10连接。补偿主筋2的一端与主机架焊合1进行铰接，主筋后销轴11可在另一端长孔中滑动游走。主筋对销轴的相互作用力补偿了平衡力系中受力的变化。挂接机构可以解决以下两个问题：

（1）解决了播种支撑轮出现刚性不仿形问题和施肥铲的深度不可调节问题。

（2）解决了机具操作时在现场往复调头和行进途中出现的整机刚性弱及不稳定性等问题。

2.4.2 动力传动系统

由于该机既具有“整体性”又有“单独性”作业的形式，设计为支撑轮的旋转为动力来源实现播种作业，即播种装置采用左右对称式的分布排列，两个支撑轮分别传动独立的两组播种、施肥的装置。具体传动形式为由支撑轮传递给中间轴传动后，再经中间轴传递给播种轴和排肥轴来加以实现联合作业。为确保传动稳定性、可靠性的实施，需使播种轴与中间轴的中心距保持平行，且使连接线应与平行四连杆的中心线始终保持平行。

2.4.3 单体播种的方案设计

（1） 单体播种设计为一组完成精密播种作业的主要部件，本组由平行四连杆机构、播种装置、开沟装置、覆土装置、镇压轮五个部分组成。经实验表明，本单体选用机械传动型孔轮式播种机构，芯铧式开沟装置，“八”字型状填土机构，零压橡胶轮式仿形镇压装置。

（2） 四杆连接机构的设计，平行四杆机构可跟随地表面坡地仿形，该机作业时开沟装置入土角度受到制约确保不变，且能在起伏不平的地表上即使机具受到颠覆作业时，其播种深度始终保持不变。①仿形参数：由于该机前部设置为旋耕装置，对地表起到一定的超平作用，因此坡地仿形的起伏范围选定为70～80 mm。由于设计播种深度为20～80 mm，为调整横向地表坡地具有稳定的播种作业，最小播种深度上仿形上限值与最大播种深度的下仿形量下限值的总量为260 mm。②四连杆长度参数：考虑到上仿形角度值≤15°，下仿形角度值≤35°，确保开沟装置的入土作业，且传动平稳、性能可靠，此时可推算出上、下连杆的中心长度，即由上述推算得出，选取上、下连杆长度均为300 mm。

3 结论

（1）该机联合作业的工艺及系列配套设备的研究可满足东北地域新的农艺要求，具有实用性、经济性、先进性等特点。

（2）该机总体配置为可同时完成旋整、碎茬、施肥、深松、起垄、镇压、播种、喷洒农药等不同项组合的联合作业，作业的各项指标均达到北方农艺技术指标的要求。

（3）该机的田间联合作业，能使适应高效低排、少耕保墒及蓄水保湿的现代农艺要求，具有性能先进、作业质量高、可适用地域广等特点。

参考文献：

[1]贾洪雷.耕整联合作业工艺及配套机具的研究[J]. 农业机械学报，2001（5）：40-43.

[2]贾洪雷.旋耕碎茬工作机理研究和通用刀辊的设计[J]. 农业机械学报，2000（4）：29-32.

[3]中国农业机械化科学研究院编.农业机械设计手册（上册）[M]. 北京：机械工业出版社，1998：179-184.