提升耕整作业质量的对策研究

缪磊 赵荣 吴子敬 曹冬林 於海明 张大成

机械化耕整作业是通过农业机械对土壤进行翻耕、碎土、平地，以满足旱地播种和水田栽插的要求。旋耕机作为当前耕整环节的主要作业机具，一次作业可完成耕、翻、耙、平等多项工序，能够高效地满足精细耕作的农艺要求。

1 旋耕机的工作原理与分类

1.1 旋耕机的构造及工作原理

1.1.1 旋耕机的构造

旋耕机主要由动力传输部件、旋耕作业部件和机身辅助机构三大部分组成。动力传输部件主要包括十字万向节、齿轮变速箱及传动箱总成；旋耕作业部件含刀轴（焊合刀座）、刀片、定位轮、镇压装置等组件，是旋耕机的直接作业部分；机身辅助机构包括机架、悬挂连接架、防磨板、罩壳托板、撑脚等零部件，是旋耕机的主要架构组成[1]。

1.1.2旋耕机的工作原理

旋耕机工作时，旋转刀轴上以多头螺旋线形式分布的刀片一边做高速回转运动，一边随拖拉机行驶方向前进，通过刀具的多刃口配合作业实现土壤横向和纵向切割。在整个旋耕过程中，刀片首先对土壤进行切削，随后将切下的土块沿刀片旋转切向惯性抛出。正旋机型将土块抛向后方，通过撞击罩壳托板实现土壤细碎化；反旋机型则将土块抛向拖拉机前进方向，反复切削实现土壤的进一步细碎。随着动力的不断输入，旋耕机连续作业实现对田块的耕整。

1.2 旋耕机的分类

1.2.1 按刀轴位置分类

按刀轴的位置可分为卧式、立式和斜轴式。卧式旋耕机是当前主流使用机型，碎土能力强，作业后地表平整，但能耗较大，耕层较浅（12～18 cm）；立式旋耕机适用于稻田水耕水整，碎土起浆效果好，但埋茬覆盖效果一般；斜轴式旋耕机作业能够有效避免重耕，功率消耗较少，是当前研究的热点[2]。

1.2.2 按传动方式分类

按传动方式可分为中间传动式、侧边传动式。中间传动式旋耕机构造简单，左右对称，整机刚性好，受力平衡，但中部工作区域易漏耕、缠草；侧边传动式旋耕机动力更均衡，混土效果好，尤其适合水田旋耕作业，但结构较复杂，使用配套要求较高。

1.2.3 按刀轴转向分类

按刀轴转向可分为正转型和反转型。当前大多数旋耕机为正转机型，但随着灭茬旋耕机、秸秆还田机等机型的推广，反转型机具也得到了推广应用。反转机型刀轴转向和拖拉机前进方向相反，作业时，刀片反旋将土壤抛向拖拉机前进方向，多次切碎利于埋草和土壤碎化，但也增大了机具负荷和功耗，在土壤湿度较大情况下作业时，罩壳沾土比较严重。

1.2.4 按挂接方式分类

旋耕机与拖拉机常用挂接方式主要有直接联接式和三点悬挂式[3]。直接联接式（主要应用于小型微耕机或手扶拖拉机），是将旋耕机的减速箱与拖拉机的变速箱直接联接在一起，通过齿轮传动驱动旋耕机运转。三点悬挂式（大中拖配套机具常用的悬挂升降方式）是通过十字万向节连接拖拉机动力输出轴与旋耕机传动轴实现动力传输。

1.2.5 按刀片类型分类

按刀片形式可分为凿型刀、直角型刀和弯型刀三类。凿型刀的凿型刃口便于破土，但切草能力一般，适用于田地垦荒或土质疏松；直角型刀有正切、侧切两面刀刃，相比于凿型刀，刀身更宽，刚性更强，更适用于旱耕或土质较硬地块；弯型刀有曲线状的侧切刃和正切刃，切碎覆草能力较强，适用于水旱等各种地况作业。

2 影响旋耕作业质量的主要因素

2.1 土壤特性

土壤的物理参数对旋耕作业质量影响较大，包括土壤坚实度、土壤含水率等指标。土壤坚实度反映了土壤的质地、容重、孔隙率等特征，是衡量土壤坚硬程度的重要参数。试验表明，在常规耕作层范围内（0～180 mm），随着耕作深度的增加，土壤坚实度与耕层深度呈一定正相关性；而土壤含水率则围绕着一个稳定值上下波动，整个耕层深度范围内波动较小，水平较稳定[4]。

2.2 工况

工况主要指旋耕机的行驶速度及刀轴转速。工况条件决定了旋耕机的切土节距，影响切土深度。理论上说，拖拉机的行驶速度越慢，刀轴的转速越快，旋耕机的作业质量越好。但在农业生产中，要考虑机具合理配置和作业效率，通常情况下，拖拉机的行驶速度控制在2～5 km/h，旋耕刀轴的转速控制在180～300 r/min，具体应参考当地农艺作业要求、生产厂家调整建议、土壤物理参数特性等因素设定。

2.3 机具选型

机具选型要综合考虑刀片排列形式、作业幅宽等特性。呈螺旋线分布的刀片，每两个相邻刀片之间的夹角反映了刀片的安装密度，夹角越大，安装密度越低，切削产生的阻力越小；但刀片安装密度低，土壤的细碎化程度就低，作业质量较差。作业幅宽对作业质量的影响主要体现在与动力的匹配上，当拖拉机功率一定时，幅宽过小会造成动力闲置，幅宽过大则会影响耕整效果。因此，应根据地区作业特点选择适当的动力配置、刀片安装密度及作业幅宽。

3 提升耕整作业质量的对策建议

3.1 优化产品类目，科学选型应用

我国幅员辽阔，种植品种和结构不尽相同，应丰富旋耕机品目，以便科学合理选型。比如：南方地区土壤含水率高，耕整作业摩擦力和附着力较小，3 m以上工作幅宽的高速旋耕机能够满足水稻高效化生产的要求，20 cm以上大耕深旋耕机能够满足土豆、红薯等块茎类作物生产需求。目前，设施农业、林果等特色农业机械化已成为发展重点，适合于温室大棚等特殊种植环境的微型、环保型旋耕机需求量逐渐增大。

3.2 研发新型装备，推广复式作业

应重点推广应用复式作业机械。普通旋耕机械利用率较低，通过改进设计，可实现灭茬、旋耕、深松、起垄、开沟、精量播种、施肥施药、镇压及铺膜等部分功能集成一体化作业，减少拖拉机下地次数，实现集约化生产，大幅度提高生产效率，减少作业功耗，降低生产成本。

3.3 应用现代技术，发展精细农业

精细农业是一种以集约化、可持续发展为特点的新型农业发展模式，能较好地应对我国人均耕地面积少、高素质职业农民缺乏的现状。5G、物联网、北斗导航、远红外、陀螺仪等现代技术的发展及应用，能够使旋耕机实现自动调节工作幅宽、耕整深度，自动规划路线，精准整平等功能，促进耕整环节绿色化、自动化、智能化作业。

3.4 强化机艺融合，规范耕作模式

科学制定耕整作业标准和方法，引进铧式犁、圆盘犁等深耕机械，对旋耕作业田块每隔2～5年开展一次深耕作业并及时耙耱，确保土壤细碎充分、覆盖严实。犁耕深翻能够打破犁底层，改善土壤性质，减少虫害影响，让土壤的密实度和营养度更加均衡。应注重农机操作人员职业素质的提升，邀请行业专家、厂家技术人员及本地“土专家”开展实用技术培训，让操作人员更好地掌握作业技术规范。

4 结语

随着农村产业结构调整和农业种植方式的变化，现代农业生产对农业装备技术提出了更高的要求。研发适用于各种土壤结构的旋耕机型，强化机艺融合，发展精细农业，对于促进农业增产、农民增收具有重要的现实意义。