林 靜，王 磊，李寶筏，田 陽(yáng)，薄鴻明，馬 鐵

?

2ZZ-3型深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

林 靜，王 磊，李寶筏，田 陽(yáng)，薄鴻明，馬 鐵

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110866）

深松培壟施肥是玉米等作物種植過(guò)程中重要的田間管理環(huán)節(jié)，具有打破犁底層，加深耕作層，改善耕層結(jié)構(gòu)，提高土壤蓄水保墑、抗旱耐澇的能力。針對(duì)東北地區(qū)常年作業(yè)所導(dǎo)致的土壤耕層較淺、土壤板結(jié)嚴(yán)重以及深松阻力大的問(wèn)題，結(jié)合了深松、培土和施肥等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)一種與32.5 kW以上拖拉機(jī)相配套的可一次性完成深松培壟和追肥等多項(xiàng)作業(yè)的深松培壟聯(lián)合作業(yè)機(jī)。以拖拉機(jī)前進(jìn)速度、壟溝深松深度、培土器開(kāi)角為因素，傷苗率和比阻作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行了三因素三水平正交試驗(yàn)。結(jié)果表明：各因素對(duì)傷苗率和比阻影響的主次順序依次為深松深度、培土器開(kāi)角、前進(jìn)速度；因素水平上的最優(yōu)組合為深松深度為25 cm，起壟犁開(kāi)角為60°，前進(jìn)速度為5 km/h，傷苗率均值為3.31%，比阻均值為1.97 N/cm2。經(jīng)過(guò)田間試驗(yàn)作業(yè)性能好，各項(xiàng)作業(yè)指標(biāo)達(dá)到了農(nóng)藝要求。深松培壟同時(shí)作業(yè)減少了動(dòng)力消耗，減少了工作阻力，為旱地合理耕層的構(gòu)建配套機(jī)具提供了參考。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；設(shè)計(jì)；優(yōu)化；深松；培土器；合理耕層；中耕機(jī)；正交試驗(yàn)

0 引 言

中國(guó)雨養(yǎng)旱地面積7.39′108hm2，占全國(guó)耕地總面積56.8%，主要分布在東北、華北以及西北廣大區(qū)域糧食主產(chǎn)區(qū)，其作物產(chǎn)量對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義。然而近三十年來(lái)，持續(xù)小型農(nóng)機(jī)動(dòng)力淺耕作業(yè)及農(nóng)田重用輕養(yǎng)的掠奪性生產(chǎn)方式，導(dǎo)致耕層變淺、犁底層加厚、土壤緩沖能力減弱、水肥氣熱矛盾日漸突出。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在耕層結(jié)構(gòu)不合理、耕地質(zhì)量下降等問(wèn)題，由此引發(fā)作物產(chǎn)量低、年際產(chǎn)量變幅大、資源利用效率下降等問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，已成為制約作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)與資源高效利用的關(guān)鍵瓶頸[1-5]。

針對(duì)合理耕層構(gòu)建問(wèn)題的深耕改土、間隔耕作、秸稈還田等技術(shù)成果，對(duì)耕層障礙性問(wèn)題起到了緩解作用，促進(jìn)了雨養(yǎng)旱地作物產(chǎn)量提高。聶影[6]針對(duì)耕地存在的耕層變淺、有效耕層土壤量減少、土壤容重偏高問(wèn)題，提出研制全方位耕層復(fù)式作業(yè)配套機(jī)具及土壤合理分層施肥、種植配套機(jī)具的建議；王立春等[7]研究不同耕法形成的耕層剖面，提出了苗帶緊行間松、松緊兼?zhèn)湫透麑幽Ｊ降臉?gòu)建。白偉等[8]研究了不同耕層構(gòu)造對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響。劉武仁等[9]通過(guò)人工模擬不同類型耕層來(lái)研究對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響。時(shí)均蓮等[10]對(duì)國(guó)內(nèi)外深松技術(shù)及深松機(jī)具的概況作了進(jìn)一步的闡述。李艷龍等[11]針對(duì)普通深松機(jī)械作業(yè)中存在的牽引阻力大等問(wèn)題研制出了一種振動(dòng)深松機(jī)。徐宗保[12]為提高土壤蓄水保墑及作物抗旱增產(chǎn)能力，設(shè)計(jì)了振動(dòng)式深松中耕作業(yè)機(jī)。王吉亮等[13]論述了國(guó)內(nèi)外中耕施肥機(jī)械的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，對(duì)中耕技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了分析預(yù)測(cè)。劉國(guó)平等[14]通過(guò)對(duì)原有中耕除草機(jī)型的調(diào)研分析，確定了3ZS-2型中耕除草機(jī)的總體方案，選定了技術(shù)指標(biāo)。王微[15]提出了分層深松機(jī)理，對(duì)深松鏟柄進(jìn)行了土壤動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)1HS-1.2型中耕深松機(jī)進(jìn)行社會(huì)效益分析和經(jīng)濟(jì)效益回歸分析，張惠友等[16]設(shè)計(jì)了XQ-7型驅(qū)動(dòng)式中耕除草復(fù)式作業(yè)機(jī)并對(duì)機(jī)具的作業(yè)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。

但解決雨養(yǎng)旱地耕層障礙還存在3個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題：第一，合理耕層評(píng)價(jià)指標(biāo)尚不完善，缺乏針對(duì)不同類型土壤合理耕層構(gòu)建技術(shù)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)指導(dǎo)，單項(xiàng)技術(shù)成果對(duì)解決耕層問(wèn)題多治標(biāo)不治本；第二，土壤耕作與土壤培肥技術(shù)不完善，農(nóng)田深松與秸稈還田后土壤跑墑、作物出苗困難等造成減產(chǎn)現(xiàn)象頻有發(fā)生；第三，缺乏與不同土壤相適應(yīng)的合理土壤耕作制度與配套機(jī)具，技術(shù)的可行性值得商榷[17-20]。因此，為從根本上解決中國(guó)東北中南部雨養(yǎng)旱地耕層障礙問(wèn)題，本研究擬針對(duì)東北平原褐土區(qū)雨養(yǎng)旱地合理耕層構(gòu)建技術(shù)指標(biāo)機(jī)具配套問(wèn)題，研制一種滿足玉米作物機(jī)械化技術(shù)要求的深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)。

深松培壟施肥是玉米等作物種植過(guò)程中重要的田間管理環(huán)節(jié)，本機(jī)具在作業(yè)過(guò)程中一次可完成深松、分層施肥、培壟等一體化復(fù)式聯(lián)合作業(yè)，期望有效解決耕層問(wèn)題的深耕改土、間隔施肥、中耕培壟等技術(shù)問(wèn)題。

1 整機(jī)總體結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理

1.1 整機(jī)總體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)由三點(diǎn)懸掛在拖拉機(jī)上，主要由上懸掛1、機(jī)架2、下懸掛3、限深裝置4、圓盤刀裝置5、深松培壟裝置6、施肥開(kāi)溝器7、肥料箱8等組成。上懸掛1和下懸掛3分別通過(guò)銷軸與拖拉機(jī)進(jìn)行連接。每壟壟側(cè)施肥，壟溝深松深度、施肥深度和距苗帶寬度均為可調(diào)。

1.2 性能參數(shù)

2ZZ-3型深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 2ZZ-3型深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.3 工作機(jī)理

2ZZ-3型深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)能同時(shí)在作業(yè)過(guò)程中一次可完成深松、分層施肥、培壟等一體化復(fù)式聯(lián)合作業(yè)中耕機(jī)。拖拉機(jī)通過(guò)懸掛帶動(dòng)機(jī)具進(jìn)行作業(yè)。其工作機(jī)理是：鑒于土地土塊板結(jié)嚴(yán)重，機(jī)具用圓盤刀將雜物和土壤板結(jié)層切開(kāi)；限深輪限制機(jī)架離地高度保證不傷苗；肥料通過(guò)電子排肥器運(yùn)送到施肥鏟進(jìn)行開(kāi)溝施肥，最后利用深松培壟部件在壟溝進(jìn)行深松和培壟。深松鏟采用鑿形鏟，碎土能力強(qiáng)、工作阻力較小。限深裝置、圓盤刀裝置、施肥開(kāi)溝器和深松培壟裝置均可根據(jù)實(shí)際田間作業(yè)情況進(jìn)行實(shí)際調(diào)節(jié)；機(jī)具作業(yè)時(shí)在壟溝進(jìn)行深松培壟作業(yè)，在壟邦進(jìn)行側(cè)深施肥，施肥量用電子排肥器進(jìn)行調(diào)節(jié)以便達(dá)到農(nóng)業(yè)技術(shù)要求；可實(shí)現(xiàn)側(cè)深施肥，施肥較均勻、深度可控、可根據(jù)土壤和作物需求進(jìn)行深施肥，可避免化肥揮發(fā)和風(fēng)蝕，提高化肥利用率。

側(cè)深施肥可使肥料延長(zhǎng)釋放時(shí)間，滿足玉米不同生育期對(duì)肥料的需求。從而達(dá)到改善土壤結(jié)構(gòu)和性能、提高肥效和肥料利用率、節(jié)約化肥用量以及使農(nóng)作物增產(chǎn)的目的。深松可使土壤疏松，蓄水保墑，創(chuàng)造植物根系發(fā)育良好條件，促進(jìn)根系發(fā)育，增強(qiáng)作物吸收養(yǎng)分、水份和抗旱的能力，有利于玉米生長(zhǎng)；并改善了土壤的透水、透氣性，改善了土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。機(jī)具總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單配置合理，使用可靠，調(diào)整方便，是一種新型的高效深松、分層施肥、培壟等一體化復(fù)式聯(lián)合作業(yè)中耕機(jī)。本機(jī)具能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)聯(lián)合作業(yè)，有效提高大、中型拖拉機(jī)的利用率，有效解決耕層問(wèn)題的深松改土、間隔施肥、中耕培壟等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1 深松培壟裝置的設(shè)計(jì)

2.1.1 深松培壟裝置的結(jié)構(gòu)

根據(jù)玉米中耕要求設(shè)計(jì)集深松和培土于一體的深松培壟裝置。將深松部件和培壟部件組裝成一體，且能夠根據(jù)田間實(shí)際的情況進(jìn)行角度和高度的雙向調(diào)節(jié)，既簡(jiǎn)化機(jī)器結(jié)構(gòu)，又能減少機(jī)器的工作阻力，減少耗油率，達(dá)到節(jié)能減排的作用。功能上深松培壟裝置能夠在深松的情況下同時(shí)進(jìn)行培壟。在東北地區(qū)為壟作，遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)壟溝松土25 cm以上為深松。本機(jī)具利用深松鏟和培土器進(jìn)行中耕培土作業(yè)，以利于達(dá)到東北平原褐土區(qū)雨養(yǎng)旱地合理耕層構(gòu)建。

深松培壟裝置由鏟尖、鏟柄、連接固定塊、鏟柄套、鏟套、轉(zhuǎn)動(dòng)連接件、調(diào)節(jié)支桿（左、右）等構(gòu)成，如圖2所示。利用深松鏟和培土器進(jìn)行中耕作業(yè)。深松培壟鏟通過(guò)深松鏟固定座與機(jī)架相連，深松鏟入土深度由定位螺釘和定位孔來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為200～300 mm。培土器通過(guò)六角螺絲緊定在深松鏟鏟柄上，上下位置可根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。培土器由調(diào)節(jié)板固定在培土器固定架上，培土板橫向調(diào)節(jié)范圍為300～400 mm。培壟可以使玉米拔穗后抗倒伏，避免雨水引發(fā)病害。培壟裝置包括可調(diào)節(jié)開(kāi)度的2個(gè)培土壁6、開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)連接件5及連接鏟柄的鏟套4，兩培土器6分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)連接件5連接鏟套4，兩培土器5間設(shè)置開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，深松鏟的鏟柄2端連接固定塊1，通過(guò)固定塊1連接在機(jī)架上。開(kāi)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括連接在鏟柄套3上的調(diào)節(jié)支桿8和連接在兩培土壁6上的右調(diào)節(jié)桿10、左調(diào)節(jié)桿9，3個(gè)調(diào)節(jié)桿上均開(kāi)有調(diào)節(jié)孔，根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)兩培土器開(kāi)度，培土器開(kāi)度調(diào)節(jié)范圍為60°～120°。

1.連接固定塊 2.鏟柄 3.鏟柄套 4.鏟套 5.轉(zhuǎn)動(dòng)連接件 6.培土壁 7.鏟尖 8.調(diào)節(jié)支桿 9.左調(diào)節(jié)桿 10.右調(diào)節(jié)桿

1.Connection fixing block 2.Shovel handle 3.Shovel handle sleeve 4.Shovel set 5.Turning connectors 6.Earth walls 7.Shoveling tips 8.Adjust rod 9.Left adjust rod 10.Right regulating rod

注：0為深松培壟裝置的高度，取732 mm；為入土角，取25°；為深松培壟裝置的開(kāi)角，60°～120°。

Note:0represents height of deep loosening ridging device，723 mm;represents penetration angle, 25°;represents the open angle of deep loosening ridging device ,60°-120°.

圖2 深松培壟裝置結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2 Structure diagram of deep scarification terrace ridge device

2.1.2 培土器的設(shè)計(jì)

培土器一般用于中耕作業(yè)行間培土，它的形狀一般是由培土壁曲面構(gòu)成，鏟尖由于作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)磨損嚴(yán)重可以隨時(shí)拆換，培土器翼部（圖2培土壁）可以根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)兩翼的開(kāi)度可以保證達(dá)到作業(yè)效果，培土器的作業(yè)深度也可以調(diào)節(jié)，從而獲得不同要求的壟臺(tái)和壟溝。目前的培土器型式比較多，設(shè)計(jì)要求培土器應(yīng)該能按農(nóng)業(yè)技術(shù)要求開(kāi)出有一定截面的壟型，并把土壤從壟溝翻扣到植株附近，達(dá)到玉米等旱田作物抗倒伏、排水防澇等中耕效果的合理耕層土壤斷面尺寸結(jié)構(gòu)。由此，培土器的設(shè)計(jì)不能機(jī)械地照搬犁體曲面的設(shè)計(jì)方法，參照A.A.巴拉諾夫的雙壁犁原理，本培土器設(shè)計(jì)步驟如下。

根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況繪制壟溝斷面圖，如圖3所示；其次參考?jí)艤系臄嗝鏄?gòu)成培土器的正視圖，如圖4所示。培土器高度一般為培土后壟全高的1.2倍，通過(guò)圖3中數(shù)據(jù)可以算出為240 mm，培土器全高一般為培土器高度的1.1倍，同樣算出為264 mm。由于農(nóng)業(yè)技術(shù)要求壟溝中要有座土，壟邦要有浮土，所以壟邊傾斜角應(yīng)大于壟底角度。

根據(jù)培土器的正視圖來(lái)完成對(duì)俯視圖的設(shè)計(jì)，首先在正視圖上每隔25 mm作出水平元線1-1、2-2、3-3等，這些直線是構(gòu)成元線在正視圖上的投影。之后在對(duì)稱軸線上取點(diǎn)，作0=20°的鏵刃線，在距鏵尖190 mm處作鏵刃線垂線即為導(dǎo)曲線的水平投影Ⅱ，然后作￠的垂線作為溝底線，從線開(kāi)始每隔25 mm作截點(diǎn)1、2、3、4等，由作傾角為47°的斜線￠，在￠的垂線上量300 mm從而找出圓心，以300為半徑作為導(dǎo)曲線，將點(diǎn)1￠、2￠、3￠、4￠投影到導(dǎo)曲線Ⅱ的位置。元線角變化規(guī)律如表2所示，按元線角的變化規(guī)律在俯視圖上作元線1-1、2-2、3-3等，最后將正視圖的輪廓線投影到俯視圖即可完成俯視圖的設(shè)計(jì)。

表2 元線角的變化規(guī)律

為了生產(chǎn)制造，在鏵刃線上每隔25 mm作出橫切面即可作出樣板曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；培土器的脛刃曲線可由正視圖與俯視圖作出，以確定其碎土性能；翻土曲線可在正視圖上利用俯視圖作出曲線，以研究其土壤向壟頂培土的效果；通過(guò)截取雙壁曲面一部分，可以制作為培土曲面，作為壟溝深松培壟裝置的設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.1.3 深松鏟的設(shè)計(jì)

深松鏟由鏟柄和鑿形深松鏟尖構(gòu)成，如圖5所示。深松鏟設(shè)計(jì)成鑿形鏟，鏟尖設(shè)計(jì)成兩面對(duì)稱形狀，便于損壞之后可以立即更換，不耽誤作業(yè)。如圖5所示。鑿形鏟松土效果更好，阻力較小。鏟體寬度為40 mm，翼張角為60°～120°可調(diào)，作業(yè)速度為5～7 km/h，壟溝深松深度25 cm，深松鏟采用65Mn鋼制造，刃部進(jìn)行熱處理，硬度為HRC48～56。深松鏟在作業(yè)時(shí)會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生擾動(dòng)，土壤在受深松鏟擠壓破裂時(shí)，會(huì)對(duì)兩側(cè)的土壤產(chǎn)生影響。通過(guò)計(jì)算可以得到深松鏟的最大橫向影響范圍（土壤變形寬度）計(jì)算公式

式中為土壤變形寬度，cm；1為深松鏟體寬度，4 cm；為壟溝深松深度，25 cm；為土壤剪切角，取45°；為土壤對(duì)金屬的摩擦角，取25°；為深松鏟的入土角，取25°。由式（1）計(jì)算，得出土壤變形寬度為38 cm。

注：為土壤變形寬度，cm；1為深松鏟體寬度，cm；為壟溝深松深度，cm；為土壤剪切角，(°)；為土壤對(duì)金屬的摩擦角，(°)；為深松鏟的入土角，(°)。

Note:represents width of soil deformation, cm;1represents width of deep digger, cm;represents deep digging depth, cm;representssoil cutting angle, (°);represents friction angle of soil with metal, (°);represents penetration angle of deep digger, (°).

圖5 鏟尖結(jié)構(gòu)和土壤變形區(qū)示意圖

Fig.5 Structure diagram of tine point and soil deformation zone

深松鏟鏟柄參照《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》對(duì)鏟柄的要求，為了能夠讓培土器在鏟柄上固定并且根據(jù)實(shí)際作業(yè)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，現(xiàn)將鏟柄過(guò)渡部分設(shè)計(jì)成直線型；為了保證鏟柄的強(qiáng)度，材料選用不低于GB/T700 2006規(guī)定的Q275鋼[21-27]，鏟柄簡(jiǎn)圖如圖6所示。鏟柄高度0為732 mm，壟溝深松深度為25 cm，入土角為25°，鏟柄的跨距為162 mm。

2.2 圓盤刀裝置的設(shè)計(jì)

鑒于土地土塊板結(jié)嚴(yán)重，機(jī)具用圓盤刀將土塊切開(kāi)，減輕深松培壟裝置的工作阻力。如圖7所示，圓盤刀裝置包括U型夾1、固定座2、刀架3及圓盤刀4，固定座2一端連接U型夾，另一端連接刀架3，刀架3末端為U型結(jié)構(gòu)，圓盤刀4的刀軸6安裝在刀架U型結(jié)構(gòu)端，在刀軸6上圓盤刀4和刀架3間安裝圓盤內(nèi)蓋5，保證圓盤刀4沿直線滾動(dòng)。圓盤刀4可以根據(jù)實(shí)際作業(yè)深度在70～100 mm進(jìn)行調(diào)節(jié)，在作業(yè)過(guò)程中松碎土壤，減少深松的阻力，防止秸稈纏繞。圓盤刀外徑為300 mm，刃角為30°，厚度為10 mm。

2.3 限深裝置的設(shè)計(jì)

限深裝置限制機(jī)架離地高度保證不傷苗。如圖8所示，限深裝置由U形螺栓1、固定架2、限深桿3和限深輪4組成。限深桿3一端連接限深輪4，另一端通過(guò)固定架2和U形螺栓1連接在機(jī)架上。限深桿3上開(kāi)有多個(gè)調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)壟溝深松深度的范圍為25～30 cm（遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)壟作在壟溝下深松25 cm以上為深松）。

3 田間試驗(yàn)

3.1 田間工況與試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備包括東方紅554拖拉機(jī)；深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)；SM-2型高精度土壤水分測(cè)量?jī)x（澳作生態(tài)儀器有限公司），測(cè)量范圍0.05～0.6 m3/m3，精度在0～40 ℃時(shí)為±0.05 m3/m3；SC900型土壤緊實(shí)度測(cè)量?jī)x（澳作生態(tài)儀器有限公司），量程0～45 cm、0～7 000 kPa，最大加載95 kg，分辨率2.5 cm、35 kPa，質(zhì)量1.25 kg；QLLY型拉壓力傳感器（安徽蚌埠?jiǎn)⒘鞲邢到y(tǒng)工程有限公司），用于測(cè)試作業(yè)時(shí)上下拉桿所受力。其量程為0～700 kg，供電電壓為直流12 V，采用柱式S型結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度好，測(cè)試精度高、穩(wěn)定性好。KTRC-100L型直線位移傳感器（浙江臺(tái)州市椒江西域電子廠），用于測(cè)量土壤工作部件作業(yè)深度變化，其有效量程為10 cm，最大容許直流電壓24 V。BSQ-2型變送器（安徽蚌埠稱重傳感系統(tǒng)工程有限公司），把力學(xué)量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)輸出，直接與控制設(shè)備接口或與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，具有調(diào)零、調(diào)增益功能；National Instruments USB-6008型數(shù)據(jù)采集卡（美國(guó)國(guó)家儀器公司），采用總線供電，USB接口，可提供8個(gè)模擬輸入通道、2個(gè)模擬輸出通道、12個(gè)數(shù)字輸入/輸出通道以及一個(gè)帶全速USB接口的32位計(jì)數(shù)器，具備基本的數(shù)據(jù)采集功能，其應(yīng)用范圍較廣，使用方便，可實(shí)現(xiàn)高移動(dòng)性的便攜式數(shù)據(jù)測(cè)量；松下LC-R123R4PG型蓄電池，皮尺、卷尺、直尺。試驗(yàn)于2016年5月28日在沈陽(yáng)市東陵區(qū)英達(dá)鄉(xiāng)七間房村進(jìn)行[28]。試驗(yàn)地塊平均壟距為55 cm，壟高為7 cm，壟臺(tái)寬27 cm，溝底寬16 cm，平均株距為30 cm，玉米苗平均高度為500 mm，如圖9a所示。土壤平均含水率為12.5%，土壤深度15 cm處堅(jiān)實(shí)度平均為1.97 MPa。2ZZ-3型深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)由東方紅554型拖拉機(jī)按位調(diào)節(jié)懸掛連接，測(cè)試裝置的安裝與調(diào)試如圖9b所示。

a. 試驗(yàn)地玉米苗況

a. Corn seeding condition of test field

b. 測(cè)試裝置連接圖

b. Debugging picture of testing device

1.變送器 2.蓄電池 3.拉壓力傳感器 4.數(shù)據(jù)采集卡 5.筆記本電腦

1.Transmitter 2.Battery 3.Pull pressure sensor 4.Data acquisition card 5.Laptop

圖9 田間試驗(yàn)

Fig.9 Field test

3.2 試驗(yàn)因素與指標(biāo)的確定

3.2.1 試驗(yàn)因素

影響2ZZ-3型深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)阻力的主要因素有壟溝深松深度、培土器開(kāi)角、拖拉機(jī)前進(jìn)速度、作業(yè)機(jī)具前是否安裝圓盤刀、土壤含水率等，不同的深松深度對(duì)阻力有重要影響，隨著壟溝深松深度的不斷加大，阻力也隨之不斷增大，當(dāng)打破犁底層之后，阻力會(huì)成倍增長(zhǎng)。培土器開(kāi)角也對(duì)阻力產(chǎn)生重要影響，增加開(kāi)角，阻力也不斷增大。拖拉機(jī)的前進(jìn)速度是重要指標(biāo)，在作業(yè)過(guò)程中，前進(jìn)速度增加會(huì)導(dǎo)致阻力增加。在作業(yè)深松培壟部件前安裝圓盤刀會(huì)先切開(kāi)土塊，大大減小了阻力。土壤含水率對(duì)阻力也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，含水率越大，阻力越大，含水率過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致黏土現(xiàn)象，影響作業(yè)效果。本文在深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)性能試驗(yàn)中，安裝圓盤刀，在相同的土壤含水率的條件下進(jìn)行，故確定深松深度、培土器開(kāi)角和前進(jìn)速度作為性能影響因素。

試驗(yàn)方案選擇不同的深松深度作為因素水平，根據(jù)遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)深松深度應(yīng)打破犁底層至其下方3 cm，一般在25 cm以上，選用了25、27、29 cm作為深松深度的3個(gè)因素水平，采用圖8限深輪與深松鏟垂直距離進(jìn)行調(diào)整，保持長(zhǎng)距離使用，其平均深度符合試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。普通中耕機(jī)具作業(yè)速度為2～10 km/h，本試驗(yàn)前進(jìn)速度設(shè)置為常用的深松培土機(jī)作業(yè)速度5、6、7 km/h 3個(gè)水平。理論分析表明，培土器開(kāi)角越大，阻力越大，開(kāi)溝越寬，對(duì)土壤擾動(dòng)也就越大，傷苗率也就越高。本試驗(yàn)主要研究深松培壟部件的工作效果和所受比阻的大小，隨著培土器開(kāi)角加大，培土高度加大，但是傷苗率和工作阻力加大，根據(jù)實(shí)際測(cè)量可確定了培土器開(kāi)角的角度分別為60°、90°和120° 3個(gè)水平。

3.2.2 試驗(yàn)指標(biāo)

中耕深松是在玉米苗高約為50 cm的情況下進(jìn)行的，作業(yè)時(shí)要保證不傷苗、不埋苗，且減小機(jī)具工作阻力，是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中耕作業(yè)要求。本文田間試驗(yàn)研究以比阻、傷苗率作為評(píng)價(jià)深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。傷苗率的計(jì)算公式

式中為傷苗數(shù)，株；為機(jī)器作業(yè)的玉米苗總數(shù)，株；為傷苗率，%。

每次作業(yè)完成后，隨機(jī)在作業(yè)區(qū)域選取5個(gè)點(diǎn)，用直尺測(cè)量機(jī)器作業(yè)的深松深度，然后取5次試驗(yàn)的平均值，則深松深度為

式中為深松深度的平均值，cm；L為作業(yè)區(qū)域選取第個(gè)點(diǎn)的深松深度，cm。

田間作業(yè)中，利用QLLY型拉壓力傳感器進(jìn)行牽引力的測(cè)定，拉壓力傳感器將采集到的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，然后利用標(biāo)定方程將其轉(zhuǎn)化為牽引阻力。在一段時(shí)間內(nèi)將采集到的電壓信號(hào)計(jì)算出平均值，最后轉(zhuǎn)化為平均牽引阻力。最后比阻為

=/（4）

式中為比阻，N/cm2；為深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)單體所受工作阻力，N；為單體作業(yè)之后產(chǎn)生的剖面的橫截面積，cm2。

3.3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)選定的因素水平，在參考實(shí)際作業(yè)狀況的基礎(chǔ)上，選擇壟溝深松深度、前進(jìn)速度、培土器開(kāi)角作為3個(gè)影響因素，以傷苗率和比阻作為指標(biāo)，形成三因素三水平試驗(yàn)方案，考慮到本試驗(yàn)3個(gè)因素之間的交互作用相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，可以忽略，根據(jù)“盡可能選用小號(hào)正交表”的原則，因此選擇了L9(34)正交表，因素水平表如表3所示。

表3 因素水平表

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)三因素三水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，運(yùn)用極差分析法進(jìn)行處理分析，進(jìn)而得到極差分析結(jié)果如表4所示[29-30]。從傷苗率來(lái)看，1號(hào)試驗(yàn)傷苗率最低，比阻最??；3號(hào)試驗(yàn)傷苗率和比阻最高。從中得出深松深度和培土器開(kāi)角對(duì)傷苗率和比阻影響最大。由試驗(yàn)方案極差分析得出，對(duì)于比阻，各因素的較優(yōu)水平組合為211，影響比阻的主次因素依次為>>；對(duì)于傷苗率，各因素的較優(yōu)水平組合為111，影響傷苗率的主次因素依次也為>>。對(duì)于因素，2所受比阻最小，1傷苗率最低。對(duì)于因素，1水平相對(duì)于2水平，傷苗率降低了13.3%，比阻降低了5.79%；對(duì)于因素，1水平相比于2水平，傷苗率降低了18.5%，比阻降低了6.77%。

鑒于本機(jī)具試驗(yàn)中傷苗率指標(biāo)重要性大于比阻，故可得出最優(yōu)組合方案111，即因素水平上的最優(yōu)組合為深松深度為25 cm，起壟犁開(kāi)角為60°，前進(jìn)速度為5 km/h，傷苗率均值為3.31%，比阻均值為1.97 N/cm2。將表4結(jié)果進(jìn)行處理可得方差分析結(jié)果，如表5所示。

表4 試驗(yàn)方案及結(jié)果

表5 正交試驗(yàn)方差分析

注：**代表極顯著；*代表顯著。

Note: **is extremely significant;* is significant.

由表5中可以看出，對(duì)傷苗率和比阻影響最顯著的是深松深度，其次是培土器開(kāi)角，最后是機(jī)器前進(jìn)速度，這與極差分析得出的主次因素一致。因此對(duì)于如何更好的減小傷苗率和比阻，深松深度的控制和培土器開(kāi)角大小的選擇至關(guān)重要。

4 結(jié)論與討論

1）深松培壟施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)在作業(yè)過(guò)程中一次可完成深松、分層施肥、培壟等一體化復(fù)式聯(lián)合作業(yè)，減少了機(jī)具對(duì)土壤的壓實(shí)度，減少農(nóng)機(jī)投入，降低作業(yè)成本，是玉米等作物種植過(guò)程中重要的田間管理機(jī)具。實(shí)現(xiàn)深松達(dá)到打破犁底層，加深耕作層，改善耕層結(jié)構(gòu)，提高土壤蓄水保墑、抗旱耐澇的能力；實(shí)現(xiàn)培壟可以使玉米拔穗后抗倒伏，避免雨水引發(fā)病害。

2）通過(guò)將深松部件和培壟部件組裝成體，形成深松培壟裝置，在功能上能夠在深松的情況下同時(shí)進(jìn)行培壟。既簡(jiǎn)化整機(jī)結(jié)構(gòu)，又能減少機(jī)器的工作阻力，減少耗油量。

3）通過(guò)對(duì)培壟鏟翼的優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)土壤和苗期情況進(jìn)行實(shí)現(xiàn)培土鏟翼開(kāi)度的調(diào)節(jié)，以達(dá)到壟高和合理耕層的作業(yè)效果，從而獲得不同要求的壟臺(tái)和壟溝。

4）通過(guò)對(duì)整機(jī)的田間性能試驗(yàn)，對(duì)傷苗率和比阻影響的主次順序依次為深松深度、培土器開(kāi)角、前進(jìn)速度；因素水平上的最優(yōu)組合為深松深度為25 cm，起壟犁開(kāi)角為60°，前進(jìn)速度為5 km/h，傷苗率均值為3.31%，比阻均值為1.97 N/cm2。各項(xiàng)作業(yè)指標(biāo)達(dá)到了遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)的要求，有效解決耕層問(wèn)題的深松改土、施肥、中耕培壟等合理耕層技術(shù)問(wèn)題。

為了保證中耕作業(yè)時(shí)既深松又培壟，不傷苗、不埋苗，傷苗率和機(jī)具牽引阻力還有待于機(jī)具進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，來(lái)適應(yīng)旱田不同作物的株高和壟形，以增加機(jī)具使用范圍，提高適應(yīng)性。

[1] 白偉，孫占祥，鄭家明，等. 遼西地區(qū)土壤耕層及養(yǎng)分狀況調(diào)查分析[J]. 土壤，2011，43(5)：714－719.

Bai Wei, Sun Zhanxiang, Zheng Jiaming, et al. Soil plough layers and soil nutrients in western liaoning[J]. Soils, 2011, 43(5): 714－719. (in Chinese with English abstract)

[2] 趙明，王立春. 東北雨養(yǎng)春玉米深松密植高產(chǎn)栽培技術(shù)[N].農(nóng)民日?qǐng)?bào)，2013-01-23.

[3] Li Fengrui, Cook S, Gordon T, et al.中國(guó)半干旱地區(qū)雨水灌溉土地上的水資源管理系統(tǒng)[J]. AMBIO-人類環(huán)境雜志，2000(12)：477－483.

Li Fengrui, Cook S, Gordon T, et al. An integrated system for water management on rainfed land in China’s semiarid areas[J]. AMBIO-Journal of Human Environment, 2000(12): 477－483. (in Chinese with English abstract)

[4] 董桂平. 我國(guó)北方地區(qū)雨養(yǎng)旱地高產(chǎn)栽培技術(shù)模式淺議[J]. 科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011，21(36)：124－127.

Dong Guiping. Discussion on models of rain-fed dry-land high-yield cultivation techniques in north part of China[J]. Sci-Tech Information development & Economy, 2011, 21(36): 124－127. (in Chinese with English abstract)

[5] 李國(guó)強(qiáng)，周吉，路小芳，等. 雨養(yǎng)條件下玉米穗位葉與產(chǎn)量關(guān)系研究[J]. 作物雜志，2013(3)：25－28.

Li Guoqiang, Zhou Ji, Lu Xiaofang, et al. Study on the relationship between ear leaf and yield of maize in rainfed condition[J]. Journal of Crops, 2013(3): 25－28. (in Chinese with English abstract)

[6] 聶影. 土壤耕層構(gòu)建技術(shù)及其機(jī)具研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備，2013，230(8)：34－35.

Nie Ying. Research on technology and equipment used in topsoil construction[J]. Agricultural Science & Technology and Equipment, 2013, 230(8): 34－35. (in Chinese with English abstract)

[7] 王立春，馬虹，鄭金玉. 東北春玉米耕地合理耕層構(gòu)造研究[J]. 玉米科學(xué)，2008，16(4)：13－17.

Wang Lichun, Ma Hong, Zheng Jinyu. Research on rational plough layer construction of spring maize soil in northeast China[J]. Journal of Maize Sciences, 2008, 16(4): 13－17. (in Chinese with English abstract)

[8] 白偉，孫占祥，鄭家明，等. 虛實(shí)并存耕層提高春玉米產(chǎn)量和水分利用效率[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(21)：81－90.

Bai Wei, Sun Zhanxiang, Zheng Jiaming, et al. Furrow loose and ridge compaction plough layer improves spring maize yield and water use efficiency[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(21): 81－90. (in Chinese with English abstract)

[9] 劉武仁，鄭金玉，羅洋，等. 不同耕層構(gòu)造對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J]. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，38(5)：1－3.

Liu Wuren, Zheng Jinyu, Luo Yang, et al. Effects of structures of different tillage layer on growth and yield of maize[J]. Journal of Jilin Agricultural Sciences, 2013, 38(5): 1－3. (in Chinese with English abstract)

[10] 時(shí)均蓮，邱立春. 國(guó)內(nèi)外深松技術(shù)及深松機(jī)具概況[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005(3)：58－59.

Shi Junlian, Qiu Lichun. The technique of deep loosening and its deep loosening machine at home and abroad[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2005(3): 58－59. (in Chinese with English abstract)

[11] 李艷龍，劉寶，崔濤，等. 1SZ-460型杠桿式深松機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40(增刊)：37－40.

Li Yanlong, Liu Bao, Cui Tao, et al. Design and field experiment on 1SZ-460 level-type subsoiler[J]. Transaction of the Chinese of Agricultural Machinery, 2009, 40(Supp.): 37－40. (in Chinese with English abstract)

[12] 徐宗保. 振動(dòng)式深松中耕作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D]. 哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

Xu Zongbao. Design and Experimental Study of The Machine of Vibrating Deeploose and Intertillage[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2009. (in Chinese with English abstract)

[13] 王吉亮，王序儉，曹肆林，等. 中耕施肥機(jī)械技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(4)：1814－1816.

Wang Jiliang,Wang Xujian, Cao Silin, et al. The status and development trend of cultivator and fertilizer mechanization technique[J]. Journal of Anhui Agri, 2013, 41(4): 1814－1816. (in Chinese with English abstract)

[14] 劉國(guó)平，孫仕明，成學(xué)思，等. 3ZS-2型中耕除草機(jī)的研究設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，1999(2)：49－50.

Liu Guoping, Sun Shiming, Cheng Xuesi, et al. Research design on 3zs-type 2 row weeding[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 1999(2): 49－50. (in Chinese with English abstract)

[15] 王微. 中耕分層深松技術(shù)研究及深松部件的有限元分析[D]. 沈陽(yáng)：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

Wang Wei. Cultivator Layerd Subsoiling Technology Research and Finite Element Analysis of Subsoiling Components[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2011. (in Chinese with English abstract)

[16] 張惠友，侯書林，董欣，等. XQ-7型驅(qū)動(dòng)式中耕除草復(fù)式作業(yè)機(jī)[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，29(1)：62－67.

Zhang Huiyou, Hou Shulin, Dong Xin, et al. Study of XQ-7 compound and oriving maching for intertill and weeding[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 1998, 29(1): 62－67. (in Chinese with English abstract)

[17] 隋琪，齊華. 東北地區(qū)耕作制度的演變與發(fā)展[J]. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，26(1)：97－99.

[18] 齊華，劉明，張衛(wèi)健，等. 深松方式對(duì)土壤物理性狀及玉米根系分布的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2012，27(4)：191－196.

Qi Hua, Liu Ming, Zhang Weijian, et al. Effect of deep loosening mode on soil physical charateristics and maize root distribution[J]. Agriculture Report for the North of China, 2012, 27(4): 191－196. (in Chinese with English abstract)

[19] 丁昆侖，Hann M J. 耕作措施對(duì)土壤特性及作物產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2000，16(3)：28－31.

Ding Kunlun, Hann M J. Effects of soil management on soil properties and crop yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CASE), 2000, 16(3): 28－31. (in Chinese with English abstract)

[20] 宋振偉，郭金瑞，鄧艾興，等. 耕作方式對(duì)東北春玉米農(nóng)田土壤水熱特征的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(16)：108－114.

Song Zhenwei, Guo Jinrui, Deng Aixing, et al. Effects of surface tillage regimes on soil moisture and temperature of spring corn farmland in Northeast China[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transaction of the CSAE), 2012, 28(16): 108－114. (in Chinese with English abstract)

[21] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[22] 李寶筏.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003.

[23] 徐天月，王景立. SPSS的深松鏟結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2011, 28(5)：26－31.

[24] 張強(qiáng)，張璐，于海業(yè)，等.復(fù)合形態(tài)深松鏟耕作阻力有限元分析與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012,43(8)：61－65.

Zhang Qiang, Zhang Lu, Yu Haiye，et al. Finite element analysis and experiment of soil resistance of multiplex-modality subsoiler[J]. Transaction of the Chinese of Agricultural Machinery, 2012,43（8）：61－65. (in Chinese with English abstract).

[25] 鄧佳玉.基于離散元法的深松鏟耕作阻力的仿真與試驗(yàn)研究[D].大慶：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，2015.

Deng Jiayu. Simulation and Experimental Study of the Subsoiler Tillage Resistance Based on Discrete Element Method[D]. Daqing: Heilongjiang Bayi Agricultural University, 2015. (in Chinese with English abstract).

[26] 張強(qiáng)，張璐，劉憲軍，等.基于有限元法的仿生鉤形深松鏟耕作阻力[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2012，4(增刊1)：117－121.

Zhang Qiang, Zhang Lu, Liu Xianjun，et al. Soil resistance of the bionic hook-shape subsoiler based on the finite element method[J]. Journal of Jilin University: Engineering and Technology Edition, 2012, 4(Supp.1): 117－121. (in Chinese with English abstract).

[27] 張昭，朱瑞祥. 雙翼深松鏟結(jié)構(gòu)的有限元分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，47(1)：140－144.

Zhang Zhao, Zhu Ruixiang. Finite element analysis and improving design double-wing deep loosening shovel[J]. Journal of Gansu Agricultural University, 2012, 47(1): 140－144. (in Chinese with English abstract).

[28] JB/T7864-2013中耕追肥機(jī)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[29] 唐啟義. DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)挖掘[M]. 北京：科學(xué)出版社，2010：238－246.

[30] 徐中儒. 農(nóng)業(yè)試驗(yàn)最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)[M]. 哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1998：181－187.

Design and test of 2ZZ-3 type deep scarification-terrace ridge-fertilization combine intertill machine

Lin Jing, Wang Lei, Li Baofa, Tian Yang, Bo Hongming, Ma Tie

(110866)

Northeast China is the most important base of commodity grain, and in this region the temperature is low, the wind is quite strong, the precipitation is quite little, and the water resource is quite deficient, so the crops face with serious problem of lack of water resource and dry soil in spring. To address the problems of shallow soil plough layer, serious soil hardening and huge resistance during deep scarification, through combining the key technologies of deep scarification, ridging and fertilization, a kind of combine operation machine was designed, which was named 2ZZ-3 deep scarification ridging fertilization combine intertill machine. This machine suspended on the tractor through the three-link hitch, and it was mainly composed of up hitch, low hitch, rack, controlling depth device, deep scarification and ridging device, fertilization and ditching device. In the process of the work, it could finish the deep scarification, ridging and fertilization at the same time. The machine used the cutting disc to cut the soil block because of the serious hardened and impervious soil. The controlling depth wheel could ensure not to destroy the seedling attributed to the distance between rack and ground, and the fertilizer reached the fertilization shovel cross the fertilization apparatus to finish the fertilization. Finally, the deep scarification and ridging device finished the deep scarification and soil ridging in the furrow. The deep scarification shovel was chisel-tooth shovel; its breaking soil ability was strong, and it suffered low working resistance. Both the controlling depth device and the ripping device could make adjustment during the actual working status in the field. Through the field test of 2ZZ-3 deep scarification ridging fertilization combine intertill machine, the three-factor and three-level orthogonal test was carried out with setting the tractor forward velocity, deep scarification depth and hiller opening angle as the factor, and the injuring rate and soil specific resistance as the evaluation index. The results showed that the importance order of all the factors which influenced the injuring rate and soil specific resistance was deep scarification depth, hiller opening angle and tractor forward velocity. When the deep scarification depth was 25 cm, the hiller opening angle was 60° and the tractor forward velocity was 5 km/h, the machine would reach the optimal combination, and the injuring rate average was 3.31% and the soil specific resistance average was 1.97 N/cm2. Through the field test, the working performance of the machine was perfect, all the indices reached the agriculture machine and agronomic requirement, and deep scarification and ridging links were working at the same time, which reduced the power consummation and working resistance. The research provides the reference for the construction of matching implements for reasonable plough layer of dry land of brown soil zone in Northeast Plain.

agricultural machinery; design; optimization; subsoiling; earthingup plow; rational structure soil; cultivator; orthogonal test

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.24.002

S224.1

A

1002-6819(2016)-24-0009-08

2016-09-01

2016-11-13

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503116-09）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51275318）

林 靜，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事旱作農(nóng)業(yè)機(jī)械化及智能化裝備研究。沈陽(yáng) 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，110866。Email：synydxlj69@163.com。中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)會(huì)員：林靜（E041200749S）