魏國粱 張青松 劉立超 肖文立 孫文成 廖慶喜

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 武漢 430070； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室， 武漢 430070)

0 引言

油菜是重要的油料作物，我國油菜種植區(qū)域可分為冬油菜和春油菜兩大產(chǎn)區(qū)[1]，其中冬油菜占總種植面積90%以上。長江中下游地區(qū)是我國冬油菜的主產(chǎn)區(qū)，該區(qū)域種植模式以稻-油水旱輪作為主[2]。

長期以來，油菜播種受前茬水稻收獲后留茬高、秸稈量大等影響，傳統(tǒng)旋耕易出現(xiàn)作業(yè)耕深淺、秸稈埋覆率低等問題，油菜直播種床耕整作業(yè)難度大[3]。在實際生產(chǎn)中，長江中下游稻油輪作區(qū)多采用先鏵式犁深翻、后旋耕的耕整方式，能解決傳統(tǒng)旋耕機耕深淺等問題，但其工序復(fù)雜，不利于搶農(nóng)時，且對土壤產(chǎn)生二次碾壓[4-5]。

針對傳統(tǒng)耕整方式的不足，秦寬等[6]設(shè)計了犁翻旋耕復(fù)試作業(yè)耕整機，研究了作業(yè)過程中犁耕與旋耕的交互作用；劉曉鵬等[7]為解決油菜種植時因秸稈量大而導(dǎo)致機具易纏草、堵塞的問題，設(shè)計了驅(qū)動圓盤犁對置組合式耕整機，一次作業(yè)能完成種床耕整；王金武等[8]為解決水稻秸稈還田機傳統(tǒng)旋耕部件耕深較淺、秸稈還田深度不足等問題，研制了水稻秸稈整稈深埋還田裝置，作業(yè)效果良好；MATIN等[9]研究了帶狀旋耕中3種不同刀片在不同作業(yè)參數(shù)下的扭矩變化規(guī)律；WEISE[10]研究了聯(lián)合耕整機作業(yè)功耗與前進速度的關(guān)系。國內(nèi)外學(xué)者在復(fù)式耕整機[11-15]和旋耕優(yōu)化研究[16-19]上取得了較多成果，但對扣垡作業(yè)研究較少。本文針對長江中下游稻油輪作區(qū)油菜直播作業(yè)時，因前茬水稻留茬高、秸稈量大而導(dǎo)致旋耕部件作業(yè)耕深淺、埋茬率低的問題，設(shè)計一種與油菜直播機配合，通過先抬、后扣的作業(yè)方式，實現(xiàn)高茬粘重土壤有序翻埋的扣垡裝置，并集成犁旋組合式油菜直播機，以期一次作業(yè)可完成秸稈翻埋、碎土平整、開畦溝、施肥、播種等作業(yè)工序。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作過程

1.1 總體結(jié)構(gòu)

犁旋組合式油菜直播機主要由扣垡裝置、旋耕裝置、開畦溝裝置、排種裝置和排肥裝置組成，如圖1所示?？圹已b置包括呈對稱布置的2組扣垡犁和安裝于中間位置的對稱翻垡犁，開畦溝裝置包括呈對稱布置的前后組合式鏵式犁，排種裝置選用離心式油菜精量排種器[20]。整機種床耕整主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 工作過程

犁旋組合式油菜直播機由輪式拖拉機提供動力，作業(yè)時，扣垡裝置通過呈對稱布置的2組扣垡犁和對稱翻垡犁完成橫向1 540 mm廂面土壤的翻埋、側(cè)邊扣垡、埋茬作業(yè)；旋耕裝置由PTO輸出動力，完成碎土、土壤側(cè)向輸送和平整廂面作業(yè)；由對稱布置在旋耕裝置兩側(cè)的開畦溝前犁完成兩側(cè)深耕和深耕盲區(qū)底層土壤的擾動，即減小深耕盲區(qū)作業(yè)和破土作業(yè)，開畦溝后犁作業(yè)形成完整畦溝；同步的排肥裝置排出肥料，完成施肥作業(yè)；排種裝置排出油菜種子，經(jīng)導(dǎo)種管投放至作業(yè)形成的種床。

圖1 犁旋組合式油菜直播機結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of plowing-rotating combined rapeseed direct seeding machine1.排種裝置 2.排肥裝置 3.旋耕裝置 4.主機架 5.三點懸掛 6.開畦溝后犁 7.開畦溝前犁 8.對稱翻垡犁 9.扣垡犁

表1 犁旋組合式油菜直播機種床耕整主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of seedbed tillage of plowing-rotating combined rapeseed direct seeding machine

2 關(guān)鍵部件設(shè)計與分析

2.1 扣垡犁

2.1.1扣垡犁曲面形成原理

鏵式犁翻垡過程大致分為滾垡和竄垡兩種形式，滾垡過程分為切土、抬垡和翻垡3個階段，但在高茬水稻秸稈工況下，其翻垡階段由于高茬水稻形成較強支撐，易造成回垡或立垡，難以完成土垡翻埋；竄垡方式作業(yè)時，土垡沿犁體曲面上竄到一定高度后懸空扣翻，高茬水稻秸稈工況下能實現(xiàn)土垡翻埋，但不規(guī)則土垡翻埋不利于下一步耕整作業(yè)[21]?；谕鳞覍捝畋冗_到翻轉(zhuǎn)后能處于穩(wěn)定狀態(tài)的要求，參考滾垡有序翻埋和竄垡高空扣翻的優(yōu)點，提出土垡先抬后扣的側(cè)邊扣垡工藝方案，設(shè)計一種能實現(xiàn)高茬水稻秸稈工況下側(cè)邊扣垡功能扣垡犁。

根據(jù)直紋曲面形成原理，扣垡犁犁體曲面如圖2所示。一空間母線AE沿著導(dǎo)線A-B-C-D，并按照單位向量變化規(guī)律(即與x軸夾角θ變化規(guī)律)，自下而上平行移動，形成犁體曲面。主要包括犁鏵、犁胸和犁翼3部分，犁鏵完成破土、抬垡功能，犁胸使土垡向斜上方初步翻轉(zhuǎn)和遷移，犁翼使土垡進一步翻轉(zhuǎn)和下落，最終完成土垡側(cè)邊扣垡作業(yè)。

圖2 扣垡犁犁體曲面形成原理圖Fig.2 Schematic of surface formation of bucking plow body1.犁鏵 2.犁胸 3.犁翼

2.1.2扣垡犁曲面參數(shù)分析與建模

扣垡犁犁體曲面的工作性能主要由導(dǎo)線、母線和單位向量變化規(guī)律決定。建立導(dǎo)線數(shù)學(xué)模型，如圖3所示。第1段AB選取直線，對應(yīng)犁鏵部分；第2段BC選取拋物線，其斜率逐漸變大，易于翻垡，對應(yīng)犁胸部分；第3段CD選取圓弧，其斜率增長較快，易于翻扣，對應(yīng)犁翼部分。取各段端點A(0，0)、B(x1，z1)、C(x2，z2)、D(x3，z3)，為使導(dǎo)曲線各段之間平滑過渡，過渡點斜率應(yīng)相同，取點B、C斜率為tanα、tanβ。

圖3 導(dǎo)線形狀與參數(shù)Fig.3 Guiding curve shape and parameters

導(dǎo)線參數(shù)方程為

(1)

式中k、b、c、d、h——常數(shù)

R——圓弧半徑，cm

由圖3幾何關(guān)系可得

(2)

式中l(wèi)AB——線段Ⅰ長度，cm

H1——曲線Ⅱ高度，cm

L1——曲線Ⅱ開度，cm

H2——曲線Ⅲ高度，cm

聯(lián)立方程(1)、(2)可得

(3)

由式(3)可知，導(dǎo)曲線參數(shù)方程由線段Ⅰ斜率tanα和長度lAB、曲線Ⅱ的高度H1和開度L1、曲線Ⅲ的高度H2決定。參考農(nóng)機設(shè)計手冊犁體曲面導(dǎo)曲線設(shè)計方法[22]，取入土角α為25°，lAB影響土垡提升高度，取15 cm，曲線Ⅱ開度L1取13.4 cm、高度H1取25.7 cm，曲線Ⅲ高度H2取10 cm，R取27.2 cm，代入式(3)求出常數(shù)k為0.47，b為3.75×10-2，c為0.40，d為6.14，h為20.87，得出導(dǎo)線參數(shù)方程。

扣垡犁用于油菜直播作業(yè)前的土壤翻埋，作業(yè)時不需形成完整的溝壁，通過土壤之間的相互撕扯形成不規(guī)則的矩形截面土垡，故扣垡犁設(shè)計寬度應(yīng)小于實際作業(yè)幅寬。E點坐標為(l0tanθ0cosα1，l0，l0tanθ0sinα1)，其中l(wèi)0為扣垡犁寬度，θ0為AE與AB夾角，結(jié)合實際田間試驗，取l0為20 cm，滿足橫向30 cm土垡扣垡作業(yè)，為提高犁鏵入土性能，θ0取45°，則θ1為50°。

為使土垡能較完全地扣垡，取θ角變化規(guī)律為逐漸減小，且犁胸位置減小較慢尾翼位置減小較快，如圖4所示，z0～z1段選取直線，z1～z3段選取拋物線，參數(shù)方程可表示為

(4)

式中a0——常數(shù)

圖4 夾角變化曲線Fig.4 Curve of angle change

已知θ1為50°，z1為lABsinα1，z3為42 cm，參考農(nóng)機設(shè)計手冊犁體曲面元線角設(shè)計方法，取Δθ為10°，因此θ3為40°，代入式(4)得a0為-7.9×10-3，故夾角θ在z1～z3段拋物線開口向下，形成犁胸至尾翼這部分空間曲面時，空間母線與犁體前進方向相反方向的夾角逐漸變小，且犁胸位置減小較慢，尾翼位置減小較快。

根據(jù)扣垡犁導(dǎo)線、母線和單位向量變化規(guī)律，制作犁體曲面樣件，加工試制扣垡犁。

2.1.3犁體曲面扣垡過程分析

土垡在犁體曲面上的運動過程十分復(fù)雜，為分析其翻垡過程，取連續(xù)垡條中一段開展研究，作如下假設(shè)：①把所取某階段土垡視做剛體，不考慮其內(nèi)力和變形。②土垡在犁體曲面上運動時緊貼曲面。③土垡截面近似視作矩形。

扣垡犁作業(yè)時，犁鏵破土形成矩形截面的土垡，經(jīng)犁鏵抬升后在犁胸位置初步翻轉(zhuǎn)和進一步抬升，最后經(jīng)尾翼翻扣，直至與犁體曲面脫離接觸，運動軌跡簡圖如圖5所示。當土垡在犁鏵上運動時，不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，土垡受力可合成至質(zhì)心位置，建立動力學(xué)方程

(5)

式中m——土垡質(zhì)量，kg

ax——土垡x軸方向加速度，m/s2

ay——土垡y軸方向加速度，m/s2

az——土垡z軸方向加速度，m/s2

N——犁鏵對土垡支持力，N

G——土垡自身重力，N

Ft——下方土垡對其擠壓力，N

Fs——上方土垡對其反作用力，N

f——犁鏵對土垡的摩擦阻力，N

圖5 土垡運動軌跡與犁鏵位置受力簡圖Fig.5 Schematic of track of motion of furrow slice and force of plowshare position

由式(5)可知，土垡在犁鏵上運動時，土垡y軸方向加速度為0，因此可得土垡受合力為

(6)

故土垡在犁鏵上運動時，所受合力與xz平面平行。土垡沿犁鏵以夾角α向水平面斜上方運動至犁胸位置，完成土垡上抬作業(yè)。

當土垡運動至犁胸位置，所受作用力為空間任意力系，不僅在外力作用下沿著犁胸向斜上方運動，同時會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其受力分析如圖6所示，并建立動力學(xué)方程

(7)

式中Nxz——犁鏵對土垡支持力在xz面分力，N

Ftxz——下方土垡對其擠壓力在xz面分力，N

Fsxz——上方土垡對其反作用力在xz面分力，N

fxz——犁鏵對土垡摩擦阻力在xz面分力，N

δ——土垡位置切線與x軸夾角，(°)

My——土垡繞y軸轉(zhuǎn)動的扭矩，N·m

la、lb、lc、ld——各受力相對質(zhì)心的力臂，m

圖6 土垡犁胸位置受力簡圖Fig.6 Schematic of force of furrow slice at position of plow chest

土垡在犁胸位置運動時，由于犁體曲面對土垡作用力合力方向不經(jīng)過質(zhì)心，土垡會產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。由圖6和式(7)可知，土垡所受作用力在xz平面上合力使土垡運動在xz平面分量表現(xiàn)為向斜上方運動，且產(chǎn)生繞y軸轉(zhuǎn)動力偶。由導(dǎo)線和單位向量與x軸夾角θ變化規(guī)律幾何關(guān)系可知，土垡在犁胸位置主要為沿犁胸向斜上方遷移和繞y軸轉(zhuǎn)動；由于土垡所受空間力系不平衡，土垡同時沿x、z軸產(chǎn)生一定翻轉(zhuǎn)。

當土垡運動至犁翼位置，犁面對土垡作用力方向改變，使土垡向下翻扣，其受力分析如圖7所示。

圖7 土垡犁翼位置受力簡圖Fig.7 Schematic of force of furrow slice at position of plow blade

土垡在犁翼位置運動時，由導(dǎo)線幾何性質(zhì)和單位向量與x軸夾角θ變化規(guī)律可知，導(dǎo)線為圓弧，且單位向量與x軸夾角θ減小逐漸加快，土垡運動主要為沿x軸轉(zhuǎn)動，直至與犁體曲面脫離接觸。

綜上可知，土垡在犁體曲面上的運動過程為先沿犁鏵以夾角α沿水平面斜上方運動至犁胸位置；然后土垡主要沿犁胸向斜上方遷移并繞y軸轉(zhuǎn)動，同時在x、z軸方向產(chǎn)生一定翻轉(zhuǎn)；土垡在犁翼位置主要表現(xiàn)為沿著x軸轉(zhuǎn)動，直至與犁體曲面脫離接觸，在自身重力作用下落地，完成翻轉(zhuǎn)作業(yè)，故設(shè)計的直紋曲面能實現(xiàn)土垡先上抬后翻扣的功能。

2.2 扣垡裝置

扣垡犁寬度為200 mm，耕作寬度為300 mm，對稱翻垡犁寬度為250 mm，耕作寬度為340 mm；扣垡裝置由對稱布置的2組扣垡犁和安裝于中間位置的對稱翻垡犁組成，相鄰的2個扣垡犁橫向中心安裝間距為300 mm，相鄰的扣垡犁和對稱翻垡犁橫向中心安裝間距為320 mm，而單個扣垡犁由于作業(yè)時兩側(cè)土壤撕扯，平均耕寬應(yīng)在300 mm以上，能避免漏耕，扣垡裝置理論作業(yè)幅寬為1 540 mm。作業(yè)時，安裝于前端的扣垡犁先將土垡翻埋至未耕地表，位于后側(cè)的扣垡犁將緊挨的土垡翻埋至前一犁體作業(yè)形成的槽溝，對稱翻垡犁將廂面中間未耕土垡對稱切割，并通過兩側(cè)犁體曲面將切割后兩土垡翻轉(zhuǎn)?？圹依缃Y(jié)構(gòu)示意圖如圖8a所示，對稱翻垡犁結(jié)構(gòu)示意圖如圖8b所示。

圖8 扣垡犁和對稱翻垡犁結(jié)構(gòu)示意圖Fig.8 Structural diagrams of symmetrical buckle plow1.扣垡犁犁柱 2.扣垡犁犁體曲面 3.扣垡犁犁鏵 4.對稱翻垡犁犁柱 5.對稱翻垡犁犁體曲面 6.對稱翻垡犁破土刃 7.對稱翻垡犁犁鏵

對稱翻垡犁作業(yè)時，土垡沿犁鏵向上運動，同時破土刃完成土垡對稱切割，減小土垡斷裂處土壤撕扯，避免因兩側(cè)土壤不均勻造成堵土；為避免夾土和秸稈拖拽，破土刃口垂直于水平面。對稱翻垡犁曲面由2個對稱的翻垡犁體曲面焊合脛刃線形成，單側(cè)犁體曲面設(shè)計采用水平直元線法，為使其具有較好的翻垡效果，犁體曲面設(shè)計為半螺旋型。

2.3 旋耕裝置與開畦溝裝置

扣垡裝置作業(yè)后廂面土壤呈對稱分布，且外側(cè)多中間少，旋耕裝置完成碎土作業(yè)的同時，需同步實現(xiàn)土壤向廂面內(nèi)側(cè)遷移的功能，達到廂面平整的目的。旋耕裝置作業(yè)時，單個旋耕刀片做余擺線運動，切削形成的垡塊向斜后方拋撒。旋耕刀輥采用雙頭螺旋排布方式，為實現(xiàn)旋耕刀輥使土壤向廂面內(nèi)側(cè)遷移的功能，提出一種同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)“倒U”形安裝方式，左刀輥安裝右彎刀，作業(yè)時切削垡塊向右后方拋撒，右刀輥安裝左彎刀，作業(yè)時切削垡塊向左后方拋撒，達到土壤向中間輸送的目的。

圖9 犁旋組合式油菜直播機旋耕裝置刀片排布示意圖Fig.9 Schematic of blade arrangement of rotary tillage device of plowing and rotary tillage combined rape seed direct seeder

旋耕裝置左右刀輥均為26把，同一回轉(zhuǎn)平面兩刀夾角取180°，旋耕刀采用雙頭螺旋排列方式，其中同一螺旋線軸向相鄰兩刀夾角為70°，刀座間距為70 mm；為減小深耕盲區(qū)對種床影響，同時提高土壤向內(nèi)側(cè)輸送能力，適當增大深耕盲區(qū)旋耕耕深，參考GB/T 5669—2017 《旋耕機械 刀和刀座》[23]，內(nèi)側(cè)刀片選?、騎245旋耕刀，外側(cè)刀片選取ⅡT260旋耕刀。犁旋組合式油菜直播機旋耕裝置刀片排布如圖9所示。

選取前后組合式開畦溝裝置[24]，主要由鏵式前犁和鏵式后犁組成?？圹已b置作業(yè)后，鏵式前犁完成畦溝破土、外側(cè)土垡翻垡和擾動，將外側(cè)土垡輸送至旋耕刀輥，同時減小種床未深耕盲區(qū)，旋耕裝置完成土壤細碎、平整和內(nèi)側(cè)輸送，鏵式后犁完成畦溝整形，形成適宜油菜播種的種床。

3 田間試驗

3.1 試驗條件與設(shè)備

為驗證設(shè)計的扣垡裝置功能和犁旋組合式油菜直播機作業(yè)性能，于2019年9月在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗基地開展扣垡犁單體試驗，于2019年10月在湖北省監(jiān)利縣華中農(nóng)業(yè)大學(xué)稻-油輪作全程機械化生產(chǎn)示范基地開展犁旋組合式油菜直播機作業(yè)性能試驗，以成熟應(yīng)用的且僅有旋耕裝置的2BFQ-8型油菜直播機[25](以下簡稱旋耕式油菜直播機)為對照。試驗田塊均常年采用稻-油輪作模式，土壤為偏黏性土，試驗前各田塊工況如表2所示。

表2 試驗田塊工況參數(shù)Tab.2 Working condition parameters of test field

扣垡裝置功能性試驗和犁旋組合式油菜直播機作業(yè)性能試驗配套動力分別為東方紅954型和東風(fēng)井關(guān)954型輪式拖拉機，試驗器材包括：直尺(500 mm)、卷尺(5 m)、磁性水平尺(三箭工具有限公司，精度0.002 9°)、土壤堅實度儀(浙江托普儀器有限公司，TJSD-750Ⅱ型，±0.5%)、土壤取樣環(huán)刀、干燥箱等。

3.2 試驗方法

扣垡裝置功能性試驗為扣垡犁單體在長江中下游高茬粘重地表扣垡效果的驗證，其中左側(cè)扣垡犁與右側(cè)扣垡犁呈對稱布置，中間保持合適安裝距離，避免左右兩扣垡犁作業(yè)時產(chǎn)生干涉，通過安裝于機架兩側(cè)限深輪控制扣垡犁作業(yè)深度。試驗前調(diào)節(jié)限深輪高度，使犁耕深度為180～200 mm；通過調(diào)節(jié)拖拉機擋位和手油門位置，使試驗臺架平均作業(yè)速度為2.5 km/h。試驗機組沿直線方向作業(yè)距離為40 m，取中間行程30 m為測量區(qū)域，每組試驗重復(fù)3次，參考GB/T 14225.3—93《鏵式犁試驗方法》，確定試驗以扣垡率為評價指標，土垡在翻轉(zhuǎn)后其殘茬表面與水平面夾角小于90°為扣垡，扣垡犁單體作業(yè)后扣垡率為

(8)

式中r——扣垡率，%L2——扣垡長度，m

L——測量區(qū)域長度，m

犁旋組合式油菜直播機作業(yè)性能試驗為對比研究犁旋組合式油菜直播機和旋耕式油菜直播機在長江中下游高茬水稻秸稈工況下種床耕整效果，犁旋組合式油菜直播機如圖10所示。犁旋組合式油菜直播機旋耕額定轉(zhuǎn)速為240 r/min，試驗前通過調(diào)節(jié)拖拉機上拉桿高度和液壓手柄位置保證犁耕作業(yè)深度為180～200 mm，旋耕深度為90～110 mm，調(diào)節(jié)拖拉機擋位和手油門位置保證整機平均作業(yè)速度為2.5 km/h；旋耕式油菜直播機旋耕額定轉(zhuǎn)速為270 r/min，耕深為80～120 mm，試驗前調(diào)節(jié)拖拉機擋位和手油門位置保證平均作業(yè)速度為2.5 km/h。試驗機組沿直線方向作業(yè)距離為40 m，取中間行程30 m為測量區(qū)域，每組試驗重復(fù)3次。參考NY/T 499—2013《旋耕機 作業(yè)質(zhì)量》、GB/T 5668—2008《旋耕機》和NT/Y 2709—2015《油菜播種機 作業(yè)質(zhì)量》，結(jié)合油菜種植農(nóng)藝要求，確定試驗以耕深及其穩(wěn)定性系數(shù)、廂面平整度、碎土率和秸稈埋覆率為評價指標。

圖10 試驗機具實物Fig.10 Physical map of test machine

3.3 試驗結(jié)果與分析

3.3.1扣垡犁單體田間功能性試驗

扣垡犁在高茬水稻秸稈工況下具有較好的扣垡效果，由表3可知，扣垡犁作業(yè)平均耕深在182～191 mm之間，平均扣垡率為93.41%，耕深穩(wěn)定性系數(shù)高于92%，能較好地實現(xiàn)高茬水稻秸稈扣垡功能；平均耕寬在300 mm以上，滿足扣垡犁耕寬設(shè)計要求，耕寬穩(wěn)定性系數(shù)在73.26%～81.65%之間，分析認為扣垡犁破土抬垡作業(yè)時通過土壤之間相互撕扯，不形成完整溝壁，實際耕寬大于扣垡犁設(shè)計幅寬，耕寬穩(wěn)定性系數(shù)較低是合理的。

表3 扣垡犁田間試驗結(jié)果Tab.3 Field test results of buckle plow

扣垡犁單體能較好地實現(xiàn)扣垡功能，故扣垡裝置具有較好的作業(yè)性能。

3.3.2整機田間對比試驗

犁旋組合式油菜直播機在高茬水稻秸稈工況下具有較好的種床耕整效果，田間作業(yè)效果如圖11所示；犁旋組合式油菜直播機和旋耕式油菜直播機耕深及其穩(wěn)定性系數(shù)、廂面平整度和碎土率均滿足油菜播種要求，作業(yè)后各評價指標見表4。

圖11 整機田間作業(yè)Fig.11 Field test of complete machine

由表4可知，在工況2、3下，犁旋組合式油菜直播機平均耕深分別為249、231 mm，相對旋耕式油菜直播機平均耕深分別提高了137、110 mm；秸稈埋覆率分別為90.35%、91.24%，相對旋耕式油菜直播機秸稈埋覆率分別提高了33.94、28.36個百分點。

在高茬水稻秸稈的工況下，旋耕式油菜直播機作業(yè)時旋耕刀先與地表秸稈接觸，由于水稻秸稈韌性強，旋耕刀無法有效切斷秸稈，影響其切削土壤能力，導(dǎo)致整機耕深和秸稈埋覆率較低。而犁旋組合式油菜直播機作業(yè)時，通過扣垡裝置埋覆秸稈，旋耕裝置細碎平整土壤，從而整機具有較好的作業(yè)深度和秸稈埋覆率。

表4 田間對比試驗結(jié)果Tab.4 Field comparison test results

綜上分析，在長江中下游稻油輪作高茬水稻秸稈工況下，犁旋組合式油菜直播機作業(yè)后耕深和秸稈埋覆率明顯優(yōu)于旋耕式油菜直播機，提高了作業(yè)功效和油菜種床耕整質(zhì)量，達到了油菜種床耕整要求[26]。

4 結(jié)論

(1)為提高油菜直播時的作業(yè)耕深和秸稈埋覆率，設(shè)計了一種通過先抬、后扣的作業(yè)方式，實現(xiàn)高茬粘重土壤有序翻埋的扣垡犁，并集成了與油菜直播機配合作業(yè)的扣垡裝置，研發(fā)了犁翻旋耕組合式油菜直播機。分析闡述了扣垡犁曲面形成原理，確定了其關(guān)鍵影響因素導(dǎo)線、元線角、母線的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建了土垡與扣垡犁力學(xué)模型，闡明了犁體曲面扣垡過程。

(2)扣垡犁單體田間功能性試驗表明：在高茬秸稈工況下，扣垡犁平均耕寬在300 mm以上，滿足扣垡犁耕寬設(shè)計要求；扣垡犁作業(yè)平均耕深在182～191 mm之間，平均扣垡率為93.41%，耕深穩(wěn)定性系數(shù)高于92%，能較好地實現(xiàn)高茬水稻秸稈的扣垡功能，扣垡裝置作業(yè)性能較好。

(3)在2種不同水稻秸稈工況下，兩機具作業(yè)質(zhì)量均滿足油菜播種要求；犁旋組合式油菜直播機平均耕深分別為249、231 mm，相對旋耕式油菜直播機平均耕深分別提高了137、110 mm；秸稈埋覆率分別為90.35%、91.24%，相對旋耕式油菜直播機秸稈埋覆率分別提高了33.94、28.36個百分點，耕整效果優(yōu)于僅有旋耕裝置的油菜直播機。