李向軍 趙大勇 崔波 張成亮 吳家安

摘要：東北黑土保護(hù)區(qū)在春季進(jìn)行少耕播種時(shí)，存在秸稈覆蓋量大，秸稈處理難、根茬粗大等情況，導(dǎo)致種床清理不干凈，出現(xiàn)晾籽和機(jī)具堵塞等，為此設(shè)計(jì)一種主動(dòng)式種床整理裝置。通過對(duì)秸稈清理裝置、種床少耕裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)等核心部件進(jìn)行理論分析，得出相關(guān)結(jié)構(gòu)及位置參數(shù)，以撥草輪轉(zhuǎn)速n、作業(yè)速度v、回轉(zhuǎn)半徑r為試驗(yàn)影響因素，選取種床秸稈清理率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，經(jīng)軟件優(yōu)化可得：當(dāng)撥草輪轉(zhuǎn)速n為115r/min、作業(yè)速度v為3.5km/h、撥桿回轉(zhuǎn)半徑r為260mm時(shí)，種床秸稈清理率達(dá)到最優(yōu)為65.5%；在最佳參數(shù)組合下進(jìn)行田間驗(yàn)證，得出種床秸稈平均清理率為67.4%，與優(yōu)化結(jié)果基本一致，一次完成種床秸稈清理、種帶旋耕施肥、種床深松、播種鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)，該研究可為在東北壟作地區(qū)大面積推廣玉米少耕播種提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：玉米；保護(hù)性耕作；少耕播種；主動(dòng)式；防堵裝置；種床整理

中圖分類號(hào)：S222.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20955553 （2023） 07000108

Design and experiment of active seed bed arrangement device of cornless tillage sower

Li Xiangjun， Zhao Dayong， Cui Bo， Zhang Chengliang， Wu Jiaan

（Harbin Academy of Agricultural Sciences， Harbin， 150029， China）

Abstract：

In the northeast black soil protection area， there are many problems such as large amount of straw cover， difficult straw treatment and coarse stubble， which will lead to unclean seed bed cleaning， seed drying and machine clogging. Therefore， an active seed bed finishing device was designed in this paper. Through theoretical analysis of the core components such as the straw cleaning device， seed bed reduced tillage device， and transmission system， the relevant structural and position parameters were determined. Taking the rotation speed n of the straw pulling wheel， the operation speed v， and the turning radius r as the experimental influencing factors， with seed bed straw cleaning rate as the evaluation index， a three-factor and three-level orthogonal experiment was designed. The software optimization results show that when the rotating speed of the straw-pulling wheel n was 115r/min， the operating speed v was 3.5km/h， and the turning radius of the straw-pulling rod r was 260mm， the straw-cleaning rate of the seed bed reaches a maximum of 65.5%. Field validation under the optimal parameter combination confirms an average straw cleaning rate of 67.4%， consistent with the optimized results. This device enables seed bed straw cleaning， the seed belt rotary tillage， fertilization， seed bed deep loosening， sowing， and pressing. The study could provide a technical reference for promoting cornless tillage sowing in large northeast ridge culture areas.

Keywords：

corn; conservation tillage; less tillage sowing; active; anti-blocking device; seed bed arrangement

0 引言

東北黑土地是我國主要的糧食生產(chǎn)基地［1］，實(shí)施黑土地保護(hù)與利用，事關(guān)我國糧食安全與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［2］。長期以來由于黑土地過度開發(fā)利用，造成土壤嚴(yán)重退化，導(dǎo)致黑土層逐漸變薄，不僅阻礙農(nóng)業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn)，還嚴(yán)重破壞了生態(tài)安全［35］。2020年國家有關(guān)部門聯(lián)合印發(fā)《東北黑土地保護(hù)性耕作行動(dòng)計(jì)劃（2020—2025）》，黑土地會(huì)得到保護(hù)和利用。

東北四省屬于高寒地區(qū)，春季地溫較低，雨水較少，大多數(shù)農(nóng)民采用傳統(tǒng)的壟作方式進(jìn)行種植［6］，但在全量秸稈覆蓋地表的情況下，進(jìn)行免或少耕播種作業(yè)，會(huì)進(jìn)一步降低地溫，同時(shí)秸稈量大、秸稈處理難和根茬粗大等問題［7］，導(dǎo)致種床秸稈清理不潔出現(xiàn)土壤和秸稈混雜現(xiàn)象，播種時(shí)會(huì)出現(xiàn)晾籽和機(jī)具堵塞情況。目前國內(nèi)外免或少耕播種機(jī)的秸稈清理裝置主要采用切茬和分茬兩種類型，分茬主要是將種帶秸稈處理到非種帶區(qū)域，如凹形圓盤、分草鏟、撥指輪等［811］。這種清理裝置在秸稈量大時(shí)，分茬質(zhì)量不明顯，容易堵塞機(jī)具；切茬是將種帶秸稈進(jìn)行切斷，防止纏繞后續(xù)入土裝置［1215］。且大多采用被動(dòng)式，只能清理種帶秸稈且清理寬度有限，能切開根茬但不能粉碎根茬，存在通過性差和晾籽現(xiàn)象，嚴(yán)重影響播種作業(yè)質(zhì)量［16］。

針對(duì)上述現(xiàn)狀，結(jié)合東北黑土地的地域特點(diǎn)、土壤特征、種植習(xí)慣、氣候特征和保護(hù)性少耕播種的農(nóng)藝要求，研制一種玉米少耕播種機(jī)主動(dòng)式種床整理裝置，通過對(duì)秸稈清理裝置、種床少耕裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進(jìn)行理論分析，得出相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)；并以秸稈清理裝置為研究對(duì)象，分別選取試驗(yàn)影響因素和評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，優(yōu)化得出最佳參數(shù)組合后進(jìn)行田間試驗(yàn)驗(yàn)證，以期為東北一年一熟黑土保護(hù)區(qū)的玉米少耕播種技術(shù)與機(jī)具研究提供理論與技術(shù)支撐。

1 整體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

玉米少耕播種機(jī)主要由機(jī)架、鏈傳動(dòng)系統(tǒng)、吊掛架、施肥裝置、播種單體、土壤歸位裝置、種帶旋耕裝置、種床秸稈清理裝置、傘齒變速箱、深松鏟等組成。該機(jī)通過秸稈移位和種床少耕的方式，一次下地可完成種床秸稈清理、種帶旋耕施肥、種床深松、播種鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)。技術(shù)參數(shù)如表1所示，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

田間作業(yè)時(shí)，玉米秸稈經(jīng)粉碎后均勻覆蓋地表，拖拉機(jī)通過自身懸掛系統(tǒng)帶動(dòng)玉米少耕播種機(jī)進(jìn)行原壟作業(yè)；首先，通過秸稈清理裝置將種床秸稈撥至壟溝內(nèi)，在利用旋耕刀軸對(duì)清理后的種帶進(jìn)行旋耕；其次，利用深松裝置對(duì)種帶進(jìn)行深松作業(yè)；最后，利用播種單體進(jìn)行播種、施肥和鎮(zhèn)壓等作業(yè)。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 秸稈清理裝置

2.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該結(jié)構(gòu)由撥草輪、鏈輪箱、旋轉(zhuǎn)軸、鏈輪傳動(dòng)和錐齒輪箱等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

鏈輪箱位于種床正上方，兩個(gè)撥草輪與機(jī)具前進(jìn)方向夾角θ=45°，并呈交叉狀對(duì)稱安裝于鏈輪箱體兩側(cè)，田間作業(yè)時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)鏈傳動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力經(jīng)錐齒輪變向后傳遞給撥草輪，旋轉(zhuǎn)撥草輪通過撥桿將種床秸稈側(cè)向撥至壟溝內(nèi)，清理后的種帶非常干凈。根據(jù)東北壟作地區(qū)的壟形及保護(hù)性少耕作業(yè)的農(nóng)藝要求，該秸稈清理裝置的清理寬度為210mm，該清理寬度不僅能保證后續(xù)的種帶旋耕作業(yè)能夠順利進(jìn)行，還可提高地溫。

2.1.2 撥桿參數(shù)

撥桿是種床秸稈清理裝置的核心部件，其設(shè)計(jì)好壞會(huì)直接影響種床秸稈的清理效果［17］，如果直徑過細(xì)，作業(yè)時(shí)容易被壓彎，導(dǎo)致清桔不充分；如果直徑過粗，作業(yè)時(shí)雖不能變形，但動(dòng)土量較大，嚴(yán)重破壞原有壟形。所以本文在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定撥桿直徑d為6mm，其他相關(guān)參數(shù)如表2所示。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，撥桿上部設(shè)計(jì)一段扭簧，可有效地防止撥桿因受力過大而產(chǎn)生的變形。根據(jù)東北壟作地區(qū)的壟形及種床秸稈清理效果要求，確定合適的撥桿端點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑r=260mm。

2.1.3 撥草輪運(yùn)動(dòng)分析

建立如圖4所示的直角坐標(biāo)系，對(duì)撥草輪運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。

作業(yè)過程中，撥草輪與前進(jìn)方向夾角為θ，撥桿的頂端A點(diǎn)以角速度ω繞軸o做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還以作業(yè)速度v向前做水平運(yùn)動(dòng)，利用SolidWorks建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析可得，作業(yè)時(shí)撥桿頂端A點(diǎn)是以螺旋軌跡進(jìn)行的一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)。其中機(jī)具前進(jìn)方向?yàn)閤軸，垂直地面方向?yàn)閥軸，垂直前進(jìn)方向且平行于機(jī)具橫向?yàn)閦軸。

分析可得出撥桿頂端A點(diǎn)在三個(gè)平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖5、圖6、圖7所示。

由上述軌跡可得A點(diǎn)的位移方程，如式（1）所示。

x=vt+rcosωt·cosθ

y=rsinωt

z=rcosωt·sinθ

（1）

式中：

x——A點(diǎn)在x軸方向上的位移，m；

y——A點(diǎn)在y軸方向上的位移，m；

z——A點(diǎn)在z軸方向上的位移，m；

t——時(shí)間，s。

對(duì)A點(diǎn)的位移方程求一階導(dǎo)數(shù)，得到A點(diǎn)的速度方程，如式（2）所示。

x·=v-ωrsinθsinωt

y·=ωrcosωt

z·=-rωsinθsinωt

va=（x·2+y·2+z·2）

（2）

式中：

x·——A點(diǎn)在x軸方向上的速度，m/s；

y·——A點(diǎn)在y軸方向上的速度，m/s；

z·——A點(diǎn)在z軸方向上的速度，m/s；

va——A點(diǎn)速度，m/s。

對(duì)A點(diǎn)的位移方程求二階導(dǎo)數(shù)，得A點(diǎn)的加速度的方程，如式（3）所示。

x··=-ω2rsinθcosωt

y··=-ω2rsinωt

z··=-rω2sinθcosωt

a=x··2+y··2+z··2

（3）

式中：

x··——A點(diǎn)在x軸方向上的加速度，m/s2；

y··——A點(diǎn)在y軸方向上的加速度，m/s2；

z··——A點(diǎn)在z軸方向上的加速度，m/s2；

a——A點(diǎn)加速度，m/s2。

由式（1）～式（3）可知，清理裝置的工作幅寬與z軸上的位移相關(guān)，因此，撥桿的回轉(zhuǎn)半徑r、撥草輪的運(yùn)動(dòng)夾角θ和撥桿角速度ω是影響秸稈清理裝置側(cè)移效果的重要元素之一，其中撥桿端點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑r=260mm、撥草輪的運(yùn)動(dòng)夾角θ=45°、撥桿角速度ω=12.56rad/s。

2.2 種床少耕裝置

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

玉米是須根系，由胚根和節(jié)根組成。玉米根在土壤中分布主要集中在0～20cm，其特點(diǎn)是上部非常密集，下部較稀疏，整體呈蘿卜狀［18］。根據(jù)玉米根的物理性狀及生長特性，設(shè)計(jì)一種長短旋耕刀組合而成的種床少耕刀軸，如圖8所示，種床少耕刀軸由三組刀盤焊合而成，刀盤間距L為60mm，每組刀盤上均勻分布4個(gè)刀庫，相鄰刀盤夾角為45°。安裝旋耕刀時(shí)，中間刀盤安裝4把IT245型旋耕刀，呈左右對(duì)稱分布；兩邊刀盤各安裝4把IT225型旋耕刀，刀尖部分向內(nèi)側(cè)彎曲，便于耕后土壤回落到原種床位置。作業(yè)后土壤斷面呈T字形狀，完全符合玉米根部的生長需求。

2.2.2 刀具運(yùn)動(dòng)分析

刀具在切土過程中，先切下土垡，再將其向后拋出，撞擊整形罩殼后落回地表［19］。機(jī)具作業(yè)速度為vm，刀具以角速度為ω′連續(xù)對(duì)未耕地進(jìn)行松碎。以旋耕刀軸旋轉(zhuǎn)中心o為坐標(biāo)原點(diǎn)，機(jī)具前進(jìn)方向?yàn)閤軸，y軸正向垂直向下，建立如圖9所示的坐標(biāo)系。x′軸與刀庫幾何中心線平行，y′軸垂直于刀庫幾何中心線，p為旋耕刀具切土起始點(diǎn)，p′為旋耕刀具切土終止點(diǎn)，F(xiàn)x′為旋耕刀軸在x′軸上所受分力，F(xiàn)y′為旋耕刀軸在y′軸上所受分力。

旋耕刀切土起始角

α0=sin-1R-Hr0

（4）

式中：

R——旋耕刀回轉(zhuǎn)半徑，mm；

H——作業(yè)深度，mm；

r0——

旋耕刀切土起始點(diǎn)p與旋耕刀軸旋轉(zhuǎn)中心o的距離，mm。

旋耕刀切土終止角

α2=π2+πz（λ-1）

（5）

式中：

λ——旋耕速比。

刀庫幾何中心線與x軸正向的最小夾角

αmin=α0+α1

（6）

式中：

α1——

刀庫幾何中心線與旋耕刀切土起始點(diǎn)的夾角，（°）。

刀庫幾何中心線與x軸正向的最大夾角

αmax=α2+α3

（7）

式中：

α3——

刀庫幾何中心線與旋耕刀切土終止點(diǎn)的夾角，（°）。

旋耕刀軸在x軸方向受力均值

Fx—=1αmax-αmin∫αmaxαmin（-F1cosα+F2sinα）dα

（8）

式中：

F1——

旋耕刀軸在切土始點(diǎn)所受合力，N；

F2——

旋耕刀軸在切土終點(diǎn)所受合力，N。

旋耕刀軸在y軸方向受力均值

Fy—=1αmax-αmin∫αmaxαmin（-F1sinα+F2cosα）dα

（9）

旋耕刀軸所受合力方向角

α=tan-1Fy—Fx—

（10）

旋耕刀軸所受扭矩均值

T—=1αmax-αmin∫αmaxαmin-Tdα

（11）

式中：

T——旋耕刀軸所受扭矩，N·m。

旋耕刀軸所受合力

F—=Fx—2+Fy—2

（12）

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)

拖拉機(jī)后輸出軸通過傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞給傘齒中間箱，動(dòng)力經(jīng)傘齒中間箱減速并變向輸出給兩側(cè)鏈輪，兩側(cè)鏈輪經(jīng)過一級(jí)變速后，將動(dòng)力分為兩部分，一部分經(jīng)過三級(jí)減速后將動(dòng)力傳遞給撥草輪，驅(qū)動(dòng)撥草輪進(jìn)行種床秸稈清理作業(yè)；另一部分經(jīng)過一級(jí)減速后將動(dòng)力傳遞給種床少耕刀軸，驅(qū)動(dòng)種床少耕刀軸進(jìn)行種床旋耕整理作業(yè)。具體傳動(dòng)過程如圖10所示。

由圖10可以得出撥草輪的總傳動(dòng)比ib和旋耕刀軸的總傳動(dòng)比id，如式（13）所示。

ib=i1i2i3i4i5

id=i1i2i6

（13）

式中：

i1——

傘齒中間箱傳動(dòng)比，為錐齒輪齒數(shù)反比；

i2——

撥草輪和旋耕刀軸的一級(jí)傳動(dòng)比，為鏈輪齒數(shù)反比；

i3——

撥草輪的二級(jí)傳動(dòng)比，為鏈輪齒數(shù)反比；

i4——

撥草輪的三級(jí)傳動(dòng)比，為鏈輪齒數(shù)反比；

i5——

撥草輪的四級(jí)傳動(dòng)比，兩個(gè)錐齒輪齒數(shù)相等，取i5=1；

i6——

撥草輪的二級(jí)傳動(dòng)比，為鏈輪齒數(shù)反比。

撥草輪的轉(zhuǎn)速nb和旋耕刀軸的轉(zhuǎn)速nd的計(jì)算如式（14）所示。

nb=nPTO/ib

nd=nPTO/id

（14）

參照現(xiàn)有旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速，本種床旋耕刀軸轉(zhuǎn)速需要達(dá)到175r/min，取拖拉機(jī)PTO常用轉(zhuǎn)速nPTO=540r/min，根據(jù)功率與轉(zhuǎn)速消耗關(guān)系，由式（13）和式（14）合理分配傳動(dòng)比，可得i1=1.4、i2=1.9、i3=1.5、i6=1.2，最后根據(jù)種帶秸稈清理作業(yè)效果，確定撥草輪轉(zhuǎn)速nb=120r/min，經(jīng)計(jì)算得出i4=1.13。

3 試驗(yàn)條件與方法

3.1 試驗(yàn)條件

根據(jù)DB23/T 2768—2020《黑土地保護(hù)性耕作技術(shù)規(guī)范》和NY/T 1143—2006《播種機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》對(duì)該裝置進(jìn)行田間試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)位于哈爾濱市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物繁育中心，土壤為黑質(zhì)黏土、含水率為21%、堅(jiān)實(shí)度為2.2MPa。玉米秸稈經(jīng)上一年機(jī)械收獲后進(jìn)行一次秸稈粉碎，要求進(jìn)地車輛不破壞原有壟形，留茬高度≤10cm，秸稈粉碎長度≤10cm，粉碎后的秸稈呈撕裂狀，并均勻覆蓋地表。

3.2 試驗(yàn)方法

為保證后續(xù)播種作業(yè)的順利進(jìn)行以及后期農(nóng)作物的長勢(shì)好壞，玉米少耕播種機(jī)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是種帶秸稈清理效果，能否為播種施肥提供一個(gè)良好的種床環(huán)境［20］。種床整理得當(dāng)，不僅播種作業(yè)通過性好，還能滿足農(nóng)作物后期的生長要求，達(dá)到增產(chǎn)目的，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)性耕作。

因此，本試驗(yàn)以秸稈清理裝置為主要研究對(duì)象，試驗(yàn)選取撥草輪轉(zhuǎn)速（撥草輪的回轉(zhuǎn)速度）、作業(yè)速度（秸稈清理裝置的前進(jìn)速度）和回轉(zhuǎn)半徑（撥桿端點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑）為影響因素，以種床秸稈清理率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行三因素三水平中心組合試驗(yàn)，利用Design-Expert軟件進(jìn)行分析。因素水平編碼見表3。

3.3 試驗(yàn)指標(biāo)

根據(jù)種床整理的農(nóng)藝要求，本試驗(yàn)以種床秸稈清理率為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析。

種床秸稈清理率

Fb=Wq－WhWq×100%

（15）

式中：

Wq——未耕種床秸稈質(zhì)量平均值，g；

Wh——已耕種床秸稈質(zhì)量平均值，g。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

以撥草輪轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度、回轉(zhuǎn)半徑這三個(gè)因素水平編碼值為自變量，以種帶秸稈清理率為響應(yīng)指標(biāo)的試驗(yàn)方案及結(jié)果，如表4所示。

4.2 試驗(yàn)分析

利用Design-Expert軟件對(duì)表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得出秸稈清理率的方差分析結(jié)果，如表5所示。對(duì)表5的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，建立響應(yīng)指標(biāo)對(duì)影響因素的二次多元回歸方程

y=

62-11x1+12.75x2+0.5x3+7.38x12-1.12x22-0.63x32-3.25x1x2-1.75x1x3+1.25x2x3

（16）

由表5回歸診斷顯示方程的擬合度好，模型顯著，有實(shí)際意義，可用于預(yù)測秸稈清理率。由方差分析結(jié)果可知，因素x1、x2和x12在置信水平α=0.01時(shí)對(duì)秸稈清理率的影響極顯著，因素x1x2在置信水平α=0.05時(shí)極顯著，其他因素不顯著。各因素對(duì)秸稈清理率顯著性的影響依次為撥草輪轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度和回轉(zhuǎn)半徑。

4.3 響應(yīng)曲面分析

根據(jù)表5分析結(jié)果，應(yīng)用響應(yīng)曲面法分析各個(gè)影響因素對(duì)秸稈清理率的影響，在回歸模型中，將三因素中的任一因素固定在零水平，分析其他因素對(duì)秸稈清理率的交互作用，各因素對(duì)秸稈清理率的響應(yīng)曲面如圖11所示。

由圖11（a）可知，在回轉(zhuǎn)半徑為280mm的條件下，將撥草輪轉(zhuǎn)速固定在某一水平時(shí)，秸稈清理率隨著作業(yè)速度的增加而提高；將作業(yè)速度固定在某一水平時(shí)，秸稈清理率隨著撥草輪轉(zhuǎn)速的增加先降低后提高。在作業(yè)速度和撥草輪轉(zhuǎn)速對(duì)秸稈清理率影響的交互作用中，撥草輪轉(zhuǎn)速對(duì)秸稈清理率的影響比作業(yè)速度顯著。

由圖11（b）可知，在作業(yè)速度為4km/h的條件下，將撥桿數(shù)量固定在某一水平時(shí)，秸稈清理率隨著撥草輪轉(zhuǎn)速的增加先降低后提高；將撥草輪轉(zhuǎn)速固定在某一水平時(shí)，秸稈清理率隨著回轉(zhuǎn)半徑的增加而降低。在回轉(zhuǎn)半徑和撥草輪轉(zhuǎn)速對(duì)秸稈清理率影響的交互作用中，撥草輪轉(zhuǎn)速對(duì)秸稈清理率的影響比回轉(zhuǎn)半徑顯著。

由圖11（c）可知，在撥草輪轉(zhuǎn)速為100r/min條件下，將回轉(zhuǎn)半徑固定在某一水平時(shí)，秸稈清理率隨著作業(yè)速度的增加而提高；將作業(yè)速度固定在某一水平時(shí)，秸稈清理率基本保持不變。在作業(yè)速度和回轉(zhuǎn)半徑對(duì)秸稈清理率影響的交互作用中，作業(yè)速度對(duì)秸稈清理率的影響比回轉(zhuǎn)半徑顯著。

4.4 參數(shù)優(yōu)化

為獲得條帶式種床清理裝置的最佳參數(shù)組合，利用Design-Expert對(duì)上述建立的回歸模型進(jìn)行優(yōu)化求解，以評(píng)價(jià)指標(biāo)種帶秸稈清理率最大值為目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)如下。

maxy（x1，x2，x3）

80r/min≤x1≤120r/min

3km/h≤x2≤5km/h

260mm≤x3≤300mm

（17）

優(yōu)化得到3個(gè)試驗(yàn)因素參數(shù)值分別為：撥草輪轉(zhuǎn)速為115r/min，作業(yè)速度為3.5m/s，回轉(zhuǎn)半徑為260mm，此時(shí)種床清理率為65.5%達(dá)到最佳。

4.5 田間驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述試驗(yàn)在最佳因素水平組合下種床清理裝置的可靠性，重復(fù)進(jìn)行5次試驗(yàn)，田間作業(yè)試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

由表6可知，種床秸稈平均清理率為67.4%，能夠清理種床區(qū)域大部分秸稈。通過后期出苗情況來看，出苗率達(dá)到92%，符合黑土地保護(hù)性耕作技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)及農(nóng)作物的農(nóng)藝要求，實(shí)現(xiàn)了玉米秸稈在粉碎后全量覆蓋地表的前提下進(jìn)行種床整理，為后期播種施肥作業(yè)提供一個(gè)比較干凈的種床環(huán)境。

5 結(jié)論

1）? 東北壟作區(qū)在少耕播種時(shí)，存在地溫底、秸稈覆蓋量大和根茬難以處理等問題，針對(duì)現(xiàn)有秸稈清理裝置不僅清理效果不好，導(dǎo)致播種時(shí)易堵塞，而且秸稈清理寬度較窄，不能有效提高地溫，影響后期產(chǎn)量等問題，設(shè)計(jì)一款適用于玉米壟作區(qū)的少耕播種種床整理裝置，得出撥桿的回轉(zhuǎn)半徑r為260mm、撥草輪的運(yùn)動(dòng)夾角θ為45°、撥桿角速度ω為12.56rad/s，該裝置采主動(dòng)方式將原壟臺(tái)秸稈清理至壟溝內(nèi)，清理寬度為210mm；利用種床少耕裝置對(duì)壟臺(tái)進(jìn)行帶狀旋耕，過程中不破壞原有壟形，清理寬度大且清理非常干凈，不僅有效提高地溫，且解決播種時(shí)易發(fā)生堵塞問題。該裝置一次下地可完成多項(xiàng)作業(yè)，減少機(jī)車下地次數(shù)，而且使秸稈覆蓋壟溝內(nèi)，起到蓄水保墑和阻礙雜草叢生的作用。

2）? 通過對(duì)關(guān)鍵部件的運(yùn)動(dòng)分析，找出影響秸稈清理裝置的重要因素，選取撥草輪轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度和回轉(zhuǎn)半徑為影響因素，以種床秸稈清理率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過試驗(yàn)分析得出，在撥草輪轉(zhuǎn)速為115r/min、作業(yè)速度為3.5km/h、回轉(zhuǎn)半徑為260mm時(shí)秸稈清理率為65.5%達(dá)到最優(yōu)，通過田間驗(yàn)證，秸稈清理率為67.4%，與優(yōu)化結(jié)果基本一致，符合玉米少耕播種要求。

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