旋耕刀輥與機罩間隙對反轉(zhuǎn)滅茬作業(yè)質(zhì)量和功耗的影響

陳 偉，陳小兵，朱繼平，袁 棟，姚克恒

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京 210014)

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旋耕刀輥與機罩間隙對反轉(zhuǎn)滅茬作業(yè)質(zhì)量和功耗的影響

陳 偉，陳小兵，朱繼平，袁 棟，姚克恒

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京 210014)

通過試驗對比的方法，從間隙的垂直距離和水平距離角度，分析旋耕刀輥與彎折狀機罩間隙對反轉(zhuǎn)滅茬作業(yè)的驅(qū)動功耗、植被覆蓋率及土下埋茬的具體影響。研究結(jié)果表明：①間隙的垂直距離對機具作業(yè)功耗影響較為明顯，垂直距離a為65、75、85mm，水平距離b= 50mm時，功耗隨著a的增加而增大，增幅分別為3.9%、4.3%。②當(dāng)間隙垂直距離a為65、75、85mm，b為50mm及水平距離b為35、50、65mm，垂直距離a為75mm時，機具作業(yè)植被覆蓋率均超過96%。③間隙對土下埋茬情況影響較為突出，埋茬情況在間隙調(diào)整范圍內(nèi)變化幅度大，土下0～5cm內(nèi)的根茬占土下根茬總量的28.1%～62.4%。

反轉(zhuǎn)滅茬機；旋耕刀輥；機罩；間隙

0 引言

稻麥秸稈直接還田是減少秸稈隨意焚燒的有效途徑，為減少露天秸稈和根茬的露天焚燒，多數(shù)農(nóng)民會使用反轉(zhuǎn)滅茬類機具將秸稈、根茬埋入土下[1-4]。我國先后研制出多種秸稈還田類機具，加快了秸稈還田機械化進程[5-12]。影響機具還田作業(yè)效果的因素有很多，其中機罩對反轉(zhuǎn)滅茬類機具的作業(yè)質(zhì)量和功耗的影響不容忽視。機罩對機具作業(yè)的影響主要從兩個方面產(chǎn)生：①機罩的形狀；②機罩與刀輥之間的間隙。李伯全、陳翠英在機罩形狀對作業(yè)影響做出大量研究，表明曲面式機罩更有利于提高作業(yè)質(zhì)量，罩殼不同的安裝位置對作業(yè)效果有著不同的作業(yè)[13-14]。在實際生產(chǎn)過程中，因加工工藝和成本問題，更多的反轉(zhuǎn)滅茬類機具使用彎折狀的機罩，刀棍與罩殼的間隙則根據(jù)各自的經(jīng)驗設(shè)定。因此，本文針對彎折狀機罩，設(shè)計了一種刀輥與機罩間隙的調(diào)節(jié)裝置，通過改變機罩與刀輥的間隙并進行田間試驗，研究彎折狀機罩與刀輥間隙對反轉(zhuǎn)滅茬作業(yè)影響的具體情況。

1 試驗前期

1.1 試驗地基本條件

試驗在項目合作企業(yè)的幫助下進行，所選試驗地200m×25m，前茬作物是小麥，留茬高度在12～19.5cm范圍內(nèi)。試驗前，表面植被情況為1.11kg/m2，土壤質(zhì)地為壤土，絕對含水率為19.87%。土壤堅實度情況如表1所示。

表1 試驗地土壤堅實度

1.2 試驗機具設(shè)計

試驗所用拖拉機型號為CHERY RC-804-A，標(biāo)定功率59kW，動力輸出轉(zhuǎn)速760r/min，選用耕整機具為1GKF-200型反轉(zhuǎn)滅茬機，旋耕刀為IT245標(biāo)準刀，刀輥設(shè)計采用“人字排列”，共50把刀，如圖1所示。機罩與刀軸的間隙設(shè)計可調(diào)，如圖2所示。

旋耕刀排列方式主要是螺旋排列。因為螺旋線本身的輸送因素，在旋耕刀運動過程中會將被切削的土壤沿著螺旋方向運動，將單一螺旋排列打斷劃分為多區(qū)域的分散性螺旋排列，可提高螺旋的輸送效果，滿足不同農(nóng)藝的需求。這種將螺旋排列進行分區(qū)的排列，可以稱為“人字排列”。本次試驗針對的是反轉(zhuǎn)滅茬機，植被覆蓋是作業(yè)質(zhì)量重要指標(biāo)之一。如果刀輥采用單一螺旋排列方式，會導(dǎo)致被切削土壤向單側(cè)輸送，嚴重影響作業(yè)的植被覆蓋效果，也會影響作業(yè)后的土下埋茬分布，故采用“人字排列”。

圖1 50把刀人字排列

圖2為試驗中刀輥與機罩間隙的調(diào)節(jié)裝置，具體調(diào)整參數(shù)分為垂直距離和水平距離。其中，垂直距離設(shè)定為85、75、65mm，水平距離設(shè)定為35、50、65mm。

1.水平距離35mm調(diào)節(jié)孔 2.水平距離50mm調(diào)節(jié)孔 3.水平距離65mm調(diào)節(jié)孔 4.定位孔 5.機罩 6.刀輥回轉(zhuǎn)圓 7.定位橫板 8.垂直距離調(diào)節(jié)螺母 9.定位螺栓圖2 間隙調(diào)節(jié)機構(gòu)

a為機罩頂部與刀輥間隙的垂直距離；b為機罩前端與刀輥間隙的水平距離。

a的初始值設(shè)定為85mm，若要調(diào)整垂直距離，只需將調(diào)節(jié)螺母置于定位橫板與機罩之間；b的值由水平距離調(diào)節(jié)孔決定，只需將相應(yīng)距離的調(diào)節(jié)孔與定位孔對齊，再由定位螺栓固定。

根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果可知：反轉(zhuǎn)滅茬機機罩與刀輥的間隙水平距離b基本為35～70mm，垂直距離a為65～85mm。因此，設(shè)定了上述參數(shù)。

2 數(shù)據(jù)采集過程

2.1 試驗變量和指標(biāo)

試驗過程中(見圖3)，遵循單一變量的原則，間隙的垂直距離a變化時，水平距離b設(shè)定為50mm；間隙的水平距離b變化時，垂直距離a設(shè)定為75mm。a、b的每個變量均工作3個行程，取3行程中所測指標(biāo)的平均數(shù)進行分析。本試驗中，反轉(zhuǎn)滅茬作業(yè)質(zhì)量評價指標(biāo)為驅(qū)動功耗、植被覆蓋率及土下埋茬情況。

圖3 試驗過程

2.2 功耗測量

驅(qū)動功耗測量儀器由具有檢定資質(zhì)的第三方機構(gòu)校訂，可保證測量的準確性，如圖4所示。

2.3 植被覆蓋率計算

植被覆蓋率按照旋耕機械類國家標(biāo)準GBT5668-2088中的測量方法和計算方法進行測量，每個行程測量1點，則

(1)

Fb—植被覆蓋率(%)；

Wb—耕前植被平均值(g)；

Wh—耕后植被平均值(g)。

埋茬分布的數(shù)據(jù)由人工采集，每個行程1個點，測量范圍為1m2。具體步驟如下：①將測量范圍內(nèi)土下0～5cm內(nèi)的植被收集并稱重，記作M1；②將測量范圍內(nèi)土下植被收集并稱重，記作M；③按照公式(2)計算土下0～5cm內(nèi)的植被占的比重P。

(2)

圖4 功耗測試設(shè)備

3 結(jié)果分析

1)改變間隙的垂直距離a，水平距離b設(shè)定為50mm，結(jié)果如圖5～圖7所示。

圖5 驅(qū)動功耗

圖6 植被覆蓋率

圖7 埋茬分布

由圖5可知：刀輥與機罩間隙的水平距離b=50mm，垂直距離a發(fā)生變化時，機具的作業(yè)功耗呈上升趨勢，垂直距離a每增加10mm，作業(yè)功耗增幅分別為4.31%，3.92%。這說明，刀輥與機罩間隙的垂直距離對機具作業(yè)功耗的影響比較明顯。

由圖6可知：刀棍與機罩間隙水平距離b保持不變，垂直距離a發(fā)生變化時，機具作業(yè)后植被覆蓋率均超過96%，當(dāng)a=75mm時，植被覆蓋率略有降低。由此說明：在刀輥與機罩間隙的水平距離b=50mm的情況下，垂直距離a值取65～85mm時，機具植被覆蓋效果較好。

由圖7可知：刀輥與機罩間隙的水平距離b=50mm，垂直距離a發(fā)生變化時，土下0～5cm埋茬比重變化比較明顯；當(dāng)a=85mm時，0～5cm內(nèi)的根茬占土下根茬總量的28.1%，大部分根茬埋入5cm以下的區(qū)域。

根據(jù)上述3個指標(biāo)來分析刀輥與機罩間隙的垂直距離對反轉(zhuǎn)滅茬機作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)功耗的影響，可以看出：當(dāng)垂直距離a在65～85mm范圍內(nèi)、水平距離b=50mm時，作業(yè)功耗隨著垂直距離增大而增加；機具的植被覆蓋效果好；土下埋茬分布趨勢不規(guī)律，垂直距離a發(fā)生變化時，埋茬情況的變化幅度大。

2)改變間隙的水平距離b，垂直距離a設(shè)定為75mm，結(jié)果如圖8～圖10所示。

由圖8可知：當(dāng)?shù)遁伵c機罩間隙的垂直距離a為75mm、水平距離b為35～65mm時，驅(qū)動功耗沒有明顯變化。這說明，水平距離b在35～65mm范圍內(nèi)，機具作業(yè)功耗處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

由圖9可知：當(dāng)?shù)遁伵c機罩間隙的垂直距離a為75mm、水平距離b為35～65mm時，機具作業(yè)后的植被覆蓋率均超過96%，隨著水平距離的增加，植被覆蓋率有下降趨勢。

由圖10可知：當(dāng)?shù)遁伵c機罩間隙的垂直距離a為75mm、水平距離b為35～65mm時，土下0～5cm內(nèi)埋茬變化趨勢與開口向上拋物線相似，變化明顯。

根據(jù)上述3個指標(biāo)來分析刀輥與機罩間隙的水平距離距離對反轉(zhuǎn)滅茬機作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)功耗的影響，可以看出：當(dāng)水平距離b為35～65mm、垂直距離a=75mm時，機具的作業(yè)功耗值處于穩(wěn)定狀態(tài)；機具作業(yè)植被覆蓋率為96%～97.1%，覆蓋率高且穩(wěn)定；土下埋茬情況呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。

圖8 驅(qū)動功耗

圖9 植被覆蓋率

圖10 埋茬分布

4 結(jié)論

1)在設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)調(diào)整刀輥與機罩的間隙距離，機具的植被覆蓋率均超過96%。

2)垂直間隙a為65、75、85mm，水平間隙b為50mm時，對作業(yè)功耗的影響比較明顯，機具在設(shè)計制造時應(yīng)選擇合適的垂直距離值。

3)旋耕刀輥與機罩的間隙對土下埋茬影響比較明顯，隨著間隙的調(diào)整，埋茬情況變化幅度大。當(dāng)間隙垂直距離a為75mm、水平距離分別為50mm時，土下0～5cm內(nèi)的埋茬所占比重最少，更多的根茬埋在5cm以下，加快了根茬腐爛降解。

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Effect of Separation of Rotary Knife Roller and Cover Over on Work Quality and Power Consumption of Reversal Stubble Burying

Chen Wei, Chen Xiaobing, Zhu Jiping, Yuan Dong, Yao Keheng

(Nanjing research institute for agricultural mechanization ministry of agriculture， NanJing 210014, China)

According to comparative experiments, this paper has analyzed how the separation of rotary knife roller and the bending cover over the rotary knife roller make effect on power consumption、vegetation coverage and the stubble burying under soil of reversal stubble-clean from the view of the vertical distance and the horizontal distance of the separation. The result of research show that:①The vertical distance of clearance has an obvious influence on power consumption of the machine work. When the vertical distance is 65, 75, 85mm and the horizontal distance is 50mm, the power consumption increase in the growing rate of 3.9%, 4.3% with the increase of the vertical distance. ②When the vertical distance is 65, 75, 85mm while the horizontal distance is 50mm, and the horizontal distance is 35, 50, 65mm while the vertical distance is 75mm, the vegetation coverage is more than 96%.③The separation has an obvious on burying stubble and the situation of burying stubble has big changes within the adjustment scope of the separation, the stubble under the soil within 0-5cm make up 28.1%-62.4% of total stubble under soil.

reversal stubble-clean machine；rotary knife roller; cover over; separation

2016-05-04

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項( 201503119-02-01)

陳 偉(1988-),男，江蘇盱眙人，研究實習(xí)員，(E-mail) chenweiccbb@163.com。

陳小兵(1963-)，男，湖北仙桃人，研究員，(E-mail)1520092779@qq.com。

S222.3

A

1003-188X(2017)06-0193-05