乘坐式履帶耕整機試驗分析

王圓明，宋樹民，湛小梅，劉汶樹，李亞麗，崔晉波

(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)機械研究所，重慶 401329)

0 引言

目前，國內(nèi)市場上耕作平臺有微耕機[1-3](功率不大于7.5kW)和拖拉機[4-6](功率大于30kW)。微耕機是意大利Benassi公司于20世紀(jì)90年代末研發(fā)制造的以小型柴油機或汽油機為動力的農(nóng)業(yè)機械，1997年被引入國內(nèi)，在國內(nèi)得到改進以適應(yīng)國內(nèi)復(fù)雜的地理地貌，特別是山地丘陵地區(qū)。2001年左右，國內(nèi)微耕機市場蓬勃發(fā)展，進入微耕機大發(fā)展時代，涌現(xiàn)了以重慶為主要設(shè)計、生產(chǎn)、銷售一體化產(chǎn)業(yè)鏈基地。拖拉機在國內(nèi)北方地區(qū)形成了很好的產(chǎn)業(yè)鏈，為推進我國平原地區(qū)平整地機械化貢獻(xiàn)了極大的智慧。

隨著國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展，勞動力短缺，微耕機的“解放了牛，累死了人”缺點愈發(fā)突出，并稱為“耕腿機”“咬人機”[7-9]。拖拉機由于其自身質(zhì)量和輪式結(jié)構(gòu)，不能滿足南方丘陵山地水田作業(yè)需求。與此同時，2010年之后微耕機行業(yè)開始面臨虧損，大量企業(yè)尋找突破未果從而轉(zhuǎn)型，因此微耕機的升級換代勢在必行。本文將介紹自主研發(fā)的乘坐式耕整機，具有勞動強度低、作業(yè)效率高、田間適應(yīng)性強及一機多用的特點，主要通過試驗對乘坐式履帶耕整機的關(guān)鍵指標(biāo)耕深[10-14]、碎土率[10-14]和耕后平整度[10-14]進行檢驗。

1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

耕整機采用平履帶結(jié)構(gòu)形式、皮帶張緊離合控制輸出、三點懸掛式機具掛接和液壓升降。耕整機主要由機架、行走離合手柄、耕作離合手柄、雙缸發(fā)動機、可調(diào)座椅、耕作升降控制手柄、三點懸掛、旋耕機具、耕作離合傳動、行走離合傳動和履帶底盤組成，其布局如圖1所示，性能參數(shù)如表1所示。其中，為了減輕整機質(zhì)量和增加經(jīng)濟性，旋耕機具采用側(cè)面鏈傳動方式。

1.機架 2.行走離合手柄 3.耕作離合手柄 4.雙缸發(fā)動機 5.可調(diào)座椅 6.耕作升降控制手柄 7.三點懸掛 8.旋耕機具 9.耕作離合傳動 10.行走離合傳動 11.履帶底盤 圖1 乘坐式履帶耕整機Fig.1 The riding type crawler tillage machine

1.2 工作原理

耕整機設(shè)有行走離合和耕作離合實現(xiàn)行走與耕作分離。耕作機選用3+1檔位變速箱(3個前進擋+1個后退擋)，滿足對旱地耕作、水田耕作與行走效率的要求。操作行走離合和變速箱實現(xiàn)耕作機的前進與后退。操作耕作離合使得旋耕離合傳動的皮帶張緊帶動耕作機具旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)耕地，同時與耕作升降控制手柄配合操作完成機具的升降。

表1 乘坐式履帶耕整機性能參數(shù)Table 1 Performance parameter of the riding type crawler tillage machine

2 試驗

試驗主要根據(jù)耕整機的耕深、碎土率及耕后平整度3個方面判定其性能。本次試驗在重慶進行，所選土塊為再生稻，倒茬高25～40cm，土壤含水率20%，按普氏土壤分類表其硬度1.1。

2.1 耕深測定

根據(jù)耕整機的測定標(biāo)準(zhǔn)[14]，制定耕深測定方法，沿耕整機前進方向，每隔2m左、右兩側(cè)各測定一個點并記錄，并測試耕深，計算耕深平均值，即

(1)

式中di—第i個行程的耕深平均值(cm)；

dij—第i個行程中的第j個行程的耕深值(cm)；

ni—第i個行程中的測定點數(shù)。

耕深標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和穩(wěn)定系數(shù)為

(2)

(3)

Ui=1-Vi

(4)

式中Si—第i個行程的耕深標(biāo)準(zhǔn)差(cm)；

Vi—第i個行程的耕深變異系數(shù)；

Ui—第i個行程的耕深穩(wěn)定性。

第1個工況：Ⅰ擋行走速度0.43km/h，純工作效率0.054hm2/h,其原始測量數(shù)據(jù)見表2，并進行數(shù)據(jù)分析整理。

表2 第1個工況耕深Table 2 The depth of the first condition cm

Ui=1-Vi=95.39%

第2個工況：Ⅱ擋行走速度0.92km/h, 純工作效率0.115hm2/h,其原始測量數(shù)據(jù)見表3，并進行數(shù)據(jù)分析整理。

表3 第2個工況耕深Table 3 The depth of the second condition cm

Ui=1-Vi=94.25%

由試驗可以清晰地看到：不管是Ⅰ擋還是Ⅱ擋耕深都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了15cm，滿足大部分農(nóng)作物對整地的要求。但由于旋耕機具采用的側(cè)面?zhèn)鲃樱瑐鲃觽?cè)耕深始終比非傳動側(cè)深1.9～2.5cm，這是由于耕作機具側(cè)面?zhèn)鲃硬豢杀苊獾牧觿荨?/p>

2.2 碎土率

農(nóng)藝上對碎土率要求是高于85%，根據(jù)耕整機的碎土率測定標(biāo)準(zhǔn)，制定其測定方法，在已耕地上測定0.5m×0.5m面積內(nèi)的全耕層土塊，以最大邊長lmax<4cm的土塊質(zhì)量占其總質(zhì)量的百分比，每個行程測定一個點，并記錄。第1個工況：Ⅰ擋行走速度0.43km/h，純工作效率0.054hm2/h,其原始測量數(shù)據(jù)如表4所示;第2個工況：Ⅱ擋行走速度0.92km/h, 純工作效率0.115hm2/h，其原始測量數(shù)據(jù)如表5所示。

由表4和表5可知：Ⅰ擋由于行走速度慢，其碎土效果明顯優(yōu)于Ⅱ擋；耕整機的碎土率穩(wěn)定在90%以上，滿足農(nóng)作物對碎土率的要求。

表4 第1個工況碎土率Table 4 The rate of broken soil of the first condition /cm

表5 第2個工況碎土率Table 5 The rate of broken soil of the first condition /cm

2.3 耕后平整度

農(nóng)藝上對耕后平整度旱地落差不超過8cm，水田落差不超過5cm。根據(jù)耕整機的耕后平整度測定標(biāo)準(zhǔn)，制定其測定方法，延垂直于機組前進方向，在地表最高點取一水平基準(zhǔn)線，在1個行程上取與耕寬一致的寬度，分成10等分，每個行程取3個測定，并記錄原始數(shù)據(jù)。第1個工況：Ⅰ擋行走速度0.43km/h，純工作效率0.054hm2/h,其原始測量數(shù)據(jù)如表6所示；第2個工況：Ⅱ擋行走速度0.92km/h, 純工作效率0.115hm2/h，其原始測量數(shù)據(jù)如表7所示。

表6 耕后平整度Table 6 The flatness after ploughing of the first condition cm

表7 耕后平整度Table 7 The flatness after ploughing of the first condition cm

由表6和表7求得在第1工況下，耕后平整度均值為2.70cm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.385;在第二工況下耕后平整度均值為3.74cm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.513。由此可知：耕后平整度旱地落差均不超過5cm，滿足農(nóng)藝要求；Ⅰ擋由于行走速度慢，其平整度效果明顯優(yōu)于Ⅱ擋。

3 結(jié)論

1)耕整機動力匹配合理，操作簡便符合人機工程。

2)耕深、碎土率和耕后平整度均滿足多數(shù)農(nóng)作物種植的農(nóng)藝要求。

3)在耕作黏度大的旱地使用Ⅰ擋進行耕作效果更為佳；對于水田使用Ⅱ擋，即可滿足農(nóng)藝上的要求也可以提高耕作效率，經(jīng)濟性好。

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