1ZL-7.2型聯(lián)合整地機(jī)的研制

張魯云 楊懷君 王子龍 劉進(jìn)寶

摘要? 整地作業(yè)可將犁耕后的土壤進(jìn)行碎土、平整，為播種環(huán)節(jié)創(chuàng)造良好的作業(yè)條件，聯(lián)合整地機(jī)在新疆已被廣泛應(yīng)用。近年來(lái)大中馬力拖拉機(jī)保有量逐年增加，為提高整地作業(yè)幅寬和效率，研制了一款與大馬力拖拉機(jī)相配套的聯(lián)合作業(yè)機(jī)，開(kāi)發(fā)了新型合金材料的耐磨耙片。作業(yè)幅寬為7.2 m，機(jī)架可以進(jìn)行折疊便于運(yùn)輸。田間試驗(yàn)表明，該型機(jī)具作業(yè)效果良好，故障率低，操作簡(jiǎn)單、方便。

關(guān)鍵詞? 圓盤耙組；鎮(zhèn)壓碎土；聯(lián)合整地；智能裝備

中圖分類號(hào)? S222.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A? 文章編號(hào)? 0517-6611（2024）01-0199-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.044

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Design Test of 1ZL-7.2 Combined Preparation Machine

ZHANG Lu-yun，YANG Huai-jun， WANG Zi-long et al

（Machinery and Equipment Institute of Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation Sciences， Shihezi， Xinjiang 832000）

Abstract? The whole ground operation can break soil and smooth the plough soil， create good working conditions for the sowing link， the combined preparation machine is widely used in Xinjiang. In recent years， with the quantity of the large and middle horsepower tractors increasing year by year， in order to improve the width and efficiency of the whole operation， a width combined preparation machine of large horsepower tractors has been developed， a new type of wear-resistant rake blade made of alloy material has been developed. The width of the machine is 7.2 m and the frame can be folded for easy transportation. The field test shows that the operation effect is good， the failure rate is low， and the operation is simple.

Key words? Disk rake blade group;Suppress crush soil;Combined preparation land;Intelligent equipment

基金項(xiàng)目? 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)財(cái)政科技計(jì)劃項(xiàng)目（2021DB011）。

作者簡(jiǎn)介? 張魯云（1972—），男，新疆石河子人，高級(jí)工程師，碩士，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造研究。* 通信作者，副研究員，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用推廣與理論研究。

收稿日期? 2023-01-16

土壤耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的增產(chǎn)措施，我國(guó)人口眾多，優(yōu)質(zhì)耕地面積相對(duì)較少。現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展尤為迫切的任務(wù)是利用有限的耕地資源，建立節(jié)能高效的耕作模式，科學(xué)高效使用耕地，最大限度提高耕地的綜合生產(chǎn)能力［1-3］。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，耕整地是一道必不可少的作業(yè)工序，可以有效改善土壤種植環(huán)境，使表層土壤細(xì)碎、地表平整，實(shí)現(xiàn)耕作土壤上層松軟、下層緊密，為作物播種創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境與土壤條件。由于翻耕之后土垡間存在大量的孔隙，土壤的松碎程度與地面的平整度還不能滿足作物播種和栽植的要求，所以必須進(jìn)行整地，為作物發(fā)芽和生長(zhǎng)創(chuàng)造較好的條件。由于新疆普遍采用鋪膜鋪管種植方式，對(duì)地表平整度要求較高，而聯(lián)合整地作業(yè)機(jī)具有良好的整地作業(yè)功能，因此在新疆地區(qū)應(yīng)用廣泛。

聯(lián)合整地機(jī)具有良好的作業(yè)適應(yīng)性、良好的平整地與碎土功能、阻力較小、作業(yè)效率高等特點(diǎn)。目前，新疆大馬力的拖拉機(jī)保有量在逐年遞增，農(nóng)戶對(duì)大型聯(lián)合整地機(jī)產(chǎn)生了迫切需求。為此，筆者通過(guò)借鑒與技術(shù)改進(jìn)，研制了一款新型可折疊的寬幅聯(lián)合整地作業(yè)機(jī)。

1? 整機(jī)結(jié)構(gòu)

1.1? 總體結(jié)構(gòu)

1ZL-7.2型聯(lián)合整地機(jī)主要由牽引架、機(jī)架、缺口耙組、圓盤耙組、地輪、碎土輥、鎮(zhèn)壓輥和液壓折疊部分等組成［4-5］，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中機(jī)架分左、中、右3部分，左機(jī)架和右機(jī)架通過(guò)液壓油缸作用向中間機(jī)架進(jìn)行折疊，整機(jī)部件采用對(duì)稱式設(shè)計(jì)。機(jī)架上從前向后依次設(shè)置有缺口耙組、圓盤耙組、行走地輪、碎土輥和鎮(zhèn)壓輥，作業(yè)環(huán)節(jié)依次為切土、翻土、平地、碎土和鎮(zhèn)壓，其中耙組進(jìn)行切土和翻土作業(yè)，刮土板和碎土輥進(jìn)行地表平整及碎土作業(yè)，鎮(zhèn)壓輥進(jìn)行地表鎮(zhèn)壓作業(yè)。

1.2? 工作原理

該機(jī)作業(yè)時(shí)由拖拉機(jī)提供動(dòng)力，與拖拉機(jī)掛接方式為半懸掛，配套動(dòng)力采用120 kW以上輪式拖拉機(jī)，適用于對(duì)犁耕后的土壤作業(yè)。作業(yè)時(shí)將左右機(jī)架通過(guò)液壓油缸作用展開(kāi)調(diào)平，將行走地輪升起，使耙組入土。運(yùn)輸時(shí)將左右機(jī)架進(jìn)行折疊，落下行走地輪，使耙組具有一定的離地高度。

1.3? 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)指標(biāo)如下：

外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高，mm）：6 530×7 240×1 452（6 530×4 200×2 760折疊）；

配套動(dòng)力≥120 kW；

作業(yè)幅寬為7.2 m；

耙組偏角：3°、6°、9°、11°、13°；

運(yùn)輸間隙≥300 mm；

作業(yè)速度6～12 km/h；

工作深度50～100 mm；

耙片直徑510 mm；

耙片間距174 mm。

2? 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1? 耙片結(jié)構(gòu)

球面型圓盤耙具有良好的切土、松土與碎土效果［6］，其中耙片的直徑與偏角是影響工作性能的重要參數(shù)，偏角較小時(shí)入土困難，偏角較大可提升耙片的入土和翻土效果，但會(huì)導(dǎo)致耙片所占空間有所增加，使得結(jié)構(gòu)龐大。因此，在設(shè)計(jì)選型耙片結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)新疆典型的土壤條件進(jìn)行多次試驗(yàn)，最終確定了耙片最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（圖2、圖3）。

2.2? 耙片加工工藝

耙片性能指標(biāo)和使用壽命影響因素主要是原材料和生產(chǎn)制造工藝［7-9］。該機(jī)具安裝的耙片原材料為自主研發(fā)并訂制生產(chǎn)的，具有良好的加工性能和較高的強(qiáng)韌性指標(biāo)；耙片的生產(chǎn)工藝是決定產(chǎn)品外形尺寸和性能指標(biāo)的關(guān)鍵。通過(guò)分析多年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出了影響耙片加工工藝的主要因素有：部件表面的氧化程度、熱變形規(guī)律、淬火溫度、淬火冷卻速度及模具運(yùn)行速率等。筆者根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定了加工工藝的基本流程：板材裁切—機(jī)加工外緣刃—沖內(nèi)孔—沖缺口—加熱—熱壓成形、淬火—回火—表面清理—噴漆—包裝入庫(kù)。

耙片加工工藝的核心技術(shù)是熱沖壓成形-淬火一體化。沖壓成形模具由高導(dǎo)熱的銅合金制造而成，且模具內(nèi)部分布冷卻水槽。壓制時(shí)，加熱到奧氏體化溫度之上的鋼板被迅速放入模具中，模具上型立即下壓合模，熱態(tài)下對(duì)板材沖壓成形，此時(shí)板材熱量經(jīng)高導(dǎo)熱的銅合金模具導(dǎo)出，并被冷卻水帶走，板材的溫度迅速被冷卻到馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）以下，冷卻速度不低于30 K/s，高于合金原材料的臨界冷卻速度，鋼板在成形模具內(nèi)完成淬火；耙片經(jīng)回火處理后獲得晶粒尺寸均勻的回火馬氏體組織（圖4）。采用該工藝生產(chǎn)的圓盤耙，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1 800 MPa以上，硬度≥52HRC，沖擊韌性值（ak）在25 J/cm2以上，性能遠(yuǎn)優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)大量使用的65 Mn耙片，且耙片的尺寸精度高，產(chǎn)品一致性好。

2.3? 平地及碎土裝置結(jié)構(gòu)

平整地裝置主要由刮土板、碎土輥和鎮(zhèn)壓輥組成［10］，刮土板由平土杠和碎土釘齒構(gòu)成，通過(guò)彈簧仿形機(jī)構(gòu)與機(jī)架連接，作業(yè)時(shí)可將雜草及作物秸稈等壓入土中，具有較好的通過(guò)性。碎土輥由一組齒形板圓周排列構(gòu)成，整體部件結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中碎土輥直徑和齒形板個(gè)數(shù)與作業(yè)效果有明顯的關(guān)系，直徑越小，作用土壤時(shí)間越短，滑移系數(shù)較大，易產(chǎn)生拖土壅土現(xiàn)象。根據(jù)阻力與直徑成反比的原理，最小直徑應(yīng)滿足以下條件：

D≥2a1-cosα（1）

式中：D為碎土輥直徑（mm）;a為作業(yè)深度（mm）；α為翻轉(zhuǎn)角度（°）。

為保證作業(yè)質(zhì)量與過(guò)程順暢，α取15°。經(jīng)計(jì)算，碎土輥直徑為460 mm。

3? 田間試驗(yàn)

3.1? 使用調(diào)整

作業(yè)前將牽引架與拖拉機(jī)進(jìn)行掛接，掛接后調(diào)整拖拉機(jī)左、右提升桿長(zhǎng)度相等，調(diào)平主梁，使整機(jī)處于水平，保證作業(yè)時(shí)機(jī)架與地面之間處于平行狀態(tài)。若不平行，通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)絲桿的長(zhǎng)度將整機(jī)調(diào)平，調(diào)好后將左右拉桿鎖定，保證整機(jī)作業(yè)時(shí)不產(chǎn)生左右擺動(dòng)現(xiàn)象。

作業(yè)前檢查各軸承保證注入潤(rùn)滑脂，檢查連接件的完好程度，根據(jù)作業(yè)土壤的實(shí)際情況與作業(yè)深度要求，調(diào)節(jié)耙組至合適的作業(yè)角度。根據(jù)調(diào)整后的作業(yè)深度調(diào)節(jié)碎土輥加壓彈簧，使碎土輥至合適的作業(yè)高度。

3.2? 田間作業(yè)效果

該機(jī)型適用于犁耕作業(yè)后土壤的碎土、松土、鎮(zhèn)壓，以及作物播種前的平地、碎土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)工序，該機(jī)在新疆石河子市東阜城鎮(zhèn)、炮臺(tái)鎮(zhèn)等地進(jìn)行了推廣應(yīng)用，使用過(guò)程操作方便，故障率低，作業(yè)效果良好，滿足設(shè)計(jì)要求（圖6）。

3.3? 耙片耐磨性試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證耙片的合理性與準(zhǔn)確性，以耐磨性作為指標(biāo)，將耐磨耙片與傳統(tǒng)65 Mn耙片進(jìn)行

對(duì)比試驗(yàn)，如圖7所示。2021年4月在新疆北屯市183團(tuán)

開(kāi)展耙片性能試驗(yàn)，試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為砂土，前茬作物為籽用瓜，作業(yè)面積50 hm2。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，耐磨耙片質(zhì)量損失要小于傳統(tǒng)65 Mn耙片，耐磨層對(duì)耙片的磨損保護(hù)起積極作用。

4? 機(jī)具主要特點(diǎn)

1ZL-7.2型聯(lián)合整地機(jī)耙片均采用特殊訂制的合金鋼材料，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化一體成形技術(shù)處理后，具有良好的強(qiáng)度和韌性指標(biāo)，耐磨性優(yōu)良；液壓控制的折疊機(jī)構(gòu)和地輪升降機(jī)構(gòu)操作方便，作業(yè)狀態(tài)與運(yùn)輸狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程可靠；機(jī)具作業(yè)時(shí)調(diào)整方便，便于保養(yǎng)維修，作業(yè)時(shí)只需調(diào)整牽引架、耙片偏角和碎土鎮(zhèn)壓裝置的加壓彈簧，即可調(diào)整至合適的作業(yè)狀態(tài)；通過(guò)仿形機(jī)構(gòu)與加壓彈簧的作用，平土及鎮(zhèn)壓效果較好，可將秸稈壓入土壤中，并且表現(xiàn)出較好的碎土效果。

5? 結(jié)論與討論

（1）1ZL-7.2型聯(lián)合整地機(jī)采用多種功能部件聯(lián)合作業(yè)［11］，減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工序和拖拉機(jī)進(jìn)地次數(shù)，減輕了機(jī)械對(duì)土壤的壓實(shí)，提高了工作效率。作業(yè)之后地表平整度高，形成良好的種床結(jié)構(gòu)，為后續(xù)鋪設(shè)滴灌帶、鋪膜播種、種子出苗和作物生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造了一個(gè)良好的生態(tài)環(huán)境。

（2）與國(guó)外同類先進(jìn)機(jī)型相比，該型機(jī)還存在著不足和差距，如做工粗糙、配套機(jī)具少、可靠性差等問(wèn)題［12］，應(yīng)繼續(xù)對(duì)機(jī)具進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，向機(jī)電液一體化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，全面提高我國(guó)耕整地機(jī)械化水平。

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