2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机的设计与试验

林 静，王 磊，李宝筏，田 阳，薄鸿明，马 铁



2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机的设计与试验

林 静，王 磊，李宝筏，田 阳，薄鸿明，马 铁

（沈阳农业大学工程学院，沈阳 110866）

深松培垄施肥是玉米等作物种植过程中重要的田间管理环节，具有打破犁底层，加深耕作层，改善耕层结构，提高土壤蓄水保墒、抗旱耐涝的能力。针对东北地区常年作业所导致的土壤耕层较浅、土壤板结严重以及深松阻力大的问题，结合了深松、培土和施肥等关键技术，设计一种与32.5 kW以上拖拉机相配套的可一次性完成深松培垄和追肥等多项作业的深松培垄联合作业机。以拖拉机前进速度、垄沟深松深度、培土器开角为因素，伤苗率和比阻作为评价指标，进行了三因素三水平正交试验。结果表明：各因素对伤苗率和比阻影响的主次顺序依次为深松深度、培土器开角、前进速度；因素水平上的最优组合为深松深度为25 cm，起垄犁开角为60°，前进速度为5 km/h，伤苗率均值为3.31%，比阻均值为1.97 N/cm2。经过田间试验作业性能好，各项作业指标达到了农艺要求。深松培垄同时作业减少了动力消耗，减少了工作阻力，为旱地合理耕层的构建配套机具提供了参考。

农业机械；设计；优化；深松；培土器；合理耕层；中耕机；正交试验

0 引 言

中国雨养旱地面积7.39´108hm2，占全国耕地总面积56.8%，主要分布在东北、华北以及西北广大区域粮食主产区，其作物产量对保障国家粮食安全具有重要的战略意义。然而近三十年来，持续小型农机动力浅耕作业及农田重用轻养的掠夺性生产方式，导致耕层变浅、犁底层加厚、土壤缓冲能力减弱、水肥气热矛盾日渐突出。目前农业生产存在耕层结构不合理、耕地质量下降等问题，由此引发作物产量低、年际产量变幅大、资源利用效率下降等问题也日趋严重，已成为制约作物高产稳产与资源高效利用的关键瓶颈[1-5]。

针对合理耕层构建问题的深耕改土、间隔耕作、秸秆还田等技术成果，对耕层障碍性问题起到了缓解作用，促进了雨养旱地作物产量提高。聂影[6]针对耕地存在的耕层变浅、有效耕层土壤量减少、土壤容重偏高问题，提出研制全方位耕层复式作业配套机具及土壤合理分层施肥、种植配套机具的建议；王立春等[7]研究不同耕法形成的耕层剖面，提出了苗带紧行间松、松紧兼备型耕层模式的构建。白伟等[8]研究了不同耕层构造对春玉米产量及水分利用效率的影响。刘武仁等[9]通过人工模拟不同类型耕层来研究对玉米生长发育的影响。时均莲等[10]对国内外深松技术及深松机具的概况作了进一步的阐述。李艳龙等[11]针对普通深松机械作业中存在的牵引阻力大等问题研制出了一种振动深松机。徐宗保[12]为提高土壤蓄水保墒及作物抗旱增产能力，设计了振动式深松中耕作业机。王吉亮等[13]论述了国内外中耕施肥机械的现状和存在的问题，对中耕技术的发展进行了分析预测。刘国平等[14]通过对原有中耕除草机型的调研分析，确定了3ZS-2型中耕除草机的总体方案，选定了技术指标。王微[15]提出了分层深松机理，对深松铲柄进行了土壤动力学分析，对1HS-1.2型中耕深松机进行社会效益分析和经济效益回归分析，张惠友等[16]设计了XQ-7型驱动式中耕除草复式作业机并对机具的作业指标进行验证。

但解决雨养旱地耕层障碍还存在3个亟待解决的关键问题：第一，合理耕层评价指标尚不完善，缺乏针对不同类型土壤合理耕层构建技术指标的评价指标指导，单项技术成果对解决耕层问题多治标不治本；第二，土壤耕作与土壤培肥技术不完善，农田深松与秸秆还田后土壤跑墒、作物出苗困难等造成减产现象频有发生；第三，缺乏与不同土壤相适应的合理土壤耕作制度与配套机具，技术的可行性值得商榷[17-20]。因此，为从根本上解决中国东北中南部雨养旱地耕层障碍问题，本研究拟针对东北平原褐土区雨养旱地合理耕层构建技术指标机具配套问题，研制一种满足玉米作物机械化技术要求的深松培垄施肥联合作业机。

深松培垄施肥是玉米等作物种植过程中重要的田间管理环节，本机具在作业过程中一次可完成深松、分层施肥、培垄等一体化复式联合作业，期望有效解决耕层问题的深耕改土、间隔施肥、中耕培垄等技术问题。

1 整机总体结构与工作机理

1.1 整机总体结构

如图1所示，深松培垄施肥联合作业机由三点悬挂在拖拉机上，主要由上悬挂1、机架2、下悬挂3、限深装置4、圆盘刀装置5、深松培垄装置6、施肥开沟器7、肥料箱8等组成。上悬挂1和下悬挂3分别通过销轴与拖拉机进行连接。每垄垄侧施肥，垄沟深松深度、施肥深度和距苗带宽度均为可调。

1.2 性能参数

2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机技术参数如表1所示。

表1 2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机技术参数

1.3 工作机理

2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机能同时在作业过程中一次可完成深松、分层施肥、培垄等一体化复式联合作业中耕机。拖拉机通过悬挂带动机具进行作业。其工作机理是：鉴于土地土块板结严重，机具用圆盘刀将杂物和土壤板结层切开；限深轮限制机架离地高度保证不伤苗；肥料通过电子排肥器运送到施肥铲进行开沟施肥，最后利用深松培垄部件在垄沟进行深松和培垄。深松铲采用凿形铲，碎土能力强、工作阻力较小。限深装置、圆盘刀装置、施肥开沟器和深松培垄装置均可根据实际田间作业情况进行实际调节；机具作业时在垄沟进行深松培垄作业，在垄邦进行侧深施肥，施肥量用电子排肥器进行调节以便达到农业技术要求；可实现侧深施肥，施肥较均匀、深度可控、可根据土壤和作物需求进行深施肥，可避免化肥挥发和风蚀，提高化肥利用率。

侧深施肥可使肥料延长释放时间，满足玉米不同生育期对肥料的需求。从而达到改善土壤结构和性能、提高肥效和肥料利用率、节约化肥用量以及使农作物增产的目的。深松可使土壤疏松，蓄水保墒，创造植物根系发育良好条件，促进根系发育，增强作物吸收养分、水份和抗旱的能力，有利于玉米生长；并改善了土壤的透水、透气性，改善了土壤的团粒结构。机具总体结构简单配置合理，使用可靠，调整方便，是一种新型的高效深松、分层施肥、培垄等一体化复式联合作业中耕机。本机具能够实现一机联合作业，有效提高大、中型拖拉机的利用率，有效解决耕层问题的深松改土、间隔施肥、中耕培垄等农业生产技术问题。

2 关键部件的设计

2.1 深松培垄装置的设计

2.1.1 深松培垄装置的结构

根据玉米中耕要求设计集深松和培土于一体的深松培垄装置。将深松部件和培垄部件组装成一体，且能够根据田间实际的情况进行角度和高度的双向调节，既简化机器结构，又能减少机器的工作阻力，减少耗油率，达到节能减排的作用。功能上深松培垄装置能够在深松的情况下同时进行培垄。在东北地区为垄作，辽宁省地方标准垄沟松土25 cm以上为深松。本机具利用深松铲和培土器进行中耕培土作业，以利于达到东北平原褐土区雨养旱地合理耕层构建。

深松培垄装置由铲尖、铲柄、连接固定块、铲柄套、铲套、转动连接件、调节支杆（左、右）等构成，如图2所示。利用深松铲和培土器进行中耕作业。深松培垄铲通过深松铲固定座与机架相连，深松铲入土深度由定位螺钉和定位孔来进行调节，调节范围为200～300 mm。培土器通过六角螺丝紧定在深松铲铲柄上，上下位置可根据实际作业情况进行调节。培土器由调节板固定在培土器固定架上，培土板横向调节范围为300～400 mm。培垄可以使玉米拔穗后抗倒伏，避免雨水引发病害。培垄装置包括可调节开度的2个培土壁6、开度调节机构、转动连接件5及连接铲柄的铲套4，两培土器6分别通过转动连接件5连接铲套4，两培土器5间设置开度调节机构，深松铲的铲柄2端连接固定块1，通过固定块1连接在机架上。开度调节机构包括连接在铲柄套3上的调节支杆8和连接在两培土壁6上的右调节杆10、左调节杆9，3个调节杆上均开有调节孔，根据实际需要调节两培土器开度，培土器开度调节范围为60°～120°。

1.连接固定块 2.铲柄 3.铲柄套 4.铲套 5.转动连接件 6.培土壁 7.铲尖 8.调节支杆 9.左调节杆 10.右调节杆

1.Connection fixing block 2.Shovel handle 3.Shovel handle sleeve 4.Shovel set 5.Turning connectors 6.Earth walls 7.Shoveling tips 8.Adjust rod 9.Left adjust rod 10.Right regulating rod

注：0为深松培垄装置的高度，取732 mm；为入土角，取25°；为深松培垄装置的开角，60°～120°。

Note:0represents height of deep loosening ridging device，723 mm;represents penetration angle, 25°;represents the open angle of deep loosening ridging device ,60°-120°.

图2 深松培垄装置结构示意图

Fig.2 Structure diagram of deep scarification terrace ridge device

2.1.2 培土器的设计

培土器一般用于中耕作业行间培土，它的形状一般是由培土壁曲面构成，铲尖由于作业时间长磨损严重可以随时拆换，培土器翼部（图2培土壁）可以根据实际作业情况进行调节，调节两翼的开度可以保证达到作业效果，培土器的作业深度也可以调节，从而获得不同要求的垄台和垄沟。目前的培土器型式比较多，设计要求培土器应该能按农业技术要求开出有一定截面的垄型，并把土壤从垄沟翻扣到植株附近，达到玉米等旱田作物抗倒伏、排水防涝等中耕效果的合理耕层土壤断面尺寸结构。由此，培土器的设计不能机械地照搬犁体曲面的设计方法，参照A.A.巴拉诺夫的双壁犁原理，本培土器设计步骤如下。

根据实际作业情况绘制垄沟断面图，如图3所示；其次参考垄沟的断面构成培土器的正视图，如图4所示。培土器高度一般为培土后垄全高的1.2倍，通过图3中数据可以算出为240 mm，培土器全高一般为培土器高度的1.1倍，同样算出为264 mm。由于农业技术要求垄沟中要有座土，垄邦要有浮土，所以垄边倾斜角应大于垄底角度。

根据培土器的正视图来完成对俯视图的设计，首先在正视图上每隔25 mm作出水平元线1-1、2-2、3-3等，这些直线是构成元线在正视图上的投影。之后在对称轴线上取点，作0=20°的铧刃线，在距铧尖190 mm处作铧刃线垂线即为导曲线的水平投影Ⅱ，然后作¢的垂线作为沟底线，从线开始每隔25 mm作截点1、2、3、4等，由作倾角为47°的斜线¢，在¢的垂线上量300 mm从而找出圆心，以300为半径作为导曲线，将点1¢、2¢、3¢、4¢投影到导曲线Ⅱ的位置。元线角变化规律如表2所示，按元线角的变化规律在俯视图上作元线1-1、2-2、3-3等，最后将正视图的轮廓线投影到俯视图即可完成俯视图的设计。

表2 元线角的变化规律

为了生产制造，在铧刃线上每隔25 mm作出横切面即可作出样板曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；培土器的胫刃曲线可由正视图与俯视图作出，以确定其碎土性能；翻土曲线可在正视图上利用俯视图作出曲线，以研究其土壤向垄顶培土的效果；通过截取双壁曲面一部分，可以制作为培土曲面，作为垄沟深松培垄装置的设计依据。

2.1.3 深松铲的设计

深松铲由铲柄和凿形深松铲尖构成，如图5所示。深松铲设计成凿形铲，铲尖设计成两面对称形状，便于损坏之后可以立即更换，不耽误作业。如图5所示。凿形铲松土效果更好，阻力较小。铲体宽度为40 mm，翼张角为60°～120°可调，作业速度为5～7 km/h，垄沟深松深度25 cm，深松铲采用65Mn钢制造，刃部进行热处理，硬度为HRC48～56。深松铲在作业时会对土壤产生扰动，土壤在受深松铲挤压破裂时，会对两侧的土壤产生影响。通过计算可以得到深松铲的最大横向影响范围（土壤变形宽度）计算公式

式中为土壤变形宽度，cm；1为深松铲体宽度，4 cm；为垄沟深松深度，25 cm；为土壤剪切角，取45°；为土壤对金属的摩擦角，取25°；为深松铲的入土角，取25°。由式（1）计算，得出土壤变形宽度为38 cm。

注：为土壤变形宽度，cm；1为深松铲体宽度，cm；为垄沟深松深度，cm；为土壤剪切角，(°)；为土壤对金属的摩擦角，(°)；为深松铲的入土角，(°)。

Note:represents width of soil deformation, cm;1represents width of deep digger, cm;represents deep digging depth, cm;representssoil cutting angle, (°);represents friction angle of soil with metal, (°);represents penetration angle of deep digger, (°).

图5 铲尖结构和土壤变形区示意图

Fig.5 Structure diagram of tine point and soil deformation zone

深松铲铲柄参照《农业机械设计手册》对铲柄的要求，为了能够让培土器在铲柄上固定并且根据实际作业环境进行调节，现将铲柄过渡部分设计成直线型；为了保证铲柄的强度，材料选用不低于GB/T700 2006规定的Q275钢[21-27]，铲柄简图如图6所示。铲柄高度0为732 mm，垄沟深松深度为25 cm，入土角为25°，铲柄的跨距为162 mm。

2.2 圆盘刀装置的设计

鉴于土地土块板结严重，机具用圆盘刀将土块切开，减轻深松培垄装置的工作阻力。如图7所示，圆盘刀装置包括U型夹1、固定座2、刀架3及圆盘刀4，固定座2一端连接U型夹，另一端连接刀架3，刀架3末端为U型结构，圆盘刀4的刀轴6安装在刀架U型结构端，在刀轴6上圆盘刀4和刀架3间安装圆盘内盖5，保证圆盘刀4沿直线滚动。圆盘刀4可以根据实际作业深度在70～100 mm进行调节，在作业过程中松碎土壤，减少深松的阻力，防止秸秆缠绕。圆盘刀外径为300 mm，刃角为30°，厚度为10 mm。

2.3 限深装置的设计

限深装置限制机架离地高度保证不伤苗。如图8所示，限深装置由U形螺栓1、固定架2、限深杆3和限深轮4组成。限深杆3一端连接限深轮4，另一端通过固定架2和U形螺栓1连接在机架上。限深杆3上开有多个调节孔，调节垄沟深松深度的范围为25～30 cm（辽宁省地方标准垄作在垄沟下深松25 cm以上为深松）。

3 田间试验

3.1 田间工况与试验设备

试验设备包括东方红554拖拉机；深松培垄施肥联合作业机；SM-2型高精度土壤水分测量仪（澳作生态仪器有限公司），测量范围0.05～0.6 m3/m3，精度在0～40 ℃时为±0.05 m3/m3；SC900型土壤紧实度测量仪（澳作生态仪器有限公司），量程0～45 cm、0～7 000 kPa，最大加载95 kg，分辨率2.5 cm、35 kPa，质量1.25 kg；QLLY型拉压力传感器（安徽蚌埠启力传感系统工程有限公司），用于测试作业时上下拉杆所受力。其量程为0～700 kg，供电电压为直流12 V，采用柱式S型结构，强度好，测试精度高、稳定性好。KTRC-100L型直线位移传感器（浙江台州市椒江西域电子厂），用于测量土壤工作部件作业深度变化，其有效量程为10 cm，最大容许直流电压24 V。BSQ-2型变送器（安徽蚌埠称重传感系统工程有限公司），把力学量转换成标准电压信号输出，直接与控制设备接口或与计算机联网，具有调零、调增益功能；National Instruments USB-6008型数据采集卡（美国国家仪器公司），采用总线供电，USB接口，可提供8个模拟输入通道、2个模拟输出通道、12个数字输入/输出通道以及一个带全速USB接口的32位计数器，具备基本的数据采集功能，其应用范围较广，使用方便，可实现高移动性的便携式数据测量；松下LC-R123R4PG型蓄电池，皮尺、卷尺、直尺。试验于2016年5月28日在沈阳市东陵区英达乡七间房村进行[28]。试验地块平均垄距为55 cm，垄高为7 cm，垄台宽27 cm，沟底宽16 cm，平均株距为30 cm，玉米苗平均高度为500 mm，如图9a所示。土壤平均含水率为12.5%，土壤深度15 cm处坚实度平均为1.97 MPa。2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机由东方红554型拖拉机按位调节悬挂连接，测试装置的安装与调试如图9b所示。

a. 试验地玉米苗况

a. Corn seeding condition of test field

b. 测试装置连接图

b. Debugging picture of testing device

1.变送器 2.蓄电池 3.拉压力传感器 4.数据采集卡 5.笔记本电脑

1.Transmitter 2.Battery 3.Pull pressure sensor 4.Data acquisition card 5.Laptop

图9 田间试验

Fig.9 Field test

3.2 试验因素与指标的确定

3.2.1 试验因素

影响2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机作业阻力的主要因素有垄沟深松深度、培土器开角、拖拉机前进速度、作业机具前是否安装圆盘刀、土壤含水率等，不同的深松深度对阻力有重要影响，随着垄沟深松深度的不断加大，阻力也随之不断增大，当打破犁底层之后，阻力会成倍增长。培土器开角也对阻力产生重要影响，增加开角，阻力也不断增大。拖拉机的前进速度是重要指标，在作业过程中，前进速度增加会导致阻力增加。在作业深松培垄部件前安装圆盘刀会先切开土块，大大减小了阻力。土壤含水率对阻力也会产生一定的影响，含水率越大，阻力越大，含水率过大，会导致黏土现象，影响作业效果。本文在深松培垄施肥联合作业机性能试验中，安装圆盘刀，在相同的土壤含水率的条件下进行，故确定深松深度、培土器开角和前进速度作为性能影响因素。

试验方案选择不同的深松深度作为因素水平，根据辽宁省地方标准深松深度应打破犁底层至其下方3 cm，一般在25 cm以上，选用了25、27、29 cm作为深松深度的3个因素水平，采用图8限深轮与深松铲垂直距离进行调整，保持长距离使用，其平均深度符合试验设计要求。普通中耕机具作业速度为2～10 km/h，本试验前进速度设置为常用的深松培土机作业速度5、6、7 km/h 3个水平。理论分析表明，培土器开角越大，阻力越大，开沟越宽，对土壤扰动也就越大，伤苗率也就越高。本试验主要研究深松培垄部件的工作效果和所受比阻的大小，随着培土器开角加大，培土高度加大，但是伤苗率和工作阻力加大，根据实际测量可确定了培土器开角的角度分别为60°、90°和120° 3个水平。

3.2.2 试验指标

中耕深松是在玉米苗高约为50 cm的情况下进行的，作业时要保证不伤苗、不埋苗，且减小机具工作阻力，是重要的农业生产中耕作业要求。本文田间试验研究以比阻、伤苗率作为评价深松培垄施肥联合作业机性能的评价指标。伤苗率的计算公式

式中为伤苗数，株；为机器作业的玉米苗总数，株；为伤苗率，%。

每次作业完成后，随机在作业区域选取5个点，用直尺测量机器作业的深松深度，然后取5次试验的平均值，则深松深度为

式中为深松深度的平均值，cm；L为作业区域选取第个点的深松深度，cm。

田间作业中，利用QLLY型拉压力传感器进行牵引力的测定，拉压力传感器将采集到的信息转变为电压信号，然后利用标定方程将其转化为牵引阻力。在一段时间内将采集到的电压信号计算出平均值，最后转化为平均牵引阻力。最后比阻为

=/（4）

式中为比阻，N/cm2；为深松培垄施肥联合作业机单体所受工作阻力，N；为单体作业之后产生的剖面的横截面积，cm2。

3.3 正交试验结果与分析

根据选定的因素水平，在参考实际作业状况的基础上，选择垄沟深松深度、前进速度、培土器开角作为3个影响因素，以伤苗率和比阻作为指标，形成三因素三水平试验方案，考虑到本试验3个因素之间的交互作用相对来说比较小，可以忽略，根据“尽可能选用小号正交表”的原则，因此选择了L9(34)正交表，因素水平表如表3所示。

表3 因素水平表

3.4 试验结果分析

对三因素三水平进行正交试验，运用极差分析法进行处理分析，进而得到极差分析结果如表4所示[29-30]。从伤苗率来看，1号试验伤苗率最低，比阻最小；3号试验伤苗率和比阻最高。从中得出深松深度和培土器开角对伤苗率和比阻影响最大。由试验方案极差分析得出，对于比阻，各因素的较优水平组合为211，影响比阻的主次因素依次为>>；对于伤苗率，各因素的较优水平组合为111，影响伤苗率的主次因素依次也为>>。对于因素，2所受比阻最小，1伤苗率最低。对于因素，1水平相对于2水平，伤苗率降低了13.3%，比阻降低了5.79%；对于因素，1水平相比于2水平，伤苗率降低了18.5%，比阻降低了6.77%。

鉴于本机具试验中伤苗率指标重要性大于比阻，故可得出最优组合方案111，即因素水平上的最优组合为深松深度为25 cm，起垄犁开角为60°，前进速度为5 km/h，伤苗率均值为3.31%，比阻均值为1.97 N/cm2。将表4结果进行处理可得方差分析结果，如表5所示。

表4 试验方案及结果

表5 正交试验方差分析

注：**代表极显著；*代表显著。

Note: **is extremely significant;* is significant.

由表5中可以看出，对伤苗率和比阻影响最显著的是深松深度，其次是培土器开角，最后是机器前进速度，这与极差分析得出的主次因素一致。因此对于如何更好的减小伤苗率和比阻，深松深度的控制和培土器开角大小的选择至关重要。

4 结论与讨论

1）深松培垄施肥联合作业机在作业过程中一次可完成深松、分层施肥、培垄等一体化复式联合作业，减少了机具对土壤的压实度，减少农机投入，降低作业成本，是玉米等作物种植过程中重要的田间管理机具。实现深松达到打破犁底层，加深耕作层，改善耕层结构，提高土壤蓄水保墒、抗旱耐涝的能力；实现培垄可以使玉米拔穗后抗倒伏，避免雨水引发病害。

2）通过将深松部件和培垄部件组装成体，形成深松培垄装置，在功能上能够在深松的情况下同时进行培垄。既简化整机结构，又能减少机器的工作阻力，减少耗油量。

3）通过对培垄铲翼的优化设计，根据土壤和苗期情况进行实现培土铲翼开度的调节，以达到垄高和合理耕层的作业效果，从而获得不同要求的垄台和垄沟。

4）通过对整机的田间性能试验，对伤苗率和比阻影响的主次顺序依次为深松深度、培土器开角、前进速度；因素水平上的最优组合为深松深度为25 cm，起垄犁开角为60°，前进速度为5 km/h，伤苗率均值为3.31%，比阻均值为1.97 N/cm2。各项作业指标达到了辽宁省地方标准的要求，有效解决耕层问题的深松改土、施肥、中耕培垄等合理耕层技术问题。

为了保证中耕作业时既深松又培垄，不伤苗、不埋苗，伤苗率和机具牵引阻力还有待于机具进一步改进和优化，来适应旱田不同作物的株高和垄形，以增加机具使用范围，提高适应性。

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Design and test of 2ZZ-3 type deep scarification-terrace ridge-fertilization combine intertill machine

Lin Jing, Wang Lei, Li Baofa, Tian Yang, Bo Hongming, Ma Tie

(110866)

Northeast China is the most important base of commodity grain, and in this region the temperature is low, the wind is quite strong, the precipitation is quite little, and the water resource is quite deficient, so the crops face with serious problem of lack of water resource and dry soil in spring. To address the problems of shallow soil plough layer, serious soil hardening and huge resistance during deep scarification, through combining the key technologies of deep scarification, ridging and fertilization, a kind of combine operation machine was designed, which was named 2ZZ-3 deep scarification ridging fertilization combine intertill machine. This machine suspended on the tractor through the three-link hitch, and it was mainly composed of up hitch, low hitch, rack, controlling depth device, deep scarification and ridging device, fertilization and ditching device. In the process of the work, it could finish the deep scarification, ridging and fertilization at the same time. The machine used the cutting disc to cut the soil block because of the serious hardened and impervious soil. The controlling depth wheel could ensure not to destroy the seedling attributed to the distance between rack and ground, and the fertilizer reached the fertilization shovel cross the fertilization apparatus to finish the fertilization. Finally, the deep scarification and ridging device finished the deep scarification and soil ridging in the furrow. The deep scarification shovel was chisel-tooth shovel; its breaking soil ability was strong, and it suffered low working resistance. Both the controlling depth device and the ripping device could make adjustment during the actual working status in the field. Through the field test of 2ZZ-3 deep scarification ridging fertilization combine intertill machine, the three-factor and three-level orthogonal test was carried out with setting the tractor forward velocity, deep scarification depth and hiller opening angle as the factor, and the injuring rate and soil specific resistance as the evaluation index. The results showed that the importance order of all the factors which influenced the injuring rate and soil specific resistance was deep scarification depth, hiller opening angle and tractor forward velocity. When the deep scarification depth was 25 cm, the hiller opening angle was 60° and the tractor forward velocity was 5 km/h, the machine would reach the optimal combination, and the injuring rate average was 3.31% and the soil specific resistance average was 1.97 N/cm2. Through the field test, the working performance of the machine was perfect, all the indices reached the agriculture machine and agronomic requirement, and deep scarification and ridging links were working at the same time, which reduced the power consummation and working resistance. The research provides the reference for the construction of matching implements for reasonable plough layer of dry land of brown soil zone in Northeast Plain.

agricultural machinery; design; optimization; subsoiling; earthingup plow; rational structure soil; cultivator; orthogonal test

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.24.002

S224.1

A

1002-6819(2016)-24-0009-08

2016-09-01

2016-11-13

公益性行业（农业）科研专项（201503116-09）；国家自然科学基金资助项目（51275318）

林 静，女，教授，博士生导师，主要从事旱作农业机械化及智能化装备研究。沈阳 沈阳农业大学工程学院，110866。Email：synydxlj69@163.com。中国农业工程学会会员：林静（E041200749S）