旋耕刀辊与机罩间隙对反转灭茬作业质量和功耗的影响

陈 伟，陈小兵，朱继平，袁 栋，姚克恒

(农业部南京农业机械化研究所，南京 210014)



旋耕刀辊与机罩间隙对反转灭茬作业质量和功耗的影响

陈 伟，陈小兵，朱继平，袁 栋，姚克恒

(农业部南京农业机械化研究所，南京 210014)

通过试验对比的方法，从间隙的垂直距离和水平距离角度，分析旋耕刀辊与弯折状机罩间隙对反转灭茬作业的驱动功耗、植被覆盖率及土下埋茬的具体影响。研究结果表明：①间隙的垂直距离对机具作业功耗影响较为明显，垂直距离a为65、75、85mm，水平距离b= 50mm时，功耗随着a的增加而增大，增幅分别为3.9%、4.3%。②当间隙垂直距离a为65、75、85mm，b为50mm及水平距离b为35、50、65mm，垂直距离a为75mm时，机具作业植被覆盖率均超过96%。③间隙对土下埋茬情况影响较为突出，埋茬情况在间隙调整范围内变化幅度大，土下0～5cm内的根茬占土下根茬总量的28.1%～62.4%。

反转灭茬机；旋耕刀辊；机罩；间隙

0 引言

稻麦秸秆直接还田是减少秸秆随意焚烧的有效途径，为减少露天秸秆和根茬的露天焚烧，多数农民会使用反转灭茬类机具将秸秆、根茬埋入土下[1-4]。我国先后研制出多种秸秆还田类机具，加快了秸秆还田机械化进程[5-12]。影响机具还田作业效果的因素有很多，其中机罩对反转灭茬类机具的作业质量和功耗的影响不容忽视。机罩对机具作业的影响主要从两个方面产生：①机罩的形状；②机罩与刀辊之间的间隙。李伯全、陈翠英在机罩形状对作业影响做出大量研究，表明曲面式机罩更有利于提高作业质量，罩壳不同的安装位置对作业效果有着不同的作业[13-14]。在实际生产过程中，因加工工艺和成本问题，更多的反转灭茬类机具使用弯折状的机罩，刀棍与罩壳的间隙则根据各自的经验设定。因此，本文针对弯折状机罩，设计了一种刀辊与机罩间隙的调节装置，通过改变机罩与刀辊的间隙并进行田间试验，研究弯折状机罩与刀辊间隙对反转灭茬作业影响的具体情况。

1 试验前期

1.1 试验地基本条件

试验在项目合作企业的帮助下进行，所选试验地200m×25m，前茬作物是小麦，留茬高度在12～19.5cm范围内。试验前，表面植被情况为1.11kg/m2，土壤质地为壤土，绝对含水率为19.87%。土壤坚实度情况如表1所示。

表1 试验地土壤坚实度

1.2 试验机具设计

试验所用拖拉机型号为CHERY RC-804-A，标定功率59kW，动力输出转速760r/min，选用耕整机具为1GKF-200型反转灭茬机，旋耕刀为IT245标准刀，刀辊设计采用“人字排列”，共50把刀，如图1所示。机罩与刀轴的间隙设计可调，如图2所示。

旋耕刀排列方式主要是螺旋排列。因为螺旋线本身的输送因素，在旋耕刀运动过程中会将被切削的土壤沿着螺旋方向运动，将单一螺旋排列打断划分为多区域的分散性螺旋排列，可提高螺旋的输送效果，满足不同农艺的需求。这种将螺旋排列进行分区的排列，可以称为“人字排列”。本次试验针对的是反转灭茬机，植被覆盖是作业质量重要指标之一。如果刀辊采用单一螺旋排列方式，会导致被切削土壤向单侧输送，严重影响作业的植被覆盖效果，也会影响作业后的土下埋茬分布，故采用“人字排列”。

图1 50把刀人字排列

图2为试验中刀辊与机罩间隙的调节装置，具体调整参数分为垂直距离和水平距离。其中，垂直距离设定为85、75、65mm，水平距离设定为35、50、65mm。

1.水平距离35mm调节孔 2.水平距离50mm调节孔 3.水平距离65mm调节孔 4.定位孔 5.机罩 6.刀辊回转圆 7.定位横板 8.垂直距离调节螺母 9.定位螺栓图2 间隙调节机构

a为机罩顶部与刀辊间隙的垂直距离；b为机罩前端与刀辊间隙的水平距离。

a的初始值设定为85mm，若要调整垂直距离，只需将调节螺母置于定位横板与机罩之间；b的值由水平距离调节孔决定，只需将相应距离的调节孔与定位孔对齐，再由定位螺栓固定。

根据市场调研结果可知：反转灭茬机机罩与刀辊的间隙水平距离b基本为35～70mm，垂直距离a为65～85mm。因此，设定了上述参数。

2 数据采集过程

2.1 试验变量和指标

试验过程中(见图3)，遵循单一变量的原则，间隙的垂直距离a变化时，水平距离b设定为50mm；间隙的水平距离b变化时，垂直距离a设定为75mm。a、b的每个变量均工作3个行程，取3行程中所测指标的平均数进行分析。本试验中，反转灭茬作业质量评价指标为驱动功耗、植被覆盖率及土下埋茬情况。

图3 试验过程

2.2 功耗测量

驱动功耗测量仪器由具有检定资质的第三方机构校订，可保证测量的准确性，如图4所示。

2.3 植被覆盖率计算

植被覆盖率按照旋耕机械类国家标准GBT5668-2088中的测量方法和计算方法进行测量，每个行程测量1点，则

(1)

Fb—植被覆盖率(%)；

Wb—耕前植被平均值(g)；

Wh—耕后植被平均值(g)。

埋茬分布的数据由人工采集，每个行程1个点，测量范围为1m2。具体步骤如下：①将测量范围内土下0～5cm内的植被收集并称重，记作M1；②将测量范围内土下植被收集并称重，记作M；③按照公式(2)计算土下0～5cm内的植被占的比重P。

(2)

图4 功耗测试设备

3 结果分析

1)改变间隙的垂直距离a，水平距离b设定为50mm，结果如图5～图7所示。

图5 驱动功耗

图6 植被覆盖率

图7 埋茬分布

由图5可知：刀辊与机罩间隙的水平距离b=50mm，垂直距离a发生变化时，机具的作业功耗呈上升趋势，垂直距离a每增加10mm，作业功耗增幅分别为4.31%，3.92%。这说明，刀辊与机罩间隙的垂直距离对机具作业功耗的影响比较明显。

由图6可知：刀棍与机罩间隙水平距离b保持不变，垂直距离a发生变化时，机具作业后植被覆盖率均超过96%，当a=75mm时，植被覆盖率略有降低。由此说明：在刀辊与机罩间隙的水平距离b=50mm的情况下，垂直距离a值取65～85mm时，机具植被覆盖效果较好。

由图7可知：刀辊与机罩间隙的水平距离b=50mm，垂直距离a发生变化时，土下0～5cm埋茬比重变化比较明显；当a=85mm时，0～5cm内的根茬占土下根茬总量的28.1%，大部分根茬埋入5cm以下的区域。

根据上述3个指标来分析刀辊与机罩间隙的垂直距离对反转灭茬机作业质量和作业功耗的影响，可以看出：当垂直距离a在65～85mm范围内、水平距离b=50mm时，作业功耗随着垂直距离增大而增加；机具的植被覆盖效果好；土下埋茬分布趋势不规律，垂直距离a发生变化时，埋茬情况的变化幅度大。

2)改变间隙的水平距离b，垂直距离a设定为75mm，结果如图8～图10所示。

由图8可知：当刀辊与机罩间隙的垂直距离a为75mm、水平距离b为35～65mm时，驱动功耗没有明显变化。这说明，水平距离b在35～65mm范围内，机具作业功耗处于相对稳定状态。

由图9可知：当刀辊与机罩间隙的垂直距离a为75mm、水平距离b为35～65mm时，机具作业后的植被覆盖率均超过96%，随着水平距离的增加，植被覆盖率有下降趋势。

由图10可知：当刀辊与机罩间隙的垂直距离a为75mm、水平距离b为35～65mm时，土下0～5cm内埋茬变化趋势与开口向上抛物线相似，变化明显。

根据上述3个指标来分析刀辊与机罩间隙的水平距离距离对反转灭茬机作业质量和作业功耗的影响，可以看出：当水平距离b为35～65mm、垂直距离a=75mm时，机具的作业功耗值处于稳定状态；机具作业植被覆盖率为96%～97.1%，覆盖率高且稳定；土下埋茬情况呈现一定的规律性。

图8 驱动功耗

图9 植被覆盖率

图10 埋茬分布

4 结论

1)在设定的参数范围内调整刀辊与机罩的间隙距离，机具的植被覆盖率均超过96%。

2)垂直间隙a为65、75、85mm，水平间隙b为50mm时，对作业功耗的影响比较明显，机具在设计制造时应选择合适的垂直距离值。

3)旋耕刀辊与机罩的间隙对土下埋茬影响比较明显，随着间隙的调整，埋茬情况变化幅度大。当间隙垂直距离a为75mm、水平距离分别为50mm时，土下0～5cm内的埋茬所占比重最少，更多的根茬埋在5cm以下，加快了根茬腐烂降解。

[1] 程玉龙，张礼钢. 稻麦秸秆还田技术发展现状与趋势[J]. 农业工程，2014(4)：1-4.

[2] 乔海龙，刘小京，李伟强，等.秸秆深层覆盖对土壤水盐运移及小麦生长的影响[J].土壤通报，2006，37(5):885-889.

[3] 刘春晓.稻麦两熟制秸秆沟埋还田作用特点研究[D].南京：南京农业大学，2010.

[4] 赵亚丽，薛志伟，郭海斌，等.耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学，2014，47(17)：3359-3371.

[5] 陈玉仑，丁为民，汪小旵，等. 稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机设计[J].农业机械学报，2009，40(8)：62-66.

[6] 郭志军，佟金，任露泉，等.耕作部件-土壤接触问题研究方法分析[J].农业机械学报，2001，32(4):102-104.

[7] 邱进，吴明亮，官春云，等. 动定刀同轴水稻秸秆切碎还田装置结构设计与试验[J].农业工程学报，2015，31(10)：11-19.

[8] 李永磊，宋建农，康小军，等.双辊秸秆还田旋耕机试验[J]. 农业机械学报，2013，44(6)：45-49.

[9] 丁艳，彭卓敏，夏建林.国内典型秸秆还田技术及机具的比较与分析[J].中国农机化，2010(3)：43-46.

[10] 倪长安，苗全生，刘玉，等.玉米根茬破碎还田装置设计与试验[J].农业机械学报，2008，39(7)：68-71.

[11] 贾洪雷，马成林，刘枫，等. 秸秆与根茬粉碎还田联合作业工艺及配套机具[J]. 农业机械学报，2005，36(11)：52-55.

[12] 糜南宏，王景阳，姜文荣. 稻麦秸秆机械化直接还田几种新机型介绍[J]. 江苏农机化，2010(2)：16-18.

[13] 李伯全，陈翠英.潜土逆转旋耕被抛土粒与罩壳碰撞分析[J].农业机械学报, 1999, 30(6):41-45.

[14] 李伯全，陈翠英.旋耕机曲面罩壳与被抛土垡碰撞过程动态仿真[J].江苏理工大学学报:自然科学版，2000，21(1)：1-4.

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

公益性行业(农业)科研专项( 201503119-02-01)

陈 伟(1988-),男，江苏盱眙人，研究实习员，(E-mail) chenweiccbb@163.com。

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

S222.3

A

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