JZ01-4800型联合整地机作业性能试验分析

李传峰，李 坷，雷长军，李光辉，张定良，贺小伟

(1.塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300；2.新疆阿拉尔金准机械制造有限公司，新疆 阿拉尔 843300；3.新疆维吾尔自治区现代农业工程重点实验室，新疆 阿拉尔 843300)

0 引言

土地是人类赖以生存最基本的资源，土壤是经济社会可持续发展的物质基础，关系到社会的发展和人民群众的身体健康[1-3]。新疆的耕地面积已超过400万hm2，而新疆的农民数量只有 1 200万人[4]，人少地多是新疆农业的一大特色。传统的劳动模式已经无法适应新疆农业的发展，因此大力推广联合农业机械是新疆兵团农业发展的必然趋势[5]。本文从降低劳动强度、增强生产适应性、提高工作效率及满足农业生产要求出发，研发了JZ01-4800型联合整地机。该机不仅入地一次就能完成灭茬、旋耕、除草、深松、镇压，以及深度土壤松、碎、平整、镇压4个工序，而且克服了上述整地机技术的不足。该联合整地机采用偏置加压独立耙片单元，能有效解决现有整地耙组存在的越障能力差、耙片易磨损及损坏、耙片角度调整复杂、费时费力等问题，对于减少人力、物力资源的浪费，以及少耕区域的二次补耕具有较大的经济意义和社会意义，对于实现大田作物生产全程机械化具有重要的现实意义。

1 总体结构设计

1.1 整机结构

JZ01-4800型联合整地机主要由液压机构、牵引机架、主机架、行走机构、耙片组总成、碎土辊总成和镇压轮总成等部件构成，如图1所示。其结构为牵引式结构，部件横向采用对称式布置在机架上；纵向从前往后依次排列有圆盘耙组、钉齿耙、螺旋碎土辊、环形镇压轮；靶片组采用偏置加压独立单元结构，采用橡胶运输轮。

1.2 工作原理

JZ01-4800型联合整地机在拖拉机产生动力拉动向前行进工作时，联合整地机靶片用双列偏置式，均采用偏置加压独立单元结构，前置两排圆盘耙组对土壤进行切土、翻土、碎土和松土等作业；随后，利用过碎土辊装置进一步粉碎大土块和利用镇压轮装置镇压地表面，从而形成耕地土壤上虚下实的理想地表面。该机型主要用于旱地工作，在工作过程中会产生比较大的土块，不利于农作物的播种和出苗，通过整地机对地面整地，形成上松下实的土壤结构，为播种及农作物生长创造良好的生长环境。整地碎土机构有圆盘耙、齿耙，为了避免土壤过于疏松，镇压器对地面进行镇压，完成整套联合整地作业。

2 主要技术参数

主要技术参数如表1所示。

3 整机作业性能试验

3.1 试验目的

碎土率和土壤平整度是评价联合整地机作业效果和整机工作性能及其关键工作部件设计的科学性与合理性的重要指标。通过JZ01-4800型联合整地机田间试验测定得出相应的碎土率和土壤平整度，同时检验JZ01-4800型联合整地机是否能够满足新疆地区播前整地的技术要求，解决现有整地耙组存在的越障能力差、耙片易磨损及损坏等情况。

1.牵引点 2.调节螺杆 3.前排耙片组 4.耙组横梁 5.机架 6.角度调节机构 7.后排耙片组 8.加压装置 9.行走轮 10.碎土辊 11.镇压轮图1 JZ01-4800型偏置加压联合整地机总体结构

项目单位主要技术参数整机外形尺寸(长×宽×高)mm 7600×4800×1100耕幅mm4800作业深度mm0～120配套动力kW90～130靶片直径mm460碎土辊直径mm500镇压器直径mm500耙组偏角调节范围(°)0～21耙片间距mm 170重量kg4000

3.2 试验田块

本次试验选取的3块试验田，地点分别位于新疆生产建设兵团一师7团32#田、一师12团48#田、一师10团3#田。3块试验田试验土壤的含水率利用烘干法测得，如表2所示。

表2 试验田土壤含水率 %

3.3 试验设备与仪器

雷沃M954-D拖拉机，JZ01-4800型联合整地机,恒温干燥箱，CP3102型电子秤，直钢尺，卷尺，耕深尺及秒表等。图2为JZ01-4800型联合整地机的样机。

图2 JZ01-4800型联合整地机样机

3.4 作业性能分析

3.4.1 碎土率的测定

整地机作业后，在每块田地上均匀间隔取3～5 个测试区，每个测试区面积为 0.5 m×0.5 m。测定测试区土壤面以下10 cm 内土块总质量和最长边大于 4cm 的土块质量，如图3 所示。

图3 碎土率的测定

碎土率计算公式为

(1)

其中，Cs表示整地面10cm内耕层碎土率(%)；GS表示整地面10cm内耕层边长大于4cm 土块总质量(kg)；G表示整地面10cm内耕层土块总质量(kg)。

为了分析JZ01-4800型联合整地机的碎土率，将拖拉机牵引速度固定在一个平均整地速度1.0m/s，分别在南疆一师7团32#田、一师12团48#田、一师10团3#田进行整地试验。每块地重复试验3次，每次取3个测试区数据，试验结果如表3所示。

表3 碎土率的试验测定结果

通过测定计算得出一师7团32#田、一师12团48#田、一师10团3#田的碎土率分别为93.18%、96.38%、97.53%。

3.4.2 土壤平整度的测定

整地机作业后，以田间上最高点作一水平直线为基准线，沿着基准线以 50cm 间隔等分，并在等分点上分别测定耕后地表至基准线的垂直距离，均匀选取5个测量段，如图4 所示。按式(2) 和式(3) 计算其平均值和标准差，土壤平整度以标准差的数值表示，其土壤平整效果越好，数值应越小。

(2)

(3)

其中，αj表示第j个行程的土壤平整度平均值(cm)；αji表示第j个行程中第i个测试点的土壤平整度测量值(cm)；nj表示第j个行程中的测试点数；Sj表示第j个行程的土壤平整度标准差(cm)。

图4 土壤平整度的测定

为了分析JZ01-4800型联合整地机的土壤平整度，同样将拖拉机牵引速度固定在一个水平整地速度1.0m/s，分别在南疆一师7团32#田、一师12团48#田、一师10团3#田进行整地试验。每块地重复试验3次，每次取5个测试点数据，试验结果如表4 所示。

表4 土壤平整度的试验测定结果

通过测定，计算得出新疆一师7团32#田、一师12团48#田、一师10团3#田的土壤平整度分别为0.49、0.41、0.35cm。

3.5 试验结果分析

通过JZ01-4800型联合整地机田间作业性能试验，得出该机符合新疆农业发展的实际情况，能降低劳动强度，提高生产适应性及工作效率，满足农业生产要求。其能够达到以下作业效果：①土壤碎土率和土壤平整度能够满足新疆地区播前整地的技术要求，多种工作部件联合作业互相配合，边松边碎一次作业即可完成一定深度土壤松、碎、平整和镇压4道工序，成上实下虚、即松又碎的种床结构，具有蓄水、保墒的作用；②该机在春灌地、冬灌地及新耕翻地上均能正常作业，在各种情况下均表现出较强的碎土和平整能力；③用联合整地作业1～2遍，相当于用平土框、钉齿耙、轻型圆盘耙、镇压器作业3～4遍的效果；④采用胶轮运输及限深作业，液压控制，安全迅速，减少了非作业时间；⑤采用偏置加压独立单元，具有越障能力好、耙片耐磨损性好、耙片角度调整方便快捷的特点。

4 结论

JZ01-4800型联合整地机针对传统的整地机械需要多次入地、工作效率低等问题而设计研发。该机结构设计上对整地耙片进行了改进，把每个耙片单元设计成独立结构，并利用液压和扭簧进行加压，确保耙地相应深度，还可以越过一些石块等障碍，提高其越障能。根据新疆地区的农艺要求，该机采用多种部件联合作业，一次作业即可完成松土、碎土、平整和镇压4道工序，形成良好的播种前土壤条件。试验表明：通过测定，得出新疆生产建设兵团一师7团32#田、一师12团48#田、一师10团3#田的碎土率分别为93.18%、96.38%、97.53%，土壤平整度分别为0.49、0.41、0.35cm。该机能够满足新疆地区播前整地的技术要求，且有效解决了现有整地耙组存在越障能力差、耙片易磨损及损坏、耙片角度调整复杂、费时费力等问题，对于减少人力、物力资源的浪费，以及少耕区域的二次补耕具有较大的经济意义和社会意义。