油菜精量联合直播机覆秸装置设计与试验

廖宜涛 李玥宾 廖庆喜 樊 伟 高丽萍 陈 慧

(1.华中农业大学工学院，武汉 430070；2.农业农村部长江中下游农业装备重点实验室，武汉 430070)

0 引言

油菜是我国重要的油料作物，兼具饲料、绿肥、食用菜薹、观花旅游等多用途发展潜力[1-2]。在我国长江中下游地区，油菜种植模式一般为稻油轮作。在前茬水稻收获后，接茬油菜种植采用精量联合直播方式，一次性完成油菜种植所有工序[3-4]，从而实现油菜轻简化栽培，具有轻简高效、节本增效等显著优势，近年来得到广泛推广应用。在长期研究与生产实践中发现，随着水稻产量的逐年增加，水稻收获后秸秆残留量大，且稻茬田土壤黏重板结，在秸秆禁烧的背景下，联合直播作业机具易出现触土工作部件缠绕壅堵、种子落在秸秆上难以出苗等问题[5]。稻茬田油菜直播时对前茬秸秆处理成为亟待解决的问题。

目前，对秸秆处理有离田和还田两种方式。离田处理采用捡拾打捆机械将农作物收获后的秸秆收集、打捆、外运[6-7]；还田处理是将秸秆留田、自然腐解入土，主要包括混埋还田、沟埋还田、留高茬还田和覆盖还田等方式，还田处理可以改良土壤理化特性、增加土壤中养分含量、提高土壤生物活性[8-10]。

覆盖还田是秸秆还田处理的有效方式，其工艺是作物收获后秸秆直接覆盖在土壤表面，让其自然风化分解。覆盖还田不仅能够抑制土壤风蚀、吸收自然降水、降低土壤中水分蒸发速度，从而提高土壤含水率[11-12]，而且秸秆腐烂后可以增加土壤中的有机质含量，提高土壤固氮能力[13-15]。将秸秆覆盖在播种后的厢面上，可以有效改良土壤结构，在促进作物根系生长发育的同时还能抑制杂草生长，是一种蓄水、保墒、增产的农艺措施[16-18]。

国内外学者对不同作物种植及前茬秸秆覆盖还田的相关技术装备进行了研究。如国外种植玉米、大豆时通常将秸秆覆盖还田，与少免耕等耕作方式相结合实现保护性耕作，并开发了秸秆残茬处理、浅旋浅耕、少免耕以及深松等作业机具[19-22]。在国内，王汉羊等[23]针对麦茬地大豆种植区研制了2BMFJ-3型麦茬地免耕覆秸大豆精密播种机，顾峰玮等[24]针对麦茬地花生种植区提出了“洁区播种”思路，并研制了花生免耕播种机，牛琪等[25]针对玉米秸秆地小麦种植区研制了玉米秸秆后覆盖小麦播种机，施印炎等[26]针对稻茬地小麦种植区设计了全量秸秆粉碎条铺与种带分型清秸装置，整机需配备88.3 kW拖拉机来提供动力。

在我国长江中下游稻油轮作区水旱交替轮作模式下，油菜种植作业工序多，水稻秸秆质地柔软难以粉碎，作业环境复杂，复式作业工作难度大，而油菜种植后进行秸秆覆盖会提高土壤含水率、增加养分吸收量，从而达到增产的效果[27]。本文将油菜种植农艺要求与秸秆覆盖还田工艺相结合，在已推广应用的油菜精量联合直播机基础上，设计与其配套的覆秸装置，通过分析工作原理确定覆秸装置主要结构参数，以实现覆秸功能，并与直播机配合一次性完成秸秆捡拾、堆集、输送以及旋耕灭茬、开畦沟、施肥、播种后覆秸等作业。

1 结构与工作原理

1.1 整机结构

稻茬田油菜覆草直播机主要由配套油菜精量联合直播机的主机架、主变速箱、旋耕整地装置、排肥系统、排种系统、开畦沟犁、平土板等和覆秸装置组成；覆秸装置位于播种机前端，由前变速箱、弹齿滚筒式捡拾装置、螺旋输送装置、链式提升装置和秸秆均匀铺放装置组成。整机结构紧凑，便于拆卸、挂接，其中弹齿滚筒式捡拾装置安装于整机最前端，安装位置上下可调，进而控制捡拾高度，螺旋输送装置位于机具两侧板间，肥箱置于螺旋输送装置正上方，两套链式提升装置对称安装在机具两侧，秸秆均匀铺放装置安装于链式提升装置出仓口处，排种装置位于机具后侧；前变速箱置于主机架前端，旋耕部件位于主变速箱两侧。油菜覆秸直播机结构和主要技术参数如图1、表1所示。

表1 主要技术参数

1.2 工作原理

整机挂接在拖拉机上，动力由拖拉机动力后输出轴通过万向节连接传输至前变速箱，前变速箱将动力分两路，左输出轴通过万向节将动力传输至弹齿捡拾器、螺旋输送装置、链式提升装置及秸秆均匀铺放装置，后输出轴通过万向节将动力传输至主变速箱后将动力传输给旋耕部件。排肥装置和排种装置均采用电机驱动。工作时，机组前进，弹齿捡拾器将秸秆拾起向后抛送至螺旋输送装置，同时对地表进行旋耕整地、开沟，并进行施肥、播种，秸秆经螺旋输送装置推送到两侧排草口后，经链式提升装置提起并运输抛出，最后经秸秆均匀铺放装置均匀地抛撒到地表，覆盖在播种后的厢面上，完成覆秸作业。机具一次性作业，可实现旋耕、灭茬、开沟、施肥、播种、秸秆清理覆盖还田等功能，完成稻茬田油菜种植所有工序。

2 关键环节部件设计

2.1 拾秸集秸环节

秸秆的捡拾、堆集由图1中的弹齿滚筒式捡拾装置、螺旋输送装置和捡拾高度调节装置组配完成。

2.1.1捡拾装置基本参数选择与物料运动过程分析

弹齿滚筒式捡拾装置主要由弹齿、曲柄、凸轮滑道、弹齿轴、外壳等组成，是一个反转后的摆动从动件盘形凸轮机构[28]。弹齿在随捡拾中心轴匀速转动的同时，随机具匀速前进，并且受到凸轮滑道内壁的控制，相对于滚筒摆动。因此，弹齿在凸轮滑道内可以完成捡拾、升举、卸草、空回4个阶段动作[29]。

如图2所示，内部虚线绘制的半径为R的圆形为弹齿随滚筒转动轨迹，外部虚线绘制的封闭曲线为弹齿端部运动轨迹，由圆弧段AB、BC、CD，过渡曲线段DE、KA和直线段EF、FK组成的封闭曲线为捡拾器导向轨道中心线轨迹。结合当前捡拾器的机构特点及弹齿摆动规律，综合考虑弹齿相对运动和绝对运动方向，确定各相位角，捡拾阶段对应轨道中心线AB段，确定弹齿相位角θ1为90°，升举阶段对应轨道中心线BC段，确定弹齿相位角θ2为90°，卸草阶段对应轨道中心线CF段，确定弹齿相位角θ3为110°，空回阶段对应轨道中心线FA段，确定弹齿相位角θ4为70°[30]。

捡拾装置幅宽与机具设计工作幅宽一致，为2 000 mm，弹齿杆上弹齿间距一般在63～100 mm范围内[31]，弹齿排数一般为3～5排，本文捡拾装置主要用于捡拾稻茬田秸秆，故弹齿间距选择65 mm，密齿型，弹齿排数选择4排[32]。

水稻秸秆在经捡拾、升举后需在离心力的作用下才能离开弹齿杆，从而顺利落到螺旋输送装置上，为秸秆堆集创造有利条件。在弹齿升举阶段与卸料阶段临界点进行秸秆运动和受力分析，找到秸秆离开弹齿杆抛向螺旋输送装置的极限条件[33]。

根据前文对弹齿运动过程中的姿态以及摆动分析，得出弹齿抛送秸秆的动作应在圆弧CD段进行，滚轮在轨道中心线CD段滑动，此时弹齿杆跟随滚筒绕捡拾中心轴匀速转动且不发生相对摆动。因此可以将匀速转动的捡拾器滚筒轴心视为动参考系，将匀速前进的机组视为定参考系。将水稻秸秆简化为质点P，设为弹齿将水稻秸秆抛出的瞬时位置，其受力分析如图2所示。

根据加速度合成定理，有

(1)

式中aa——绝对加速度，m/s2

ac——科氏加速度，m/s2

ae——牵连加速度，m/s2

ar——相对加速度，m/s2

R1——水稻秸秆质心P到捡拾装置轴心O的转动半径，m

ω——捡拾滚筒旋转角速度，rad/s

质点运动微分方程在PO方向的投影为

(2)

其中

(3)

弹齿杆上抛出水稻秸秆的条件为

(4)

(5)

式中n1——弹齿捡拾中心轴转速，r/min

v——质点P线速度，m/s

N——质点P所受弹齿杆支持力，N

G——质点P所受重力，N

Ff——质点P所受摩擦力，N

μ——水稻秸秆与弹齿杆表面摩擦因数

g——重力加速度，取9.8 m/s2

α——OP与Y轴夹角，(°)

β——OP与弹齿杆夹角，(°)

m′——质点质量，kg

其中，摩擦因数μ为已知量，α随滚筒转动逐渐增大，β为定值，图2中点C为弹齿杆抛送秸秆临界位置，根据前文确定的捡拾装置基本参数及捡拾弹齿相位角，取水稻秸秆与弹齿杆表面摩擦因数μ=0.3[34]，通过计算可得n1≥66.9 r/min。

捡拾器弹齿线速度直接影响捡拾效果，其值一般不小于机具前进速度，且秸秆在被抛出离开弹齿时应具有一定的初速度，结合目前成型弹齿滚筒捡拾器参数，初步设计弹齿捡拾中心轴转速n1=80 r/min。

2.1.2集秸装置基本参数选择与物料运动过程分析

根据拾秸装置安装位置以及整机工作要求，所设计的集秸装置主要由螺旋输送装置等组成，如图3所示。弹齿捡拾装置向后抛出的秸秆落入螺旋输送装置，秸秆经两反向螺旋输送叶片推动，由中间向两边排草口输送。

为保证机具顺畅作业，螺旋输送装置的输送量必须大于秸秆捡拾喂入量。在水稻联合收获机工作后的稻茬田试验地表秸秆量为0.9 kg/m2，本机具有效捡拾幅宽为2 m，机具田间作业速度0.7 m/s，经计算，捡拾喂入量q为1.3 kg/s(不考虑漏捡的情况下)。螺旋输送装置的输送量为

(6)

式中Q1——输送量,kg/s

D——螺旋输送器叶片外直径，m

d——螺旋输送器轴径，m

S——螺旋输送器叶片螺距，m

λ——螺旋输送器叶片与输送壳体底部间隙，m

ψ——填充系数，取0.3～0.4

γ——受压缩的干草体积密度，取40 kg/m3

C——螺旋输送器倾斜输送系数，水平输送，取1

n2——螺旋输送器轴转速，r/min

整理可得

Q1=2.1×10-10Sn2[(D-2λ)2-d2]≥q

(7)

(8)

根据图4分析可得，螺旋输送装置升角α1为arcsin(S/(2πr))，α2为物料与螺旋输送器叶片摩擦角，物料沿x轴方向运动的推进速度为vx，与螺旋输送器叶片表面发生相对滑动的圆周速度为vt[35]，计算式为

(9)

(10)

式中r——物料到螺旋输送器轴中心的距离，m

f——物料与螺旋输送器叶片表面摩擦因数

当螺旋输送器轴转速n2与摩擦因数f一定时，在同一位置，叶片螺距越大，则物料运动速度越大。为了使物料顺利水平推送，应保证推进速度vx大于圆周速度vt，临界点满足vx=vt，则螺旋输送器叶片螺距S与最大外径D关系为

(11)

其中农业物料对钢的摩擦因数f一般取0.3～0.6，则

S≤(0.8～1.6)D

根据农业机械螺旋输送标准及实际设计需求，确定螺旋输送器叶片螺距S为300 mm，叶片外直径D为300 mm，轴径d为76 mm；叶片与输送壳体底部间隙λ为5 mm，则螺旋输送器轴转速n2≥264 r/min。

螺旋输送装置应选择适宜的转速，转速过高时易缠草且会加剧整机的振动，增加机具工作时的不稳定性，因此，集秸装置螺旋输送器轴转速n2取270 r/min。

2.1.3拾秸集秸环节关键部件位置关系确定

为保证秸秆在经过捡拾后能顺畅地被抛向集秸装置，需要通过理论计算确定拾秸装置与集秸装置的位置关系。弹齿捡拾器在安装时，为了不损坏弹齿杆，要求弹齿杆端部在运动到最低点位置应与地面有一定的高度，捡拾滚筒在转动时，弹齿杆不与螺旋输送叶片发生干涉。

如图5所示，假设捡拾滚筒与螺旋输送器中心轴距D0正好为弹齿杆端部到捡拾滚筒中心的距离L与螺旋输送叶片半径R2之和，则

(12)

整理得

式中β1——拾秸装置安装角，(°)

β2——捡拾滚筒中心和螺旋输送器轴中心连线与竖直方向夹角，(°)

h1——弹齿杆端部最低点位置离地高度，m

h2——集秸装置底板离地高度，m

D1——捡拾器安装板到滚筒中心距离，m

D2——输送壳体底部水平距离，m

L、h2、D1、D2、R2、λ为已知量，代入式(12)求解，确定捡拾器离地高度为42 mm，安装角为8°。

2.2 送秸覆秸环节

送秸覆秸环节由图1中的链式提升装置和秸秆均匀铺放装置组配完成。链式提升装置可将集秸装置推送到两侧排草口的秸秆抓起并向后提升输送，秸秆均匀铺放装置在出仓口可将秸秆均匀地覆盖到地表。

2.2.1链式提升装置基本参数选择

两套链式提升装置对称布置于螺旋输送装置两侧排草口处，结构如图6所示。当输送仓宽度小于1.2 m时，往往采用双排链轮，根据本机空间结构布局，选择输送仓宽度为0.5 m，因此采用双排链轮。U型耙齿杆固定在链条上，随链条运动且不产生相对速度，可以将秸秆抓起。

为保证物料输送过程中不堵塞，链式提升装置的输送量应大于螺旋输送装置的输送量，由2.1.2节可知，链式提升装置输送量Q2应大于1.3 kg/s，即

(13)

则主动轴转速n3为

(14)

式中vL——主动链轮线速度，m/s

b——输送仓宽度，m

D3——主动链轮直径，m

h3——耙齿顶与输送仓底板距离，m

h4——耙齿杆高度，m

根据《农业机械设计手册》及本机实际设计需求，确定耙齿杆高度h4为40 mm，耙齿顶与输送仓底板距离h3为20 mm，主动链轮直径D3为119 mm，代入式(14)得链式提升装置主动轴转速n3≥263 r/min，取整，确定链式提升装置主动轴转速n3为270 r/min。

2.2.2秸秆均匀铺放装置基本参数选择

秸秆经提升输送后能否在播种作业后的厢面上均匀覆盖非常重要，若油菜种带上出现秸秆堆积现象，不仅不利于保墒保温，而且可能会闷苗，影响后期出苗。因此设计了均匀铺放装置以保证秸秆覆盖还田均匀性。该装置可视为“开放”式螺旋输送器，结构如图7所示，螺旋输送器置于机具后方链式提升装置出仓口斜下方，两反向螺旋输送叶片固定在轴上，可将秸秆由两侧向中间推送，遮草板既可以避免秸秆回飞，又可以将两套链式提升装置固定相连，增加机具稳定性，秸秆可在机具前进运动状态下，向后运动并向中间移动，铺放到地表。

如图8所示，秸秆在经链式提升装置输送从出仓口抛出时具有一定的初速度v1，此时少部分秸秆直接撒落到对应出仓口位置的地表，其余部分经螺旋输送器向中间推送，螺旋输送器为“开放”式结构，随着量的积累，秸秆会不断从出草口排出，均匀铺放到播种后的厢面上。

考虑空气阻力对抛出秸秆整个运动过程的影响，空气阻力与空气密度、物料运动速度以及形状体积等因素有关，其中在低速情况下，空气阻力与物料速度一次方成正比[36]。由运动学公式和牛顿第二定律，可得到抛出秸秆斜上抛运动轨迹方程为

(15)

式中m——抛出秸秆质量，kg

x、y——秸秆在t时刻的轨迹坐标值，m

t——秸秆运动时间，s

k——空气阻力系数，kg/s

vx、vy——秸秆在t时刻的速度在X、Y轴上的投影，m/s

θ——抛出秸秆轨迹与水平方向夹角，(°)

分离变量，求解方程(15)，得到位移关系方程为

(16)

秸秆抛出后在t1时刻，水平方向运动位移为x1，水平方向的运动速度为v2，竖直位移达到H，竖直方向的运动速度vy为0，之后做平抛运动，由运动学公式和牛顿第二定律，可得到抛出秸秆平抛运动轨迹方程为

(17)

分离变量，求解方程(17)，得到位移关系方程为

(18)

根据前文对各环节工作部件的分析，求出v1为2.6 m/s，抛出秸秆轨迹与水平方向夹角即链式提升装置相对机具安装倾角θ为10°，可得到t1、v2和H，代入运动轨迹方程，拟取坐标点(150 mm，-100 mm)，确定均匀铺放装置安装位置。秸秆在螺旋输送装置上水平推送速度应大于相对滑动速度，才会向中间推送抛撒，而转速过快，又会发生秸秆缠绕，因此根据秸秆在此位置的瞬时速度，确定均匀铺放装置轴转速范围为200～350 r/min。

2.3 传动系统

稻茬田油菜覆秸直播机采用分路传动系统(图9)，即捡拾传动系统、秸秆输送-覆秸传动系统和旋耕整地传动系统。捡拾传动系统由前变速箱、链传动和圆柱齿轮传动组成，动力从拖拉机后输出轴输出，经前变速箱锥齿轮传动减速后，由左输出轴经链传动、圆柱齿轮传动后传递给捡拾器。秸秆输送-覆秸传动系统由前变速箱、链传动以及各关键工作部件组成，动力从前变速箱左输出轴经链传动依次传递给螺旋输送装置、链式提升装置和均匀铺放装置。旋耕整地传动系统由前变速箱、主变速箱组成，动力从拖拉机后输出轴输出，经前变速箱后输出轴输出，再经主变速箱锥齿轮传动传递给两侧旋耕系统。

传动比计算公式为

(19)

式中i——捡拾传动系统总传动比

i′——输送-覆秸传动系统总传动比

i″——旋耕整地传动系统总传动比

n——拖拉机动力输出轴转速，r/min

n4——秸秆均匀铺放装置轴转速，r/min

n6——捡拾器过渡轴转速，r/min

根据前文分析得，n1=80 r/min，n2=270 r/min，n3=270 r/min，拖拉机动力输出轴转速n取标准值540 r/min，综合各关键部件速度要求，合理分配传动比，i=5.386，i1=2，i2=1.91，i3=1.41，i4=2.45，i5=1，i7=1，i8=1，i9=2。

3 性能试验

3.1 试验方法与测试指标

为验证理论分析确定各环节工作部件转速可行性，开展性能试验。试验方法和测试指标参照机械行业标准JB/T 5160—2010《牧草捡拾器》、国家标准GB 10395.20—2010《捡拾打捆机》、农业行业标准NY/T 500—2002《秸秆还田机作业质量》以及国家标准GB/T 24675.6—2009《保护性耕作机械 秸秆粉碎还田机》进行，主要测试指标：秸秆输送顺畅稳定性(缠草量)、秸秆覆盖均匀率、秸秆捡拾率与机组通过性等，如图10所示。

3.1.1秸秆输送顺畅稳定性

整机工作部件较多，各传动环节连接紧凑，而稻茬田秸秆呈团状且韧性大，容易使旋转部件发生缠绕和堵塞现象，为测试覆秸装置秸秆输送顺畅稳定性，设计了台架试验测试缠草量。试验在理论设计所确定的捡拾滚筒转速为80 r/min、螺旋输送器转速和链式提升装置转速为270 r/min工作参数下进行，试验选用东风井关954型轮式拖拉机提供动力(69.9 kW)，采用人工向集秸装置两侧喂草的方式，控制喂入量分别为0.9、1.1、1.3 kg/s，喂入时间为10 s，每组喂入量下的试验连续进行5次，连续5次试验之间不清理输送装置上缠绕秸秆，相同喂入量试验完成后，清理输送装置上缠绕的秸秆再进行下一组试验。试验时，在均匀覆秸装置下侧水平地面上铺一层2 m宽塑料薄膜，每次试验后，将抛撒到塑料薄膜的秸秆称量，计算出缠草量，并观察覆秸装置各工作部件发生堵塞的次数。计算公式为

W0=W1-W2

(20)

式中W0——缠草量，kg

W1——喂入秸秆总质量，kg

W2——抛撒秸秆总质量，kg

3.1.2秸秆覆盖均匀率

均匀铺放装置可以将链式提升装置抛撒后的秸秆由两侧向中间推送，从而将秸秆铺放到播种后的厢面上，若其转速较低，推送效果会较差，转速过高，容易回带缠草。为了得到均匀铺放装置合理转速，结合前文理论分析确定的转速范围，设计了转速分别为210、240、270、300、330 r/min性能试验，每组试验重复3次。目前，由于秸秆覆盖均匀性尚无专门的相关行业标准，因此参照农业行业标准NY/T 500—2002《秸秆还田机作业质量》，设计了秸秆覆盖均匀性测试方案：试验选用东风井关954型轮式拖拉机提供动力，采用人工向集秸装置两侧喂入的方式，控制喂入量为1.3 kg/s，喂入时间3 s，则需喂入3.9 kg，结合3.1.1节所测数据，考虑缠草量，确定共喂入4 kg，每次每侧在3 s内平缓喂入2 kg，在均匀覆入装置下侧水平地面上铺一层2 m宽塑料薄膜，等分成宽为500 mm的4个区域，测量每个区域内的秸秆质量，覆盖均匀率计算公式为

(21)

式中mi——第i个区域内覆盖质量，kg

mmax——4个区域内覆盖质量最大值，kg

mmin——4个区域内覆盖质量最小值，kg

Fb——秸秆覆盖均匀率，%

3.1.3秸秆捡拾率与机组通过性

以秸秆捡拾率为试验指标，在联合收获后的稻茬田，先清理散落秸秆，并保留立茬，按秸秆量0.9 kg/m2均匀布置3个长10 m、宽2 m的测试区域，并将周围秸秆清理干净。机具前进速度为0.7 m/s，弹齿捡拾装置滚筒转速为80 r/min。试验前，将均匀铺放装置拆卸，在链式提升装置出仓口处套上帆布袋，收集所有抛出的秸秆称量并记录机具发生堵塞次数。计算秸秆捡拾率，并求3个区域的平均值，计算公式为

(22)

式中Sj——秸秆捡拾率，%

W3——测试区域秸秆总质量，kg

W4——捡拾秸秆质量，kg

3.2 试验结果与分析

3.2.1秸秆输送顺畅稳定性

由不同喂入量下测定的机具缠草量(图11)可知，覆秸装置工作部件出现了缠草，缠草部位主要集中在集秸装置螺旋输送器轴两侧排草口处，但随着机具工作时长增加，缠草量稳定在0.1 kg左右，并存在随机波动，表明秸秆在工作部件上缠绕累积到一定量后，便趋于稳定状态。在所有试验过程中，只有一次试验在集秸装置两侧排草口处发生了轻微堵塞，各关键环节部件工作稳定，能达到技术要求。

3.2.2秸秆覆盖均匀率

由不同转速下测定的均匀铺放装置秸秆覆盖均匀率可知，当螺旋转速小于300 r/min时，转速每增加30 r/min，覆盖均匀率提高20%～35%，但是均小于90%，主要是因为铺放装置转速偏低，秸秆未有效推移，大部分被直接抛撒在链式提升装置出口处对应区域；速度越低，两侧区域堆集秸秆越多，速度增大后，运移到中间区域的秸秆量增加，覆盖均匀率提升，当转速为300 r/min时，覆盖均匀率最高，超过92%；当转速进一步增大，达到330 r/min时，铺放装置转速过快，秸秆被推送到中间区域较多，导致秸秆不均匀堆集，覆盖均匀率下降(表2)。

表2 秸秆覆盖均匀率试验结果

3.2.3秸秆捡拾率与机组通过性

由表3可知，在秸秆量为0.9 kg/m2工况下，3个测试区内秸秆捡拾率均值为92.8%，且每个测试区内秸秆捡拾率均大于90%，满足设计要求，符合秸秆捡拾机械标准。机组在田间作业时，各关键环节工作部件未发生堵塞现象，通过性良好。

表3 秸秆捡拾率试验结果

4 田间试验

为验证油菜精量联合直播机覆草装置的作业效果及整机工作顺畅稳定性，于2020年10月在湖北省监利市华中农业大学稻油轮作全程机械化生产示范基地开展田间试验，此试验田块常年为稻油轮作模式，试验地表为全喂入联合收获机作业后稻茬田，试验前未对地表残茬作任何清理，秸秆平均留茬高度为427 mm，地表秸秆总量为2.32 kg/m2，地表散落秸秆量为0.92 kg/m2，秸秆含水率为59.63%，土壤为偏黏性土。试验机具为油菜覆秸直播机，试验选用东风井关954型轮式拖拉机。整机作业效果如图12所示。

试验表明，覆秸直播机在田间试验过程中，秸秆通过性能好，各环节工作部件作业稳定，未发生堵塞现象，各项设计指标基本满足技术要求。但是均匀铺放装置受田间作业环境影响以及作业前田间秸秆分布不均匀，机具作业过程中，在各旋转部件保持一定转速比下，秸秆抛出时间不同，导致覆草均匀性降低，后续需要进一步改进和提高。

5 结论

(1)针对长江中下游稻油轮作区前茬稻田秸秆量大，油菜直播作业时易发生缠绕堵塞的问题，考虑秸秆覆盖还田对作物生长的优势，结合油菜种植农艺要求，设计了一种与已推广应用油菜精量联合直播机配套使用的覆草装置。覆草直播机一次作业可以完成秸秆捡拾、堆集、输送以及旋耕灭茬、开沟、施肥、播种后覆盖等工序，不仅有效利用了秸秆资源，还可实现油菜种植栽培技术轻简化。

(2)通过理论分析确定了关键环节工作部件结构参数、安装位置与安装角以及工作转速范围，在不同喂入量下进行性能测试试验，结果表明，覆秸直播机各工作部件秸秆输送顺畅稳定性较好，理论分析确定的转速可靠，符合作业标准要求；当捡拾滚筒转速为80 r/min、集秸装置螺旋输送器转速和链式提升装置转速均为270 r/min时，机具作业顺畅，秸秆捡拾率达到90%以上，符合捡拾机械标准要求；当均匀铺放装置转速为300 r/min时，覆盖均匀率最高，超过92%。

(3)田间试验表明，覆秸直播机整机秸秆通过性能良好，各环节工作部件作业稳定。