蔬菜种植区机具与拖拉机的配套分析

王正全 ， 杨伟博 ， 井 仪 ， 王 琛

（第一拖拉机股份有限公司，河南 洛阳 471000）

0 前言

山东潍坊部分地区，主要以种植蔬菜等经济作物为主，是典型的蔬菜种植区，其作业方式与北方的小麦种植区差别较大。该地区主要从事深翻、深旋耕、碎土等作业，在拖拉机、机具的选型上应注意拖拉机与机具的配套，所谓的配套是指机具的作业幅宽、悬挂类别、匹配功率和转速的大小都要与拖拉机相适应，其要求是：动力配套适当，使拖拉机的功率能够充分发挥，且不能使拖拉机超负荷工作，同时还要考虑当地地理环境、作物种类、农业技术要求、生产效率和经济效益等[1]。若仅按照周边小麦区的作业方式，会导致拖拉机与机具的配套不佳，从而引发作业效率低、能耗高等问题。本文根据当地土质及作业方式，结合试验及理论计算，推算出了适应当地的拖拉机及其配套机具，为当地的蔬菜种植作业提供了机具选型和作业参考，以期提高当地蔬菜耕作效率[2-4]。

青州作为全国典型的蔬菜种植区，大面种植葱、姜、蒜等经济作物，蔬菜种植区的作业方式主要是深翻后再碎土，要保证土壤有足够的疏松条件，然后进行熏地杀虫或播种。目前市面上对应的机具规格较多，若全凭经验选择机具会存在作业效率低、能效利用不充分等问题，应结合当地的作业方式、土质结构、拖拉机性能等计算出对应的机具规格，为用户选择合适机具提供参考。

1 翻转犁的配套

1.1 翻转犁配套的理论分析

潍坊蔬菜种植区一般采用的是180～200马力的四驱轮式拖拉机，其拉犁作业方式是，深翻1次，深度为35 cm～40 cm，采用435或440的铧式犁，然后再用2.8 m～3 m宽的旋耕机碎土，深度为40 cm左右。拖拉机进行牵引作业时，首先要保证其牵引力大于铧式犁的作业阻力，铧式犁的阻力与土壤比阻（见表1）、犁铧数、耕作幅宽、耕深有关，可按公式（1）计算拖拉机的牵引能力。

表1 土壤犁耕比阻

式中，FTb为拖拉机标定牵引力（N）；k为土壤比阻（kPa）；z为犁铧数；bn为犁体耕作幅宽（cm）；h为耕深（cm）；拖拉机的10%～20%的扭矩储备为1.1～1.2。

以该地区负荷最大的1LYF-440铧式犁和负荷最小的1LYF-435铧式犁为例，在青州地区，犁耕比阻采用中间值60 kPa，犁耕深度选择35 cm和40 cm，则配套拖拉机的牵引负荷区间如表2所示。

表2 配套牵引力负荷

所以该地区拖拉机牵引负荷在32.34 kN～42.24 kN之间，在选型方面，应根据负荷应采用牵引力大于32.34 kN的拖拉机。

1.2 适配牵引作业的速度

拖拉机带牵引犁的作业效率由牵引功率决定，根据拖拉机马力段和牵引犁的型号可以计算出其作业的最大速度，从而获得更佳的作业效率，可按公式（2）计算：

式中，P为拖拉机标定功率（W）；F为牵引力（N）；V为速度（m/s）。

以200马力的拖拉机为例，标定功率147.5 kW，根据DG/T 001—2019《农业轮式和履带拖拉机》[5]5.5.2.3条，拖拉机主要性能要求如表3所示。

表3 主要性能要求

以牵引力F1=42.24 kN，F2=32.34 kN为范围值，对应的作业速度如下：

根据以上推算，该地区推荐的拉犁作业速度区间为9.432 km/h～12.312 km/h。另外还可根据公式（1）推算出对应拖拉机适配的液压翻转犁规格。

2 旋耕作业机具的理论计算及选型

通常在犁耕作业后，采用旋耕机进行深旋耕作业，作业深度在40 cm左右；另一种作业方式是直接旋耕两遍，第一遍旋耕深度在25 cm左右，第二遍旋耕深度至40 cm，从而确保土壤满足蔬菜种植的需要，拖拉机在旋耕作业状态下对应的速度v按照公式（3）推算[6-7]。

式中，Pmax为拖拉机动力输出轴功率（kW）；功率储备系数为 1.1～1.2；kλ为旋耕比阻（kPa），kλ=kj·k1·k2·k3·k4（见表4）；Bn为作业幅宽（m）；h为作业深度（cm）；m为拖拉机质量（kg）；g为重力加速度（m/s2）；f为拖拉机滚动阻力系数（一般农田为0.2～0.3）；v为作业速度（km/h）。

表4 旋耕比阻kλ

以200马力的拖拉机为例，整机标定功率为147.5 kW，根据DG/T 001—2019《农业轮式和履带拖拉机》[5]5.5.2.3条的性能要求，动力输出标定功率≥整机标定功率的85%，根据旋耕作业特点，以轻负荷旋耕深度25 cm计算，对应的参数取值如下：

Pmax=147.5×85%=125.375 kW；kλ=100×1.2×0.95×1.0×0.7=79.8；Bn=2.8 m；h=25 cm；m=6 970 kg（以东方红LN2004为代表样机）；g=9.8 m/s2；f=0.3。

其工作速度v1计算如下：

按照重负旋耕深度40 cm作业时，其工作速度v2如下：

所以在青州地区，200马力拖拉机匹配旋耕作业的速度在3.42 km/h～4.9 km/h之间为宜。

3 动力耙的理论计算及选型

在小麦收获后，采用动力耙进行灭茬、碎土、保湿、辊压，相比旋耕机效果更加明显，作业后也更便于常规蔬菜的种植。在动力耙的选型上，要根据作业幅宽和拖拉机马力段进行优化匹配，从而实现更优的能耗比和作业效率。

动力耙根据工作部件运动形式的不同可分为复式动力耙、水平旋转动力耙和垂直旋转动力耙三类，目前国内主要使用的是水平旋转动力耙，这种动力耙因具有结构可靠、碎土效果好、深度可调等优点而受到用户的欢迎[8-10]。

一般动力耙的耕深为20 cm～29 cm，根据农具消耗功率计算负荷，可按公式（4）进行计算：

式中，Pd为拖拉机动力输出轴功率（kW）；储备系数为1.1～1.2；kx为机具单位幅宽所需功率（kW/m）（冬麦区取值9.8 kW/m～15 kW/m）；Bn为作业幅宽（m）；ms为拖拉机质量（kg）；g为重力加速度（m/s2）；f为拖拉机滚动阻力系数（一般农田为0.2～0.3）；V为作业速度（km/h）（一般在4.0 km/h～9.5 km/h之间）

动力耙的标准作业深度25 cm，最高可达30 cm，当作业深度增加时其对应的单位幅宽功率也增大，冬麦区基本以中等黏性土壤为主，幅宽功率取值12 kW/m，以东方红LX1604为典型机型，其选择配套动力耙规格计算如下：

Pd=117.7 kW×0.85≈100.0 kW （标定功率与PTO功率比取值0.85）

kx=12 kW/m

m=6 300 kg

g=9.8 m/s2

f=0.3

V=4.0 km/h～9.5 km/h

100=1.2 ×(12×Bn+6 300×9.8×0.3×10-3×V/3.6)

当V1=4.0 km/h时，Bn1≈5.2 m；

当V2=9.5 km/h时，Bn2≈2.87 m；

所以，对应的动力耙规格应取中间值，即作业幅宽3.7 m的1BQ-3.7应为最优选择。

4 结束语

拖拉机与机具的合理匹配，能够有效地提高作业效率和降低油耗，通过科学分析，可以使拖拉机与机具有机结合，最大地发挥其作业潜力，为用户创造更大的价值。