旋耕深松灭茬起垄机适用性影响因素及性能指标的研究

1、旋耕深松灭茬起垄机适用性影响因素及性能指标的研究0 引言所谓农业机械的适用性，是指在一定的作业条件下农业 机械性能满足农艺要求的能力，也可以说是农业作业性能对 于作业条件的协调融合程度，是对应于一定的作业条件而言 的，有其相对性和局限性。由于我国地域广阔，各地的自然 条件、生态环境、作物品种和耕作制度等差别较大，一种农 业机械在这个区域适用，在另一个区域可能就不适用。由于 影响农业机械适用性的因素很多，变量大，研究难度大，因 此对农业机械适用性的定量研究一直是个空白。2004 年实施的中华人民共和国农业机械化促进法明确提由农业机械试验鉴定机构应当公布具有适用性、安全性 和可靠性的农业机械产品的

2、检测结果，为农民和农业生产经 营组织选购先进适用的农业机械提供信息。就安全性和可靠 性而言，研究较充分，已建立起较完善的技术标准体系，这 样对农业机械适用性的研究就显得更为迫切。为此，农业部 农业机械试验鉴定总站牵头承担了农业机械适用性评价技 术集成研究（公益性行业（农业）科研专项经费项目，编 号200903038）工作，吉林省农业机械试验鉴定站作为参加 单位承担了其中旋耕深松灭茬起垄机适用性的研究工作。1旋耕深松灭茬起垄机的联合整地特性旋耕深松灭茬起垄机是近几年发展起来的旋耕联合作业 机械，一次进地可同时完成深松、灭茬、旋耕和起垄等多项 复式作业，从而克服了传统单项作业造成的重复进地、浪费

3、能源和土地板结等缺点，是深受农民欢迎的联合耕整地作业 机具，被广泛应用于玉米等旱田种植区域。已列入 2009-20 11年度国家支持推广的农业机械产品目录的旋耕、灭茬（深松、起垄）联合整地机有几十种，生产企业主要分布在 江苏、黑龙江、吉林、河北、内蒙、甘肃、山东以及江西等 省。从2011年吉林省农业机械适用性影响因素调查结果看， 玉米根茬的处理方式主要是旋耕灭茬。在吉林省的中西部平 原区和中东部盆谷地区，采用机械旋耕灭茬方式整地的分别 占93麻口 100%可见，农民使用旋耕灭茬（深松、起垄）联 合整地机的广泛程度。2研究方法的确立农业机械适用性的影响因素很多，且由多层级、多目标 构成，是一种内

4、在关系比较复杂的层级网络系统，难以建立 起定量理论模型和方法进行评价。为此，笔者认为采用经验 分析法和实地调查法对农业机械适用性的感知信息数量化， 进行模糊评价，是解决农业机械适用性评价的简便有效方 法。2.1 经验分析法2.1.1 机具构造和工作原理分析旋耕深松灭茬起垄机工作部件主要是旋耕刀、灭茬刀、 深松铲和培土铲。各工作部件的形状不同，作业效果也不一 样。如旋耕刀片可分为凿形刀、弯刀、直角刀和弧形刀。凿 形刀前端较窄，有较好的人士能力，能量消耗小，但易缠草, 多用于杂草少的菜园和庭院；弯刀的弯曲刃口有滑切作用， 易切断草根而不缠草，适于水稻田耕作；直角刀具有垂直和 水平切刃，刀身较宽，刚

5、性好，容易制造，但人士性能较差； 弧形刀的强度大，刚性好，滑切作用好，通常用于重型旋耕 机上；而灭茬刀主要是锤片式，利用高速旋转时的惯性力来 打碎根茬、硬土块或草皮层。同时，碎土质量还与机具作业 速度和进给量有关。2.1.2 机具作业对象分析旋耕灭茬深松起垄作业既要切碎和松动土壤，又要粉碎 作物根茬。从土壤因素看，不同地域的土壤质地、容重、坚 实度、含水率和抗剪强度等都不相同；从农艺要求看，各地 的垄距、垄顶宽、作物根茬密度、根茬直径、根茬高度和根 茬含水率等也千差万别。这些都会导致作业效果的差异。2.1.3 统计分析将列入吉林省支持推广目录的 28种旋耕深松灭茬起垄 机的参数和性能试验数据进

6、行了汇总，如表 1所示。其中， 耕深、深松深度和灭茬深度这 3个性能指标意义不大，只反 映了机具的实际作业值，没有可比性；而耕深稳定性、根茬粉碎率、深松深度稳定性和垄高合格率是表述性能水平值,具有可比性。经分析发现，以上4项指标受土壤含水率和土壤坚实度影响较明显，且有一定的相关性。为直观明了，利 用Excel制作了土壤含水率、土壤坚实度分别与耕深稳定性、 根茬粉碎率、深松深度稳定性、垄高合格率的散点图，如图 1所示。土壤含水率在20%30噫间时，根茬粉碎率与土壤含水率成正比，变化范围在30个百分点左右；土壤坚实度在200600kPa之间时，根茬粉碎率与土壤坚实度成反比， 变化范围在30个百分点

7、左右；土壤含水率在20%30%间时， 垄高合格率与土壤含水率成正比，变化范围在30个百分点左右；土壤坚实度在 250 -500kPa之间时，垄高合格率与土 壤坚实度成反比，变化范围在20个百分点左右；土壤含水率在20%30%间时，耕深稳定性与土壤含水率成正比，变 化范围在10个百分点左右；土壤坚实度在250 -500kPa之间时，耕深稳定性与土壤坚实度成反比，变化范围在 10个 百分点左右；土壤含水率在20% -30%之间时，深松深度稳定 性与土壤含水率成正比，变化范围在10个百分点左右；土壤坚实度在250 -500kPa之间时，深松深度稳定性与土壤坚 实度成反比，变化范围在10个百分点左右。

8、2.2 现场调查及发函调查法2.2.1 生产条件影响因素调查2001年，在吉林省农业机械适用性影响因素调查中对机具使用者进行了生产条件影响调查，涉及25个县（市）的125个乡镇的1125个农户。其中，中西部平原地区主要种植 玉米，调查结果具有一定的代表性。调查结果显示：23%勺用户认为土壤湿度对耕整地机械有影响；42%勺用户认为不同土壤类型对耕整地机械有影响。这说明，影响耕整地作业 质量与土壤含水率、土壤类型及土壤坚实度等因素关系密 切。2.2.2 机具适用性影响因素调查2011 年4月编制了调查表，向四平市农丰乐机械制造有限公司等40余家企业发送征求意见表，就土壤条件（面积、 土壤坚实度、土

9、壤质地、垄距、垄高、土壤绝对含水率、根 茬密度、地形坡度、地表起伏状况、前茬作物）和气候条件（环境温度、环境湿度、风速、天气情况）等 14个影响因 素征求意见。回函的汇总统计结果显示，影响因素集中在土壤坚实度、土壤含水率、地表坡度和根茬密度等。2.2.3 试验鉴定机构的调研在辽宁省、黑龙江省、河北省、内蒙古自治区、甘肃省和山东省等农机试验鉴定站对旋耕深松灭茬起垄机的鉴定情况进行调查，咨询技术人员对适用性影响因素和受影响因 素影响的作业性能指标进行确定。调查结果与经验分析法大 致相同。3结论3.1 影响因素的确定根据以上分析及调查情况，确定旋耕深松灭茬起垄机适 用性影响因素为土壤（包括土壤质地、

10、土壤坚实度、土壤含 水率）、植被（包括根茬密度、根茬直径、根茬高度、根茬 含水率）以及地貌（包括地表坡度、垄距、垄宽）。3.2 影响因素权重的确定在向机具生产企业和有关鉴定机构调研时，除了征求影 响旋耕深松灭茬起垄机作业质量因素外，还进行了影响因素 权重大小的排序调查。课题组对调查结果进行了汇总、筛选 和处理，结果如表2所示。3.3 影响作业性能指标的确定JB/T 8401.2-2007旋耕联合作业机械旋耕深松灭茬起垄机标准中规定的主要作业性能指标有耕深、耕深稳定性、 灭茬深度、根茬粉碎率、深松深度、深松深度稳定性、垄高 合格率、垄顶宽合格率和垄间距合格率。组织专家对上述9个指标进行测评排序，取前 4位，最后确定影响旋耕深松灭 茬起垄机适用性的作业性能指标为耕深稳定性、根茬粉碎 率、深松深度稳定性以及垄高合格率等4个指标，这也