【《国内外联合耕整技术研究现状文献综述》5000字】

国内外联合耕整技术研究现状文献综述联合耕整装备是指利用两种及两种以上的耕整方式联合作业，按作业传动方式可分为多个被动耕整方式联合、被动耕整与主动耕整联合方式和多个主动耕整方式联合。联合耕整技术通过组合不同耕整方式，一次作业完成多项耕整需求(WeiseG，1993)，不仅提高了作业效率(Ahmadietal.,2017；Vidasetal.,2019)，同时减少拖拉机下地次数，减小了对土壤的压实。1.1国外联合耕整技术研究现状国内外学者对联合耕整技术开展较多研究(Prathuangetal.，2018)，取得了较多成果，联合耕整装备相对单一耕整具有显著优势。欧美等发达国家联合耕整技术发展较为成熟(Mitchelletal.,2016)，结合当地田块大，适合规模化生产的特点，研发了适用于干旱、半干旱地区的大中型联合耕整装备(Usaborisutetal.,2018;Mattettietal.,2017)，目前已在市场上广泛应用。图1.1a为美国凯斯公司研发的Ecolo-Tiger870C型联合耕整机，作业幅宽为5.5m，作业速度高达11km/h，通过半悬挂的方式减少运输和作业过程中机组能耗。该联合耕整机集成了圆盘耙组、深松铲、碎土辊等耕整部件，其中呈对称布置的圆盘耙组在前进过程中被动旋转完成破土和灭茬功能，呈对称交错排布的深松铲采用自激振动仿形的方式减小作业阻力，位于耕整机尾端的碎土辊实现碎土、平整功能，整机一次作业完成灭茬、碎土、深松、平整等多项耕整作业，作业效率高，减小了对土壤的反复碾压。图1.1b为德国（LEMKEN）SmaragdK系列联合整地机，机架可液压折叠，运输宽度小于3m，挂接方式有悬挂式和半悬挂式两种，作业幅宽为2.6~10.0m。该系列耕整机集成翼型深松铲、圆盘耙、耙齿、钉齿式镇压器等耕整部件，一次作业完成深松、埋茬、碎土等功能。翼型深松铲采用前后交错排布的方式，增大铲间横向距离，能有效减小堵塞现象，提高机具通过性，适用于留茬量较大地块土壤耕整。图1.1c为美国约翰迪尔农机2700型联合整地机，作业幅宽为4.3~6.8m，集成了圆盘犁、深松等耕整部件。其中圆盘耙片为16~24个，作业深度可通过液压调节，最大调节深度为102mm；通过位于圆盘犁后侧地轮调节作业深度，控制作业稳定性；安装于整机后侧的深松齿数量为5~9个，可实现深松功能。约翰迪尔农机2700型联合整地机一次作业能实现灭茬、碎土和平整多项功能，且作业深度、残茬和土壤破碎埋覆程度均可调可控。图1.1d为美国大平原TL-350型联合整地机，挂接方式为三点悬挂，作业幅宽为3m。该机集成了深松铲、缺口圆盘等耕整部件，其中深松铲安装于整地机前部，三排深松铲错位排布，铲间距离大（0.9m），通过性好。安装于深松铲后侧缺口圆盘用于切削整理地表残茬，作业深度可调。大平原TL-350型联合整地机一次作业可完成土壤深松、地表秸秆切碎混合、碎土等功能。a.美国凯斯Ecolo-Tiger870C联合整地机b.德国（LEMKEN）SmaragdK联合整地机c.美国约翰迪尔农机2700联合整地机d.美国大平原联合整地机TL-350图1.1国外联合耕整机Fig.1.1Foreigncombinedcultivator综上可知，联合耕整技术具有作业效率高、耕整质量好、生产成本低等优点，是耕整地技术发展趋势。国外联合耕整技术及配套装备已发展较为成熟，耕整机具集成深松铲、缺口圆盘、圆盘犁等多种耕整部件。欧美等发达国家因田块特点，研发的耕整地机具多以宽幅、高速、高效的中大型联合耕整机为主，配套大马力拖拉机，且多采用被动耕整部件以降低生产成本，适用于规模化耕整作业，耕整质量好且技术成熟。但大中型联合耕整机价格昂贵，且不适应我国田块小且分散的特点。因此，需研发适用于我国国情的联合耕整技术及配套装备。1.2国内联合耕整技术研究现状我国联合耕整技术研发起步较晚，20世纪70年代相关学者开始研发适用于我国国情的相关配套装备。进入21世纪以来，随着我国农业机械的飞速发展，我国联合耕整技术及其配套装备发展迅猛，针对现有的耕整方式的不足，我国众多学者对联合耕整技术及其配套装备进行了研究并取得较多成果。我国研发的联合耕整装备按照作业方式大致分为三类：双主动式联合耕整装置，即采用两种主动耕整部件联合作业；多个被动式联合耕整装置，即采用两种及以上被动耕整部件联合作业；主被动组合式联合耕整装置，即采用被动耕整部件和主动耕整部件组合式联合耕整装置。双主动式联合耕整装置的研究，贾洪雷等设计了一种双主动式秸秆碎茬埋覆耕整机（贾洪雷等，2008），并开展了参数匹配分析，前后刀辊分别完成秸秆粉碎和埋覆作业，试验结果表明满足我国北方旱作要求。张欣悦等研发了集灭茬、旋耕、深松等工序的联合整地机（张欣悦等，2009），对比试验表明，该机能显著提高作业效率。李永磊等针对现有秸秆还田整地机功能单一、作业效果差等不足（李永磊等，2011），研发了一种通过双刀辊组合，采用前刀辊正转粉碎秸秆，后刀辊反转埋覆秸秆和碎土的联合作业方式，提高了耕整质量。车刚等为解决北方玉米根茬难耕整的难题，研发了一种多功能茬地耕整机（车刚等，2012），一次作业能完成破茬碎土、深松旋耕等多项工序，作业效果好。周勇等研发了一种双轴水田秸秆还田机（周勇等，2012），并开展了前后刀辊结构设计，田间试验表明其作业效果满足水田耕整地要求。李永磊等设计了一种双辊秸秆还田旋耕机（李永磊等，2013），并通过土槽试验验证其可行性，田间试验表明该机一次作业能实现玉米秸秆还田和旋耕碎土功能。赵大勇等提出了一种前后分置悬挂式联合耕整机（赵大勇等，2014），田间试验表明该方式在能实现联合耕整的基础上，提高了拖拉机作业稳定性。林静等设计了一种主动式秸秆粉碎装置与主动螺旋式开沟器组合的秸秆深埋还田机（林静等，2017；田阳等，2018），田间试验表明该机达到了秸秆深埋还田要求。张喜瑞等针对现有机具切割香蕉根茬阻力大的不足（张喜瑞等，2018），设计了一种秸秆粉碎装置与灭茬装置组合式耕整机，优化了刀片结构，试验结果表明提高了作业效果。廖庆喜等为解决长江中下游地区耕层变薄等问题，（廖庆喜等，2020）提出了一种主动式犁耕埋茬与旋耕碎土平整结合的耕整方案，研发了驱动型犁旋联合耕整机。多个被动式联合耕整装置的研究，曹肆林等结合新疆地区耕整农艺要求，设计了一种被动式联合整地机（曹肆林等，2012），主要包括缺口圆盘耙组、圆盘犁组、碎土辊等耕整部件，优化了其结构和工作参数，一次作业能实现碎土、平整、镇压等多项工序。林静等为解决东北地区土壤耕层浅等问题（林静等，2016），研发了一种深松起垄联合作业机，并通过正交试验获得较优参数组合，田间验证试验表明机具作业指标满足农艺要求。张军昌等为减小耕作阻力，设计了一种自激振动式深松联合整地机（张军昌等，2016），集成了深松和碎土整地辊，提高了作业效率，降低作业阻力。万国伟等为降低耕整地作业成本，研发了一种以圆盘耙片为主要耕整部件的联合耕整机（万国伟，2017），试验结果表明，该机作业满足要求，降低了作业功耗。主被动组合式式联合耕整装置的研究，秦宽等为满足稻麦轮作区耕整地要求（秦宽等，2016），设计了一种被动犁翻与旋耕组合式耕整机，并开展了犁耕部件与旋耕部件交互研究，田间试验结果表明，作业效果优于单一部件二次耕整。刘晓鹏等为解决传统耕整方式耕层浅和功耗大的问题（刘晓鹏等，2017），集成研发了主动圆盘犁与被动碎土辊和开畦沟组合式耕整机，一次作业能完成土壤秸秆翻埋、开畦沟、碎土平整等多项工序。郑侃等以提高耕整质量，减小作业阻力为目标，提出了反旋与深松相结合的联合耕整机（郑侃等，2017），采用深松铲后置于旋耕装置的耕整方式，相比传统方式提高了作业质量。周华等集成了滑切型深松铲和旋耕埋茬刀辊（周华等，2017），应用于水稻秸秆还田，田间作业效果好。王瑞丽等为满足秸秆深埋还田需求，研发了一种秸秆深埋还田开沟耕整机（王瑞丽等，2017），优化了灭茬装置刀片排布，田间试验表明整机具有较好的开沟灭茬效果。赵建国等为减小耕作阻力、提高碎土效果（赵建国等，2019），设计了一种自激振动式深松铲，安装于旋耕刀辊后侧，并通过后置碎土辊实现二次碎土作业，减阻和碎土效果明显。林静等为针对辽宁省土壤干旱严重的问题（林静等，2019），设计了一种旋耕起垄与深松相结合的耕整机，满足该地区土壤合理耕层构建需求。张秀华等为解决华北平面玉米秸秆还田问题（张秀华等，2020），研发了一种铧式犁组与旋耕组合式耕整机具，作业效率较高，埋茬效果较好。张文良等针对长江中下游地区传统耕整机具难以满足耕整需求的实际问题（张文良等，2020），设计了犁旋式耕整机，优化了犁体结构和排布，作业效果满足耕整地要求。魏国粱等为解决旋耕部件在高茬水稻工况下耕深浅、埋茬效果不理想的问题（魏国粱等，2020），研发了一种采用先抬后扣作业方式的扣垡犁，集成了犁旋组合式耕整装置，耕整效果优于传统旋耕。综上所述，近年来，我国联合耕整技术及配套装备发展较快，主要成果有双主动式联合耕整装置、多个被动式联合耕整装置和主被动组合式联合耕整装置三类耕整作业方式。双主动式联合耕整装置多用于灭茬和埋茬作业，其中前刀辊浅旋灭茬，后刀辊混埋秸秆与土壤；由于双主动式联合耕整装置传动结构较复杂，且双刀辊耕整作业功耗较大，耕整深度不高，成为制约其推广应用的主要因素。多个被动式联合耕整装置具有作业功耗小的优势，但由于我国田块小等特点，较难实现高速作业，导致缺口圆盘等被动耕整部件在碎土、灭茬等工序作业效果不理想，该耕整方式较难适应我国国情。主被动组合式联合耕整装置在土壤耕整上应用较多，发展较为成熟，主要包括深松与旋耕联合耕整、铧式犁与旋耕联合耕整等方式，该方式结合了传统旋耕碎土平整效果的优势，同时弥补了传统旋耕耕层浅等不足，在我国具有较好的应用前景。长江中下游地区土壤粘重板结，油菜直播前前茬水稻秸秆留茬高、秸秆量大，单独旋耕较难有效完成种床的土壤耕整需求，研发适用于该地区的主被动组合式联合耕整技术与配套装备很有必要。参考文献包攀峰，吴明亮，官青云等．犁旋组合式油菜播种开沟起垄装置设计[J]．农业工程学报，2017，33(20)：23-31．曹肆林，王序俭，王敏等．1LZ系列联合整地机的设计与试验[J]．西北农业学报，2012，21(05)：202-206．曹鑫鹏，王庆杰，李洪文，等．侧置切刀与拨茬齿盘组合式清茬装置设计与试验[J/OL]．农业机械学报：1-11[2021-04-04].曾德超，郭祺泰．按翻土曲线变化规律设计滚垡壁犂犂体曲面的方法[J]．农业机械学报，1965(03)：265-276．曾德超，赵作善．犁体曲面设计的数学解析法[J]．农业机械学报，1979(01)：1-22．曾德超．在旱作沙壤土上铧犁犁体曲面性能的分析[J]．农业机械学报，1962(01)：37-60．车刚，张伟，万霖等．基于灭茬圆盘驱动旋耕刀多功能耕整机设计与试验[J]．农业工程学报，2012，28(20)：34-40．陈翠英，陈利刚．基于MDT的双翼翻土防漏耕犁的犁体曲面展开[J]．农业机械学报，2002(05)：38-39+43．陈钧，近江谷和彦．旋耕刀曲面典型形状的研究[J]．农业机械学报，1995(04)：50-55．丁为民，彭嵩植．宽型旋耕弯刀的设计研究[J]．农业机械学报，1997(03)：145-149．丁为民，彭嵩植．旋耕刀滑切角及滑切角方程的研究[J]．农业工程学报，1995(04)：67-72．丁为民，王耀华，彭嵩植．反转旋耕刀滑切角分析与计算[J]．农业机械学报，2001(06)：26-29+21．丁为民，王耀华，彭嵩植．反转旋耕刀正切面分析及参数选择[J]．农业机械学报，2003(04)：40-43．方会敏，姬长英，AhmedAliTagar等．秸秆-土壤-旋耕刀系统中秸秆位移仿真分析[J]．农业机械学报，2016，47(1)：60-67．方在华，张文春，刘夫云．拖拉机旋耕机组旋耕速比的确定[J]．农业机械学报，1997(01)：25-29．付乾坤，荐世春，贾洪雷等．玉米灭茬起垄施肥播种机的设计与试验[J]．农业工程学报，2016，32(04)：9-16．22.甘雨．伪球犁体曲面的设计研究[D]．石河子大学，2017．高建民，桑正中．斜置旋耕刀侧切刃曲线的理论研究[J]．农业机械学报，2001(02)：24-26．葛云，吴雪飞，王磊等．基于ANSYS微型旋耕机旋耕弯刀的应力仿真[J]．石河子大学学报(自然科学版)，2007(05)：627-629．宫含洋，王立权，邢晓冬等．海底犁式挖沟机犁体建模及土壤裂解研究[J]．机械工程学报，2012，48(19)：134-140．顧乾安，王权，孙永祥等．旋耕机铊形刀片的设计[J]．农业机械学报，1965(05)：476-484．郭俊，姬长英，ChaudhryArslan等．稻麦秸秆旋耕作业中受力与位移分析[J]．农业机械学报，2016，47(10)：11-18．何永强，贺俊林，杨作梅．犁体曲面离散元仿真试验与参数优化[J]．农机化研究，2019，41(12)：189-193+257．何志民，杨芳，孙红霞等．水平直元线犁体曲面参数化设计[J]．机械科学与技术，2002(04)：562-564+568．后之明．犁体曲面研究的几个问题[J]．农业机械学报，1981(03)：74-85．胡红，李