阿基米德螺线型破茬装置的研究

1、2015年 农业工程学报 13阿基米德螺线型破茬装置的设计与试验林 静1本文图片过多，适当删减，李宝筏1，李宏哲2农业工程学报是农业工程类期刊，文章题目要能概括全文，反映文章的主体内容。若是后期因为文章题目的问题出现异议，在要求的时间内作者无法给出合适的题目，会直接将文章延迟出版。文章题目需要从以下几点考虑：*文字尽量控制在22字左右，题名不要太长；*最好是体现农业工程内涵，请注意不要生拉硬套。*能很好的概况文章的主要内容*不要出现英文缩写，用全拼；*一般不使用“研究”二字，不使用“的影响”；若是出现“的影响”，请明确此影响（1.沈阳农业大学工程学院,沈阳 110866；2.铁岭县农机化技术推

2、广服务站，铁岭 112600）摘要摘要包括4要素，研究目的、研究方法、研究结果和研究意义。为了达到什么目的，采用什么方法。研究结果是什么，本文的研究意义是什么（从宏观角度说）。:针对东北保护性耕作区玉米垄作农业技术对研发新型免耕播种机的要求，本文以阿基米德螺线为基础，分析了缺口圆盘刀破茬性能和理想种床对破茬刀的技术要求，进行了螺线型缺口圆盘破茬刀的结构优化以及最优参数的优选；研制了破茬开沟装置和新型切拨防堵装置。经过试验验证破茬开沟装置，开出“V”形沟，两片螺线型缺口圆盘刀直径350 mm，入土深度40 mm时，播种开沟宽度28 mm；新型切拨防堵装置破茬深度70100 mm，开沟宽度为405

3、0 mm；清垄部件清垄宽度210 mm，均达到了农业技术要求，可用于高留茬模式和高留茬碎杆覆盖模式的保护性耕作地区的免耕播种作业。关键词：阿基米德螺线；圆盘破茬刀；结构优化；破茬开沟装置；新型切拨防堵装置 中图分类号：S223.2 文献标识码： A doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.00.000中图分类号: S223.2 文献标志码 : A 文章编号：1002-6819(2015)-00-0000-00林静，李宝筏，李宏哲.阿基米德螺线型破茬装置的设计与试验J.农业工程学报，2015，31（0）:0-0Lin Jing, Li Baofa，Li Hongzh

4、e. Study on Design and Experiment of Archimedes spiral type stubble breaking deviceJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE)，2015，31（0）:0-0 0 引 言* 引言作为论文的开端，主要回答为什么研究（why）这个问题，同时也是引用参考文献最多的部分。它简明介绍论文的背景、相关领域的前人研究历史与现状，以及著者的意图与分析依据。引言主要反映前人研究结果及其不足，以

5、及作者针对这些不足所做的工作，作者期望达到的结果。引言的写法具体见农业工程学报论文写作规范(2015版).doc，里面有专门的说明。收稿日期：20150628 修订日期：2015-00-00基金项目：公益性行业（农业）科研专项“旱地合理耕层构建技术指标研究” （201503116）；国家自然科学基金资助项目“机械免耕播种切拨防堵装置的工作机理与参数优化研究”（51275318）作者简介：林静（女），辽宁昌图人，教授，博士生导师，主要从事旱作农业机械化及智能化装备研究。沈阳 沈阳农业大学工程学院，110866。E-mail：synydxlj69 垄作耕法是中国东北地区行之有效并沿用至今的抗旱防涝

6、的耕作方法。由于气候和自然条件所决定，东北大部分地区仍将继续垄作耕法。在垄作的情况下播种时，可以提高地温，伏天可以防洪排涝。近年曾推广条带旋耕式免耕播种机“2BM-2”型和 “1M/2BF-2”型免耕联合精播机。由于旋耕，根茬被打碎防堵性能好，但是土壤耕作强度指标为l=R´w/nm=6.57.81-2，土壤耕作强度大，破坏原垄，形成新沟，失去垄作优势，现已停用。目前，生产上应用的2BMZF-2型免耕指夹式精量施肥播种机，东北地区约3000台，采用国外圆盘破茬部件，土壤耕作强度指标l=1，减轻了土壤耕作强度，未见新沟;但是由于两行机采用了1000 kg的整机重量，对土壤的压实太大3-4

7、，垄台几乎被压平，轮辙压实严重影响玉米根系的生长。已有许多厂家仿制，而且整机重量在不断加重，整机重量达到12001500 kg，这种播种机不但失去垄作优势，增加土壤硬度，而且制造成本高，每台机价格6.5万元，使田间作业成本大大提高，不符合节能减排增效的农业生产要求。鉴于目前免耕播种机存在的突出问题是保持垄型问题，本文以阿基米德螺线理论为基础，研发了两种土壤工作部件，即新型的切拨防堵装置与破茬开沟装置，以减少破茬阻力对下压力的需要，减少机具重量，并可分别安装在普通播种机上，实现免耕播种。1. 阿基米德螺线型缺口圆盘破茬刀破茬性能分析1.1 选用阿基米德螺线作为破茬刀刃口曲线 刃口曲线选用阿基米德

8、螺线，如图1所示，其极坐标方程为： （1）式中:R为极径，mm；R0为起始半径，mm；K为常数；为极角，（°）。 图1 阿基米德螺线Fig.1 Achimedean Spiral 将圆盘破茬刀刃口曲线设计为阿基米德螺线形的原因在于，阿基米德螺线是我国国家标准（GB5669-85）中推荐的旋耕机弯刀侧切刃的刃口线型，动滑切角随着刃口的切入至切出越来越大，滑切效果好，可以避免出现常规缺口圆盘的漏切问题；对于深埋在地表以下的根茬可以渐进式地入土切茬，入土效果好，切茬率高，避免漏切；并且相对于复杂的刃口曲线，该型刃口曲线的加工和制造比较方便，降低制造成本。1.2 螺线型缺口圆盘破茬刀的转动时

9、间 螺线型缺口圆盘破茬刀转动一周所需的时间T与全缘的光面圆盘破茬刀转动一周所需的时间T¢，以及二者之间的关系。设有一个螺线型缺口圆盘破茬刀，随机具以nm的速度沿x轴正向前进，并以大小的角速度转动，如图2所示。如果缺口的个数为Z，那么螺线型缺口圆盘破茬刀转动一周所需的时间T为： （2） 因为 = 360/Z，且R(q)=R0+K´q，所以有: （3） 积分后，得： （4）将式(K)代入式(4)，整理得： （5）本文图片不清晰，请全部插入清晰的图片*图片植入方式：word中插入清晰图片，注意“背景返白”；为了防止动版，请设置图片格式为“嵌入式”，或是插入jpg格式的图片；文中不

10、能出现文本框，编辑的时候会动版。图片也不要使用viso作图，打印时是乱码。自己打印一下，看看能不能打印出来。*针对全文：文中不是为了列图片而列图片，是对文章有帮助的保留，影响不大的删除。请作者斟酌。请作者一定将图片问题修改好。图表问题处理不好，将直接影响文章处理进度。图2 破茬刀转动的时间Fig.2 Time Needed of Rotated Cutting Disc 由式(5)可知，螺线型缺口圆盘破茬刀转动一周所需的时间T只与机具的前进速度vm、破茬刀的最大半径Rmax和起始半径R0相关，与破茬刀的缺口个数Z无关；并且是与机具的前进速度vm成负相关，与破茬刀的最大半径Rmax和起始半径R0

11、成正相关。另设有一个半径等于Rmax的全缘的光面圆盘破茬刀，同样随机具以vm的速度前进，那么它转动一周所需的时间T¢为： （6） 那么，螺线型缺口圆盘破茬刀转动一周所需的时间T与全缘光面圆盘破茬刀转动一周所需的时间T¢相差的时间DT为： （7）即： （8） 由（8）式可知：因为R0 < Rmax，所以DT <0，即T <T¢¢。这一结论也可以从两个圆盘刀的轨迹线得到验证。如图3所示，可以看出11个缺口的螺线型缺口圆盘刀率先完成一周的转动，即螺线型缺口圆盘刀转动一周所用的时间T少于同样半径大小的全缘光面圆盘破茬刀转一周所用的时间T

12、2;¢。图3 两个圆盘刀运动轨迹的对比Fig.3 Comparison Chart of Movements between Smooth Disc and Spiral Gap Disc 此外，由式(8)可知DT只与机具的前进速度nm、破茬刀的最大半径Rmax和起始半径R0相关，与破茬刀的缺口个数Z无关；并且DT是与nm和R0成负相关，与Rmax成正相关的。以11个缺口的螺线型缺口圆盘破茬刀为例，它在机具前进速度为5 km/h时转动一周所需的时间为0.7464 s，而等半径的全缘光面圆盘破茬刀转动一周则需要0.7916 s，时间差DT 为0.0452 s。由此可知，在相同的时间内，

13、螺线型缺口圆盘破茬刀切割根茬的次数要比全缘的光面圆盘破茬刀切割的次数多，说明它的切割效率更高，有利于破茬开沟。从图3中可以看出,当A点结束一个圆弧的运动轨迹进入下一个圆弧的运动轨迹时，都会发生一次冲击。冲击力提升了切断根茬的效果，减少破茬阻力5-6。螺线型缺口圆盘破茬刀的运动轨迹不仅有着滚动光面圆盘破茬刀似的摆线，可以减小对土壤的扰动，而且还具备了半圆型缺口圆盘破茬刀切茬的冲击性能，由双片螺线型缺口圆盘破茬刀构成的破茬开沟装置，两侧有松土区利于节根生长；又因为螺线型破茬刀的特殊刃口曲线形状，还实现了由远及近地入土切茬的效果，避免了半圆型缺口圆盘破茬刀漏切的问题。2 理想种床对破茬刀的技术要求

14、创造一个理想的种床，种子下方底土其非毛管孔隙要少，以利于保墒，实现种子与湿土的接触；而种子上方土壤应细碎且松紧适度，控制水分蒸发，并且获取更多的空气和热量。针对中国东北早春干旱的特点，又要对覆土进行镇压，防治透风，落干种子。在玉米发芽过程中其生长次序分为胚根、节根、气生根。播种时要创造上虚下实的种床，即“硬床软被”以利于胚根入土，吸收水分和营养，如图4所示。机械播种所开沟的侧壁不应太硬，应利于节根的扎入，从土壤吸收营养。图4中表示双圆盘开沟器所形成的V形沟，玉米种子应放置于底部以便可以定位；防止滚动，与下层湿土有密切的接触 7-9。直径350 mm的双圆盘开沟器，入土深度40 mm时，播种开沟

15、宽度28 ；破茬犁刀作业范围，为打碎根上节（俗称五叉股），促使残茬体解，入土深度应为70100 ，而在地表开沟宽度应4050为宜。两侧尚有12 mm以上松土区，疏松的沟壁利于节根的生长。a.开沟较窄玉米小苗生长弱小 b. 开沟较宽利于玉米生长 c.破茬刀和双圆盘开沟器工作原理图a.Corn seedlings grow weak because ditching narrow b.Ditching wider so that beneficial Maizec. Disc stubble breaking cutter and double disc opener operating prin

16、ciple1.弱苗 2.开沟器开的坚实的沟 3.圆盘开沟器开的坚实沟壁 4.根系生长缓慢 5.覆土质量好 6.快速一致的出苗可以高产7.疏松的沟壁利于节根生长 8.种子和湿土接触良好利于根系生长1.Seedlings grow weak 2. Solid ditch by double disc opener 3.Solid trench wall by double disc opener 4. Root growth is slow 5.Good quality of covering soil 6.The emergence can quickly and consistently so

17、 that high yield 7.Loose trench wall beneficial to nodal root growth 8.Seeds and wet soil good contact conducive to root growth图4 玉米生长图Fig.4 Corn growth graph 为了对新型切拨装置进行优化设计，2013年5月在沈阳农业大学实验田进行了玉米根茬破切后播种试验，如图5所示为玉米种子播种在切开的根茬之间以后三叶苗龄时的长势情况。从生产实验证明了切拨装置只要能破切到玉米根茬“五叉股”位置，就能保证玉米种子如期发芽生根，并且能够达到长势良好；破开的根

18、茬还能够起到防沙固土的作用。同时证明开沟较宽更有利于种子的发芽生长10。图5 茬口玉米种植Fig.5 Plant corn in Stubble 为了开沟较宽，可采用两种方案：一种是单片圆盘破茬刀，课题组研制了9齿破茬盘偏离前进方向60的新型切拨防堵装置；另一种是双片圆盘破茬刀，选择15齿与质数11齿阿基米德螺旋线缺口圆盘破茬刀, 课题组研制了双圆盘破茬开沟装置。3 螺线型缺口圆盘破茬刀的结构优化以及最优参数3.1 螺线型缺口圆盘破茬刀的结构优化 阿基米德圆盘破茬刀采用两面开刃可以使两面受力均匀，但在齿尖处会产生应力集中，所以极易磨损，而且从图6中可以看出齿尖一旦磨损就会降低作业效果，严重的会

19、失去阿基米德螺旋线的优势，所以对尖角11齿圆盘破茬刀进行结构优化。图6 阿基米德螺线型缺口圆盘刀优化步骤图Fig.6 Step of Perform Archimedes Spiral Type Gap Cutting Disc图7 新型阿基米德螺线型缺口圆盘刀Fig.7 New Style Archimedes Spiral TypeGap Cutting Disc 如图6所示，为了消除应力集中现象及改进工艺要求，将尖角11齿半径Rmax=215mm，R0=175mm的阿基米德螺线缺口圆盘刀半径变为R¢max=225mm，R0 =175按照图1所示的方法绘制，然后用半径Rmax=2

20、15mm的圆切割，得到如图7所示的优化后的新型阿基米德螺线缺口圆盘刀11。本次优化是在保证参数不变的情况下进行，优化后保留了阿基米德螺线在切割上的优势，由于齿尖形状已较为宽大，制造时齿形部分进行热处理（淬火后回火），以解决应力集中与耐磨性的问题，确保圆盘破茬刀的耐磨性和破茬性能。 3.2 阿基米德螺线型缺口圆盘破茬刀最优参数3.2.1 11齿和15齿双片圆盘破茬刀配合工作 当选用双片圆盘破茬刀配合工作时，应选用一个质数齿的圆盘,这样，两个圆盘不但可以互相避免由于缺口的重合导致的漏茬问题，还可以做到两个盘上的齿交替入土，从而减少阻力和对下压力的需求，以降低机具重量；由阿基米德螺旋线原理，滑切角t

21、g=R/K12 ,选K值小的质数齿的圆盘为优，由表1可知，9齿以下圆盘破茬刀，结构上不好布置；应选用质数11齿圆盘破茬刀为佳，结构如图8所示。课题组研制的破茬开沟装置，即选用11齿阿基米德螺旋线缺口圆盘破茬刀与15齿圆盘破茬刀配合工作。表1 螺线型缺口圆盘破茬刀结构参数Tab.1 Structure Parameters of Archimedes Spiral Type Gap Cutting Disc序号No.缺口数Number notch ZR0 / mmRmax / mm /（°）K/mm×（°）-111715517521.170.942131551752

22、7.60.7231115517532.730.6141117521532.731.2251017521536.001.106917521540.001.00 注：序号3为直径350mm的11齿缺口开沟器圆盘；序号4为直径430mm的新型11齿缺口圆盘破茬刀。 a.9齿缺口圆盘破茬刀a. 9 tooth gap disc stubble knifeb. 11齿缺口开沟器圆盘 b.English11 tooth gap opener disc图8 二种圆盘破茬刀 Fig.8 大写Two kinds of the Stubble Cutting Discs 3.2.2 单片圆盘破茬刀工作时应选用9齿

23、圆盘由表1可知，序号1、2、3为直径350 mm的缺口开沟器圆盘；序号4、5、6为直径430 mm的缺口圆盘破茬刀。9齿以下圆盘，结构上不好布置，选K值小的齿数圆盘为优，滑切角大；单片圆盘破茬刀工作时，应选用9齿圆盘为佳。课题组研制的新型切拨装置装置，即选用9齿阿基米德螺旋线缺口圆盘破茬刀（图8）。3.2.3 单片圆盘偏置开沟宽度的计算 由图9可知，b=L´sin，上述两种圆盘刀，偏置开沟宽度计算结果，如表2所示。表2 单片圆盘偏置开沟宽度计算Tab.2 Offset single disc ditching width calculation缺口数Number notch ZB/m

24、m结构参数Structural parametersD/ mmh/ mma/ (°)L/mm1122.7350406222.793236430701006320360 11 齿缺口开沟器圆盘转一周，其外端点横向移动350 mm ´sin60=35 mm, 入土深度h=40 mm，其横向移动为222.7 mm ´sin60=22.7 mm。9齿缺口圆盘破茬刀转一周，其外端点横向移动430 mm ´sin60=43 mm，入土深度h =70100 mm，其横向移动为320 mm´sin60360 mm ´sin60=3236 mm,加上破

25、茬盘厚度4 mm，开沟宽度为3640 mm；对照国外开沟宽度最大的8 个波纹的破茬盘其开沟宽度为英吋，即31.75 mm13。图片不清楚注：D为破茬盘直径，mm；a为偏离前进方向的角度，（0）； h为入土深度，mm ；L为入土深度所对应的弦长，mm ；b为开沟宽度，mm。Note:补充 D is broken stubble disc diameter，mm；a is the angle of deviation from the forward direction，（0）； h is buried depth，mm ；L is bowstring length corresponding t

26、o buried depth，mm ；b is Trench width，mm。图9单片圆盘偏置开沟宽度计算Fig.9 Offset single disc ditching width calculation补充4 破茬开沟装置试验 在实行高留茬模式保护性耕作的地区，田间覆盖率30%的情况下，可以采用破茬开沟装置，代替普通播种机的播种开沟器，既可破茬又可开沟播种，增加配重使破茬开沟装置处称重为100 kg时，普通播种机即可实现免耕播种。破茬开沟装置的结构如图10所示。对于破茬开沟装置的整体装配要按如下的技术要求进行：1）选用11齿阿基米德螺旋线缺口圆盘破茬刀与15齿圆盘破茬刀配合工作。2）缺

27、口圆盘顶端与方形链接杆的上端的距离要小于240 mm，缺口圆盘旋转中心距离方形链接杆上端约为410mm以降低播种机的投种高度，实现定位播种，保证株距准确。3）圆盘直径D=350 mm,两圆盘的装配夹角为y=120，且两圆盘的聚点与水平方向成a=15°角，沟底宽b=D(1-sina)´sin（y/2）=26 mm14，播种深度40 mm时，地面开沟宽度可达28 mm15-16。由双片螺线型缺口圆盘破茬刀构成的破茬开沟装置，它的运动轨迹会发生多次冲击。冲击力提升了切断根茬的效果，减少破茬阻力，也使得两侧有松土区利于节根生长。4）零速投种管，其投种管的轮廓应保证在播种机前进速度为

28、8km/h准确投种17-18。 1.轴承盖 2.11个缺口圆盘刀 3.方形连接杆 4.立板 5.连接板 6.零速投种管 7.15个缺口圆盘刀 8.芯轴 9.防尘盖 10.开沟铲连接器 11.开沟铲English1. Bearing cap 2.11 piral type gap disc stubble breaking cutter 3. Square connecting rod 4. Riser 5Connecting plate6. Zero speed cast seed tube 7. 15 piral type gap disc stubble breaking cutter 8

29、. Mandrel 9. Dust cover 10. Ditching spade connector 11. Ditching spade图10 破茬开沟装置结构图Fig.10 Structure Chart of Residues Break and Open Device 破茬开沟装置装配体，如图11所示。 a. 前视图结构配置 b. 正视图结构配置a. Front view of the structure of the configuration b. A front view of the structure of the configuration c.Rear view of

30、 the structure of the configuration图11 破茬开沟装置试制样机Fig.11 Prototype of Residues Cutting and Shoving Equipment 破茬开沟装置进行了实际的田间试验研究，如图12所示。当前进速度为15 km/h，破茬开沟装置处称重为100 kg时，清茬率最高。试验结果可为新型保护性耕作机具的设计提供理论依据。图12 图中的小图要自己的中英文名称 破茬开沟装置田间试验Fig.12 Stubble breaking ditching device field test 5 新型切拨防堵装置的总体设计 在实行高留茬碎

31、杆覆盖模式保护性耕作的地区，田间覆盖量1 kg/m2的情况下，可以采用新型切拨防堵装置，如图13示，增加配重使单片圆盘破茬装置处称重为113 kg时,普通播种机即可实现免耕播种。本文研发采用滚动圆盘破茬刀，并且其刃口呈阿基米德螺线缺口型，经多次试验破茬阻力小，机器重量可以减少；因为是被动式破茬防堵，土壤耕作强度指标l=R´w/nm=1，保持了垄形。解决了条带旋耕式免耕播种机，由于驱动式破茬防堵，土壤耕作强度指标大，l=R´w/nm=6.57.8产生的破坏原垄，形成新沟的问题。为了满足破茬的要求，确定阿基米德螺线型缺口圆盘刀的最佳结构参数为9齿。考虑到传统的防堵装置往往是固定

32、式的，不能根据实际情况实时调节，所以设计可以根据地况进行实时调节的防堵装置。最后要将破茬装置与防堵装置合二为一做到切拨防堵一体化。同时可以将新型切拨防堵装置安装在普通播种机上，使其具备免耕播种机的功能。1.9齿破茬盘 2.双臂杠杆 3.弹簧部装 4.斜板 5.顶盖 6.清茬盘1. 9 tooth broken stubble plate 2.Double arm lever 3. Spring unit installed 4. Swash plate 5. Cover 6. Stubble clean plate图13 新型破茬防堵装置结构图Fig.13 Structure Chart of

33、 Residues Break and anti-blocking Device5.1 单片圆盘破茬刀方案 单片圆盘破茬刀不易堵塞而且入土性能好，但经过理论分析和大量的实践证明单片圆盘破茬刀破开的沟窄，不能满足圆盘破茬宽度的农业技术要求。本设计方案，采用了单片圆盘破茬刀切拨装置，为达到开沟宽度要求，而使9齿破茬盘偏离前进方向60，当机器前进时，破茬深度70100 mm时，理论开沟宽度3640 mm，田间试验, 单片圆盘破茬 装置处称重为113 kg时,破茬深度70100 mm时，由于有土壤带动层而开沟宽度为4050 mm。5.2 清茬盘的选择与运动分析 仿照旋耕刀的原理,本文设计了一种类螺旋线

34、型清垄器齿形,其齿形方程的极坐标形式如下: (9)式中: R为极径，mm；R0为起始半径，mm；K为常数；为极角，（°）。 该齿形方程仿照阿基米德螺线建立,对选择3/4次乘方,其原因如下:阿基米德螺线的特点是当刀刃每转过单位角度时,其径向切入土壤中的长度是相同的,这可以使刀刃切土负荷的变化比较均匀,而清垄刀负荷较小,其主要目的不是为了切土,而是为了清除地表秸秆,因此希望在清垄过程中有较大的滑切角而减少杂草等对其缠绕,如式(9)所示方程所确定的齿形在相同位置有比阿基米德螺线更小的曲率半径,可使其工作段滑切角更大19,经试验选清茬轮半径R=165 mm，R0=115 mm，Z=12时,其

35、齿形曲线，如图14示。 图14 清茬刀Fig.14 Ridge clearing device 而考虑滑切一般a为30°35°，a角小推移秸杆容易，选a=30°，入土深度h=20mm，清垄宽度为： （10）式中：L-清茬轮清垄长度；计算得到清垄宽度b=80 mm，满足清垄要求20。清垄刀端点a运动轨迹在XOY平面内投影，如图15和图16示。清垄器半径R=165 cm时，a角为30°，机具前进速度为1.4 m/s而假设滑移率d为0。图15 清垄器工作示意图Fig.15 Working schematic of ridge clearing device5.

36、3 试验结果与讨论5.3.1 试验条件与试验因素设计试验时间在2015年4月,试验地点选择在沈阳农业大学试验田，在留有玉米根茬的垄作未耕地块进行试验，试验地工况为垄作留茬高度平均130 mm，前茬玉米垄距600 mm,平均株距320 mm,根茬秸秆部分直径平均值为30 mm，如图17示。根据免耕播种机考核指标要求设计试验，试验考虑对本机的破茬率和机具通过性影响较大的 3 个因素：机具前进速度 、破茬盘入土深度和机具配重进行3因素3水平二次回归组合正交试验，因素水平编码表3所示。根据3因素5水平二次回归正交试验设计，安排17次试验，试验方案及结果，如表4所示。表3 因素水平编码表Tab.3 Co

37、ding table for factors and levels水平Level因素x1机具前进速度Machines forward speed /ms-1x2破茬盘入土深度Stubble plate buried depth /cmx3破茬装置重量Stubble means weight /kg零水平(0)Zero level 2.227.50106.50变化区间()Change interval 0.410.374.80上水平(+1)Level 2.637.87111.3下水平(1)Next level1.817.13101.7g(1.353)2.788.00113.00-g (-1.35

38、3)1.677.00100.00-200-150-100-50050100150200500100015002000250030003500X/mmZ/mm图16 R=165cm时清垄刀端点a运动轨迹在XOY平面内投影Fig.16 R= 165cm when clearing a ridge knife endpoint trajectory projected in the plane XOY a.新型切拨防堵装置的田间试验 b. 破茬装置破切效果 c. 破茬率测量a. Field trials of new Residue Cutting-Moving and Anti-Blocking

39、Device. b. Breaking the effect of stubble breaking device c. Stubble rate measurement图17 新型切拨防堵装置田间试验Fig.17 New Residue Cutting-Moving and Anti-Blocking Device field trial表4 试验方案与试验结果Tab.4 Experiment plan and results试验号Test No.设计矩阵Design Matrixx1 x2x1 x3x2 x3x1¢x2¢x3¢破茬率Stubble ratey/

40、 %x0x1x2x3x12-0.686x22-0.686x32-0.686111111110.3140.3140.31496.972111-11-1-10.3140.3140.31492.58311-11-11-10.3140.3140.31496.46411-1-1-1-110.3140.3140.31493.3651-111-1-110.3140.3140.31496.1661-11-1-11-10.3140.3140.31492.0771-1-111-1-10.3140.3140.31496.0581-1-1-11110.3140.3140.31492.23911.353000001.1

41、45-0.686-0.68692.97101-1.353000001.145-0.686-0.68691.5811101.3530000-0.6861.145-0.68694.461210-1.3530000-0.6861.145-0.68691.36131001.353000-0.686-0.6861.14597.0614100-1.353000-0.686-0.6861.14591.56151000000-0.686-0.686-0.68693.16161000000-0.686-0.686-0.68693.86171000000-0.686-0.686-0.68693.46Bj1595.

42、354.743.8722.84-0.22-0.421.56-0.621.716.83dj1711.6611.6611.6688bj93.840.410.331.96-0.03-0.050.20-0.090.261.02Qj1.931.2944.740.010.020.300.060.446.965.3.2 试验结果分析 根据试验因素与试验指标的极差分析确定切断玉米根茬的工况条件最优组合是机器前进速度是2.22 m/s，配重是113 kg，破茬圆盘刀的入土深度7.50 cm，即对于破茬率试验指标最优组合为正交试验的第13 号试验。根据试验结果，利用计算机求解得出破茬率与影响因

43、素间的数学模型为：（13） 回归方程的显著性检验结果如表5所示，可知，F1< F0.05（5，2）是不显著的，说明回归方程拟合较好，故可进一步用统计量F2进行检验。F2> F0.05（9，7）=3.68，说明方程在a=0.05水平上显著，具有实际意义。在回归方程中, 回归系数绝对值的大小反映了各因素的重要程度，从回归方程各因素系数大小可以看出，对破茬率影响最大的是机械的配重，其次是机械前进速度，与极差R分析确定的主次因素次序结论一致。表5 方差分析结果Tab.5 Results of variance analysis方差来源Variance Source偏差平方和Total of

44、 the deviations squared自由度Freedom方差VarianceF值F value临界值Threshold FaD回55.7496.19F2=5.90F0.05（9，7）=3.68D剩7.3571.05D拟7.1051.42F1=11.32F0.05（5，2）=19.3D误0.2520.125D总15.04166 结论 机械免耕播种种床的土壤耕作几何模型，是垄作机械免耕播种的工艺标准1。集中地反映了垄作机械免耕播种的农业技术要求，是垄作免耕播种机研制与田间运用作业质量优劣的有效判据。据此判据可得结论： 1）破茬犁刀作业范围，为打碎根上节（俗称五叉股），促使残茬体解，播种开

45、沟器开沟宽度28 ,入土深度应为70100 而在地表开沟宽度以4050 为宜。新型切拨防堵装置破茬深度70100 mm时开沟宽度为4050 mm，达到了设计要求。 2）清垄部件清垄宽度；垄顶宽b为210 ，清垄器入土深度2030 mm，清理秸秆、草籽而少扰动土壤。新型切拨防堵装置，单侧清垄宽度b=80 mm，两侧为160 mm，加上破茬刀开沟宽度为4050 mm，可达到清垄宽度210 mm时符合农业技术要求。3）破茬开沟装置，开出“V”形沟，两片螺线型缺口圆盘刀直径350 mm，入土深度40 mm时，播种开沟宽度28 mm；由双片螺线型缺口圆盘破茬刀构成的破茬开沟装置，它的运动轨迹会发生多次冲

46、击。冲击力提升了切断根茬的效果，减少破茬阻力，也使得两侧有松土区利于节根生长,符合要求。4）通过对新型切拨防堵装置田间试验，分析了破茬开沟装置在不同机械前进速度、配重和入土深度下，破茬率的变化规律。确定了切断玉米根茬的工况条件最优组合为机器前进速度2.22 m/s，配重是113 kg，破茬圆盘刀的入土深度7.5 cm时破茬率最高。得出各因素对破茬率影响的主次顺序为：机器配重>机器前进速度>入土深度。参 考 文 献参考文献的写法请参阅农业工程学报论文写作规范(2014版).doc，里面有专门的说明。同时补充最新的、权威的参考文献。-注意：举一反三1 Lin Jing, Song Yu

47、qiu，Li Baofa. Mechanical no-tillage sowing technology for northeast ridge area in ChinaJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014,30(9):50-57. 林静，宋玉秋，李宝筏. 东北垄作区机械免耕播种工艺的研究J.农业工程学报，2014,30(9):50-57.2 李宏哲，林静，李宝筏. 免耕播种机在辽宁铁岭县的适应性研究J.农机化研究，2014,36

48、（8）：49-51.Li Hongzhe, Lin Jing, Li Baofa . Study on adaptation of no-till planter for Tieling County Liaoning Province in ChinaJ. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2014, 36(8): 4951. (in Chinese with English abstract).3 Gratton J, Chen Y, Tessier S ？外国人姓前名后，名缩写、大写。示例：Nandhitha N M， Man

49、oharan N，Sheela R B, et al.Design of a spring-loaded downforce system for a no-till seed openerJ.Canadian Biosystems Engineering Volume, 2003, 45 (2).29-35.4 Grisso R B, Holshouser D,Robert P. Equipment considerations for no-till soybean seeding R .Virginia Cooperative Extension, 2002: 442-456. 5 林静

50、，李博，李宝筏，等. 阿基米得螺线型缺口圆盘破茬刀参数优化与试验J. 农业机械学报，2014,45（6）：100-104Lin Jing，Li Bo，Li Baofa,et al.Parameter Optimization and ex针对期刊：文章题目只需要首字母大写，其他小写；期刊名需要每个单词的首字母大写。全文统改。periment on Archimedes Spiral Type Gap Cutting DiscJ.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014,45（6）：100-104.

51、(in Chinese)6 李博. 免耕播种机新型破茬开沟装置的设计与试验研究D沈阳：沈阳农业大学,2013.Li Bo. Design and Experimental Research of New maize针对学位论文、著作：题目和单位中每个单词的首字母都要大写 Residues Cutting and Opening Device for No-Tillage PlanterD. Shenyang：Shenyang Agricultural University ,2013(in Chinese).7 Energize the growzoneEB/OL. 2014-6写法见农业工程

52、学报论文写作规范(2014版).doc-20.http：/www.Y. 8 Seeding development salesEB/OL. 2014-6-29.http：/.9 Guide to No-till Seeding salesEB/OL.2014-6-29.http：/.10 Paul J.Setting Up No-Till Planters For SuccessR.Published by University of Nebraska-Lincoln Extension in the Institute of Agriculture and Natural Resources

53、 Cooperating with the counties and the U.S. Department of Agriculture,200611 牛金亮 免耕播种机新型切拨防堵装置的研究D 沈阳：沈阳农业大学,2014，6Niu Jinliang. Research of Residues Break and Anti-blocking Device for No-Tillage PlanterD. Shenyang：Shenyang Agricultural University ,2014,6(in Chinese).12 北京农业工程大学.农业机械学M. 北京：农业出版社,1996.13 Clearing up the Coulter ConfusionEB/OL.2014-06-20.http：/www.Y.14 李宝筏.农业机械学M.北京：中国农业出版社，2003.15 于慧春, 刘俊峰, 冯晓静，等.双圆盘开沟器开沟沟形的计算机模拟分析J.河北农业大学学报，2 0 0 4，27（1）:108-110Yu Chunhui, Liu Junfeng, Feng Xiaojing ,et al. Simulation study on th