密植果園開(kāi)溝施肥機(jī)開(kāi)溝刀片設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

康建明 李樹(shù)君 楊學(xué)軍 劉立晶 王長(zhǎng)偉 劉曉秋

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院， 北京 100083； 2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所， 石河子 832000；3.中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司， 北京 100080； 4.現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司， 北京 100083)

密植果園開(kāi)溝施肥機(jī)開(kāi)溝刀片設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

康建明1,2李樹(shù)君3楊學(xué)軍1,4劉立晶1,4王長(zhǎng)偉4劉曉秋4

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院， 北京 100083； 2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所， 石河子 832000；3.中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司， 北京 100080； 4.現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司， 北京 100083)

針對(duì)現(xiàn)有開(kāi)溝刀片在密植果園開(kāi)溝施肥過(guò)程中存在功率消耗大、溝深穩(wěn)定性差的問(wèn)題，運(yùn)用旋耕理論和試驗(yàn)分析的方法，設(shè)計(jì)了一種正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片。通過(guò)分析拖拉機(jī)前進(jìn)速度、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速以及二者相互作用對(duì)功率消耗和溝深穩(wěn)定性的影響，確定了正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片工作參數(shù)的最佳組合為：拖拉機(jī)前進(jìn)速度1 m/s，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速為200 r/min。以正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片B處彎曲角、彎曲半徑、C處彎曲角為影響因子，以功率消耗和溝深穩(wěn)定性為響應(yīng)值，通過(guò)三因素四水平正交試驗(yàn)，確定了正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)的最佳組合為：B處彎曲角為95°，C處彎曲角為140°，彎曲半徑為9 mm。對(duì)正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片和現(xiàn)有開(kāi)溝刀片進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：在工作參數(shù)和開(kāi)溝深度相同的條件下，正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片比現(xiàn)有開(kāi)溝刀片功率消耗下降3.29 kW，溝深穩(wěn)定性提高8.83個(gè)百分點(diǎn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

密植果園； 圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī); 開(kāi)溝刀片; 正弦指數(shù)曲線

引言

圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)是在鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)之后興起的一種連續(xù)挖土機(jī)械，具有工作效率高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)田水利建設(shè)和密植果園開(kāi)溝施肥等領(lǐng)域[1-2]。開(kāi)溝刀片是圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)最主要的工作部件，其性能的優(yōu)劣直接影響整機(jī)的可靠性和作業(yè)效果[3-4]。目前，開(kāi)溝刀片主要有3種類型[5-9]：鑿形刀，前端刃口較窄，呈平頭或尖頭形，主要起挖掘土壤作用，有較好的入土性能，開(kāi)溝深度一般小于20 cm，功耗較小，但作業(yè)時(shí)容易纏草，主要用于沙土、多石礫地；彎刀，由正切部和側(cè)切部組成，刃口為曲線，有較好的滑切性能，作業(yè)時(shí)，刀刃按與刀軸中心的距離先近后遠(yuǎn)依次入土，有利于將雜草、莖稈沿刃口甩出，常用于地面有秸稈和綠肥的黏重土壤稻田；直角刀，由正切部和側(cè)切部?jī)刹糠纸M成，兩部分夾角大于(等于)90°，有較為銳利的刃口，刀身較寬，剛度好，有較好的砍切能力。

彎刀和直角刀是最常用的開(kāi)溝刀片，但現(xiàn)有刀片結(jié)構(gòu)僅適應(yīng)于開(kāi)挖小于25 cm深的溝渠，在開(kāi)深溝時(shí)(大于25 cm)存在功率消耗大、開(kāi)溝深度不穩(wěn)定等問(wèn)題，不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)能減阻及果園施肥農(nóng)藝的要求。本文在現(xiàn)有彎刀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用旋耕理論和試驗(yàn)分析的方法，通過(guò)對(duì)刀片厚度、折彎角度、彎曲半徑、自磨刃進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，尋求最佳的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，旨在設(shè)計(jì)一種正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片，降低開(kāi)溝作業(yè)的功率消耗，提高開(kāi)溝質(zhì)量。

1 正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片由側(cè)切面(刃)、正切面(刃)、過(guò)渡面(刃)和拋土板組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中側(cè)切刃采用正弦指數(shù)型曲線，實(shí)現(xiàn)切土、推土的功能。正切刃為圓弧曲線，實(shí)現(xiàn)切土、升土功能。過(guò)渡刃為連接側(cè)切刃和正切刃的空間曲線，以改善刀片綜合作業(yè)質(zhì)量，開(kāi)溝刀片在刀盤(pán)上的安裝位置如圖2所示。工作時(shí)，側(cè)切刃首先與土壤發(fā)生接觸，切開(kāi)土壤或根草，側(cè)切刃曲線的優(yōu)劣直接影響開(kāi)溝功率消耗和開(kāi)溝質(zhì)量。

圖1 正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structural sketch of sine-exponential curve furrowing blade

圖2 開(kāi)溝刀盤(pán)和開(kāi)溝刀裝配示意圖Fig.2 Assembly diagram of ditching disc and blade1.開(kāi)溝刀片 2.開(kāi)溝刀盤(pán)

由于材料和加工工藝的限制，刀片上最先觸土的刃角容易磨損成圓弧，影響刀片對(duì)土壤的切削性能，正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片B、C兩處的折彎增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證了刃線與土壤接觸的夾角，使刀片的整段刃線始終參與工作，避免了圓弧的出現(xiàn)，同時(shí)刀片的刃口設(shè)計(jì)成自磨刃，以保持刀片良好的切土性能。通過(guò)對(duì)鑿形刀的分析可知[10]，增大刀片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有利于提高刀片土壤切削能力，正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片在側(cè)切面和正切面間增設(shè)了拋土板，不僅可使切削后的土粒更易向溝外拋灑，同時(shí)可使刀片的質(zhì)心外移，增加刀片旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高刀片對(duì)土壤的切削能力和旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性。

2 主要參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 側(cè)切刃

側(cè)切刃在工作時(shí)首先與土壤發(fā)生接觸，產(chǎn)生切削行為，側(cè)切刃采用正弦指數(shù)曲線，此部分的滑切角隨著回轉(zhuǎn)半徑的增大而逐漸增加，可減少摩擦阻力，降低開(kāi)溝功耗[11]。側(cè)切刃滑切角變化如圖3所示。

圖3 側(cè)切刃滑切角示意圖Fig.3 Diagram of sliding cut angle on side cutting blade1.刀柄 2.側(cè)切刃 3.正切刃

正弦指數(shù)曲線方程

(1)

式中K——切土角增量與極角的比例系數(shù)θ——極角，(°)r——極徑，mmτ0——側(cè)切刃初始滑切角，(°)r0——初始極徑，mm

選擇不同的τ0和K值可以得到不同的正弦指數(shù)曲線，依據(jù)文獻(xiàn)[8-9]，當(dāng)τ0取65°～70°，K取-0.3～-0.1時(shí)，側(cè)切刃在潮濕黏土中不纏草，但前期預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在保證開(kāi)溝質(zhì)量的條件下，τ0和K取較大值比取較小值時(shí)功率消耗大，故確定τ0=65°，K=-0.1。根據(jù)GB/T 5669—2008《旋耕機(jī)械 刀和刀座》的設(shè)計(jì)要求，確定r0=550 mm。初始極徑等于刀根點(diǎn)極徑，取刀根點(diǎn)極徑等于刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)中心距離地表的高度，本設(shè)計(jì)中刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)中心距離地表的高度為650 mm，根據(jù)農(nóng)藝要求：刀具回轉(zhuǎn)半徑550 mm，切土節(jié)距80 mm，將設(shè)計(jì)參數(shù)代入式(1)，經(jīng)計(jì)算，取r1=450 mm，r2=350 mm。

2.2 刀片厚度

由于正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片應(yīng)用于較深的開(kāi)溝作業(yè)中，故要求刀片應(yīng)具有較高的強(qiáng)度以防止刀片在工作過(guò)程中產(chǎn)生變形。參考現(xiàn)有開(kāi)溝刀片厚度，本次設(shè)計(jì)確定正弦指數(shù)曲線型刀片厚度為6、8、10 mm。不同的刀片厚度會(huì)影響刀片的質(zhì)量、質(zhì)心位置(質(zhì)心與安裝軸心的距離)和變形量，應(yīng)用SolidWorks軟件有限元模塊對(duì)刀片進(jìn)行仿真分析[12]，仿真結(jié)果如表1所示。

表1 不同厚度刀片主要參數(shù)Tab.1 Major parameters of blades with different thicknesses

由表1可知，刀片厚度對(duì)刀片質(zhì)心的影響較小，隨著刀片厚度的增加，刀片質(zhì)量增大、變形量減小。為了增大刀片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，同時(shí)防止刀片變形、保證較高的安全系數(shù)，確定刀片厚度為10 mm。此時(shí)，刀片的最大變形量為0.12 mm。

2.3 刀片B處彎曲角

側(cè)切刃曲線上各點(diǎn)滑切角逐漸增大，對(duì)土垡有一定的加速作用。為提高刀片的切土性能，同時(shí)減小開(kāi)溝阻力，降低作業(yè)功耗，B處的彎曲角應(yīng)取較小值(圖1)，但彎曲角過(guò)小，作業(yè)時(shí)刀尖首先接觸土壤，刀片受力急劇增加，使用壽命降低，故刀片B處彎曲角δ設(shè)計(jì)范圍為90°～105°，通過(guò)試驗(yàn)確定其最優(yōu)取值。

2.4 刀片C處彎曲角

為克服現(xiàn)有彎刀易出現(xiàn)磨損圓角和刃線過(guò)短的缺點(diǎn)，正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片增加了C處彎曲角，通過(guò)改變其大小控制側(cè)切刃線與地面的夾角，達(dá)到降低磨損、增加刃線長(zhǎng)度的目的。通過(guò)分析鑿形刀、彎刀和直角刀側(cè)切刃線與地面的夾角可知，若C處彎折角增大，則開(kāi)溝阻力增大，碎土作用減?。蝗鬋處彎曲角過(guò)小，則刀易纏繞根系，降低作業(yè)質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)取刀片C處彎曲角γ為120°～180°。

2.5 刀片正切面夾角

刀片正切面刃角i越小，開(kāi)溝刀片越鋒利，功率消耗越小[13-14]；但若i過(guò)小，則刀片使用壽命降低。根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及開(kāi)溝作業(yè)要求，確定i=12°。

2.6 刀片彎曲半徑

刀片彎曲半徑過(guò)小，工作時(shí)彎折圓弧處比較容易粘土，會(huì)降低開(kāi)溝刀片在彎曲處的強(qiáng)度，縮短使用壽命；彎曲半徑過(guò)大，會(huì)使作業(yè)后溝底的不平度增大，功率消耗隨之增大。本次設(shè)計(jì)取刀片彎曲半徑r為5～17 mm。

2.7 刀片自磨刃

參考自磨刃犁鏵的工作原理和設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)刀片的自磨刃。刀片材料選用60Si2Mn鋼板，刀片的刃口角度取30°，并進(jìn)行0.5 mm的中頻淬火，使刀片具有自磨刃的效果。刀片熱處理后表面硬度為48～56 HRC，可保證刀片具有足夠的耐磨性；芯部熱處理后硬度為33～40 HRC，可獲得足夠的剛度，開(kāi)溝時(shí)不易變形。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)設(shè)備與條件

試驗(yàn)在北京市延慶區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站試驗(yàn)田進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備包括東方紅554型拖拉機(jī)、1KF-50型密植果園開(kāi)溝施肥機(jī)、AKC-205B型扭矩傳感器和DT2236B型轉(zhuǎn)速測(cè)試儀、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)處理終端等。

根據(jù)JB/T 11908—2014 《農(nóng)用圓盤(pán)開(kāi)溝機(jī)》的要求，試驗(yàn)地長(zhǎng)度200 m，寬度50 m，土壤深度5 cm處含水率為8.7%，堅(jiān)實(shí)度為1.73 MPa，土壤深度25 cm處含水率為9.4%，堅(jiān)實(shí)度為2.06 MPa，土壤深度45 cm處含水率為9.8%，堅(jiān)實(shí)度為2.85 MPa。

3.2 刀片工作參數(shù)試驗(yàn)

試驗(yàn)以功率消耗P和溝深穩(wěn)定性S為試驗(yàn)指標(biāo)，考察拖拉機(jī)前進(jìn)速度v和刀片轉(zhuǎn)速n以及二者交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響。試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表2，由于拖拉機(jī)前進(jìn)速度和輸出軸轉(zhuǎn)速隨擋位和油門(mén)開(kāi)度大小發(fā)生變化，田間試驗(yàn)時(shí)前進(jìn)速度和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速的取值以接近于表2中數(shù)值為準(zhǔn)。每組試驗(yàn)均選用5種不同的正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片(試驗(yàn)前期已設(shè)計(jì)出15種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片[15])，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 試驗(yàn)因素水平Tab.2 Experiment factors and levels

表3 試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.3 Experiment scheme and results

由表3可知，功率消耗隨拖拉機(jī)前進(jìn)速度和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速的升高而增大，這是因?yàn)橥侠瓩C(jī)前進(jìn)速度和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速越大，單位時(shí)間內(nèi)土壤切削量和拋送量越大，功率消耗會(huì)相應(yīng)的升高。溝深穩(wěn)定性隨拖拉機(jī)前進(jìn)速度的升高先增大后減小，這是因?yàn)榍斑M(jìn)速度和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，土壤不容易被拋出溝外，存留于溝底，當(dāng)前進(jìn)速度和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，由于被刀片切削分離的土壤量大于被拋出溝外的土壤，未拋出溝外的土壤仍會(huì)殘留于溝底，溝深穩(wěn)定性降低。

應(yīng)用Origin軟件分析拖拉機(jī)前進(jìn)速度v與刀盤(pán)轉(zhuǎn)速n二者的交互作用對(duì)功率消耗P和溝深穩(wěn)定性S的影響規(guī)律，擬合響應(yīng)曲面，結(jié)果如圖4所示。

圖4 交互作用影響曲面Fig.4 Surface figures of factors interaction effect

由圖4可知，隨著拖拉機(jī)前進(jìn)速度和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速的升高，功率消耗呈上升趨勢(shì)，溝深穩(wěn)定性呈先升高后降低的趨勢(shì)。為了滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)溝深穩(wěn)定性大于85%的要求，同時(shí)兼顧整機(jī)的工作效率，確定拖拉機(jī)前進(jìn)速度為1 m/s，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速為200 r/min。

3.3 刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)試驗(yàn)

為了考察正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片B處彎曲角δ、彎曲半徑r和C處彎曲角γ對(duì)功率消耗P和溝深穩(wěn)定性S的影響規(guī)律，進(jìn)行了三因素四水平正交試驗(yàn)，每次試驗(yàn)重復(fù)3次取平均值，試驗(yàn)時(shí)選取拖拉機(jī)前進(jìn)速度為1 m/s，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速為200 r/min。試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表4，試驗(yàn)方案與結(jié)果見(jiàn)表5(X、Y、Z為因素編碼值)，極差分析見(jiàn)表6，方差分析見(jiàn)表7。

表4 刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)試驗(yàn)因素水平Tab.4 Test factors and levels of blade structure parameters

表5 刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.5 Test scheme and results of blade structure parameters

表6 試驗(yàn)結(jié)果極差分析Tab.6 Range analysis of test result

由表6、7可知，影響功率消耗的主次因素為B處彎曲角、C處彎曲角和彎曲半徑，且B處彎曲角和C處彎曲角均為顯著因素，最佳參數(shù)組合為X3Y2Z1，即B處彎曲角為100°、C處彎曲角為120°，彎曲半徑為9 mm。B、C兩處的彎曲角變化對(duì)功率消耗的影響較大，這主要是因?yàn)閺澢嵌鹊淖兓苯佑绊憘?cè)切刃和正切刃與土壤接觸的先后順序，若正切刃首先與土壤發(fā)生切削行為，因正切刃的刃口較短，土壤切削能力小于側(cè)切面，故開(kāi)溝時(shí)功率消耗也較大。

影響溝深穩(wěn)定性的主次因素為C處彎曲角、B處彎曲角和彎曲半徑，且B處彎曲角和C處彎曲角均為顯著因素，最佳參數(shù)組合為X3Y2Z3，即C處彎曲角為160°，B處彎曲角為100°，彎曲半徑為9 mm。B、C兩處的彎曲角變化對(duì)溝深穩(wěn)定性的影響較大，這主要是因?yàn)檎蹚澖堑淖兓苯佑绊戦_(kāi)溝刀片與土壤的接觸面積。過(guò)渡面和正切面與土壤的接觸面積均小于側(cè)切面與土壤的接觸面積，在刀盤(pán)轉(zhuǎn)速和前進(jìn)速度一定時(shí)，開(kāi)溝刀片與土壤接觸面積越小，土壤越不易拋出溝外，導(dǎo)致溝底覆土不均勻，影響溝深穩(wěn)定性。

為兼顧二者得失，采用綜合加權(quán)評(píng)分法[16-19]，以選出使各項(xiàng)指標(biāo)都盡可能達(dá)到最優(yōu)的組合，考慮到3因素對(duì)衡量指標(biāo)的重要程度，以100分作為總權(quán)值，功率消耗為50分，溝深穩(wěn)定性為50分，每組試驗(yàn)綜合評(píng)分指標(biāo)為

式中yi——第i試驗(yàn)所得計(jì)算值Wj——第j個(gè)指標(biāo)權(quán)值yij——第i試驗(yàn)中第j個(gè)指標(biāo)Rj——第j個(gè)指標(biāo)在試驗(yàn)中造成的極差λj——第j個(gè)指標(biāo)的計(jì)算系數(shù)

經(jīng)計(jì)算，綜合評(píng)分得出在功率消耗最小且溝深穩(wěn)定性最優(yōu)的條件下，各因素的最優(yōu)水平及主次順序?yàn)閄2Y2Z2，即B處彎曲角為95°，C處彎曲角為140°，彎曲半徑為9 mm。

表7 方差分析Tab.7 Analysis of variance

注：**表示差異極顯著(p<0.01)。

3.4 整機(jī)作業(yè)效果試驗(yàn)

通過(guò)正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的試驗(yàn)分析，確定了最優(yōu)的刀片工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，即拖拉機(jī)前進(jìn)速度為1.0 m/s，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速為200 r/min，刀片B處彎曲角為95°，C處彎曲角為140°，彎曲半徑為9 mm(圖5a)。將以上參數(shù)的正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片與普通開(kāi)溝刀片(GB/T 5669—2008，彎刀IT245，彎折角60°，彎曲半徑30 mm，正切刃滑切角43°)安裝在同一開(kāi)溝機(jī)上依次進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)(圖5b)。

圖5 正弦指數(shù)曲線型刀片實(shí)物與整機(jī)作業(yè)效果Fig.5 Photos of blades and machine operation effect

試驗(yàn)時(shí)，設(shè)定試驗(yàn)測(cè)區(qū)長(zhǎng)40 m，兩端各截取10 m準(zhǔn)備區(qū)，中間20 m為數(shù)據(jù)采集區(qū)[20-21]，每隔2 m選取1個(gè)測(cè)試點(diǎn)，通過(guò)AKC-205B型扭矩傳感器和DT2236B型轉(zhuǎn)速測(cè)試儀記錄該點(diǎn)的扭矩值和轉(zhuǎn)速值，通過(guò)刻度尺測(cè)量該點(diǎn)的開(kāi)溝深度，測(cè)量結(jié)果如表8所示。

表8 田間測(cè)試結(jié)果對(duì)比Tab.8 Comparison of field test results

由表8可知，在測(cè)試區(qū)域內(nèi)，安裝正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片的開(kāi)溝機(jī)功率消耗平均值為35.77 kW，溝深穩(wěn)定性為90.16%；安裝普通開(kāi)溝刀片的開(kāi)溝機(jī)功率消耗平均值為39.06 kW，溝深穩(wěn)定性為81.33%，正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片功率消耗比普通開(kāi)溝刀片降低3.29 kW，溝深穩(wěn)定性提高8.83個(gè)百分點(diǎn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均超過(guò)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

4 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了一種與密植果園開(kāi)溝施肥配套使用的正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片，其結(jié)構(gòu)有利于降低開(kāi)溝功率消耗，提高溝深穩(wěn)定性。

(2)正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片工作參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表明，拖拉機(jī)前進(jìn)速度和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速對(duì)功率消耗和溝深穩(wěn)定性均有顯著影響，當(dāng)前進(jìn)速度為1 m/s、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速為200 r/min時(shí)，功率消耗和溝深穩(wěn)定性有最優(yōu)值。正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表明，刀片B處彎曲角和C處彎曲角對(duì)功率消耗和溝深穩(wěn)定性均有顯著影響，對(duì)功率消耗影響的主次因素排序及其較優(yōu)水平為B處彎曲角100°、C處彎曲角120°、彎曲半徑9 mm，對(duì)溝深穩(wěn)定性影響的主次因素排序及其較優(yōu)水平為C處彎曲角160°、B處彎曲角100°、彎曲半徑9 mm。通過(guò)加權(quán)綜合評(píng)分法得出，在功率消耗最小且溝深穩(wěn)定性最優(yōu)的條件下，各因素的主次順序及最優(yōu)水平為B處彎曲角95°、C處彎曲角140°、彎曲半徑9 mm。

(3)對(duì)安裝有正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片的密植果園開(kāi)溝施肥機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)效果試驗(yàn)，結(jié)果表明，正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片的功率消耗平均值為35.77 kW，溝深穩(wěn)定性為90.16%；普通開(kāi)溝刀片的功率消耗平均值為39.06 kW，溝深穩(wěn)定性為81.33%，正弦指數(shù)曲線型開(kāi)溝刀片功率消耗比普通開(kāi)溝刀片降低3.29 kW，溝深穩(wěn)定性提高8.83個(gè)百分點(diǎn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均超過(guò)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

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Design and Experiment of Ditching Blade Installed in Close Planting Orchard Ditching Machinery

KANG Jianming1,2LI Shujun3YANG Xuejun1,4LIU Lijing1,4WANG Changwei4LIU Xiaoqiu4

(1.ChineseAcademyofAgriculturalMechanizationSciences,Beijing100083,China2.MechanicalEquipmentResearchInstitute，XinjiangAcademyofAgriculturalandReclamationScience，Shihezi832000，China3.ChinaMachineIndustryCorporationCo.,Ltd.,Beijing100080,China
4.ModernAgriculturalEquipmentCo.,Ltd.,Beijing100083,China)

Ditching fertilization is one of the important links of fruit planting, which is done artificially with large labor intensity but low efficiency, failing to satisfy the requirement of high quality fertilization for modern orchard. The disc-type ditcher is a kind of continuous earth-moving machinery followed by the chain ditcher, which is characterized by high efficiency and convenient operation, and widely used in the farmland water construction and orchard ditching fertilization, etc. But the existing ditching blade has the problems of large power consumption and poor stability of ditch depth. A sine-exponential curve ditching blade was designed through analyzing the advantages and disadvantages of existing blade, using the rotary tillage theory and experimental analysis. Through the analysis of tractor forward speed, rotating speed of the cutter, as well as the influence of their interaction on power consumption and ditch depth stability, the optimal working parameters of the sine-exponential curve ditching blade were as following: tractor forward speed was 1 m/s, rotating speed of cutter was 200 r/min. The optimal structure parameters of the sine-exponential curve ditching blade were determined through the three-factor four-level orthogonal test with bending angle and bending radius inBand bending angle inCof the sine-exponential curve ditching blade as impact factors, and power consumption and groove depth stability as response value: bending angle inBwas 95°, bending angle inCwas 140°, and bending radius was 9 mm. Through comparing the sine-exponential curve ditching blade with existing blade, it was showed that under the same working parameters and ditching depth, the power consumption of the sine-exponential curve ditching blade was decreased by 3.29 kW and ditching depth stability was increased by 8.83 percentage points compared with the existing blade. Index of the technical specifications for the sine-exponential curve type ditching blade is higher than the national standard. The research results provided a theoretical basis for the sine-exponential curve type furrowing blade optimization design.

close planting orchard; disk ditching machinery； ditching blade; sine-exponential curve

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.02.009

2016-06-15

2016-07-26

國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)(2013DFA71130)和北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目(D151100003715003)

康建明(1984—)，男，博士生，新疆農(nóng)墾科學(xué)院助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備研究，E-mail： kjm531@sina.com

李樹(shù)君(1962—)，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備及關(guān)鍵技術(shù)研究，E-mail： lisj@caams.org.cn

S222.3

A

1000-1298(2017)02-0068-07