“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝扎穴施肥裝置設(shè)計(jì)

戴 飛，趙武云，孫步功，楊 杰，唐學(xué)鵬，辛尚龍

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 北京 100083；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052)

“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝播農(nóng)藝技術(shù)是將覆膜栽培、農(nóng)田免耕和輪作方式相結(jié)合與配套的一種抗旱、保墑新技術(shù)，具有蓄水保墑、提高地溫、抑制雜草病蟲害、節(jié)水增效等優(yōu)點(diǎn)，是干旱、半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收的有效技術(shù)途徑[1-2]。2015年甘肅省玉米全膜雙壟溝播技術(shù)示范面積達(dá)到7.6×105hm2以上，并由此派生出了集“全膜覆蓋雙壟溝播技術(shù)”、“免耕技術(shù)”相結(jié)合的“一膜兩年用”免耕種植模式[3]。但是，該農(nóng)藝技術(shù)由于上年種床在覆蓋地膜的制約下田間基肥無法及時(shí)準(zhǔn)確施入，使得作物不同生長(zhǎng)階段膜下的追肥、施肥問題成為制約其推廣應(yīng)用的“瓶頸與難點(diǎn)”。因此，機(jī)械化膜下精量扎穴施肥將是今后大面積推廣“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝播技術(shù)的重要載體與必然選擇，是實(shí)現(xiàn)全膜雙壟溝大田作物生產(chǎn)全程機(jī)械化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]。

目前，國(guó)內(nèi)液態(tài)肥追肥裝置應(yīng)用較多，但其并不適宜于“十年九旱”的西北旱區(qū)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)[5-6]，因此，施用固態(tài)顆粒肥更能滿足西北旱區(qū)全膜雙壟溝“一膜兩年用”農(nóng)藝技術(shù)要求。實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國(guó)西北地區(qū)玉米全膜雙壟溝“一膜兩年用”農(nóng)藝技術(shù)配套的相關(guān)膜下施肥機(jī)具主要是依靠手持的追肥槍，人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度高，作業(yè)效率低，追施質(zhì)量得不到保障。相關(guān)研究表明：玉米全膜雙壟溝膜上播種、施肥過程中作業(yè)機(jī)觸土部件引起的挑膜、撕膜現(xiàn)象是制約該農(nóng)藝技術(shù)配套發(fā)展全程機(jī)械化的主要原因之一。為此，課題組在前期研發(fā)了攜有盤型凸輪水平分速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的玉米全膜雙壟溝直插式穴播裝置[7]。但在田間樣機(jī)可靠性試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于盤型凸輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)受制于凸輪輪廓內(nèi)凹段軌跡影響，補(bǔ)償放大機(jī)構(gòu)在與其接觸、頂推過程中容易產(chǎn)生拐點(diǎn)和死區(qū)現(xiàn)象，推桿與凸輪內(nèi)凹段會(huì)產(chǎn)生瞬間沖擊，導(dǎo)致推桿折彎或者卡死而不能平滑過渡，最終使得速度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)失效；且該裝置在不更換不同曲率盤型凸輪的前提下， 僅依靠改變補(bǔ)償機(jī)構(gòu)相關(guān)結(jié)構(gòu)、 運(yùn)動(dòng)參數(shù)無法完成不同穴距調(diào)整。 因此， 為滿足和適應(yīng)甘肅不同降雨量地區(qū)有關(guān)不同株距的玉米種植模式的需求， 進(jìn)一步改善和提高直插式膜下施肥裝置水平分速補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性， 通過鏈傳動(dòng)將轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和正弦機(jī)構(gòu)進(jìn)行串聯(lián)， 設(shè)計(jì)一種攜有近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)且在作業(yè)過程中僅需調(diào)整該機(jī)構(gòu)中曲柄長(zhǎng)度、 主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速及曲柄軸轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)施肥穴距改變的“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝膜下扎穴施肥裝置。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝扎穴施肥機(jī)主要由機(jī)架、近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、肥箱、曲柄-連桿機(jī)構(gòu)、放大機(jī)構(gòu)、輸肥管、扎穴施肥裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)、行走輪、減速器、地輪和操作扶手等部件組成，作業(yè)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

注：1.行走輪；2.動(dòng)力機(jī)；3.放大機(jī)構(gòu)；4.操作手柄；5.肥箱；6.機(jī)架；7.曲柄-連桿機(jī)構(gòu)；8.輸肥管；9.扎穴施肥裝置；10.地輪；11.近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；12.變速箱

Note: 1.wheel; 2.power machine; 3.amplifying structure; 4.operating handle; 5.applicator tank; 6.rack; 7.crank linkage mechanism; 8.fertilizer spout; 9.picking hole fertilize mechanism; 10.land wheel; 11.compensation mechanism with approximate constant speed; 12.gearbox

圖1 “一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝扎穴施肥機(jī)結(jié)構(gòu)

Fig.1 Structure diagram of picking hole fertilize mechanism with “one film used for two years” pattern of corn whole

plastic-film on double ridges

其中，肥箱排肥器選用外槽輪式排肥器，動(dòng)力機(jī)為小型風(fēng)冷式柴油機(jī)，減速器選用蝸輪蝸桿減速器；近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)主要由主動(dòng)桿、傳動(dòng)齒輪、導(dǎo)桿、平移桿等部件組成；曲柄-連桿機(jī)構(gòu)由曲柄、連桿和滑塊組成。

扎穴施肥裝置在膜下施肥作業(yè)過程中的堵塞問題是影響穴施效果(固體顆粒肥料漏施、多施)的關(guān)鍵因素。為此，扎穴施肥裝置采用限制鋼絲軟繩開啟長(zhǎng)度的方法控制施肥成穴器的打開與關(guān)閉。當(dāng)外槽輪式排肥器轉(zhuǎn)動(dòng)作業(yè)，固體顆粒肥通過輸肥管進(jìn)入扎穴施肥裝置成穴器，并隨著曲柄-連桿機(jī)構(gòu)做水平運(yùn)動(dòng)。在扎穴施肥器沒有插入覆膜種床前，扎穴施肥裝置主要依靠壓板彈簧來控制其閉合，如圖2a所示。當(dāng)扎穴施肥裝置插入覆膜種床且至下極限點(diǎn)位置時(shí)，限定長(zhǎng)度的鋼絲軟繩則隨著曲柄-連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)與直插桿下移被拉緊，裝置彈簧壓板收縮并受到種床擠壓，保證了扎穴施肥器的準(zhǔn)確開啟(圖2b)。由于鋼絲軟繩通過插銷軸中心，即使仿形桿在前后方向上傾斜一定的角度，其兩邊的拉伸長(zhǎng)度也是一致的。

1.2 傳動(dòng)方案與作業(yè)原理

“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝扎穴施肥機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3所示。柴油機(jī)動(dòng)力經(jīng)帶輪傳遞至減速器，減速器經(jīng)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳輸至兩側(cè)地輪軸上，帶動(dòng)地輪轉(zhuǎn)動(dòng)前行；地輪軸經(jīng)大、小齒輪嚙合傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)分別將動(dòng)力傳遞至近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)與排肥器轉(zhuǎn)軸上，并在中置放大機(jī)構(gòu)的作用下配合完成膜下直插式扎穴施肥作業(yè)。

注：1.插銷軸；2.直插成穴桿；3.扎穴施肥器；4.仿形桿；5.鋼絲軟繩；6.彈簧壓板

Note: 1.wheel; 2.direct insert-cavitation rod; 3.picking hole fertilize mechanism; 4.profiling rod; 5.soft steel wire rope; 6.spring pressing plate

圖2 扎穴施肥裝置結(jié)構(gòu) Fig.2 Structure diagram of picking hole fertilize mechanism

注：1.柴油機(jī)；2.減速器；3.地輪；4.地輪軸；5.近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；6.放大機(jī)構(gòu)；7.排肥器轉(zhuǎn)軸

Note: 1.diesel engine; 2.reducer; 3.land wheel; 4.axle; 5.compensation mechanism with approximate constant speed; 6.amplifying structure; 7.spindle of fertilizer device

圖3 傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

Fig.3 Schematic diagram of transmission system

樣機(jī)工作時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)作業(yè)，通過動(dòng)力輸出端的帶輪將動(dòng)力傳遞，同時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與正弦機(jī)構(gòu)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(即將轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與正弦機(jī)構(gòu)通過鏈傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)串聯(lián))、放大機(jī)構(gòu)與曲柄-連桿機(jī)構(gòu)共同控制扎穴施肥器的運(yùn)動(dòng)，以補(bǔ)償施肥器在機(jī)具前進(jìn)方向上的位移[8]。如圖4所示，當(dāng)施肥器入土和出土?xí)r，近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)通過放大機(jī)構(gòu)為曲柄-連桿機(jī)構(gòu)中的滑塊部件提供近等速補(bǔ)償，使得施肥器相對(duì)于地面的水平分速度近等于零，近似垂直破膜入土、出土完成膜下精量施肥作業(yè)。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝膜下施肥方式如圖5所示，依照玉米植株在小壟壟溝內(nèi)種植位置的分布，膜下扎穴施肥位置設(shè)定在靠近小壟壟體膜側(cè)，并與玉米種植位置呈“品”字型排列，兩者間距保持在30 mm[9]。因此，將扎穴施肥器行距設(shè)計(jì)為200 mm，施肥穴距根據(jù)當(dāng)?shù)赜衩撞シN株距進(jìn)行調(diào)節(jié)，施肥深度在40～50 mm之間?！耙荒赡暧谩庇衩兹るp壟溝膜下施肥機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

注：1.機(jī)架；2.主動(dòng)桿；3.導(dǎo)桿滑槽；4.導(dǎo)桿；5.小齒輪；6.大齒輪；7.曲柄；8.平移桿滑槽；9.平移桿；10.放大機(jī)構(gòu)；11.曲柄-連桿機(jī)構(gòu)；12.扎穴施肥器

Note: 1.rack; 2.driving link; 3.guide chute; 4.guide rod; 5.small gear wheel; 6.big gear wheel; 7.crank; 8.shift lever chute; 9.shift lever; 10.amplifying structure; 11.crank linkage mechanism; 12.picking hole fertilize mechanism

圖4 工作原理 Fig.4 Schematic diagram of operation machine

注：1.扎穴施肥位置；2.大壟壟體；3.小壟壟溝；4.玉米種植位置；5.小壟壟體

Note: 1.picking hole fertilize location; 2.big ridge body; 3.small ridges furrow; 4.corn planting location; 5.small ridge body

圖5 “一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝膜下施肥方式示意圖

Fig.5 Schematic diagram of “one film used for two years” fertilization strategies under film pattern of corn whole plastic-film on double ridges

2 膜下扎穴施肥機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖4所示，基于近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的膜下扎穴施肥裝置是由轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和正弦機(jī)構(gòu)兩部分串聯(lián)而成，為曲柄-連桿機(jī)構(gòu)中的扎穴施肥器提供水平方向的循環(huán)近等速度，以近似補(bǔ)償機(jī)具的前進(jìn)速度。

2.1 正弦機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中正弦機(jī)構(gòu)如圖6所示，取曲柄與x方向的夾角為θ7，曲柄的長(zhǎng)度為L(zhǎng)DE，角速度為w7，分析平移桿的速度v9，即曲柄在x方向的分速度。

表1 作業(yè)機(jī)主要技術(shù)參數(shù) Table 1 Main technical parameters of operation machine

注：1.大齒輪 2.曲柄 3.平移桿滑槽 4.平移桿

Note: 1.big gear wheel; 2.crank; 3.shift lever chute; 4.shift lever

圖6 正弦機(jī)構(gòu)示意圖

Fig.6 Schematic diagram of the sine generator

由圖6分析可得：

v9=LDE×ω7=cosθ7

(1)

得到平移桿的速度v9的曲線，如圖7所示。

圖7 正弦機(jī)構(gòu)中平移桿的速度曲線

Fig.7Curvefortheshiftleverofsinespeed

2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖8所示，取AB的長(zhǎng)度為L(zhǎng)AB，主動(dòng)桿BC的長(zhǎng)度為L(zhǎng)BC，取導(dǎo)桿AC的長(zhǎng)度為L(zhǎng)AC，取主動(dòng)桿與機(jī)架豎直方向的夾角為θ2，取導(dǎo)桿與機(jī)架豎直方向夾角為θ4，主動(dòng)桿角速度為w2，導(dǎo)桿角速度為w4，分析導(dǎo)桿角速度w4。

由圖8分析可得：

(2)

得到導(dǎo)桿的角速度速度w4的曲線，如圖9所示。

注：1.機(jī)架 2.主動(dòng)桿 3.導(dǎo)桿滑槽 4.導(dǎo)桿 5.小齒輪

Note: 1.rack; 2.drivinglink; 3.guidechute; 4.guiderod; 5.smallgearwheel

圖8 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)示意圖Fig.8 Schematic diagram of rotating guide rod mechanism

圖9 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中導(dǎo)桿的角速度曲線

Fig.9Curveforrotatingguiderodmechanismangularvelocityofrod

2.3 機(jī)構(gòu)串聯(lián)設(shè)計(jì)

由正弦機(jī)構(gòu)中平移桿的速度曲線(即曲柄在x方向分速度)與轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中導(dǎo)桿角速度曲線的變化趨勢(shì)可以看出，正弦機(jī)構(gòu)中平移桿線速度在一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)了三次峰值，即有三次出現(xiàn)絕對(duì)值最大，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中導(dǎo)桿的角速度在兩個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)了三次最小值。正弦機(jī)構(gòu)中平移桿的速度曲線(實(shí)線)與轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中導(dǎo)桿的角速度曲線(虛線)對(duì)照?qǐng)D如圖10所示。

圖10v9與w4的曲線對(duì)照

Fig.10 Contrast figure forv9andw4curve

為此，將正弦機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)通過大齒輪與小齒輪嚙合傳動(dòng)串聯(lián)起來，大齒輪與小齒輪分別安裝在機(jī)架D點(diǎn)和A點(diǎn)處，傳動(dòng)比取2，使得轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中導(dǎo)桿角速度在兩個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)的三次最小值可以將正弦機(jī)構(gòu)中平移桿速度在一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)的三次峰值逐漸拉平，此時(shí)平移桿速度將出現(xiàn)兩段近等速運(yùn)動(dòng)，得到平移桿速度v9的曲線如圖11所示。

圖11 近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中平移桿的速度曲線

Fig.11 Curve of shift lever of compensation mechanism with approximate constant speed

3 近等速機(jī)構(gòu)的優(yōu)化

3.1 優(yōu)化目標(biāo)提出

近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中平移桿的線速度計(jì)算公式如下：

(3)

分析式(3)可知，影響近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中平移桿速度的因素有主動(dòng)桿長(zhǎng)度LBC、主動(dòng)桿與導(dǎo)桿旋轉(zhuǎn)中心距離LAB、曲柄長(zhǎng)度LDE和主動(dòng)桿角速度w2(為便于仿真參數(shù)設(shè)置，后續(xù)分析以主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速替代)。在計(jì)算機(jī)中反復(fù)測(cè)算，當(dāng)主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速取90.90 r·min-1，平移桿速度在近等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間段的平均速度為166.6 mm·s-1與166.7 mm·s-1之間時(shí)膜下扎穴施肥運(yùn)動(dòng)軌跡良好。所以，初步確定LBC=150 mm，LAB=60 mm，LDE=49.05 mm，并在此條件下對(duì)近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得機(jī)構(gòu)中平移桿速度在近等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間段的速度標(biāo)準(zhǔn)偏差最小(即近等速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性最好)。

由于主動(dòng)桿需要做圓周運(yùn)動(dòng)，所以：

LAB

(4)

3.2 樣機(jī)建模與優(yōu)化

圖12 優(yōu)化目標(biāo) Fig.12 Optimization of goal

圖13 優(yōu)化后平移桿的速度曲線

Fig.13 Curve of shift lever speed after optimized

4 機(jī)構(gòu)虛擬試驗(yàn)

設(shè)置近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)各組成部件相關(guān)的最優(yōu)組合變量為：LAB=60 mm、LBC=151 mm、LDE=49.035 mm，進(jìn)行玉米全膜雙壟溝扎穴施肥裝置作業(yè)過程虛擬試驗(yàn)，獲得施肥器的扎穴運(yùn)動(dòng)軌跡，并評(píng)價(jià)近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)具前進(jìn)速度的補(bǔ)償效果。為了便于仿真分析，將裝置模型簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)與施肥器的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖14所示。

采用SolidWorks Motion進(jìn)行仿真分析，在曲柄-連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄與機(jī)架鉸接處添加旋轉(zhuǎn)馬達(dá)1，值為45.45 r·min-1，在近等速機(jī)構(gòu)主動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)中心處添加旋轉(zhuǎn)馬達(dá)2，值為90.90 r·min-1，在機(jī)架水平方向添加線性馬達(dá)1，值為500 mm·s-1，設(shè)定仿真時(shí)間為4×1.32 s=5.28 s，機(jī)具的運(yùn)行周期為1.32 s。開始計(jì)算，仿真結(jié)束后，得到施肥器的運(yùn)動(dòng)軌跡(對(duì)應(yīng)施肥穴距為330 mm)。

依據(jù)甘肅省隴東(穴距為250 mm)、隴中(穴距為300 mm)和河西(穴距為200 mm)地區(qū)玉米全膜雙壟溝不同種植株距，調(diào)整扎穴施肥裝置近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)施肥間距的變換調(diào)整[12-13]。不同的施肥穴距對(duì)應(yīng)不同的曲柄轉(zhuǎn)速，對(duì)于近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)而言，需要對(duì)應(yīng)不同的主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速；由于前進(jìn)速度不變，所以水平補(bǔ)償速度不變。因此，在改變對(duì)應(yīng)主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速、曲柄軸轉(zhuǎn)速的前提下對(duì)近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中三個(gè)設(shè)計(jì)變量值進(jìn)行改變，以補(bǔ)償整機(jī)的前進(jìn)速度。

注：1.運(yùn)動(dòng)軌跡；2.近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；3.放大機(jī)構(gòu)；4.曲柄-連桿機(jī)構(gòu)；5.機(jī)架；6.扎穴施肥器；7.小壟壟體側(cè)面

Note: 1.motion trajectories; 2.compensation mechanism with approximate constant speed; 3.amplifying structure; 4.crank linkage mechanism; 5.rack; 6.picking hole fertilize mechanism; 7.small ridge body side

圖14 虛擬樣機(jī)模型與運(yùn)動(dòng)軌跡

Fig.14 Simplified model and trajectories of virtual prototype

機(jī)構(gòu)虛擬試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主動(dòng)桿與導(dǎo)桿旋轉(zhuǎn)中心距離LAB與主動(dòng)桿長(zhǎng)度LBC的比值不變時(shí)，近等速運(yùn)動(dòng)段速度相對(duì)穩(wěn)定，所以在調(diào)整施肥穴距過程中僅改變曲柄LDE的取值。如表2所示，當(dāng)玉米全膜雙壟溝扎穴施肥裝置近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)取不同的作業(yè)參數(shù)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同施肥穴距的調(diào)整，如圖15所示。

圖15 扎穴施肥裝置對(duì)應(yīng)的不同穴距/mm

Fig.15 Different hole spacing of picking hole fertilize mechanism

由圖15施肥穴距調(diào)整及其運(yùn)動(dòng)軌跡可以看出，扎穴施肥裝置能夠滿足“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝不同穴距膜下近似垂直扎穴施肥作業(yè)；近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)變量最優(yōu)組合可作為不同施肥穴距調(diào)整的理論依據(jù)。

5 結(jié) 論

1) 針對(duì)“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝田間基肥無法及時(shí)準(zhǔn)確施入，種植作物需要不同生長(zhǎng)階段膜下的追肥、施肥問題，設(shè)計(jì)了攜有近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的“一膜兩年用”玉米全膜雙壟溝扎穴施肥裝置。該裝置在工作過程中對(duì)扎穴施肥裝置水平分速度補(bǔ)償準(zhǔn)確、可靠，且僅需調(diào)整其曲柄長(zhǎng)度、主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速及曲柄軸轉(zhuǎn)速便可實(shí)現(xiàn)施肥穴距的改變，避免了前期相關(guān)作業(yè)機(jī)構(gòu)研究存在的問題。

表2 不同施肥穴距作業(yè)參數(shù) Table 2 Main operation parameters of different fertilization hole spacing

注：前進(jìn)速度均為0.50 m·s-1。

Note: forward velocity all is 0.50 m·s-1.

2) 對(duì)近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)作業(yè)過程進(jìn)行理論分析，揭示了膜下近似垂直扎穴施肥裝置的工作原理，確定了影響其作業(yè)性能的相關(guān)因素，并對(duì)其設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得在施肥穴距為330 mm時(shí)機(jī)構(gòu)的最優(yōu)組合變量：LAB長(zhǎng)度為60 mm、LBC長(zhǎng)度為151 mm、LDE長(zhǎng)度為49.035 mm。

3) 對(duì)影響不同施肥穴距的近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析，通過仿真計(jì)算，獲得甘肅隴東(株距為250 mm)、隴中(株距為300 mm)、河西(株距為200 mm)地區(qū)不同施肥穴距下近等速補(bǔ)償機(jī)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的作業(yè)參數(shù)。

[1] 謝軍紅，李玲玲，張仁陟，等.一膜兩年覆蓋條件下耕作方法對(duì)旱作玉米產(chǎn)量及土壤物理性狀的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2016，30(3)：184-189.

[2] 殷 文，史倩倩，郭 瑤，等.秸稈還田、一膜兩年用及間作對(duì)農(nóng)田碳排放的短期效應(yīng)[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，24(6)：716-724.

[3] 張 雷，牛建彪，張成榮，等.旱地玉米雙壟全膜覆蓋“一膜用兩年”免耕栽培模式研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2007，25(2)：8-12.

[4] 戴 飛，趙武云，張鋒偉，等.西北旱區(qū)玉米全膜雙壟溝機(jī)械化播種技術(shù)與裝備研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37(8)：217-222.

[5] 王金峰，王金武，鞠金艷，等.深施型液態(tài)施肥機(jī)扎穴機(jī)構(gòu)研究進(jìn)展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，44(5)：157-160.

[6] 劉春香，王金武，唐 漢，等.基于貝塞爾曲線的液肥扎穴機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(5)：115-122.

[7] 趙武云，戴 飛，楊 杰，等.玉米全膜雙壟溝直插式精量穴播機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44(11)：91-97.

[8] 王洪欣.基于轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿的齒輪機(jī)構(gòu)與正弦機(jī)構(gòu)組合的近似等速比機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2007，24(6)：37-38.

[9] 戴 飛.一膜兩年用玉米全膜雙壟溝膜下施肥作業(yè)方法.中國(guó)ZL201510124462.9[P].2017-08-01.

[10] 趙武云，史增錄，戴 飛，等．ADAMS 2013基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)例教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[11] 趙建托，趙武云，任顏華，等.玉米全膜覆蓋雙壟溝播機(jī)直插式播種裝置設(shè)計(jì)與仿真[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(10)：40-43.

[12] 張建軍，樊廷錄，黨 翼，等.密度與氮肥運(yùn)籌對(duì)隴東旱塬全膜雙壟溝播春玉米產(chǎn)量及生理指標(biāo)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48(22)：4574-4584.

[13] 李 福.全膜雙壟溝播種技術(shù)[M].蘭州：甘肅科學(xué)技術(shù)出版社，2011.