蔬菜種植區(qū)機具與拖拉機的配套分析

王正全 ， 楊偉博 ， 井 儀 ， 王 琛

（第一拖拉機股份有限公司，河南 洛陽 471000）

0 前言

山東濰坊部分地區(qū)，主要以種植蔬菜等經(jīng)濟作物為主，是典型的蔬菜種植區(qū)，其作業(yè)方式與北方的小麥種植區(qū)差別較大。該地區(qū)主要從事深翻、深旋耕、碎土等作業(yè)，在拖拉機、機具的選型上應(yīng)注意拖拉機與機具的配套，所謂的配套是指機具的作業(yè)幅寬、懸掛類別、匹配功率和轉(zhuǎn)速的大小都要與拖拉機相適應(yīng)，其要求是：動力配套適當，使拖拉機的功率能夠充分發(fā)揮，且不能使拖拉機超負荷工作，同時還要考慮當?shù)氐乩憝h(huán)境、作物種類、農(nóng)業(yè)技術(shù)要求、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益等[1]。若僅按照周邊小麥區(qū)的作業(yè)方式，會導致拖拉機與機具的配套不佳，從而引發(fā)作業(yè)效率低、能耗高等問題。本文根據(jù)當?shù)赝临|(zhì)及作業(yè)方式，結(jié)合試驗及理論計算，推算出了適應(yīng)當?shù)氐耐侠瓩C及其配套機具，為當?shù)氐氖卟朔N植作業(yè)提供了機具選型和作業(yè)參考，以期提高當?shù)厥卟烁餍蔥2-4]。

青州作為全國典型的蔬菜種植區(qū)，大面種植蔥、姜、蒜等經(jīng)濟作物，蔬菜種植區(qū)的作業(yè)方式主要是深翻后再碎土，要保證土壤有足夠的疏松條件，然后進行熏地殺蟲或播種。目前市面上對應(yīng)的機具規(guī)格較多，若全憑經(jīng)驗選擇機具會存在作業(yè)效率低、能效利用不充分等問題，應(yīng)結(jié)合當?shù)氐淖鳂I(yè)方式、土質(zhì)結(jié)構(gòu)、拖拉機性能等計算出對應(yīng)的機具規(guī)格，為用戶選擇合適機具提供參考。

1 翻轉(zhuǎn)犁的配套

1.1 翻轉(zhuǎn)犁配套的理論分析

濰坊蔬菜種植區(qū)一般采用的是180～200馬力的四驅(qū)輪式拖拉機，其拉犁作業(yè)方式是，深翻1次，深度為35 cm～40 cm，采用435或440的鏵式犁，然后再用2.8 m～3 m寬的旋耕機碎土，深度為40 cm左右。拖拉機進行牽引作業(yè)時，首先要保證其牽引力大于鏵式犁的作業(yè)阻力，鏵式犁的阻力與土壤比阻（見表1）、犁鏵數(shù)、耕作幅寬、耕深有關(guān)，可按公式（1）計算拖拉機的牽引能力。

表1 土壤犁耕比阻

式中，F(xiàn)Tb為拖拉機標定牽引力（N）；k為土壤比阻（kPa）；z為犁鏵數(shù)；bn為犁體耕作幅寬（cm）；h為耕深（cm）；拖拉機的10%～20%的扭矩儲備為1.1～1.2。

以該地區(qū)負荷最大的1LYF-440鏵式犁和負荷最小的1LYF-435鏵式犁為例，在青州地區(qū)，犁耕比阻采用中間值60 kPa，犁耕深度選擇35 cm和40 cm，則配套拖拉機的牽引負荷區(qū)間如表2所示。

表2 配套牽引力負荷

所以該地區(qū)拖拉機牽引負荷在32.34 kN～42.24 kN之間，在選型方面，應(yīng)根據(jù)負荷應(yīng)采用牽引力大于32.34 kN的拖拉機。

1.2 適配牽引作業(yè)的速度

拖拉機帶牽引犁的作業(yè)效率由牽引功率決定，根據(jù)拖拉機馬力段和牽引犁的型號可以計算出其作業(yè)的最大速度，從而獲得更佳的作業(yè)效率，可按公式（2）計算：

式中，P為拖拉機標定功率（W）；F為牽引力（N）；V為速度（m/s）。

以200馬力的拖拉機為例，標定功率147.5 kW，根據(jù)DG/T 001—2019《農(nóng)業(yè)輪式和履帶拖拉機》[5]5.5.2.3條，拖拉機主要性能要求如表3所示。

表3 主要性能要求

以牽引力F1=42.24 kN，F(xiàn)2=32.34 kN為范圍值，對應(yīng)的作業(yè)速度如下：

根據(jù)以上推算，該地區(qū)推薦的拉犁作業(yè)速度區(qū)間為9.432 km/h～12.312 km/h。另外還可根據(jù)公式（1）推算出對應(yīng)拖拉機適配的液壓翻轉(zhuǎn)犁規(guī)格。

2 旋耕作業(yè)機具的理論計算及選型

通常在犁耕作業(yè)后，采用旋耕機進行深旋耕作業(yè)，作業(yè)深度在40 cm左右；另一種作業(yè)方式是直接旋耕兩遍，第一遍旋耕深度在25 cm左右，第二遍旋耕深度至40 cm，從而確保土壤滿足蔬菜種植的需要，拖拉機在旋耕作業(yè)狀態(tài)下對應(yīng)的速度v按照公式（3）推算[6-7]。

式中，Pmax為拖拉機動力輸出軸功率（kW）；功率儲備系數(shù)為 1.1～1.2；kλ為旋耕比阻（kPa），kλ=kj·k1·k2·k3·k4（見表4）；Bn為作業(yè)幅寬（m）；h為作業(yè)深度（cm）；m為拖拉機質(zhì)量（kg）；g為重力加速度（m/s2）；f為拖拉機滾動阻力系數(shù)（一般農(nóng)田為0.2～0.3）；v為作業(yè)速度（km/h）。

表4 旋耕比阻kλ

以200馬力的拖拉機為例，整機標定功率為147.5 kW，根據(jù)DG/T 001—2019《農(nóng)業(yè)輪式和履帶拖拉機》[5]5.5.2.3條的性能要求，動力輸出標定功率≥整機標定功率的85%，根據(jù)旋耕作業(yè)特點，以輕負荷旋耕深度25 cm計算，對應(yīng)的參數(shù)取值如下：

Pmax=147.5×85%=125.375 kW；kλ=100×1.2×0.95×1.0×0.7=79.8；Bn=2.8 m；h=25 cm；m=6 970 kg（以東方紅LN2004為代表樣機）；g=9.8 m/s2；f=0.3。

其工作速度v1計算如下：

按照重負旋耕深度40 cm作業(yè)時，其工作速度v2如下：

所以在青州地區(qū)，200馬力拖拉機匹配旋耕作業(yè)的速度在3.42 km/h～4.9 km/h之間為宜。

3 動力耙的理論計算及選型

在小麥收獲后，采用動力耙進行滅茬、碎土、保濕、輥壓，相比旋耕機效果更加明顯，作業(yè)后也更便于常規(guī)蔬菜的種植。在動力耙的選型上，要根據(jù)作業(yè)幅寬和拖拉機馬力段進行優(yōu)化匹配，從而實現(xiàn)更優(yōu)的能耗比和作業(yè)效率。

動力耙根據(jù)工作部件運動形式的不同可分為復式動力耙、水平旋轉(zhuǎn)動力耙和垂直旋轉(zhuǎn)動力耙三類，目前國內(nèi)主要使用的是水平旋轉(zhuǎn)動力耙，這種動力耙因具有結(jié)構(gòu)可靠、碎土效果好、深度可調(diào)等優(yōu)點而受到用戶的歡迎[8-10]。

一般動力耙的耕深為20 cm～29 cm，根據(jù)農(nóng)具消耗功率計算負荷，可按公式（4）進行計算：

式中，Pd為拖拉機動力輸出軸功率（kW）；儲備系數(shù)為1.1～1.2；kx為機具單位幅寬所需功率（kW/m）（冬麥區(qū)取值9.8 kW/m～15 kW/m）；Bn為作業(yè)幅寬（m）；ms為拖拉機質(zhì)量（kg）；g為重力加速度（m/s2）；f為拖拉機滾動阻力系數(shù)（一般農(nóng)田為0.2～0.3）；V為作業(yè)速度（km/h）（一般在4.0 km/h～9.5 km/h之間）

動力耙的標準作業(yè)深度25 cm，最高可達30 cm，當作業(yè)深度增加時其對應(yīng)的單位幅寬功率也增大，冬麥區(qū)基本以中等黏性土壤為主，幅寬功率取值12 kW/m，以東方紅LX1604為典型機型，其選擇配套動力耙規(guī)格計算如下：

Pd=117.7 kW×0.85≈100.0 kW （標定功率與PTO功率比取值0.85）

kx=12 kW/m

m=6 300 kg

g=9.8 m/s2

f=0.3

V=4.0 km/h～9.5 km/h

100=1.2 ×(12×Bn+6 300×9.8×0.3×10-3×V/3.6)

當V1=4.0 km/h時，Bn1≈5.2 m；

當V2=9.5 km/h時，Bn2≈2.87 m；

所以，對應(yīng)的動力耙規(guī)格應(yīng)取中間值，即作業(yè)幅寬3.7 m的1BQ-3.7應(yīng)為最優(yōu)選擇。

4 結(jié)束語

拖拉機與機具的合理匹配，能夠有效地提高作業(yè)效率和降低油耗，通過科學分析，可以使拖拉機與機具有機結(jié)合，最大地發(fā)揮其作業(yè)潛力，為用戶創(chuàng)造更大的價值。