我国耕整机械的应用现状及发展趋势.pdf

实践交流|四川农业与农机/2023年4期|我国耕整机械的应用现状及发展趋势何德毅仪陇县大寅镇人民政府农业服务中心，四川南充摘要：耕整机械是农业机械化生产中应用比较广泛的耕作机械，极大地提高了农业生产效率。本文介绍了耕整机械大中小机型并存、耕整机械功率消耗大和耕整动力电动化趋势初显、联合作业应用增加的现状，以及实际使用中存在旋耕部件可靠性低、易缠草、操作振动大的问题。展望了耕整机械的发展趋势，提出了加强关键零部件的研发和制造水平、优化旋耕机结构、加强旋耕技术机理研究及拓展耕整机械智能化应用的发展方向。关键词：耕整机械；应用现状；发展趋势农业机械是关乎农业生产、乡村振兴和农业收入的重要装备，没有现代农业机械，就没有农业生产的现代化1。农业田间作业耕整是进行农业生产的第一环节，土壤旋耕作业可疏松土壤、破碎秸秆和杂草，为农作物播种、栽培及生长发育提供更多更好的条件2-4。1耕整机械的现状1.1大中小机型并存由于我国耕地类型、立地条件及生产经营规模等差别较大，丘陵山地占我国耕地面积的60%以上，客观条件使大、中、小型耕整机械并存。特别是在四川，包含有丘陵、山地、高原、平原等多种地貌5，其中，80%以上耕地分布在丘陵地区，0.07 hm2以下的“鸡窝地、巴掌田”占比60%以上，坡度6以上地块占比在70%以上，机耕道路、生产道路、下田通道等配套建设滞后，机具“下田难、作业难、掉头难、效率低”，限制了中小型耕作机械的使用，四川省每千亩耕地拖拉机数量2.86台，仅为全国平均水平的1/4。目前，耕作机械仍以微型耕作机械为主，占比达22%。1.2耕整机械功率消耗大旋耕机是目前应用较多的一种耕整地机械，可实现翻转、碎土，将杂草、肥料翻盖等作业，在水稻插秧前整地、稻麦两熟地灭茬、蔬菜地耕耘以及盐碱地浅耕等方面得到广泛的使用。旋耕机与铧式犁相比较具有明显的特点：一是碎土充分，耕后地面平坦，一遍作业能达到犁耕翻、耙和耖三次作业的效果；二是有利于抢农时、省劳力，对土壤湿度的适应范围大；三是旋耕机（正向）刀片向后切土、抛土时对机组产生向前的推力，可减少拖拉机驱动轮在潮湿地上打滑。旋耕机用于旱地能使土肥掺和均匀，用于水田能做到泥烂起浆。但是旋耕机的缺点是驱动功率消耗大，对于长秸秆埋覆效果比犁差，耕深较浅，如果要求耕深超过15 cm应该选择深耕旋耕机，但深耕旋耕机功率消耗更大。1.3耕整动力电动化趋势初显对于大型耕整机械，主要采用拖拉机提供牵引动力和耕作动力，而丘陵地区主要采用微耕机进行作业。从动力来源看，微耕机动力主要有汽油机、柴油机、电动机。汽油机和柴油机为动力的微耕机较为常见，随着农机电气化的发展，近年来，以直流电机和蓄电池为动力源的微耕机逐渐在多种场景得到应用6-8。由于电动微耕机质量轻便、噪音小、没有尾气排放，非常适合在果园、大棚等空间比较郁蔽的场所使用。电动微耕机加上遥控和导航，可实现远程遥控和自主作业，大大降低了劳动强度，克服了人随机走比较疲劳、部分空间人员不易通行的问题6。1.4联合作业应用增加在农业生产中，除了单独进行耕整地以外，还存在更多的作业场景，耕作时需要同步进行旋耕、起垄、灭茬甚至还要播种施肥等。比如在玉米和小麦播种机中7，可以根据农艺要求，在旋耕后进行播种、施肥、覆土、镇压等作业环节一体完成，大大减少了田间作业次数、拖拉机重复碾压，同时提高了作业效率。2耕整机械存在的问题2.1旋耕部件可靠性低旋耕机不仅要求提高切土效率、降低作业功耗，还需要保障旋耕刀片的可靠性。由于土壤中除了大部分土壤颗粒，可能还含有石块、树枝等坚硬物体，大多数刀轴工作转速在150300 rpm 之间，旋耕刀在土壤中耕作极易对刀片造成磨损和冲击。部分旋耕刀片在工作一茬作物后就会发生刀刃、刀柄甚至刀座的断裂8（如图1所示）。2.2旋耕部件易缠草旋耕机在作业时，田间秸秆和杂草极易随着旋转部件发生缠绕（图2），包裹在轴颈部甚至刀片上，随着作业时间的增加，如不及时清理将导致缠草越来越多，不仅影响旋耕深度，还影响作业效率。特别是微耕机，缠绕较多时，杂作者简介：何德毅（1969年-），工程师。研究方向：农业机械应用。E-mail:。61|四川农业与农机/2023年4期|草随微耕机前进，对松土后的地面拖出凹凸不平的小沟，影响作业质量9；缠绕较为严重的甚至会缠死旋耕刀轴，影响正常作业，必须停机清理，耗时耗力，作业效率低。相关研究10得出，发生缠绕主要与杂草长度、旋耕轴直径、摩擦系数三大因素有关，因此，旋耕机必须在结构上优化相关防护措施。2.3微耕机振动大微耕机由于结构紧凑、操作使用难度小、整机质量轻、作业调头和田间转移方便等优点，被广泛应用于我国丘陵山区11。微耕机在土层坚硬的田间耕作时会产生强烈的振动，扶手架通过悬臂方式安装在微耕机上，旋耕振动经过扶手架传递到操作者手部，长时间作业将给操作人员带来不适感，极易疲劳，影响操作者的注意力和身体健康，长期操作振动大的微耕机将有可能患白指病12。3耕整机械的发展趋势截至 2021年，我国生产、推广和使用手扶式拖拉机、轮式拖拉机及履带拖拉机配套旋耕机产品已达几百种，2022年生产拖拉机约57万台，其中，功率小于18 kW的拖拉机就达到17万台。我国农机研发制造和生产水平逐步提高，但与发达国家相比仍有较大差距，提高我国耕整机械整体水平应做好以下几点。3.1加强关键零部件的研发和制造水平耕整机械在田间高速旋转切削土壤，作为入土部件的旋耕刀片的材料性能要求较高，除了保证材料具有较高的强度、耐磨性，还需要有较强的应对冲击的韧性、长时间使用的抗疲劳断裂的能力。在优化零部件结构和动力参数的同时，也要提高零部件的加工制造能力。3.2优化旋耕机结构旋耕作业的田间条件比较复杂，大部分需要耕整的地块含有杂草、秸秆等杂物，需要在结构上减少刀轴缠绕的情况发生。在手扶式微耕机上优化完善连接方式，减少振动对操作者的影响。在狭小地块和有限作业空间进行作业时，需要灵活调整操作扶手，提高作业便利性。3.3加强旋耕技术机理研究旋耕机的作业质量除了与旋耕机的结构设计、旋耕刀片的材料质量、形状参数、与传动系统有关，还与土壤条件（含水率、坚实度、含杂情况）、秸秆的物理特性关系密切相关。因此，进行旋耕机械与秸杆物理特性的机理研究对提高耕整作业质量、减少零部件磨损、降低作业能耗等有重要意义。3.4拓展耕整机械智能化应用近年来，现代农业高速发展，耕整机械的应用场景和要求在不断提高，需要在狭小空间作业的遥控履带式旋耕机和根据规划路径自主作业的中耕除草机，也有需要在封闭大棚作业没有尾气排放的电动微耕除草机。随着新能源、物联网、计算机视觉、北斗导航的发展和应用，耕作机械在电动化、智能化、无人化作业等领域迎来了新的发展，将极大地降低农户劳动强度，改变耕整机械“解放了牛，累死了人”的现状，朝着现代绿色高效的方向发展。参考文献：1许欣.农业机械化赋能工农协调发展效果研究D.河南农业大学,2021.2张晋,陈伟,朱继平,等.旋耕机节能技术研究现状及展望J.中国农机化学报,2021,42(07)：182-189.3杜兆辉,陈彦宇,张姬,等.国内外旋耕机械发展现状与展望J.中国农机化学报,2019,40(04)：43-47.4贾洪雷,王万鹏,陈志,等.农业机械触土部件优化研究现状与展望J.农业机械学报,2017,48(07)：1-13.5曾超.基于典型地形指标和地貌实体单元的四川省地貌形态自动分类及分区J.山地学报,2021,39(04)：587-599.6李坤明.大棚无线遥控电动微耕机的控制系统研究D.湖北工业大学,2016.7葛涛.旋耕施肥播种开沟一体机的设计与试验D.南京农业大学,2020.8孙景彬,刘志杰,杨福增等.丘陵山地农业装备与坡地作业关键技术研究综述J.农业机械学报,2023,54(05)：1-18.9周光永,莫亚武,陈文凯.旋耕机刀片的耐磨性研究J.农机化研究,2015,37(12)：66-69.10徐良,肖宏儒.茶园中耕机械缠草机理分析J.中国农机化学报,2015,36(02)：25-28.11陈建,陈川,陈洪.西南地区微耕机面临的三大新挑战及对策探讨J.农机化研究,2014,36(10)：245-248.12方晶晶,陈建,牛坡等.微耕机振动特性仿真及试验研究J.农机化研究,2020,42(04)：203-207.图 1损坏的旋耕刀座图 2旋耕缠草62