1ZL-7.2型联合整地机的研制

摘要  整地作业可将犁耕后的土壤进行碎土、平整，为播种环节创造良好的作业条件，联合整地机在新疆已被广泛应用。近年来大中马力拖拉机保有量逐年增加，为提高整地作业幅宽和效率，研制了一款与大马力拖拉机相配套的联合作业机，开发了新型合金材料的耐磨耙片。作业幅宽为7.2 m，机架可以进行折叠便于运输。田间试验表明，该型机具作业效果良好，故障率低，操作简单、方便。

关键词  圆盘耙组；镇压碎土；联合整地；智能装备

中图分类号  S222.4  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）01-0199-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.044

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Design Test of 1ZL-7.2 Combined Preparation Machine

ZHANG Lu-yun，YANG Huai-jun， WANG Zi-long et al

（Machinery and Equipment Institute of Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation Sciences， Shihezi， Xinjiang 832000）

Abstract  The whole ground operation can break soil and smooth the plough soil， create good working conditions for the sowing link， the combined preparation machine is widely used in Xinjiang. In recent years， with the quantity of the large and middle horsepower tractors increasing year by year， in order to improve the width and efficiency of the whole operation， a width combined preparation machine of large horsepower tractors has been developed， a new type of wear-resistant rake blade made of alloy material has been developed. The width of the machine is 7.2 m and the frame can be folded for easy transportation. The field test shows that the operation effect is good， the failure rate is low， and the operation is simple.

Key words  Disk rake blade group;Suppress crush soil;Combined preparation land;Intelligent equipment

基金项目  新疆生产建设兵团财政科技计划项目（2021DB011）。

作者简介  张鲁云（1972—），男，新疆石河子人，高级工程师，硕士，从事农业机械设计与制造研究。* 通信作者，副研究员，从事农业机械应用推广与理论研究。

收稿日期  2023-01-16

土壤耕作是农业生产中重要的增产措施，我国人口众多，优质耕地面积相对较少。现阶段我国农业发展尤为迫切的任务是利用有限的耕地资源，建立节能高效的耕作模式，科学高效使用耕地，最大限度提高耕地的综合生产能力［1-3］。在农业生产环节中，耕整地是一道必不可少的作业工序，可以有效改善土壤种植环境，使表层土壤细碎、地表平整，实现耕作土壤上层松软、下层紧密，为作物播种创造良好的作业环境与土壤条件。由于翻耕之后土垡间存在大量的孔隙，土壤的松碎程度与地面的平整度还不能满足作物播种和栽植的要求，所以必须进行整地，为作物发芽和生长创造较好的条件。由于新疆普遍采用铺膜铺管种植方式，对地表平整度要求较高，而联合整地作业机具有良好的整地作业功能，因此在新疆地区应用广泛。

联合整地机具有良好的作业适应性、良好的平整地与碎土功能、阻力较小、作业效率高等特点。目前，新疆大马力的拖拉机保有量在逐年递增，农户对大型联合整地机产生了迫切需求。为此，笔者通过借鉴与技术改进，研制了一款新型可折叠的宽幅联合整地作业机。

1  整机结构

1.1  总体结构

1ZL-7.2型联合整地机主要由牵引架、机架、缺口耙组、圆盘耙组、地轮、碎土辊、镇压辊和液压折叠部分等组成［4-5］，整机结构如图1所示。其中机架分左、中、右3部分，左机架和右机架通过液压油缸作用向中间机架进行折叠，整机部件采用对称式设计。机架上从前向后依次设置有缺口耙组、圆盘耙组、行走地轮、碎土辊和镇压辊，作业环节依次为切土、翻土、平地、碎土和镇压，其中耙组进行切土和翻土作业，刮土板和碎土辊进行地表平整及碎土作业，镇压辊进行地表镇压作业。

1.2  工作原理

该机作业时由拖拉机提供动力，与拖拉机挂接方式为半悬挂，配套动力采用120 kW以上轮式拖拉机，适用于对犁耕后的土壤作业。作业时将左右机架通过液压油缸作用展开调平，将行走地轮升起，使耙组入土。运输时将左右机架进行折叠，落下行走地轮，使耙组具有一定的离地高度。

1.3  主要技术参数

主要技术指标如下：

外形尺寸（长×宽×高，mm）：6 530×7 240×1 452（6 530×4 200×2 760折叠）；

配套动力≥120 kW；

作业幅宽为7.2 m；

耙组偏角：3°、6°、9°、11°、13°；

运输间隙≥300 mm；

作业速度6～12 km/h；

工作深度50～100 mm；

耙片直径510 mm；

耙片间距174 mm。

2  关键部件结构设计

2.1  耙片结构

球面型圆盘耙具有良好的切土、松土与碎土效果［6］，其中耙片的直径与偏角是影响工作性能的重要参数，偏角较小时入土困难，偏角较大可提升耙片的入土和翻土效果，但会导致耙片所占空间有所增加，使得结构庞大。因此，在设计选型耙片结构时，根据新疆典型的土壤条件进行多次试验，最终确定了耙片最优的结构参数（图2、图3）。

2.2  耙片加工工艺

耙片性能指标和使用寿命影响因素主要是原材料和生产制造工艺［7-9］。该机具安装的耙片原材料为自主研发并订制生产的，具有良好的加工性能和较高的强韧性指标；耙片的生产工艺是决定产品外形尺寸和性能指标的关键。通过分析多年的试验数据，总结出了影响耙片加工工艺的主要因素有：部件表面的氧化程度、热变形规律、淬火温度、淬火冷却速度及模具运行速率等。笔者根据生产实践经验，制定了加工工艺的基本流程：板材裁切—机加工外缘刃—冲内孔—冲缺口—加热—热压成形、淬火—回火—表面清理—喷漆—包装入库。

耙片加工工艺的核心技术是热冲压成形-淬火一体化。冲压成形模具由高导热的铜合金制造而成，且模具内部分布冷却水槽。压制时，加热到奥氏体化温度之上的钢板被迅速放入模具中，模具上型立即下压合模，热态下对板材冲压成形，此时板材热量经高导热的铜合金模具导出，并被冷却水带走，板材的温度迅速被冷却到马氏体开始转变温度（Ms）以下，冷却速度不低于30 K/s，高于合金原材料的临界冷却速度，钢板在成形模具内完成淬火；耙片经回火处理后获得晶粒尺寸均匀的回火马氏体组织（图4）。采用该工艺生产的圆盘耙，抗拉强度达到1 800 MPa以上，硬度≥52HRC，冲击韧性值（ak）在25 J/cm2以上，性能远优于目前国内大量使用的65 Mn耙片，且耙片的尺寸精度高，产品一致性好。

2.3  平地及碎土装置结构

平整地装置主要由刮土板、碎土辊和镇压辊组成［10］，刮土板由平土杠和碎土钉齿构成，通过弹簧仿形机构与机架连接，作业时可将杂草及作物秸秆等压入土中，具有较好的通过性。碎土辊由一组齿形板圆周排列构成，整体部件结构如图5所示。其中碎土辊直径和齿形板个数与作业效果有明显的关系，直径越小，作用土壤时间越短，滑移系数较大，易产生拖土壅土现象。根据阻力与直径成反比的原理，最小直径应满足以下条件：

D≥2a1-cosα（1）

式中：D为碎土辊直径（mm）;a为作业深度（mm）；α为翻转角度（°）。

为保证作业质量与过程顺畅，α取15°。经计算，碎土辊直径为460 mm。

3  田间试验

3.1  使用调整

作业前将牵引架与拖拉机进行挂接，挂接后调整拖拉机左、右提升杆长度相等，调平主梁，使整机处于水平，保证作业时机架与地面之间处于平行状态。若不平行，通过调整调节丝杆的长度将整机调平，调好后将左右拉杆锁定，保证整机作业时不产生左右摆动现象。

作业前检查各轴承保证注入润滑脂，检查连接件的完好程度，根据作业土壤的实际情况与作业深度要求，调节耙组至合适的作业角度。根据调整后的作业深度调节碎土辊加压弹簧，使碎土辊至合适的作业高度。

3.2  田间作业效果

该机型适用于犁耕作业后土壤的碎土、松土、镇压，以及作物播种前的平地、碎土、镇压等作业工序，该机在新疆石河子市东阜城镇、炮台镇等地进行了推广应用，使用过程操作方便，故障率低，作业效果良好，满足设计要求（图6）。

3.3  耙片耐磨性试验

为了进一步验证耙片的合理性与准确性，以耐磨性作为指标，将耐磨耙片与传统65 Mn耙片进行

对比试验，如图7所示。2021年4月在新疆北屯市183团

开展耙片性能试验，试验地土壤质地为砂土，前茬作物为籽用瓜，作业面积50 hm2。通过试验对比分析发现，耐磨耙片质量损失要小于传统65 Mn耙片，耐磨层对耙片的磨损保护起积极作用。

4  机具主要特点

1ZL-7.2型联合整地机耙片均采用特殊订制的合金钢材料，经过稳定化一体成形技术处理后，具有良好的强度和韧性指标，耐磨性优良；液压控制的折叠机构和地轮升降机构操作方便，作业状态与运输状态转换过程可靠；机具作业时调整方便，便于保养维修，作业时只需调整牵引架、耙片偏角和碎土镇压装置的加压弹簧，即可调整至合适的作业状态；通过仿形机构与加压弹簧的作用，平土及镇压效果较好，可将秸秆压入土壤中，并且表现出较好的碎土效果。

5  结论与讨论

（1）1ZL-7.2型联合整地机采用多种功能部件联合作业［11］，减少了农业生产工序和拖拉机进地次数，减轻了机械对土壤的压实，提高了工作效率。作业之后地表平整度高，形成良好的种床结构，为后续铺设滴灌带、铺膜播种、种子出苗和作物生长发育创造了一个良好的生态环境。

（2）与国外同类先进机型相比，该型机还存在着不足和差距，如做工粗糙、配套机具少、可靠性差等问题［12］，应继续对机具进行改进和优化，向机电液一体化、自动化、智能化方向发展，全面提高我国耕整地机械化水平。

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