基于保護(hù)性少耕作業(yè)耕整播一體機(jī)的輪式拖拉機(jī)牽引附著性能分析*

趙永來 ，牛文學(xué) ，高 偉 ，馮瑞龍 ，樊 琦 ，崔文芳 ，劉 禎

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014109）

0 引言

土壤碳固定是現(xiàn)階段有關(guān)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與地球表層過程研究的重要領(lǐng)域[1]。保護(hù)性耕作可以提高土壤固碳效率，提高肥料利用率[2]，減少碳排放[3]，助力碳達(dá)峰、碳中和。1950年，我國(guó)開始進(jìn)行免少耕播種[4]等相關(guān)技術(shù)的研究，目前我國(guó)是整個(gè)亞洲地區(qū)保護(hù)性耕作應(yīng)用面積最大的國(guó)家，超過86萬hm2[5]。雖然實(shí)施保護(hù)性耕作面積逐年擴(kuò)大，但保護(hù)性耕作面積占比仍然不高，機(jī)械化水平也較低，特別是目前耕地犁底層厚度差異較大，傳統(tǒng)深松尚未實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化和信息化，需要消耗大量的勞力與拖拉機(jī)動(dòng)力，嚴(yán)重制約了保護(hù)性耕作的推廣和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。深松作業(yè)在不翻轉(zhuǎn)土壤、不打破原有土壤耕層結(jié)構(gòu)的前提下，利用深松鏟疏松種床土壤、打破堅(jiān)硬的犁底層，有利于蓄水保墑、加深耕作層，有助于根系深扎[6]，是保護(hù)性耕作的主推技術(shù)。合理的深松和肥料分層深施可以有效促進(jìn)禾豆間作系統(tǒng)氮素吸收、提高氮素利用效率，改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)，增加作物產(chǎn)量[7-8]。

我國(guó)農(nóng)田經(jīng)過長(zhǎng)期的種植以及機(jī)械性的壓迫形成了犁底層，且犁底層厚度差異較大，保護(hù)性免耕發(fā)展雖快，但由于犁底層的存在，免耕技術(shù)效率依然較低。目前，農(nóng)田采用的保護(hù)性深松設(shè)備仍存在功能單一、犁底層破壞不充分、深松鏟入土性能較差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等缺陷。綜合分析，機(jī)械化水平的落后仍然是限制保護(hù)性耕作發(fā)展的根本原因。因此，亟須對(duì)智能耕整播一體機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行科技攻關(guān)，同時(shí)保護(hù)性少耕作業(yè)是更適合我國(guó)農(nóng)田發(fā)展的耕作方式，深松作為少耕作業(yè)的代表性技術(shù)將更有利于其推廣與應(yīng)用[9]。智能耕整播一體機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)具高效復(fù)合式作業(yè)，有效減少機(jī)組對(duì)保護(hù)性耕作土壤的壓實(shí)破壞，動(dòng)力消耗分配也更加合理，污染物的排放大幅降低，節(jié)約能源的同時(shí)提高了牽引效率與燃油經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)與減排的雙贏，為今后推廣保護(hù)性少耕作業(yè)、研發(fā)環(huán)保集約型農(nóng)業(yè)裝備開辟了新的思路與途徑。

課題組針對(duì)保護(hù)性少耕作業(yè)的特征，緊密結(jié)合農(nóng)藝要求，圍繞集深松、整地、施肥、播種一體化技術(shù)裝備，以牽引裝置——輪式拖拉機(jī)為研究對(duì)象，通過對(duì)拖拉機(jī)牽引附著性能的分析，確定配套耕整播一體機(jī)下拖拉機(jī)各擋的掛鉤牽引力FT和牽引效率η，分析獲得最佳的田間作業(yè)參數(shù)，明確影響拖拉機(jī)牽引附著性能與牽引效率的主要因素并驗(yàn)證整機(jī)動(dòng)力學(xué)分析的合理性和可靠性，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)牽引附著能力與耕整播一體機(jī)的有效配合，為拖拉機(jī)牽引綜合作業(yè)機(jī)具的應(yīng)用提供支持。

1 保護(hù)性少耕作業(yè)耕整播一體機(jī)的設(shè)計(jì)

1.1 耕整播一體機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)方案

緊密結(jié)合農(nóng)藝要求確定整機(jī)的作業(yè)方式，提出耕整播一體機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)方案并確定一體機(jī)作業(yè)技術(shù)參數(shù)，根據(jù)選定參數(shù)進(jìn)行一體機(jī)整體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)。通過三維制圖軟件對(duì)深松鏟等關(guān)鍵工作部件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)及模型搭建，在三維模型的基礎(chǔ)上對(duì)主要工作部件進(jìn)行仿真模擬，測(cè)試部件在正常作業(yè)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及零部件的強(qiáng)度和剛度。用離散元法進(jìn)行一體機(jī)關(guān)鍵部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，探究其對(duì)拋土及碎土性能的影響規(guī)律。根據(jù)JB/T 8401.1—2017《旋耕聯(lián)合作業(yè)機(jī)械 第1部分：旋耕施肥播種機(jī)》評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)具的耕深、碎土率、排種排肥量等指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與驗(yàn)證，再對(duì)整機(jī)田間作業(yè)測(cè)試及作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 保護(hù)性少耕作業(yè)耕整播一體機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路圖

1.2 耕整播一體機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

為合理改善施肥質(zhì)量、優(yōu)化整地效果，實(shí)現(xiàn)種肥同施的耕整播一體機(jī)，通過整合深松、施肥、旋耕、播種等傳統(tǒng)工作模式，可以實(shí)現(xiàn)一次作業(yè)完成碎土整平、溝播分層施肥、開溝播種等功能。以智能化保護(hù)性少耕作業(yè)信息系統(tǒng)為依托，將土壤、環(huán)境等相關(guān)信息作為輸入信號(hào)，對(duì)其分析后將深松深度、施肥量等數(shù)據(jù)作為輸出信息，再利用深度學(xué)習(xí)等人工智能方法進(jìn)行訓(xùn)練，使深松深度更加精確，施肥量更加精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)、變量作業(yè)，使碳消耗量、化肥消耗量降到最低。

2 拖拉機(jī)牽引附著性能

拖拉機(jī)的牽引性能是指在一定的土壤條件下拖拉機(jī)的牽引工作能力，可以用拖拉機(jī)的工作速度、牽引效率、牽引力和牽引功率來衡量。拖拉機(jī)的牽引效率是評(píng)價(jià)拖拉機(jī)牽引性能的重要指標(biāo)，牽引效率可以說明發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的利用程度，牽引效率越高，牽引附著性能越好[10]。拖拉機(jī)、拖掛車等具有牽引功能的車輛，其牽引性能的好壞都具有一定的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但不同資料中對(duì)車輛牽引性能指標(biāo)的稱謂有所不同[11-14]。隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與生產(chǎn)運(yùn)輸過程中機(jī)械化水平的提高，農(nóng)用拖拉機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ咧?，其在農(nóng)田中的作用愈發(fā)明顯[15]。農(nóng)用拖拉機(jī)可以在多種工作環(huán)境中充當(dāng)動(dòng)力輸出裝置，為各類型作業(yè)機(jī)械提供配套動(dòng)力，完成耕地、播種、施肥、田間管理、收獲等作業(yè)[16-18]。拖拉機(jī)與農(nóng)機(jī)具配套作業(yè)對(duì)拖拉機(jī)的牽引附著性能和保護(hù)性少耕作業(yè)有重要影響，正確合理的配套作業(yè)可以減少動(dòng)力損失，提高生產(chǎn)效率，降低對(duì)耕作土壤的壓實(shí)率。同時(shí)，還需要考慮拖拉機(jī)、輪胎和農(nóng)機(jī)具的具體參數(shù)、土壤條件和耕作條件（作業(yè)速度、幅寬和深度等）對(duì)田間作業(yè)的影響。

拖拉機(jī)的附著性能反映了拖拉機(jī)在一定土壤條件下所發(fā)揮的附著能力，可以用拖拉機(jī)各擋的掛鉤牽引力FT、牽引功率PT和牽引效率η來衡量。耕整播一體機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，可以由拖拉機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，采用三點(diǎn)懸掛的方式進(jìn)行，但是由于作業(yè)對(duì)象、田間作業(yè)環(huán)境以及作業(yè)種類等因素的變化，拖拉機(jī)動(dòng)力難以得到最大程度的發(fā)揮。同時(shí)，拖拉機(jī)受耕整播一體機(jī)加載特性、土壤阻力等的限制，其性能與傳統(tǒng)拖拉機(jī)有明顯區(qū)別。因此，牽引機(jī)具的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮拖拉機(jī)牽引一體機(jī)工作時(shí)的牽引附著性能，盡可能提高拖拉機(jī)作業(yè)效率，降低其燃油消耗。

2.1 拖拉機(jī)掛鉤牽引力

拖拉機(jī)掛鉤牽引力反映拖拉機(jī)牽引配套農(nóng)機(jī)具的能力。大馬力的拖拉機(jī)在作業(yè)中主要利用掛鉤工作，而掛鉤牽引力功率是由牽引力大小和牽引速度共同決定的。當(dāng)拖拉機(jī)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)鏈傳給牽引力裝置時(shí)，大部分能量浪費(fèi)在牽引裝置與土壤的相互作用上[19]。拖拉機(jī)與耕整播一體機(jī)配套作業(yè)時(shí)的受力分析如圖2所示。

圖2 拖拉機(jī)與耕整播一體機(jī)配套受力圖

圖中，G為拖拉機(jī)的重力，單位為N；Ff1、Ff2為從動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力，單位為N；Fz1、Fz2為土壤對(duì)從動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪的垂直反力，單位為N；Gl為耕整播一體機(jī)的重力，單位為N；作用在一體機(jī)質(zhì)心的作用線與驅(qū)動(dòng)輪幾何中心的垂直平面距離為al；Rl為土壤對(duì)一體機(jī)的總耕作阻力在垂直面內(nèi)的分力，單位為N。為了簡(jiǎn)化分析，假定其作用線通過一體機(jī)的質(zhì)心。

根據(jù)拖拉機(jī)掛鉤牽引受力分析，得出：

式中，F(xiàn)T為拖拉機(jī)掛鉤牽引力，單位為N；Fq為拖拉機(jī)的切線驅(qū)動(dòng)力，單位為N；Ff為拖拉機(jī)的滾動(dòng)阻力，單位為N。

切線驅(qū)動(dòng)力Fq可由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩決定，計(jì)算得出：

式中，Tq為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；ie為傳動(dòng)系工作擋的總傳動(dòng)比；ηc為傳動(dòng)系效率；rd為驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑（驅(qū)動(dòng)輪圓心到地面距離）。

式中，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；G為拖拉機(jī)的重力，單位為N；M為拖拉機(jī)使用時(shí)質(zhì)量，單位為kg；其中，g=9.8 m/s2。

田間作業(yè)時(shí)，切線驅(qū)動(dòng)力Fq受到地面附著條件的限制，切線驅(qū)動(dòng)力應(yīng)不高于拖拉機(jī)的附著力，即Fq≤Fφ，F(xiàn)φ為附著力。

式中，φ為附著系數(shù)；Gφ為拖拉機(jī)附著重量，對(duì)于履帶和四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)，附著重量等于拖拉機(jī)使用重量（Gφ=G）。

2.2 拖拉機(jī)的功率利用率

輪式拖拉機(jī)帶牽引農(nóng)具或懸掛農(nóng)具在水平區(qū)段上穩(wěn)定工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮的有效功率的利用和分配可由以下公式來表示：

式中，Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，單位為kW；PT為拖拉機(jī)的牽引功率，單位為kW；Pδ為行走機(jī)構(gòu)的滑轉(zhuǎn)消耗功率，單位為kW；Pc為拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)損失的功率，單位為kW；Pf為克服拖拉機(jī)滾動(dòng)阻力而損失的功率，單位為kW；FT為拖拉機(jī)掛鉤牽引力，單位為kN；Fq為拖拉機(jī)切線驅(qū)動(dòng)力，單位為kN；Ff為拖拉機(jī)的滾動(dòng)阻力，單位為kN；v為拖拉機(jī)實(shí)際行駛速度，單位為km/h；v1為拖拉機(jī)理論行駛速度，單位為km/h。

2.3 拖拉機(jī)的牽引效率

輪式拖拉機(jī)的牽引效率是評(píng)定拖拉機(jī)牽引性能的一個(gè)重要指標(biāo)，其表示拖拉機(jī)的綜合功率損失，通常用拖拉機(jī)的牽引功率PT和相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率Pe的比值來表示。牽引功率為掛鉤牽引力和速度的乘積，其表征拖拉機(jī)潛在的生產(chǎn)能力。

式中，ηT為拖拉機(jī)的牽引效率；ηc為傳動(dòng)系統(tǒng)效率；ηf為滾動(dòng)效率；ηδ為滑轉(zhuǎn)效率；ηx為行走系效率；Pq為傳動(dòng)系傳至驅(qū)動(dòng)輪的功率，單位為kW；PTmax為最大牽引功率，單位為kW；P為發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率，單位為kW。

牽引效率的數(shù)值說明發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率以牽引作業(yè)方式輸出時(shí)其損失相對(duì)程度。由式（12）可知，滑轉(zhuǎn)率越大造成牽引功率的損失也就越大。通常，拖拉機(jī)在中等濕度和茬地工作時(shí)，輪式拖拉機(jī)的最大牽引效率可達(dá)55%，履帶拖拉機(jī)可達(dá)70%左右。

3 拖拉機(jī)牽引附著性能分析與計(jì)算

犁耕土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，耕整播一體機(jī)在田間作業(yè)時(shí)，與拖拉機(jī)采用三點(diǎn)懸掛的方式，由拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸向一體機(jī)傳送動(dòng)力，通過調(diào)整電液懸掛裝置來完成田間作業(yè)的農(nóng)藝要求。拖拉機(jī)能夠發(fā)揮較大的牽引力并實(shí)現(xiàn)較高的牽引效率，以克服機(jī)具作用于土壤產(chǎn)生的耕作阻力，實(shí)現(xiàn)功率與牽引功率的高效轉(zhuǎn)換與節(jié)能減排，但是驅(qū)動(dòng)力（牽引力）、滾動(dòng)阻力、滑轉(zhuǎn)率、附著系數(shù)等參數(shù)對(duì)牽引附著性能會(huì)產(chǎn)生一定影響。

3.1 牽引效率的影響因素分析

在保護(hù)性少耕作業(yè)中，拖拉機(jī)的牽引效率是重要的參數(shù)，但其影響因素較多，如傳動(dòng)效率、滾動(dòng)效率、滑轉(zhuǎn)效率、土壤條件等。由式（9）可知，傳動(dòng)系統(tǒng)效率、滾動(dòng)效率和滑轉(zhuǎn)效率三者的乘積即為拖拉機(jī)的牽引效率。傳動(dòng)效率為傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率和履帶驅(qū)動(dòng)段機(jī)械效率兩項(xiàng)的乘積。其中，傳動(dòng)系統(tǒng)效率受到設(shè)計(jì)與制造等因素的制約，若要對(duì)其進(jìn)行提高比較困難，對(duì)于某一固定作業(yè)的拖拉機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)效率可以看作是一個(gè)固定值；滾動(dòng)效率反映了驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換成掛鉤牽引力的效率，其取決于掛鉤牽引力和驅(qū)動(dòng)力的比值，在不加大滾動(dòng)阻力的情況下，滾動(dòng)效率隨掛鉤牽引力的增大而提高，一般農(nóng)用拖拉機(jī)滾動(dòng)效率取0.9左右；滑轉(zhuǎn)效率表明了牽引功率的損失情況，其隨掛鉤牽引力的增大而降低，其數(shù)值取決于滑轉(zhuǎn)率的大小，而影響滑轉(zhuǎn)率的主要因素有行走機(jī)構(gòu)的型式、結(jié)構(gòu)和尺寸、土壤的力學(xué)性質(zhì)、濕度以及拖拉機(jī)的掛鉤負(fù)荷等。其中，土壤表層的濕度對(duì)拖拉機(jī)的滑轉(zhuǎn)率影響極大。在土壤容積密度和土壤堅(jiān)實(shí)度不同的條件下，拖拉機(jī)的最大牽引效率也不同。耕作地表疏松，土壤堅(jiān)實(shí)度就較低，牽引效率也隨之降低。當(dāng)最大牽引效率發(fā)生時(shí)，拖拉機(jī)所能提供的最大牽引力基本相同，但此時(shí)輪胎的滑轉(zhuǎn)率不同[20]。在同一種路面或耕作土壤的情況下，牽引效率先是隨著滑轉(zhuǎn)率的增大而快速提高，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率增加到某一數(shù)值時(shí)，牽引效率達(dá)到最大，但其后牽引效率隨滑轉(zhuǎn)率的增加呈下降趨勢(shì)，且隨著滑轉(zhuǎn)率的增加，牽引效率的下降幅度大于其增加幅度。

3.2 拖拉機(jī)附著性能的影響因素分析

在田間作業(yè)過程中，由于土壤環(huán)境復(fù)雜、負(fù)載波動(dòng)較大等因素的影響，導(dǎo)致工作阻力變化范圍較大，極易產(chǎn)生過大的驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)[21]。分析路面附著系數(shù)對(duì)輪胎牽引力的影響可知，輪胎的牽引力隨著附著系數(shù)的變化而變化，當(dāng)輪胎和地面接觸，輪胎接地印記上承受切向力時(shí)，輪胎就會(huì)出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)。一般情況下，輪胎初始的滑轉(zhuǎn)主要由輪胎的彈性形變引起，因而一開始車輪力矩與驅(qū)動(dòng)力隨滑轉(zhuǎn)率呈線性關(guān)系增加；當(dāng)車輪力矩和驅(qū)動(dòng)力進(jìn)一步增加而導(dǎo)致部分輪胎胎面在地面上滑轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力和滑轉(zhuǎn)率變?yōu)榉蔷€性的關(guān)系。相關(guān)研究表明，將滑轉(zhuǎn)率控制在0.1~0.15之間時(shí)，輪式拖拉機(jī)會(huì)有較高的牽引效率[22]。若驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率超過0.2，則會(huì)損壞土體結(jié)構(gòu)，加劇輪胎磨損，增加發(fā)動(dòng)機(jī)能耗，降低拖拉機(jī)的牽引效率，進(jìn)而嚴(yán)重破壞禾豆間作農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。當(dāng)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)一步增加時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致輪胎的不穩(wěn)定工況，驅(qū)動(dòng)力系數(shù)也會(huì)從峰值很快下降到純滑轉(zhuǎn)（即δ=100%時(shí)）。

3.3 拖拉機(jī)牽引性能的分析與測(cè)算

拖拉機(jī)與農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行配套設(shè)計(jì)時(shí)，需要檢驗(yàn)拖拉機(jī)的牽引性能是否滿足牽引耕作的農(nóng)藝要求，通過理論計(jì)算出拖拉機(jī)各耕作速度下的掛鉤牽引力、傳動(dòng)系統(tǒng)效率的大小，其是衡量拖拉機(jī)整機(jī)的重要指標(biāo)，影響著拖拉機(jī)整機(jī)的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)耕整播一體機(jī)的牽引要求，試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用了約翰迪爾1204拖拉機(jī)進(jìn)行牽引，其主要工作裝置包括動(dòng)力輸出裝置、牽引裝置、液壓懸掛裝置及底盤等。耕整播一體機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示，拖拉機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。測(cè)試并計(jì)算出拖拉機(jī)在給定速度下的牽引力、傳動(dòng)系統(tǒng)效率等參數(shù)，并進(jìn)行對(duì)比分析。

表1 耕整播一體機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2 拖拉機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

測(cè)試結(jié)果與分析如下：

本試驗(yàn)的拖拉機(jī)主要用于作業(yè)環(huán)境比較穩(wěn)定且地面比較平整的試驗(yàn)區(qū)，所以設(shè)計(jì)車速不大于10 km/h，確定拖拉機(jī)基本擋位理論作業(yè)速度為3 km/h~10 km/h。結(jié)合耕作土壤滑轉(zhuǎn)率因素測(cè)得拖拉機(jī)基本擋位實(shí)際耕作速度，根據(jù)表1中的已知參數(shù)，選擇試驗(yàn)區(qū)已耕地、沙壤土地、膠紅沼泥地進(jìn)行對(duì)比測(cè)算，根據(jù)測(cè)試結(jié)果由公式（6）~（15）計(jì)算出拖拉機(jī)掛鉤牽引力與傳動(dòng)效率，測(cè)試數(shù)據(jù)以曲線形式表示，耕作速度與掛鉤牽引力、傳動(dòng)系統(tǒng)效率的關(guān)系如圖3和圖4所示。

圖3 掛鉤牽引力與耕作速度的關(guān)系圖

圖4 傳動(dòng)系統(tǒng)效率與耕作速度的關(guān)系圖

分析圖3可知，拖拉機(jī)掛鉤牽引力隨著耕作速度的加快呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，當(dāng)實(shí)際耕作速度在2.64 km/h~8.80 km/h（分別為2.64 km/h、3.52 km/h、4.40 km/h、5.28 km/h、6.16 km/h、7.04 km/h、7.92 km/h、8.80 km/h）范圍內(nèi)變化時(shí)，拖拉機(jī)掛鉤牽引力降幅分別為25%、20%、16.67%、14.28%、12.5%、11.11%、10%，且隨著耕作速度的加快，其降幅比例逐漸降低。掛鉤牽引力隨耕作地表?xiàng)l件不同而差異明顯，當(dāng)耕作速度為2.64 km/h和3.52 km/h時(shí)，在沼泥地、已耕地、沙壤土三種地表?xiàng)l件下拖拉機(jī)的掛鉤牽引力分別為66.15 kN、56.52 kN、48.11 kN和49.61 kN、42.39 kN、36.08 kN，已耕地和沙壤土較沼泥地條件下掛鉤牽引力分別降低14.57%和27.27%，同一拖拉機(jī)耕作速度下，掛鉤牽引力：沼泥地＞已耕地＞沙壤土。分析得出，拖拉機(jī)耕作速度介于2.64 km/h~4.40 km/h之間可以發(fā)揮較大的掛鉤牽引力，但因?yàn)橥寥李愋偷牟煌?，力學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)了明顯差異，其土壤的附著性能也發(fā)生了顯著的變化，導(dǎo)致了土壤條件對(duì)拖拉機(jī)的牽引性能的影響顯著，拖拉機(jī)在堅(jiān)實(shí)的土壤條件下牽引性能較好，在松軟的土壤條件下牽引力較低。

分析圖4可知，拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)功率隨著耕作速度的加快呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，當(dāng)實(shí)際耕作速度在2.64 km/h~8.80 km/h（分別為2.64 km/h、3.52 km/h、4.40 km/h、5.28 km/h、6.16 km/h、7.04 km/h、7.92 km/h、8.80 km/h）范圍內(nèi)變化時(shí)，沼泥地條件下拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)效率增幅分別為5.09%、4.86%、4.64%、4.41%、4.25%、4.06%、3.92%，平均增幅為4.46%，已耕地條件下傳動(dòng)系統(tǒng)效率平均增幅為4.02%，沙壤土條件下平均增幅為3.27%。隨著耕作地表逐漸疏松，其平均增幅呈下降趨勢(shì)，同一耕作速度下，傳動(dòng)系統(tǒng)效率：沼泥地＞已耕地＞沙壤土。當(dāng)拖拉機(jī)耕作速度為7.92 km/h和8.80 km/h時(shí)，在沼泥地、已耕地、沙壤土三種地表?xiàng)l件下拖拉機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)效率分別為86.73%、70.44%、55.17%和90.27%、73.05%、56.85%，表明耕作速度越快，傳動(dòng)系統(tǒng)效率越高。

4 結(jié)論

1）結(jié)合農(nóng)藝要求確定整機(jī)的作業(yè)方式，提出耕整播一體機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)方案并確定一體機(jī)作業(yè)技術(shù)參數(shù)與配套實(shí)施方案。再依據(jù)一體機(jī)的作業(yè)要求，從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)種肥同施的耕整播一體機(jī)作業(yè)效果，并闡述拖拉機(jī)的牽引附著性能，通過對(duì)拖拉機(jī)與耕整播一體機(jī)配套作業(yè)時(shí)的受力分析，得出掛鉤牽引力、傳動(dòng)系統(tǒng)效率等理論公式。

2）分析影響牽引附著性能的因素，結(jié)合試驗(yàn)區(qū)實(shí)際地表狀況與相關(guān)參數(shù)，測(cè)試并測(cè)算出拖拉機(jī)掛鉤牽引力、傳動(dòng)系統(tǒng)效率與耕作速度的變化關(guān)系，拖拉機(jī)掛鉤牽引力隨著耕作速度的加快呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，當(dāng)實(shí)際耕作速度在2.64 km/h~8.80 km/h（分別為2.64 km/h、3.52 km/h、4.40 km/h、5.28 km/h、6.16 km/h、7.04 km/h、7.92 km/h、8.80 km/h）范圍內(nèi)變化時(shí)，拖拉機(jī)掛鉤牽引力降幅分別為25%、20%、16.67%、14.28%、12.5%、11.11%、10%，拖拉機(jī)耕作速度介于2.64 km/h~4.40 km/h之間，可以發(fā)揮較大的掛鉤牽引力。拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)效率隨著耕作速度的加快呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，當(dāng)實(shí)際耕作速度在2.64 km/h~8.80 km/h（分別為2.64 km/h、3.52 km/h、4.40 km/h、5.28 km/h、6.16 km/h、7.04 km/h、7.92 km/h、8.80 km/h）范圍內(nèi)變化時(shí)，沼泥地、已耕地、沙壤土條件下拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)效率平均增幅分別為4.46%、4.02%、3.27%。