張秀麗 仝振偉 李連豪 李擁軍 侯朝朋 夏云飛

(河南農業(yè)大學機電工程學院， 鄭州 450002)

0 引言

煙草中耕作業(yè)可以除去壟間和株間雜草，減少雜草對土壤內營養(yǎng)的消耗，提高煙草在生長過程中的營養(yǎng)條件；壟間松土可以切除土壤間的毛細管，減緩水分的蒸發(fā)，起到蓄水保墑、防止干旱的作用；還可以對土壤進行疏松，增加土壤中氧氣的含量，加強植株作物的呼吸作用[1-3]；疏松的土壤加大了雨水的滲透能力，有利于雨水滲入，能夠減少水土流失，增加土壤含水量；中耕培土后，土壤疏松，土壤受光面積增大，吸收太陽輻射的能力增強，散熱能力減弱，可以提高土壤溫度；另外進行中耕培土作業(yè)可以抗倒伏，增加作物的產量[4-6]。

目前，煙草中耕培土有人工中耕培土、機械中耕培土兩種方法[7]。其中人工中耕培土作業(yè)是利用鋤頭在煙壟周圍進行松土和除草，然后將壟周圍的土堆積到煙苗根部的周圍，勞動工作量大，效率低，成本高，培土質量沒有機械培土好，不利于田間管理；機械中耕培土作業(yè)是由中耕培土機在已經完成揭膜的煙田壟溝上行駛，驅動松土機具松動壟邊上的土，實現(xiàn)破碎土壤和除草功能，隨后培土機具將碎土翻轉堆積到煙苗的根部周圍。國外培土作業(yè)整機配合良好[8]，COLLINS[9]發(fā)明的煙田培土機，作業(yè)時培土鏟將土壤拋向作物行內形成壟，而壓輥用于壓緊行內側及下側土壤；日本研制的V600+培土整形機，能夠適應大面積的田間作業(yè)，但其價格昂貴，不適合國內生產狀況。相比而言，國內主要是一些小型中耕培土機械[10-12]，目前國內所用培土機械多與手扶拖拉機配套使用，主要有螺旋式、圓盤式、銑盤式、鏵式、犁刀式等類型[13-15]。車剛等[16]研究設計了全方位復式中耕機，能一次完成深松、施肥和除草等多項作業(yè)。呂金慶等[17]、石林榕等[18]對驅動式馬鈴薯中耕機關鍵部件進行了設計，確定了碎土刀的結構參數(shù)等。呂美巧等[19]設計了新型甘蔗中耕培土機，用于浙江一帶的窄行甘蔗中耕、起壟、培土施肥等作業(yè)，操作簡單。張婷等[20]對甘蔗中耕施肥培土機進行了設計優(yōu)化，解決了機器易出現(xiàn)動力輸出軸角度難控制、傳動軸易斷裂等問題。張松泓[21]對電動旋耕培土機進行了設計研究，完成了電驅動系統(tǒng)的設計以及動力匹配。鄭俊等[22]對開溝式和盒式1WG-6.3型自走式小型起壟機進行了田間試驗與研究。張陽光等[23]對烤煙田間管理培土機進行了研究設計和田間性能分析。對于目前市場上的中耕培土機械來說，基本上都能完成作物的中耕培土，但大多數(shù)中耕機械培土高度較低，難以達到高培土[24-26]，起不到培土抗倒伏的作用；而且中耕機械上缺少土壤流向控制機構，土壤隨意拋撒，易造成作物幼苗的損傷；有的機器單壟培土工作效率低，而多壟培土機壟形難以控制，適應性差，難以滿足大田作業(yè)要求。為此，本文設計復合切削式煙草中耕培土機。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

復合切削式煙草中耕培土機是由拖拉機作為牽引機械，并由拖拉機提供動力作為液壓傳動系統(tǒng)動力源的多功能中耕培土機具，主要由螺旋培土總成、送分土犁刀裝置、護葉裝置、限深裝置、壟距調整裝置、機架、液壓傳動系統(tǒng)等組成。結構如圖1所示。

圖1 復合切削式煙草中耕培土機結構圖Fig.1 Structure diagram of tobacco hilling machine for compound cutting1.螺旋培土總成 2.送分土犁刀裝置 3.護葉裝置 4.限深裝置 5.壟距調整裝置 6.機架 7.液壓傳動系統(tǒng)

其中壟距調整裝置由模塊化培土小車、調節(jié)絲杠、調節(jié)手柄、鎖緊手柄等組成；螺旋培土總成由支架、壟形調節(jié)裝置、鎖緊固定裝置、側板、導向罩裝置、螺旋培土刀、護葉裝置、液壓馬達支架等組成；液壓傳動系統(tǒng)由液壓油箱、液壓泵、溢流閥、節(jié)流閥、分流閥、背壓閥、液壓馬達等組成。

1.2 傳動系統(tǒng)

圖2 復合切削式煙草中耕培土機傳動系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic diagram of transmission system of tobacco hilling machine for compound cutting1.變速箱 2.萬向聯(lián)軸器 3.動力軸 4.中間軸 5.輸出軸 6.聯(lián)軸器 7.溢流閥 8.節(jié)流閥 9.分流閥 10.液壓馬達 11.背壓閥 12.螺旋培土刀 13.截止閥 14.單向閥 15.液壓泵 16.油液過濾器 17.空氣過濾器 18.液壓油箱

復合切削式煙草中耕培土機傳動系統(tǒng)如圖2所示，機具以三點后懸掛方式與拖拉機連接，當拖拉機牽引機具作業(yè)時，由拖拉機的動力輸出軸提供動力，帶動后面的液壓傳動系統(tǒng)進行作業(yè)。拖拉機動力輸出軸輸出動力通過萬向聯(lián)軸器傳遞到變速箱，變速箱輸出軸通過聯(lián)軸器與液壓泵輸入軸連接，液壓泵工作帶動液壓馬達轉動，液壓馬達輸出軸與螺旋培土刀連接，進而實現(xiàn)螺旋培土刀的轉動。其中，螺旋培土刀的轉速可通過節(jié)流閥控制液壓油的流量來進行調節(jié)。

1.3 復合切削原理

機具田間工作時，在拖拉機牽引下向前運動。機具的前端安裝有限深裝置，根據(jù)土壤的濕度、硬度等條件，通過絲杠調節(jié)限深裝置中限深輪高度，進而調節(jié)控制送分土犁刀裝置的入土深度。隨著機具的向前運動，送分土犁刀裝置對壟底的土壤進行深松并進行送分，形成對土壤的斜向切削運動，螺旋培土總成的螺旋培土刀轉動形成對土壤的銑削運動，兩種切削合成為復合切削。

1.3.1斜向切削運動

如圖3所示，vm為車行駛速度，送分土犁刀工作時，切削刃與切削速度方向不垂直，斜向相交，角度為α，土壤的流出方向不與送分土犁刀直線切削刃垂直，而是偏離直線切削刃法線方向一個流屑角ψα，即土壤在犁壁上不是垂直向上運動，而是沿犁壁向遠離脛刃斜向上方向運動，形成送分土犁刀對土壤的斜向切削。由于土壤傳動方向的偏離，土壤經受復雜的剪切扭轉及彎曲等復合作用，之間的連接被破壞導致土壤被切碎，切削阻力減小，切削過程輕松。

圖3 斜向切削原理圖Fig.3 Schematic diagram of oblique cutting1.脛刃面 2.脛刃線 3.土壤 4.土壤流出方向 5.切削刃

1.3.2螺旋銑削運動

如圖4a所示，螺旋培土刀一邊以角速度ω旋轉一邊以vm向前進給運動形成對土層銑削。所需要銑削的土層由松土層和實土層形成：送分土犁刀斜向切削使壟溝的土壤沿犁壁運動在壟坡形成松土層；實土層為由于雨水等沖刷而滑落的且送分土犁刀未切削到的部分壟坡土壤；松土層分布在實土層表面。螺旋培土刀銑削時，對松土層實現(xiàn)二次破碎土壤，消耗功率較??；對實土層進行破碎、輸送作業(yè)，相對消耗功率較大。

圖4 銑削原理圖Fig.4 Schematic diagram of milling principle1.實土層 2.松土層 3.螺旋培土刀 4.壟體 5.銑削層

螺旋培土刀在銑削作業(yè)時有逆銑和順銑兩種銑削作業(yè)方式。vC表示螺旋培土刀在切削點M處的瞬時線速度；v′m表示壟體相對于螺旋培土刀的進給速度(與螺旋培土刀相對壟體移動速度vm方向相反)；M表示土層任一切削點；v′表示逆銑時M點土壤的合速度，v″表示順銑時M點土壤所受的合速度，合速度為vm與vC的矢量之和；F′表示逆銑時M點土壤所受的合力，F(xiàn)″表示順銑時M點土壤所受的合力；FC表示螺旋培土刀對土壤合力在切削點切線方向分力；Fm表示螺旋培土刀對土壤合力在進給方向分力；合力為Fm與FC的矢量之和。當vC與v′m方向相反時為逆銑，螺旋培土刀對土壤的銑削層厚度從小到大，如圖4b所示。當vC與v′m方向相同時為順銑，螺旋培土刀對土壤的銑削層厚度是從大到小，如圖4c所示。在螺旋培土刀旋轉速度相同的情況下，逆銑時Fm與FC、vm與vC的夾角小于90°；而順銑時兩者力與速度的夾角均大于90°，所以，逆銑時土壤所受合力大于順銑，所產生的合速度大于順銑；相對于順銑，逆銑更易于對土壤進行銑削，能達到較好的培土效果。

在保持土壤物理性質、送進量和松土速度相同的條件下，進一步進行室內試驗觀察驗證。采用人工澆水改變土壤含水率，并利用WYS-1型土壤水分測定儀測量土壤含水率，利用TYY-2型土壤硬度儀測量土壤硬度。所有數(shù)據(jù)測量3點，取平均值。土壤含水率為15.1%，土壤堅實度為2.0×105Pa。試驗條件接近于田間地況。試驗時，調節(jié)螺旋培土刀轉速為265 r/min，利用輸送帶由螺旋培土刀側面與底部進給土壤。圖5a、5b是逆銑時土壤銑削情況，在逆銑時土壤經螺旋培土刀拋撒后，落地后呈“L”或“U”形，如圖5b箭頭所示，逆銑時向后方拋撒最大距離為T1，T1=290 mm。圖5c、5d是順銑時土壤銑削情況，在順銑時土壤經螺旋培土刀拋撒后，落地后呈線形，如圖5d箭頭所示。順銑時向后方拋撒距離為T2，T2=150 mm。結合試驗分析可得，在銑削時土壤拋撒距離方面，T1>T2，即逆銑大于順銑；從土壤拋撒情況來看，逆銑時土壤向壟形上方拋撒，順銑時土壤具有向壟溝拋撒的趨勢。試驗進一步驗證了逆銑效果更優(yōu)于順銑。

圖5 銑削試驗效果Fig.5 Test effects of milling principle

1.3.3土壤復合運動

如圖6所示，紅色曲線為土壤顆粒的運動路線。通過送分土犁刀進行斜向切削，土壤由犁壁斜向上運動，輸送到壟坡，或部分落到壟溝，然后螺旋培土刀對壟溝土壤與壟坡進行銑削、輸送。通過送分土犁刀的切削、破碎與螺旋培土刀的銑削、二次破碎，實現(xiàn)對土壤的復合切削，土壤實現(xiàn)復合運動，達到培土的目的。

圖6 煙草壟形Fig.6 Tobacco ridge1.螺旋培土刀 2.煙草植株 3.送分土犁刀 4.作業(yè)后壟形 5.作業(yè)前壟形 6.土壤流動方向

1.4 主要技術指標

復合切削式煙草中耕培土機對應的農藝栽培模式如圖6所示，培土前壟高h為270～330 mm，培土高度H為300～500 mm，壟頂寬B1為400～450 mm，壟底寬B2為800～900 mm，相鄰兩壟中心距L為1 100～1 300 mm。考慮到本機器特點是通過調整單個螺旋培土總成的一對螺旋刀相互位置來調整溝面寬度B來保證壟頂寬B1，因此機器設計參數(shù)取B=L-B1,為650～900 mm。壟形坡度θ根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以推算出。復合切削式煙草中耕培土機主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 復合切削式煙草中耕培土機主要技術參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of tobacco hilling machine for compound cutting

2 關鍵部件設計

模塊化培土小車和壟距調整裝置安裝在機架上。機器采用模塊式組合結構設計，其中螺旋培土總成、送分土犁刀裝置與限深裝置及護葉裝置共同組成模塊化培土小車，單獨組成一個部件體系，在機器生產過程中部裝以后再與機架組裝，為機器工廠生產過程管理提供了方便，也利于為多壟機型的設計提供通用模塊。

2.1 壟距調節(jié)裝置

在利用壟距調整裝置調節(jié)壟距時，模塊化培土小車各裝置實現(xiàn)聯(lián)動以滿足不同地況下壟距不同的需要。如圖7所示，調節(jié)壟距時，可以通過鎖緊手柄實現(xiàn)對培土小車的鎖緊與固定。當鎖緊手柄松開時，轉動調節(jié)手柄，通過調節(jié)絲杠上的螺紋傳動實現(xiàn)培土小車在機架上的左右移動。其中左右調節(jié)絲杠相連接，實現(xiàn)了左右兩個培土小車同時聯(lián)動，保證了壟距調節(jié)時的一致性，可在L為1 100～1 300 mm內調節(jié)。

圖7 壟距調整裝置結構圖Fig.7 Structure diagram of ridge distance adjustment device1.模塊化培土小車 2.機架 3.調節(jié)絲杠 4.調節(jié)手柄 5.鎖緊手柄

2.2 螺旋培土總成

2.2.1總體結構

圖8 螺旋培土總成結構圖Fig.8 Structure diagram of spiral soil assembly1.支架 2.壟形調節(jié)裝置 3.鎖緊固定裝置 4.側板 5.導向罩裝置 6.螺旋培土刀 7.護葉裝置 8.液壓馬達支架

如圖8所示，螺旋培土總成由支架、壟形調節(jié)裝置、鎖緊固定裝置、側板、導向罩裝置、螺旋培土刀、護葉裝置、液壓馬達支架等組成。在進行培土作業(yè)時，根據(jù)不同煙葉的種植農藝要求，可以通過調整壟形調節(jié)裝置以適應不同壟形的要求。螺旋培土刀在液壓馬達的帶動下進行作業(yè)，土壤沿著螺旋培土刀的螺旋葉片向上輸送，在外加導向罩的共同作用下，將土壤輸送到植株根部，完成培土的過程。

2.2.2壟形調節(jié)裝置

如圖9所示，在螺旋培土總成上安裝有壟形調節(jié)裝置(右側表示螺旋培土刀最小傾角位置，左側表示螺旋培土刀最大傾角位置)。壟形調節(jié)裝置包括壟形坡度調節(jié)裝置與壟底寬調節(jié)裝置，實現(xiàn)對機器主要技術參數(shù)(壟的坡度和壟溝上口寬度)的調節(jié)。其中壟形坡度調節(jié)裝置由調節(jié)絲杠、滑動座、螺紋套、拉桿、鎖緊固定裝置、側板等組成。調節(jié)時，轉動調節(jié)絲杠推動螺紋套上下移動，通過拉桿拉動側板繞底部銷軸轉動進而實現(xiàn)壟的坡度調節(jié)。壟底寬調節(jié)裝置由調節(jié)板、固定螺栓、固定彎板、銷軸等組成。調節(jié)時，通過調節(jié)板與固定彎板之間不同螺栓孔之間的配合，實現(xiàn)壟底寬的調節(jié)。

圖9 壟形調節(jié)裝置結構圖Fig.9 Structure diagram of ridge shape adjustment device1.調節(jié)絲杠 2.滑動座 3.螺紋套 4.拉桿 5.鎖緊固定裝置 6.側板 7.調節(jié)板 8.固定螺栓 9.固定彎板 10.銷軸

結合機器設計參數(shù)B、H、θ，設計調節(jié)絲杠的運動范圍為180 mm，可得到在螺紋套處于上下極限狀態(tài)時，螺旋培土刀傾斜角的最小值β1=50°，最大值β2=70°，保證了壟形坡度調節(jié)的角度范圍在50°～65°之間；在螺旋培土刀處于傾斜極限時，螺旋培土刀的垂直高度最小值為h1=400 mm，最大值為h2=500 mm。底部調節(jié)板上螺栓孔的間距為20 mm，有3種位置，使固定彎板處于左右極限狀態(tài)時，能滿足參數(shù)需要。兩個調節(jié)裝置相互配合，實現(xiàn)壟溝面寬度的調節(jié)范圍在最小值L1=650 mm與最大值L2=900 mm之間變化。

2.3 螺旋培土刀

2.3.1刀軸

螺旋培土刀是復合切削式煙草中耕培土機的核心工作部件。根據(jù)輸送土壤的特性與輸送土壤的目的，選用實體螺旋式的螺旋培土刀[27]。如圖10所示，螺旋培土刀的螺旋葉片用4 mm的薄鋼板沖壓而成，然后焊接到螺旋培土刀刀軸上。為提高刀軸的剛性和減輕樣機的重量，將刀軸設計為空心軸，結合壟形溝底寬和刀軸的強度校核，確定軸的內徑d1為98 mm，外徑d2為108 mm，高度A為490 mm。

圖10 螺旋培土刀結構圖Fig.10 Structure diagram of spiral soil knife

2.3.2螺旋葉片外徑

螺旋培土刀外徑是螺旋培土刀的重要設計參數(shù)。一般根據(jù)螺旋培土刀的輸送能力、輸送類型、結構和布置形式確定螺旋培土刀的外徑[28-29]。由圖8可以看出，在螺旋培土總成中兩側螺旋培土刀采用“V”字形布置，考慮壟溝空間尺寸，螺旋培土刀螺旋葉片的外徑尺寸受壟形溝底寬影響較大。所以，根據(jù)實際要求，設計螺旋葉片外徑D為190 mm。

2.3.3螺距

螺旋葉片的螺距S可根據(jù)螺旋培土刀的布置形式、輸送物料的特性以及螺旋葉片直徑來選取，通常采用推薦的標準值。

S=K1D

(1)

式中K1為比例系數(shù)，取0.8～1.0[30-31]，結合土壤的特性以及對土壤松碎程度的要求，選擇比例系數(shù)為0.94，則螺距S為178 mm。

2.3.4螺旋輸送器土壤輸送量中間值的理論計算

如圖11所示，在機具向前運動時，螺旋培土刀將壟溝土壤與部分壟側土壤(區(qū)域Ⅱ)輸送至壟頂(區(qū)域Ⅰ)，取培土壟形前后高度的中間值h′=300 mm、H′=400 mm與培土前后壟形坡度的中間值θ1=37°、θ2=58°進行計算。區(qū)域Ⅱ的土壤是培土前壓實的區(qū)域，區(qū)域Ⅰ的土壤是培土后松軟的區(qū)域，區(qū)域Ⅰ的土壤和區(qū)域Ⅱ的土壤在質量上相等，但在體積上有差別[32]。在壟形截面上，區(qū)域Ⅰ的面積為SⅠ，則需要進行培土的土壤輸送量為

Q′=γlSⅠ

(2)

其中

l=vmt

(3)

式中Q′——所需培土量，kg/h

γ——土壤(褐土)容重，為1 300 kg/m3

l——單位時間內培土長度，m

SⅠ——壟形橫截面Ⅰ的面積，為0.032 m2

t——培土單位時間，取1 h

由式(2)計算得出Q′為104 000～133 120 kg/h。

圖11 培土前后壟形橫截面Fig.11 Cross section shape of ridge1.培土前壟形 2.培土后壟形

根據(jù)耕作前后土壤質量不變原則，相同單位長度SⅠ區(qū)域的土壤質量應與SⅡ區(qū)域的土壤質量相等，但是由于土壤經送分土犁刀松土、螺旋培土后土壤疏松體積增大，土壤容重發(fā)生改變，需增加膨松系數(shù)λ，對培土前后實土與松土的體積進行測量，測得λ=2.09，有

SⅠ=λSⅡ

(4)

式中SⅡ——壟形橫截面Ⅱ的面積

所以，單個螺旋培土刀在進行培土時，螺旋輸送的土壤輸送量Q″為49 760.77～63 693.78 kg/h。

2.3.5螺旋培土刀土壤輸送量中間值的理論計算

由于在螺旋培土刀的前方設置有送分土犁刀裝置，送分土犁刀裝置可以對溝底土壤進行深松，同時壟溝土壤會沿著犁壁向壟側面運動，然后螺旋培土刀將壟側面土壤向上輸送，但向上輸送的部分土壤會沿壟側面滑落，這與螺旋輸送器送料是有區(qū)別的。因此，在計算培土機的輸送量時不能按照普通螺旋輸送器工作環(huán)境進行計算，一個螺旋培土刀對土壤的輸送量Q應該占螺旋輸送器的輸送量Q1一定的比例，即

Q=CQ1≈CQ″

(5)

式中C——修正系數(shù)，由經驗取0.27

Q1——螺旋輸送器的輸送量，Q1≈Q″

由式(5)計算可得Q為13 435.41～17 197.32 kg/h。

2.3.6螺旋培土刀的轉速

由分析可得，螺旋刀具輸送土量計算式為

(6)

(7)

(8)

式中S′——所送物料的橫截面積，m2

vz——土壤軸向移動速度，m/s

φ——填充系數(shù)，取0.3[33]

nmin——螺旋培土刀最低轉速，r/min

當螺旋培土刀的轉速n≥nmin時，且其壟形兩側的輸送土壤量均達到Q′時，培土的高度才會滿足相關農藝技術要求，通常在不考慮土壤軸向阻滯作用影響的情況下[34]，螺旋培土刀的最低轉速由式(6)～(8)得出,nmin為167.51～214.54 r/min。

分析可得，當壟形參數(shù)取中間值時，考慮到行駛速度不同，螺旋培土刀最低轉速應該在上述范圍之間，在進行培土時，轉速必須大于其最小值。在螺旋培土刀外側安裝有導向罩裝置，當轉速過高時，土壤在壟上拋撒距離會遠一些，但不會超過導向罩裝置控制的土壤流向的范圍。為了節(jié)約能源，不宜使用較大轉速。

3 田間試驗與結果分析

3.1 試驗條件與材料

2018年5月，在河南省許昌市禹州市小呂鄉(xiāng)羅莊全程機械化示范點試驗田進行了復合切削式煙草中耕培土機的田間作業(yè)性能試驗，如圖12所示。試驗地土壤為褐土，土壤絕對含水率為14.2%，土壤容重為1 300 kg/m3，壟側土壤堅實度為2.2×105Pa，壟溝土壤堅實度為3.8×105Pa。試驗前對復合切削式煙草中耕培土機進行調試，調節(jié)送分土犁刀裝置使其最下面與螺旋培土總成的最下面在鉛垂方向上相差20 mm，調節(jié)螺旋培土總成的最底部與限深裝置的限深輪底部在同一平面，調節(jié)壟距調節(jié)裝置，調整壟距為1 200 mm，調節(jié)壟形調節(jié)裝置，調整壟形坡度為60°。

圖12 田間試驗Fig.12 Field test

3.2 試驗方法

按照復合切削式煙草中耕培土機預期實現(xiàn)的設計功能，結合DB50/T 686—2016《培土機》和DB34/T 2672—2016《培土機 技術條件》規(guī)定的試驗方法進行田間作業(yè)性能試驗，選用拖拉機標定功率為29.4 kW，拖拉機前進速度為2.5～3.2 km/h。試驗選取碎土率、壟形坡度、培土厚度、培土高度、溝面寬度等作為能夠體現(xiàn)復合切削式煙草中耕培土機工作性能的測試指標；同時考察復合切削式煙草中耕培土機液壓傳動系統(tǒng)、限深裝置、送分土犁刀裝置、螺旋培土總成的工作運轉情況。參考文獻[35-36]規(guī)定的具體計算方法，測定各項作業(yè)性能指標。試驗結果統(tǒng)計與計算中規(guī)定試驗小區(qū)以3壟寬度(4 800 mm)為基準，試驗準備區(qū)長度為5 m，測定區(qū)長度為20 m，試驗小區(qū)在試驗地中隨機選取。

3.2.1碎土率試驗方法

在已培土的壟上測定0.2 m×0.2 m×0.2 m范圍內的土壤，土塊大小按其長邊分為0～4 cm、4～8 cm、大于8 cm 3級。并以0～4 cm的土塊質量占總質量的百分比為碎土率，選擇10個測量點。

3.2.2培土厚度合格率試驗方法

培土厚度合格率測定方法：沿機具前進方向每隔2 m左右兩側各取一點，測量20個點，在每個測定點上測定培土厚度，求平均值。

(9)

式中f——培土厚度合格率，%

m0——培土厚度總測定點數(shù)

m1——培土厚度合格點數(shù)，其中培土厚度達到15～150 mm為合格樣本

3.2.3培土高度和溝面寬度試驗方法

沿機具前進方向每隔2 m測定一個點，測量20個點，在每個測定點測定培土高度與溝面寬度，求平均值

(10)

式中ψ——培土高度或溝面寬度平均值，mm

ψi——培土高度或溝面寬度測定點數(shù)據(jù)，mm

3.3 試驗結果與分析

復合切削式煙草中耕培土機田間試驗結果如表2所示。

表2 田間試驗結果Tab.2 Results of field experiment

由試驗結果可得，復合切削式煙草中耕培土機試驗指標均達到相關標準要求。

試驗過程中發(fā)現(xiàn)，當復合切削式煙草中耕培土機前進的速度保持在2.5～3.2 km/h時，其各組成系統(tǒng)的作業(yè)性能較高且相對穩(wěn)定。當前進速度進一步提高時，相應的螺旋培土刀的轉速增大，此時土壤在隨螺旋培土刀向上輸送時，受到的離心力增大，土壤拋撒不易控制，易損傷煙苗；同時，當前進速度較快時，培土量不易控制，導致培土厚度不一致。因此，需要適當調整培土機前進速度，確保送分土犁刀裝置與田間土壤的充分作用時間，以獲取高質量的培土效果。

4 結論

(1)根據(jù)煙草種植農藝要求和煙草種植中耕培土要求，對送分土犁刀與螺旋培土刀的作業(yè)方式進行分析，提出了復合切削的培土方式，為后續(xù)土壤流向分析計算、送分土犁刀與螺旋培土刀的相對位置關系，以及結構改進提供了理論依據(jù)。

(2)確定了機具的液壓傳動系統(tǒng)，并對壟距調節(jié)裝置、壟形調節(jié)裝置和螺旋培土總成等重要部件進行了設計，完成關鍵部件螺旋培土刀的幾何參數(shù)和最低轉速分析計算，確定其最低轉速范圍為167.51～214.54 r/min。

(3)復合切削式煙草中耕培土機采用螺旋輸送的原理，將壟溝土壤與壟側部分土壤沿螺旋培土刀向上輸送，在外加導向罩裝置的配合下能準確將土壤輸送到煙苗根部，減少對作物的損傷；同時，壟距調節(jié)裝置與壟形調節(jié)裝置采用絲杠聯(lián)動調節(jié)，調節(jié)方便，保證了壟溝兩側土壤的對稱性。

(4)田間試驗表明，復合切削式煙草中耕培土機工作后碎土率為90%，培土壟形坡度合格率為93%，培土厚度合格率為95%，培土高度為400 mm，溝面寬度為750 mm，試驗結果滿足設計要求，能夠實現(xiàn)煙草中耕培土作業(yè)。