摘要: 针对目前新疆果园广泛存在的土壤贫瘠、养分积累较少及机械化程度低的实际问题，提出了果园行 间 混 合播种绿肥的土壤改良复合作业工艺，并 设 计 了 2BH － 6 型绿肥旋耕混合播种机，该机能够一次性完成播前碎 草、旋耕整地、混合播种和镇压覆土等多项作业。田间试 验 结 果 表 明: 样机作业松土深度平均 110mm，播 种 深 度 平均 31mm，播种深度合格率 95%，滑移率 2．5%，断条 率 2%，播 后 地 表 平 整、镇 压 连 续，作业参数指标达到了设 计要求，符合播种机农业行业标准。研究结果可为北方旱地果园行间机械化播种提供参考依据，对 于 提 升 土 壤 肥力和促进果品提质增效具有重要的现实意义。

关键词: 旋耕整地; 混合播种; 镇压覆土; 复合作业; 新疆果园; 绿肥

0 引言 新疆位于中国西北边陲，是典型的温带大陆性气 候［1］，较大的昼夜温差造就了新疆林果的优秀品质， 而水资源短缺、土壤有机质较低，严重制约林果业的 发展［2］。拖拉机等作业机具碾压、化肥的大量投入等 传统作业加速了行间土壤板结、沙化，因而改善土壤 结构、提升土壤地力、保水保墒已成为新疆果品品质 提升的主要瓶颈问题。 果园种植绿肥植物已广泛应用在土壤管理中，绿 肥一方面能够提高土壤有机质、改善土壤结构，另一 方面还能增加土壤全氮含量，同时还能促进果树的生 长发育、提升果实品质［3 － 4］。果园行间生草是有效解 决果园土壤问题和果园果树肥力的综合举措。该技 术在 19 世纪中叶由美国率先提出，到 20 世纪 40 年代 快速推广到世界范围内。欧美及日本等国在该技术 方面发展迅速，果园使用该技术的总面积已达 57%以 上，最大达 95%。我国在该技术发面发展较为迟缓， 仅沿海部分地区于 20 世纪 80 年代才在果园内小范围应用。直至 1998 年，果园生草技术才被原农业部列 为绿色水果生产必备技术后，同时在全国大力推广。 但因果园种植模式多样，绿肥播种配套机具缺少。截 至目前，我国采取果园生草技术的果园总面积尚未达到十分之一，尚处在试验和示范应用阶段［5－7］。同时，绿肥作物因其种类繁多，各绿肥作物对果园养分补给含量各不相同且绿肥作物种植要求不同，按需调配绿肥的种植比例去满足树体的营养成分需求已成为绿肥种植的发展趋势。目前，果园绿肥混合播种和复合作业的作业工艺及配套机具国内外尚未见报道。本研究提出了绿肥混合播种、复合作业工艺，并设计了多道作业工序为一体的2BH－6型绿肥旋耕混合播种机，作业效果符合牧草免耕播种机的国家标准。该机具为我国北方果园行间机械化绿肥播种机的设计提供了新方法，可有效减轻果农劳动强度，提高果园绿肥种植生产效率，助力果园绿色发展，推进果品提质增效。

1.播种机的复合作业和混合播种

按照果园行间作物种植的一般操作流程，需要先 对行间土壤进行犁地、碎土、平整、播种和镇压等作业 流程，过多的操作过程和农机具投入极大增加了投入 成本，加重了果农的劳动强度。为此，提出了一次作 业实现播前碎草、旋耕整地、混合播种和镇压覆土的 复合作业新工艺。绿肥作物的混合播种能够为主作 物提供更加全面的养分，为土壤提供更丰富的有机质［8］。结合实际需要，提出不同粒径绿肥种子混合播 种的作业新工艺，可实现豆科绿肥与非豆科绿肥、蔓 生与直立绿肥混种，满足不同绿肥品种生长的农艺要 求。该技术可增加改良土壤效果，为果园果树提供更 加全面的养分补给，加速果园土壤有机质的提升，促 进果品的提质增效，加快果园绿肥作业工艺的建立和 完善。

2 整机结构原理、主要技术参数及关键部件

2．1 整机结构

2BH－6 型绿肥旋耕混合播种机主要由机架、旋耕 整地机构、混合播种机构、链传动机构、排种器和镇压 地轮机构等部件组成，如图 1 所示。

机具采用拖拉机三点悬挂挂接方法，克服了果园 整地不便、行间转弯困难等问题［9］。其将果园播前碎 草、行间整地、混合播种及覆土镇压等多个种植工序 有机整合，结构完善，使用维护简便。

2．2 工作原理 

播种机通过三点悬挂和拖拉机连接，使用万向联 轴器将拖拉机动力传递到播种机上［10］，进而带动旋耕 粉碎刀旋转，实现果园往年枯草、当年野草的粉碎和 行间土壤的旋耕; 然后，由旋耕装置后部的破碎抹平 板将较大的土块粉碎以平整旋耕后的土壤，为后续开 沟播种创造良好的条件［11］。 末端栅条状镇压地轮在抹平种沟的同时实现地表 土壤的镇压，地轮转动带动链轮链条转动［12］，将动力 传递至外槽轮式排种器排种轴的一端，实现种箱内粒 径较大的绿肥种子的正常播种; 外槽轮式排种器排种 轴的另一端通过变速机构将动力传递至窝眼轮式排 种器排种轴上，实现小粒径绿肥种子的正常播种。

2．3 主要技术参数 

2BH－6 型绿肥旋耕混合播种机的主要技术参数 如表 1 所示。

2．4 关键部件的设计 

2．4．1 旋耕机构的设计

目前，主干型苹果园行距一般在 3 ～ 5m，株距1．5～ 2．5m［13］。果园内正常管理作业过程中，作业机具会造 成行间土壤地表凹陷和土层坚实度不一等问题，果园 每年冬闲及春季修剪果树又会造成行间大量的残枝 堆积，同时果园自生草、枯草及落叶又极大地影响了 果园良性发展。通过播种机自带的浅旋式旋耕机在 疏松行间土壤的同时，利用旋耕刀的高速旋转能够有 效粉碎枯枝、落叶，解决行间作业机具车辙对土壤结 构的破坏，在不伤及果树须根的前提条件下为绿肥作 物的播种和生长提供较好的土壤条件。旋耕机构结 构示意图如图 2 所示。

根据果园行间作业的实际需求，设计旋耕宽度和 深度分别为 1400、140mm。播种机通过三点悬挂和拖拉机连接，通过拖拉机自带的液压系统控制旋耕深 度，同时通过中央拉杆可以调节旋耕刀入土角度和作 业机具水平状态。试验表明: 当旋耕机 输 入 转 速 为 700r /min 时，可以保证在正常作业的情况下疏松土 壤、粉碎枯枝落叶及自生草的工作质量最优。 2．4．2 混合播种机构的设计 为更好地利用果园行间空间，针对绿肥作物品种 繁多、播种要求宽及生长形态多样等特点，充分发挥 绿肥作物对果园果树养分的补给全面性，特设计两套 播种机构，分别采用外槽轮式排种器和窝眼轮式排种 器。其中，外槽轮式排种器可用于绿肥种子粒径较大 ( 如燕麦、毛苕子等) 的种子排种，窝眼轮式排种器可 用于绿肥种子粒径较小( 如油菜等) 的种子排种，两排 种器将各自绿肥种子按照一定比例排出后经各自软 管分别输送至同一开沟器内，实现绿肥种子的混合播 种。在绿肥种子选择时可以将藤蔓类、匍匐类绿肥作 物和直立类绿肥作物混合搭配播种，在充分利用果园 行间空间的同时又能为果园果树提供更加均衡的养 分补给［14］。混合播种机构结构示意图如图 3 所示。

根据常见绿肥作物种植要求和绿肥作物肥效含 量，设计外槽轮排种器排种舌 长 40mm，排 种 量 0 ～ 50r / g，设计窝眼轮排种器半球型孔直径 4mm，排种量 0．5 ～ 2g /r，变速机构能够实现 1 ∶ 50 和 50 ∶ 1 的变速 比，最终播种机排量为Q = 10q πDnam( 1  δ 1 ) ( 1) 式中 Q—播量( kg / hm2 ) ; q—各次总排量的平均值( g) ; D—地轮直径( m) ; n—地轮转动圈数( n) ; a—平均行距( m) ; m—试验的排种( 肥) 器个数; δ1—地轮滑移率( %) 。 本设计中采用双排种器结构，实现果园行间的混 合播种，且混合比例可大范围调节，满足果园行间肥 地绿肥作物的播量要求，实现了两种及以上绿肥种子 的比例播种。田间试验表明: 该配置能适应新疆主干 型果园行间播种的农艺种植需求。 2．4．3 镇压覆土机构的设计 镇压覆土机构的运行良好与否直接影响绿肥种子 出苗率、土壤保墒及排种轴工作情况。该机构是在机 架后端下方左右两侧各通过空心矩形钢管进行连接， 左侧矩形钢管内装有链轮链条传动机构，通过镇压地 轮的转动实现排种轴的转动; 同时，镇压覆土轮的转 动，实现对种沟土壤的推送，达到种沟的覆土和播种 后的镇压。镇压覆土机构结构如图 4 所示。

2．4．4 镇压覆土地轮的设计 通过镇压覆土地轮的转动，由链轮链条机构实现 排种轴的转动，同时实现种沟的覆土和播种后对土壤 的镇压。镇压地轮的转动良好与否直接影响着播种 机地轮滑移率，通过调节镇压地轮上的压紧机构能够 很好地调节播种深度、地轮的转动性能和土壤镇压效果，在保障地轮正常转动的前提条件下应使弹簧处于 较大压缩状态，从而使播种机获得较好的镇压效果。 通过地轮倾斜的栅条使土壤推入到种沟内，且通过栅 条的滚动实现土壤的镇压效果［15］，栅条与水平方向的 倾斜角度决定了对土壤的输送能力。以栅条上某点 土壤为分析对象，对其主要受力情况进行分析，如图 5 所示。

式( 2) 为栅条对土壤的水平方向的作用力( 将土 壤推入种沟的力) ，式( 3) 为栅条沿水平方向上土壤与 土壤间的摩擦力。 Fx = Fsinθ ( 2) Ffx = Ff cos = μg ( 3) 土壤沿水平方向滑动的条件为 Fsinθ ＞ Ff cos ( 4) 假设土壤沿 Fx方向运动，根据牛顿第二定律得 ma = Fsinθ － μg ( 5) 于是 a = Fsinθ m － μg ( 6) 式中 F—栅条对土壤水平面内的作用力( N) ; Fx—栅条对土壤沿 X 方向的分力( N) ; Ffx—土壤沿 X 方向的摩擦力( N) ; θ—栅条与水平面 X 轴的夹角，合力 F 与 Y 轴 的夹角( °) ; —合力 F 与水平面 X 轴的夹角( °) ; μ—土壤间摩擦因数; m—土壤质量( kg) ; a—土壤加速度( m /s 2 ) g—土壤重力( N) 。 求解函数( 6) 可知: 在土壤摩擦因数和栅条对土 壤水平面内的作用力一定时，土壤沿 X 方向移动的移 动能力取决于栅条与水平方向的夹角 θ。依据播种机作业幅宽和镇压覆土机构的离地高度，设计镇压覆土 地轮直径 350mm，覆土地轮圆周均匀分布栅条 12 条。 试验研究表明: 栅条与水平方向的夹角 θ 为 10° ～ 35° 时，栅条水平方向输送土壤能力最好，镇压覆土机构 工作质量最优。

3 田间试验 

3．1 试验条件 试验主要考核 

2BH－6 型绿肥旋耕混合播种机的 作业质量，为标定最优作业参数和后期优化改进提供 依据。田间试验在农一师九团二营主干型苹果园内 进行，试验用绿肥种子为油菜( 品种为中双 11 号) 和 毛苕子( 品种为徐苕 1 号) 混播。试验时拖拉机选用 东风 DF404－15 拖拉机，标定功率为 29．4kW，播种速 度为 3 ～ 5km / h。试验样机及田间试验如图 6 所示。

3．2 试验方法 

主要依据《GBT9478－2005 谷物条播机试验方法》 《NYT1354 － 2007 牧草免耕播种机 作业质量 》 《GBT25421－2010 牧草免耕播种机》标准方法进行田 间性能试验［16－18］。试验使用的油菜种子千粒质量为 3．15g，含水率为 8．3%，播种量为 15kg / hm2 ，种子外形 尺寸平均值为 2．06mm×1．78mm×1．82mm，符合窝眼轮 式排种器排种要求; 毛苕子种子千粒质量为 34．2g，含 水率为 9．1%，播种量为 30kg / hm2 ，种子外形尺寸平均 值为 4．23mm×4．83mm×5．24mm，符合外槽轮式排种器 排种要求。播种作业完成后，按照《NYT1354－2007 牧 草免耕播种机作业质量》《GBT25421－2010 牧草免耕 播种机》标准对播种机作业性能进行测定，计算机具 作业后的驱动轮滑移率、松土深度和播种深度等指 标; 待到出苗后再统计计算断条率。同时，使用游标 卡尺、土壤坚实度测定仪等测量试验地块的试验条 件，所需仪器如表 2 所示。

3．3 试验测定 试验以机具一个作业幅宽和果园长度( 1500mm× 150 000mm) 为一个作业区，共进行了 16 个作业区的 验证试验。依据国家标准采用定圈数测距离的方法 测定，驱动轮( 覆土轮) 转动圈数不少于 15 圈，往返行 程各测量 2 次，按式( 7) 计算驱动轮滑移率; 待出苗 后，随机选择 1 块( 不小于 0．2 hm2 的地块) 为测区，测 定其中的全部断条的长度并求其和，同时测定所有播 行长度之和，按式( 8) 计算断条率; 在样本地块中，按 照对角线的原则选择 5 个测点，测点位于对角线交叉 处及距每个角 1 /5 对角线长度的位置，测量点长 5 m， 宽为播种机工作的幅宽，在测区内的每行选择均匀分 布的 3 个测量点，垂直刨开土层，测量旋耕松土的深 度。 δ = L － 2πＲn /2πＲn × 100%式中 δ—驱动轮滑移率( %) ; L—驱动轮( 覆土轮) 实际走过的距离( m) ; n—驱动轮( 覆土轮) 测区内转过的圈数; Ｒ—驱动轮半径( m) 。 ε = ( L1  L2  L3  …  Ln ) － nd i L × 100% ( 8) 式中 ε—断条率( %) ; L1，L2，L3，…，Ln—超出规定最大间距的空断长 度( m) ; L—测定长度( m) ; nd—断条段数; i—规定最大间距( m) 。

3．4 试验结果

依据标准给出的计算公式，按照国家标准和相关 技术对播种机进行性能测试，试验测试结果如表 3 所 示。由表 3 可知: 播种机各项指标均已达到设计要求 和国家标准，播种机田间试验性能良好，各部件工作 正常。

4 结论 1) 提出了复合作业和混合播种工艺，设计的播种 机能够达到一次作业完成多项播种作业内容的要求， 依照粒径大小划分的混合播种机构能够实现比例式 混合播种的绿肥行间种植需求。 2) 设计的 2BH－ 6 型绿肥旋耕混合播种机，通过 旋耕机构、混合播种机构、镇压覆土机构等，能够一次 性完成播前碎草、旋耕整地、混合播种、镇压覆土等多 项作业功能，为绿肥种子提供良好的萌发条件，从而 保证了绿肥作物对提高果园行间空间利用率和全面 补给果园果树所需养分的重大作用。 3) 通过播种机田间试 验可知: 播 种 平 均 深 度 31mm，毛苕子亩用量实测值 2050g ( 试验值 2000g) ，油菜亩用量实测值 1013g ( 试验值 1000g) ，平均松土 深度 110mm，播 种 深 度 31mm，断 条 率 2%，滑 移 率 2．5%，各项作业指标均达到了设计和相关农业行业标 准要求，作业性能良好。 4) 2BH－6 型绿肥旋耕混合播种机适用于新疆旱 地果园行间机械化种植绿肥作物，为新疆等北方果园 行间机械化单播、混播绿肥等行间作物的机械化种植 技术和推广提供了机具保障，也为果园土壤增加养 分、果品提质增效、减轻果农劳动强度提供了技术支 撑。

参考文献: ［1］ 赵鹏，陈桃，王茜，等．气候变化和人类活动对新疆草地生 态系统 NPP 影响的定量分析［J］．中国科学院大学学报， 2020，37( 1) : 51－62． ［2］ 王林娜，张朝阳，王栋，等．南疆苹果园间作绿肥品种筛选 ［J］．浙江农业科学，2020，61( 7) : 1303－1305，1369． ［3］ 陈俊，张琦，杨梦宇，等．生草对干旱荒漠区苹果光合特性 与叶片质量的影响［J/OL］．中国农业科技导报，http: / / dio．org /10．13304 /j．nyljdb．2019．1011． ［4］ ＲUI WANG，BING CAO，QUAN SUN，et al． Ｒesponse of grass interplanting on bacterial and fungal communities in a jujube orchard in Ningxia，northwest China［J］． Heliyon， 2020，6( 3) : 36－39． ［5］ 徐田伟，秦嗣军，杜国栋，等．我国果园实行生草后管理措 施及其研究进展［J］．中国果树，2018( 4) : 72－75． ［6］ 位杰，蒋媛，王丙太，等．果园生草栽培与利用技术［J］．北 方园艺，2018( 6) : 197－201． ［7］ 唐宏伟，张向东，郑桂玖，等．果园生草管理与机械化技术 运用［J］．农业工程，2020，10( 6) : 18－21． ［8］ 刘思超，唐利忠，李超，等．不同混作方式绿肥替代部分基 施化学氮肥对双季稻产量形成特性的影响［J］．华北农 学报，2018，33( 5) : 218－225． ［9］ 邱毅清，武建新，陈强，等．多功能沙地播种机的设计［J］． 农机化研究，2020，42( 3) : 138－142． ［10］ 张中锋，石林雄，史芳志，等．2BMK－ 6 型铺膜铺管施肥 播种机的 设 计 与 试 验［J］． 中国农机化学报，2019，40 ( 11) : 13－19． ［11］ 刘海，杜铮，李旭，等．蔬菜联合播种机关键部件结构设 计［J］．中国农机化学报，2020，41( 5) : 64－68． ［12］ 张晨光．免耕播种机防滑地轮设计与试验研究［D］．哈 尔滨: 东北农业大学，2017． ［13］ 张斌．果园株间除草自动让树装置的设计与研究［D］． 石河子: 石河子大学，2017． ［14］ 郭孝，齐爽，牛晖，等．燕麦草在单播以及混播下牧草生 长动态和营养价值的探讨［J］．家畜生态学报，2020，41 ( 5) : 61－65． ［15］ 张晨光．免耕播种机防滑地轮设计与试验研究［D］． 哈 尔滨: 东北农业大学，2017． ［16］ GB /T 25421－2010，牧草免耕播种机［S］． ［17］ NY/T 1354－2007，牧草免耕播种机作业质量［S］． ［18］ GB /T 9478－2005，谷物条播机试验方法［S］．

摘要: 针对目前新疆果园广泛存在的土壤贫瘠、养分积累较少及机械化程度低的实际问题，提出了果园行 间 混 合播种绿肥的土壤改良复合作业工艺，并 设 计 了 2BH － 6 型绿肥旋耕混合播种机，该机能够一次性完成播前碎 草、旋耕整地、混合播种和镇压覆土等多项作业。田间试 验 结 果 表 明: 样机作业松土深度平均 110mm，播 种 深 度 平均 31mm，播种深度合格率 95%，滑移率 2．5%，断条 率 2%，播 后 地 表 平 整、镇 压 连 续，作业参数指标达到了设 计要求，符合播种机农业行业标准。研究结果可为北方旱地果园行间机械化播种提供参考依据，对 于 提 升 土 壤 肥力和促进果品提质增效具有重要的现实意义。

关键词: 旋耕整地; 混合播种; 镇压覆土; 复合作业; 新疆果园; 绿肥

0 引言 新疆位于中国西北边陲，是典型的温带大陆性气 候［1］，较大的昼夜温差造就了新疆林果的优秀品质， 而水资源短缺、土壤有机质较低，严重制约林果业的 发展［2］。拖拉机等作业机具碾压、化肥的大量投入等 传统作业加速了行间土壤板结、沙化，因而改善土壤 结构、提升土壤地力、保水保墒已成为新疆果品品质 提升的主要瓶颈问题。 果园种植绿肥植物已广泛应用在土壤管理中，绿 肥一方面能够提高土壤有机质、改善土壤结构，另一 方面还能增加土壤全氮含量，同时还能促进果树的生 长发育、提升果实品质［3 － 4］。果园行间生草是有效解 决果园土壤问题和果园果树肥力的综合举措。该技 术在 19 世纪中叶由美国率先提出，到 20 世纪 40 年代 快速推广到世界范围内。欧美及日本等国在该技术 方面发展迅速，果园使用该技术的总面积已达 57%以 上，最大达 95%。我国在该技术发面发展较为迟缓， 仅沿海部分地区于 20 世纪 80 年代才在果园内小范围应用。直至 1998 年，果园生草技术才被原农业部列 为绿色水果生产必备技术后，同时在全国大力推广。 但因果园种植模式多样，绿肥播种配套机具缺少。截 至目前，我国采取果园生草技术的果园总面积尚未达到十分之一，尚处在试验和示范应用阶段［5－7］。同时，绿肥作物因其种类繁多，各绿肥作物对果园养分补给含量各不相同且绿肥作物种植要求不同，按需调配绿肥的种植比例去满足树体的营养成分需求已成为绿肥种植的发展趋势。目前，果园绿肥混合播种和复合作业的作业工艺及配套机具国内外尚未见报道。本研究提出了绿肥混合播种、复合作业工艺，并设计了多道作业工序为一体的2BH－6型绿肥旋耕混合播种机，作业效果符合牧草免耕播种机的国家标准。该机具为我国北方果园行间机械化绿肥播种机的设计提供了新方法，可有效减轻果农劳动强度，提高果园绿肥种植生产效率，助力果园绿色发展，推进果品提质增效。

1.播种机的复合作业和混合播种

按照果园行间作物种植的一般操作流程，需要先 对行间土壤进行犁地、碎土、平整、播种和镇压等作业 流程，过多的操作过程和农机具投入极大增加了投入 成本，加重了果农的劳动强度。为此，提出了一次作 业实现播前碎草、旋耕整地、混合播种和镇压覆土的 复合作业新工艺。绿肥作物的混合播种能够为主作 物提供更加全面的养分，为土壤提供更丰富的有机质［8］。结合实际需要，提出不同粒径绿肥种子混合播 种的作业新工艺，可实现豆科绿肥与非豆科绿肥、蔓 生与直立绿肥混种，满足不同绿肥品种生长的农艺要 求。该技术可增加改良土壤效果，为果园果树提供更 加全面的养分补给，加速果园土壤有机质的提升，促 进果品的提质增效，加快果园绿肥作业工艺的建立和 完善。

2 整机结构原理、主要技术参数及关键部件

2．1 整机结构

2BH－6 型绿肥旋耕混合播种机主要由机架、旋耕 整地机构、混合播种机构、链传动机构、排种器和镇压 地轮机构等部件组成，如图 1 所示。

机具采用拖拉机三点悬挂挂接方法，克服了果园 整地不便、行间转弯困难等问题［9］。其将果园播前碎 草、行间整地、混合播种及覆土镇压等多个种植工序 有机整合，结构完善，使用维护简便。

2．2 工作原理 

播种机通过三点悬挂和拖拉机连接，使用万向联 轴器将拖拉机动力传递到播种机上［10］，进而带动旋耕 粉碎刀旋转，实现果园往年枯草、当年野草的粉碎和 行间土壤的旋耕; 然后，由旋耕装置后部的破碎抹平 板将较大的土块粉碎以平整旋耕后的土壤，为后续开 沟播种创造良好的条件［11］。 末端栅条状镇压地轮在抹平种沟的同时实现地表 土壤的镇压，地轮转动带动链轮链条转动［12］，将动力 传递至外槽轮式排种器排种轴的一端，实现种箱内粒 径较大的绿肥种子的正常播种; 外槽轮式排种器排种 轴的另一端通过变速机构将动力传递至窝眼轮式排 种器排种轴上，实现小粒径绿肥种子的正常播种。

2．3 主要技术参数 

2BH－6 型绿肥旋耕混合播种机的主要技术参数 如表 1 所示。

2．4 关键部件的设计 

2．4．1 旋耕机构的设计

目前，主干型苹果园行距一般在 3 ～ 5m，株距1．5～ 2．5m［13］。果园内正常管理作业过程中，作业机具会造 成行间土壤地表凹陷和土层坚实度不一等问题，果园 每年冬闲及春季修剪果树又会造成行间大量的残枝 堆积，同时果园自生草、枯草及落叶又极大地影响了 果园良性发展。通过播种机自带的浅旋式旋耕机在 疏松行间土壤的同时，利用旋耕刀的高速旋转能够有 效粉碎枯枝、落叶，解决行间作业机具车辙对土壤结 构的破坏，在不伤及果树须根的前提条件下为绿肥作 物的播种和生长提供较好的土壤条件。旋耕机构结 构示意图如图 2 所示。

根据果园行间作业的实际需求，设计旋耕宽度和 深度分别为 1400、140mm。播种机通过三点悬挂和拖拉机连接，通过拖拉机自带的液压系统控制旋耕深 度，同时通过中央拉杆可以调节旋耕刀入土角度和作 业机具水平状态。试验表明: 当旋耕机 输 入 转 速 为 700r /min 时，可以保证在正常作业的情况下疏松土 壤、粉碎枯枝落叶及自生草的工作质量最优。 2．4．2 混合播种机构的设计 为更好地利用果园行间空间，针对绿肥作物品种 繁多、播种要求宽及生长形态多样等特点，充分发挥 绿肥作物对果园果树养分的补给全面性，特设计两套 播种机构，分别采用外槽轮式排种器和窝眼轮式排种 器。其中，外槽轮式排种器可用于绿肥种子粒径较大 ( 如燕麦、毛苕子等) 的种子排种，窝眼轮式排种器可 用于绿肥种子粒径较小( 如油菜等) 的种子排种，两排 种器将各自绿肥种子按照一定比例排出后经各自软 管分别输送至同一开沟器内，实现绿肥种子的混合播 种。在绿肥种子选择时可以将藤蔓类、匍匐类绿肥作 物和直立类绿肥作物混合搭配播种，在充分利用果园 行间空间的同时又能为果园果树提供更加均衡的养 分补给［14］。混合播种机构结构示意图如图 3 所示。

根据常见绿肥作物种植要求和绿肥作物肥效含 量，设计外槽轮排种器排种舌 长 40mm，排 种 量 0 ～ 50r / g，设计窝眼轮排种器半球型孔直径 4mm，排种量 0．5 ～ 2g /r，变速机构能够实现 1 ∶ 50 和 50 ∶ 1 的变速 比，最终播种机排量为Q = 10q πDnam( 1  δ 1 ) ( 1) 式中 Q—播量( kg / hm2 ) ; q—各次总排量的平均值( g) ; D—地轮直径( m) ; n—地轮转动圈数( n) ; a—平均行距( m) ; m—试验的排种( 肥) 器个数; δ1—地轮滑移率( %) 。 本设计中采用双排种器结构，实现果园行间的混 合播种，且混合比例可大范围调节，满足果园行间肥 地绿肥作物的播量要求，实现了两种及以上绿肥种子 的比例播种。田间试验表明: 该配置能适应新疆主干 型果园行间播种的农艺种植需求。 2．4．3 镇压覆土机构的设计 镇压覆土机构的运行良好与否直接影响绿肥种子 出苗率、土壤保墒及排种轴工作情况。该机构是在机 架后端下方左右两侧各通过空心矩形钢管进行连接， 左侧矩形钢管内装有链轮链条传动机构，通过镇压地 轮的转动实现排种轴的转动; 同时，镇压覆土轮的转 动，实现对种沟土壤的推送，达到种沟的覆土和播种 后的镇压。镇压覆土机构结构如图 4 所示。

2．4．4 镇压覆土地轮的设计 通过镇压覆土地轮的转动，由链轮链条机构实现 排种轴的转动，同时实现种沟的覆土和播种后对土壤 的镇压。镇压地轮的转动良好与否直接影响着播种 机地轮滑移率，通过调节镇压地轮上的压紧机构能够 很好地调节播种深度、地轮的转动性能和土壤镇压效果，在保障地轮正常转动的前提条件下应使弹簧处于 较大压缩状态，从而使播种机获得较好的镇压效果。 通过地轮倾斜的栅条使土壤推入到种沟内，且通过栅 条的滚动实现土壤的镇压效果［15］，栅条与水平方向的 倾斜角度决定了对土壤的输送能力。以栅条上某点 土壤为分析对象，对其主要受力情况进行分析，如图 5 所示。

式( 2) 为栅条对土壤的水平方向的作用力( 将土 壤推入种沟的力) ，式( 3) 为栅条沿水平方向上土壤与 土壤间的摩擦力。 Fx = Fsinθ ( 2) Ffx = Ff cos = μg ( 3) 土壤沿水平方向滑动的条件为 Fsinθ ＞ Ff cos ( 4) 假设土壤沿 Fx方向运动，根据牛顿第二定律得 ma = Fsinθ － μg ( 5) 于是 a = Fsinθ m － μg ( 6) 式中 F—栅条对土壤水平面内的作用力( N) ; Fx—栅条对土壤沿 X 方向的分力( N) ; Ffx—土壤沿 X 方向的摩擦力( N) ; θ—栅条与水平面 X 轴的夹角，合力 F 与 Y 轴 的夹角( °) ; —合力 F 与水平面 X 轴的夹角( °) ; μ—土壤间摩擦因数; m—土壤质量( kg) ; a—土壤加速度( m /s 2 ) g—土壤重力( N) 。 求解函数( 6) 可知: 在土壤摩擦因数和栅条对土 壤水平面内的作用力一定时，土壤沿 X 方向移动的移 动能力取决于栅条与水平方向的夹角 θ。依据播种机作业幅宽和镇压覆土机构的离地高度，设计镇压覆土 地轮直径 350mm，覆土地轮圆周均匀分布栅条 12 条。 试验研究表明: 栅条与水平方向的夹角 θ 为 10° ～ 35° 时，栅条水平方向输送土壤能力最好，镇压覆土机构 工作质量最优。

3 田间试验 

3．1 试验条件 试验主要考核 

2BH－6 型绿肥旋耕混合播种机的 作业质量，为标定最优作业参数和后期优化改进提供 依据。田间试验在农一师九团二营主干型苹果园内 进行，试验用绿肥种子为油菜( 品种为中双 11 号) 和 毛苕子( 品种为徐苕 1 号) 混播。试验时拖拉机选用 东风 DF404－15 拖拉机，标定功率为 29．4kW，播种速 度为 3 ～ 5km / h。试验样机及田间试验如图 6 所示。

3．2 试验方法 

主要依据《GBT9478－2005 谷物条播机试验方法》 《NYT1354 － 2007 牧草免耕播种机 作业质量 》 《GBT25421－2010 牧草免耕播种机》标准方法进行田 间性能试验［16－18］。试验使用的油菜种子千粒质量为 3．15g，含水率为 8．3%，播种量为 15kg / hm2 ，种子外形 尺寸平均值为 2．06mm×1．78mm×1．82mm，符合窝眼轮 式排种器排种要求; 毛苕子种子千粒质量为 34．2g，含 水率为 9．1%，播种量为 30kg / hm2 ，种子外形尺寸平均 值为 4．23mm×4．83mm×5．24mm，符合外槽轮式排种器 排种要求。播种作业完成后，按照《NYT1354－2007 牧 草免耕播种机作业质量》《GBT25421－2010 牧草免耕 播种机》标准对播种机作业性能进行测定，计算机具 作业后的驱动轮滑移率、松土深度和播种深度等指 标; 待到出苗后再统计计算断条率。同时，使用游标 卡尺、土壤坚实度测定仪等测量试验地块的试验条 件，所需仪器如表 2 所示。

3．3 试验测定 试验以机具一个作业幅宽和果园长度( 1500mm× 150 000mm) 为一个作业区，共进行了 16 个作业区的 验证试验。依据国家标准采用定圈数测距离的方法 测定，驱动轮( 覆土轮) 转动圈数不少于 15 圈，往返行 程各测量 2 次，按式( 7) 计算驱动轮滑移率; 待出苗 后，随机选择 1 块( 不小于 0．2 hm2 的地块) 为测区，测 定其中的全部断条的长度并求其和，同时测定所有播 行长度之和，按式( 8) 计算断条率; 在样本地块中，按 照对角线的原则选择 5 个测点，测点位于对角线交叉 处及距每个角 1 /5 对角线长度的位置，测量点长 5 m， 宽为播种机工作的幅宽，在测区内的每行选择均匀分 布的 3 个测量点，垂直刨开土层，测量旋耕松土的深 度。 δ = L － 2πＲn /2πＲn × 100%式中 δ—驱动轮滑移率( %) ; L—驱动轮( 覆土轮) 实际走过的距离( m) ; n—驱动轮( 覆土轮) 测区内转过的圈数; Ｒ—驱动轮半径( m) 。 ε = ( L1  L2  L3  …  Ln ) － nd i L × 100% ( 8) 式中 ε—断条率( %) ; L1，L2，L3，…，Ln—超出规定最大间距的空断长 度( m) ; L—测定长度( m) ; nd—断条段数; i—规定最大间距( m) 。

3．4 试验结果

依据标准给出的计算公式，按照国家标准和相关 技术对播种机进行性能测试，试验测试结果如表 3 所 示。由表 3 可知: 播种机各项指标均已达到设计要求 和国家标准，播种机田间试验性能良好，各部件工作 正常。

4 结论 1) 提出了复合作业和混合播种工艺，设计的播种 机能够达到一次作业完成多项播种作业内容的要求， 依照粒径大小划分的混合播种机构能够实现比例式 混合播种的绿肥行间种植需求。 2) 设计的 2BH－ 6 型绿肥旋耕混合播种机，通过 旋耕机构、混合播种机构、镇压覆土机构等，能够一次 性完成播前碎草、旋耕整地、混合播种、镇压覆土等多 项作业功能，为绿肥种子提供良好的萌发条件，从而 保证了绿肥作物对提高果园行间空间利用率和全面 补给果园果树所需养分的重大作用。 3) 通过播种机田间试 验可知: 播 种 平 均 深 度 31mm，毛苕子亩用量实测值 2050g ( 试验值 2000g) ，油菜亩用量实测值 1013g ( 试验值 1000g) ，平均松土 深度 110mm，播 种 深 度 31mm，断 条 率 2%，滑 移 率 2．5%，各项作业指标均达到了设计和相关农业行业标 准要求，作业性能良好。 4) 2BH－6 型绿肥旋耕混合播种机适用于新疆旱 地果园行间机械化种植绿肥作物，为新疆等北方果园 行间机械化单播、混播绿肥等行间作物的机械化种植 技术和推广提供了机具保障，也为果园土壤增加养 分、果品提质增效、减轻果农劳动强度提供了技术支 撑。

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