0引言
土壤是农作物生长的最基础条件，机械耕整地作业是指使用各种农业机械对土壤进行翻耕、疏松、细碎、平整和压实等处理，以改善土壤的物理性质和自然条件，为下一步播种施肥和种子生长提供良好的土壤环境条件，从而达到提高农作物产量的目的[1-6].
传统的机械耕整农田，拖拉机需要挂接犁、深松铲、旋耕机、耙、镇压器及起垄机等不同机具多次作业才能加工出合格的苗床。拖拉机和机具进地次数多，对土壤压实程度团粒结构破坏严重，长期以往会导致土壤肥沃性退化和沙化，农作物产量和质量逐年降低，且作业效率低、周期长，不利于抢农时[7-8].
随着大马力动力机械的研制、传统单一整地机械的逐渐淘汰，联合整地作业机成为整地机械发展的重要方向，机具能在土壤适宜的条件下只需一次下地作业即可达到种子播前整地的要求。美国、加拿大、前苏联及日本等国的农业机械发展起步早，从20世纪60年代开始研制推广联合整地机械，现已拥有性能结构较成熟的大型联合整地机械。我国从20世纪70年代中期，从国外引进并自主研发联合整地机械，相比国外先进的联合整地机具有一定的差距，仍需要长期开发研制符合我国国情的先进联合整地机[9-10].因此，了解和掌握联合整地机具作业技术的主要特点、国内外发展现状，以及探讨其存在的主要问题，对我国联合整地作业机的研究和推广具有重要的意义。
1联合整地作业机主要技术特点
联合整地作业机能使土壤形成一个由细碎土壤构成且表层覆盖有粗土的理想苗床，奠定了种子生长的基础。一般的联合整地机都有深松部件，可打破板结层加深耕作层，促进作物根系生长，增加植物的抗倒伏和产量[11].与目前农业生产中大量使用的传统整地方法比较，联合整地机具有以下主要技术特点[12-14]:①保护土壤。减少农机具进地作业次数，从而降低拖拉机对土壤的破坏，保护土壤中的团粒结构，降低土壤板结。②作业效率提高。有利于抢农时，使整地时间相对缩短了7~10天，相对增加作物生长周期以及年有效积温。③节省油料降低作业成本。与传统的翻、耙、压单项依次作业工序相比可节省油料15kg/hm2左右，降低油耗21.7%~40%.
减少环境污染。联合整地机作业次数减少，即减少了拖拉机废气排放量。
2旋耕联合整地作业机研究现状
目前，各国所使用的联合整地作业机种类繁多，按照主要工作的部件可以分为两大类：旋耕联合整地作业机；圆盘耙联合整地机[15-16].所谓旋耕联合整地作业机是指在旋耕机上附加上灭茬、深松、粉碎、起垄或者镇压器等部件，通过旋耕机与1个及以上不同工作部件的组合搭配，可以组合成不同种类的旋耕联合整地作业机，这类机器机身较短，一般与拖拉机悬挂连接，主要适用于北方干旱、半干旱地区垄作或平作联合整地作业。按照主要工作部件的作业顺序可以将旋耕联合整地作业机分为：深松旋耕联合整地作业机、灭茬旋耕起垄联合作业机、灭茬深松旋耕起垄联合作业机及秸秆粉碎还田旋耕机。
2.1深松旋耕联合整地作业机
深松旋耕联合整地作业机采用深松、旋耕两项核心技术，主要的工作部件有深松铲、旋耕刀辊和平整镇压装置。机器的特点是深松铲安装在旋耕刀辊前方的机架上，旋耕刀辊后方设有平土拖板或者镇压辊，旋耕刀辊转速一般为200~400r/min.工作时，机具前方的深松铲对中下层土壤疏松，以打破坚硬的犁底层，增加土壤的透气性和透水性，拖拉机驱动旋耕刀将深松后凹凸不平的地表松碎平整，机具后方的平土拖板或者镇压辊对细碎的土壤压实，为种子生长创造良好的土壤环境。
现有这类机器主要代表有约翰·迪尔公司研制的1SL系列深松整地联合作业机[17],如图1所示。该机主要组成部件：悬挂架、传动箱、深松铲总成、卧式旋耕装置、IT245旋耕弯刀、平土拖板和限深轮。其中，1SL-200B型深松旋耕机幅宽为2m,深松铲机架前面3个、后面2个对称分布，旋耕刀对称安装在刀辊上，需要动力74.6~89.5kW;而1SL-230A型与1SL-200B型参数不同的在于深松铲有6个，旋耕刀有62把，需要动力为78.3~100.7kW.库恩公司生产的DC301型联合整地机[18],如图2所示。
该机需要89.5~111.9kW的动力，幅宽为3m,由4个深松铲对称分布安装在三角形悬挂架上，在深松铲的后方是由10个旋转刀轴20把旋耕刀组成的HR303型立式旋耕机。立式旋耕机的动力由中间齿轮向两侧齿轮传动，镇压器为带齿镇压辊。山东大华机械有限公司生产的1SZL-230深松整地联合作业机[19],如图3所示。该机对称分布的4个深松铲均采用弧面倒梯型设计，作业时不乱土层，作业阻力减小，能够实现全方位深松；松土作业后地表平整，形成贯通作业行的鼠道，机器作业面较广，尤其适用于秸秆覆盖量较大的地块。
2.2灭茬旋耕起垄联合作业机
灭茬旋耕起垄联合作业机在灭茬旋耕机的后部增设起垄装置，可以一次完成灭茬、旋耕、起垄及镇压等多项作业。该机通常是在机器前面设置灭茬刀辊，后面设置旋耕刀辊，起垄镇压部件放在机器的最后部。
其灭茬刀辊转速在300r/min左右，转向一般与旋耕刀辊转向相同且为正转，并在土壤里进行有支撑切割；旋耕刀的排列常用多头螺旋排列，有效地避免了旋耕后地表不平的现象。机器的工作原理：拖拉机驱动灭茬刀辊旋耕刀辊旋转，灭茬刀将作物的根茬打碎；旋耕刀进行碎土平整并混合作物有机质，最后对作业过的土壤起垄、镇压完成田间整地，特别适用玉米、棉花等粗大根茬作物。若田间整地无需起垄，可以将起垄装置拆除用做灭茬旋耕机使用。
现有的机型有铁岭垄上行机械有限公司研制的1GZM-180型联合整地机[20],如图4所示。其主要由灭茬装置、旋耕装置、起垄装置及镇压辊组成。机器的结构特点是动力由拖拉机主轴传输给传动箱，传动箱中的锥形齿轮通过左右两侧的传输轴及齿轮组将动力分别传输给旋耕装置和灭茬装置，机器后方配有镇压辊。机器采用齿轮传动，增加了机器的可靠性和稳定性，同时增加了机器的成本。张欣悦、李连豪等人研究设计的1GSZ-350型灭茬旋耕联合整地机[21],机器的动力输入先经过一个主变速箱后经过由旋耕变速箱和灭茬变速箱组成的两个副变速箱，经过副变速箱变速驱动灭茬刀辊和旋耕刀辊转动，传动更为可靠；但机器较为复杂，后部的深松起垄铲，既能起到深松作用打破犁底层，又能同时起垄，实现了一机多用。
2.3灭茬深松旋耕起垄联合作业机
灭茬深松旋耕起垄联合作业机在灭茬旋耕起垄联合作业机的基础上增设深松铲，以减少土壤的耕作次数，深松铲安装在旋耕刀辊的前方或后方，并在相邻两个起垄铧中线的前方。比较典型的机器有黑龙江省农业机械运用研究所研制的SGTN-490型灭茬旋耕联合整地机[22],如图5所示。
其主要工作部件包括采用正转的灭茬、旋耕部件、深松部件、翼铲式起垄铧及垄体镇压辊。机器灭茬传动装置采用内置设计，可以有效避免两侧设计出现的破坏垄沟现象。哈尔滨市农业机械化研究所与黑龙江八一农垦大学联合研制的1ZQHF-350/5型前后分置悬挂式联合整地机[23],其主要的特点是灭茬装置与深松装置悬挂在拖拉机前方，并通过灭茬传动机构将动力传输给灭茬装置中，松土铲、旋耕装置、起垄铧及镇压装置依次挂接在拖拉机后部，这样设计可以减少机器后悬挂对拖拉机稳定性的影响，减少了作物残茬对拖拉机轮胎的损伤，降低了整机的质量；但由于灭茬装置前置，作业时易扬起灰尘影响驾驶员视野，影响作业质量。车刚、张伟等人设计的1ZLZQ-4.2型联合作业机[24],主要由自驱动弧形齿盘式破茬器、深松铲、旋耕部件、起垄器、垄体整形板组成。该机设计以节省能耗为目的，将直径为1400mm的盘式破茬装置的滑动阻力变为滚动阻力，并作为驱动轴将其产生的扭矩用以驱动旋耕刀轴的转动，从而实现机器的灭茬旋耕功能。
2.4秸秆粉碎还田旋耕机
秸秆粉碎还田旋耕机采用秸秆粉碎、旋耕两项技术，一般用于小麦、水稻等作物秸秆的粉碎还田旋耕，机器一般属于无支撑切割，粉碎刀的转速在1200r/min以上，且为反转。工作原理：粉碎装置先将秸秆粉碎成长度在100mm以下，旋耕装置将粉碎得秸秆与土壤均匀混合还田。
