韋鐘繼，鄭丁科，楊丹彤，孫芳媛

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642)

帶翼振動(dòng)深松鏟運(yùn)動(dòng)特性分析及試驗(yàn)研究

韋鐘繼，鄭丁科，楊丹彤，孫芳媛

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642)

為解決目前深松作業(yè)機(jī)具在南方大粘性、易板結(jié)及壓實(shí)特別嚴(yán)重的土壤特性下，機(jī)具耕作阻力大、深松質(zhì)量不高的問(wèn)題，對(duì)帶翼振動(dòng)深松鏟深松機(jī)理進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)機(jī)具深松部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)速度、加速度、運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析表明：鏟翼和鏟尖的切削和抬升土壤過(guò)程同步交替進(jìn)行；鏟尖水平方向速度和加速度幅值很大，主要切削土壤,鏟翼垂直速度和加速度幅值很大，主要抬升土壤；鏟翼對(duì)土壤進(jìn)行二次的破碎疏松，以較小的耕作阻力有效提高了土壤疏松質(zhì)量。田間試驗(yàn)結(jié)果表明：振動(dòng)深松后在10～20cm和20～30cm土層的堅(jiān)實(shí)度降低了54.2%和53.7%，不振動(dòng)深松10～20cm和20～30cm土層的堅(jiān)實(shí)度降低了41.6%和48.8%；特別是在0～10cm土層振動(dòng)深松使土壤堅(jiān)實(shí)度比深松前降低了70.1%，遠(yuǎn)大于不振動(dòng)深松的42.7%；帶翼深松鏟振動(dòng)深松相比不振動(dòng)深松可以減少3.2%～27.2%的牽引力阻力，減阻效果明顯。由此可為帶翼深松鏟結(jié)構(gòu)優(yōu)化和提高深松機(jī)具在南方的作業(yè)性能提供理論參考。

深松鏟；鏟翼；振動(dòng)；減阻

0 引言

長(zhǎng)期傳統(tǒng)淺層耕作、單一施用化肥、輪式機(jī)具的反復(fù)碾壓及南方豐富降雨使土壤自然沉降，水土流失造成耕層淺和土壤板結(jié)嚴(yán)重。研究表明，深松整地能提高土壤蓄水保墑能力[1]、打破板結(jié)土壤、降低土壤硬度[2]，促進(jìn)了作物根系生產(chǎn)，從而提高產(chǎn)量[3-4]。2016年2月，農(nóng)業(yè)部辦公廳印發(fā)的《全國(guó)農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)實(shí)施規(guī)劃(2016-2020)》中提出加強(qiáng)各級(jí)財(cái)政支持，落實(shí)農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)補(bǔ)助，積極研發(fā)生產(chǎn)先進(jìn)適用、安全可靠的深松整地機(jī)械。由于深松阻力大，能耗是作物種植或收獲機(jī)具能耗的3～5倍[5-7]，因此深松減阻是推廣深松技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)深松減阻技術(shù)進(jìn)行了大量研究，主要有仿生減阻和振動(dòng)減阻。仿生減阻主要對(duì)仿生鏟、可調(diào)翼鏟、符合形態(tài)鏟等松土部件進(jìn)行研究[8-11]。針對(duì)自激振動(dòng)[12-13]，系統(tǒng)地研究了“拖拉機(jī)—深松機(jī)—土壤”系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，指出工作部件切土、破碎和提升過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的,振動(dòng)能有效減小耕作阻力。對(duì)于強(qiáng)迫振動(dòng)大量研究[14-16]發(fā)現(xiàn)振動(dòng)對(duì)牽引阻力和功率消耗的影響，土壤剪切力的波動(dòng)主要是振動(dòng)過(guò)程中垂直方向上的加速度引起的。辛麗麗等[15]根據(jù)深松鏟對(duì)土壤的切削、提升、再切削，建立考慮分段土壤作用力的振動(dòng)深松機(jī)—土壤系統(tǒng)的力學(xué)模型，采用漸近法與數(shù)值積分求解分析該模型。

本文針對(duì)南方旱地耕作土壤板結(jié)、堅(jiān)實(shí)度高及耕作阻力大的問(wèn)題，采用運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)，對(duì)帶翼深松鏟振動(dòng)松土和振動(dòng)減阻機(jī)理進(jìn)行研究，了解其深松過(guò)程的運(yùn)動(dòng)特性，并進(jìn)行田間試驗(yàn)，為進(jìn)一步優(yōu)化帶翼鏟機(jī)械結(jié)構(gòu)、作業(yè)參數(shù)及提高整機(jī)性能提供理論依據(jù)。

1 振動(dòng)深松機(jī)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理

本試驗(yàn)使用的受迫式振動(dòng)深松機(jī)主要由機(jī)架、變速箱、振動(dòng)偏心軸連桿式機(jī)構(gòu)、偏心振動(dòng)傳遞桿、帶翼振動(dòng)深松部件、限深輪及切割圓盤(pán)刀等組成，如圖1所示。機(jī)架通過(guò)三點(diǎn)懸掛裝置與拖拉機(jī)掛接，振動(dòng)深松機(jī)的變速箱通過(guò)萬(wàn)向傳動(dòng)軸與拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸連接輸入動(dòng)力。變速箱的輸出端為偏心軸，與振動(dòng)偏心連桿機(jī)構(gòu)連接，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將相應(yīng)動(dòng)力傳遞給偏心振動(dòng)傳遞桿，帶動(dòng)深松鏟產(chǎn)生振動(dòng)。該機(jī)具主要技術(shù)參數(shù)：外形尺寸1 500mm×2 520mm×1 400mm；配套動(dòng)力44.1～58.8kW；偏心距13.5mm；松土深度250～450mm；作業(yè)寬度2 000mm；作業(yè)效率0.4～0.6hm2/h；深松鏟數(shù)量4個(gè)；振動(dòng)頻率500～650次/min。

1.2 帶翼深松鏟的結(jié)構(gòu)參數(shù)

振動(dòng)深松鏟主要由鏟柄、鏟翼、鏟尖等組成, 結(jié)構(gòu)如圖2所示。振動(dòng)深松鏟結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括深松鏟總高度h1、鏟翼安裝高度h2、鏟柄長(zhǎng)度b1、鏟翼寬度b2、深松鏟長(zhǎng)度b3、鏟尖寬度b4、鏟尖長(zhǎng)度n、振動(dòng)深松鏟入土角γ、鏟柄后角λ、鏟翼入土角α及鏟翼刃傾角ψ。入土角指振動(dòng)深松鏟鏟尖或鏟翼觸土處與土壤水平面的夾角，對(duì)耕作阻力和入土性能有很大影響。入土角越小，耕作阻力也就越小，但入土角過(guò)小會(huì)影響入土性能。碎土角是指鏟翼面與土壤水平面的夾角，其作用是松碎土壤，碎土角越大碎土能力越強(qiáng)，耕作阻力也越大，碎土角過(guò)大時(shí)會(huì)使土層發(fā)生錯(cuò)亂引起跑墑。鏟翼刃傾角ψ為鏟翼刃與鏟翼前后觸土面的夾角，主要影響鏟翼刃的鋒利和鏟翼強(qiáng)度[16]。深松鏟鏟翼安裝高度h2是指鏟翼到鏟尖的距離，決定了鏟翼在耕作是的入土深度。鏟翼寬度b2是指兩個(gè)鏟翼的翼尖水平距離，影響深松鏟的松土范圍。

1.機(jī)架 2.變速箱 3.振動(dòng)偏心軸連桿式機(jī)構(gòu) 4.偏心振動(dòng)傳遞桿 5.帶翼深松部件 6.限深輪 7.切割圓盤(pán)刀圖1 1ZTS-200振動(dòng)深松機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structure of 1ZTS-200 vibrating subsoiler

2 帶翼振動(dòng)深松鏟運(yùn)動(dòng)特性分析

影響帶翼振動(dòng)深松機(jī)耕作阻力、松土性能及功率消耗的主要參數(shù)有機(jī)具前進(jìn)速度、振動(dòng)頻率、振動(dòng)角度和振動(dòng)幅值，可以用數(shù)學(xué)方法描述他們之間的關(guān)系，分析速度和加速度特性，如圖3所示。

2.1 運(yùn)動(dòng)特性模型

使用正弦和余弦函數(shù)來(lái)描述帶翼振動(dòng)深松鏟的位移、振動(dòng)速度和振幅之間的關(guān)系。振動(dòng)深松鏟的位移分解為水平方向和豎直方向兩個(gè)分量。當(dāng)前進(jìn)速度為零、振動(dòng)角β=0°(即振動(dòng)深松鏟鏟尖位于原點(diǎn)O正下方)時(shí)，則

Sx(t)=Rsinβ′

(1)

Sy(t)=-Rcosβ′

(2)

其中，β′=β+ε′，ε′=εsinωt。

當(dāng)振動(dòng)深松機(jī)以速度V0作業(yè)前進(jìn)、振動(dòng)角β≠0時(shí)，方程(1)、(2)變?yōu)?/p>

Sx(t)=V0+Rsinβ′

(3)

Sy(t)=-Rcosβ′

4)

把上述位移方程對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)，得出速度的方程為

Vx=V0+Rωεcosβ′cosωt

(5)

Vy=Rωεsinβ′cosωt

(6)

把上述速度方程對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)，得出加速度的方程為

ax=-Rω2ε2sinβ′cos2ωt-Rω2εcosβ′sinωt

(7)

ay=Rω2ε2cosβ′cos2ωt-Rω2εsinβ′sinωt

(8)

其中，Sx(t)和Sy(t)分別為深松鏟的水平位移和豎直位移(m)；Vx和Vy分別為深松鏟的水平速度分量和豎直速度分量(m/s)；ax和ay分別為深松鏟的水平方向加速度和豎直方向加速度(m/s2)；V0為機(jī)具在拖拉機(jī)牽引下的前進(jìn)速度(m/s)；ω為偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度(rad/s)；ε為偏心振動(dòng)傳遞桿的擺動(dòng)角(°)；ε′為偏心振動(dòng)傳遞桿的瞬時(shí)擺動(dòng)角(°)；R為擺動(dòng)半徑(mm)。

1.鏟柄 2.振動(dòng)深松鏟鏟翼 3．鏟尖圖2 振動(dòng)深松鏟結(jié)構(gòu)與參數(shù)示意圖Fig.2 Vibration subsoiler schematic structure and parameters

1.偏心軸連接套 2.振動(dòng)發(fā)生偏心軸 3.振動(dòng)擺柄 4.連桿 5.振動(dòng)傳遞桿 6.鏟柄 7.鏟翼 8.鏟尖圖3 帶翼振動(dòng)深松鏟運(yùn)動(dòng)分析Fig.3 Winged vibration subsoiler motion analysis

2.2 仿真分析

把鏟尖F點(diǎn)和鏟翼E點(diǎn)的擺動(dòng)半徑R1和R2、振動(dòng)角β1和β2帶入上述位移、速度、加速度方程，設(shè)定初始值，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)仿真軟件進(jìn)行運(yùn)算仿真分析，求出運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度曲線。

設(shè)定拖拉機(jī)牽引振動(dòng)深松機(jī)以速度V0=0.8m/s沿x軸正向前進(jìn)，偏心軸的振動(dòng)旋轉(zhuǎn)角速度ω=554r/min，得到鏟尖F點(diǎn)和鏟翼E點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖4所示。

圖4 絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.4 Absolute trajectory

圖4中，軌跡為波浪形周期變化，鏟尖和鏟翼的深松過(guò)程都可以分為切削土壤和抬升土壤兩個(gè)階段：在切削階段，鏟尖和鏟翼沿前進(jìn)方向的斜下方切削土壤，土壤先被壓緊然后發(fā)生沿剪切面周期性剪切破裂；在抬升階段，土壤被鏟尖和鏟翼沿鏟面向上掀起，深松鏟對(duì)土壤的抬升增加了剪切和彎曲破裂，提高對(duì)土壤的破碎質(zhì)量。鏟翼是在被鏟尖振動(dòng)剪切疏松過(guò)的土壤中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行二次破碎疏松，可以較小的耕作阻力提高土壤的破碎疏松質(zhì)量。在振動(dòng)作用下，深松鏟的抬升和下降切削運(yùn)動(dòng)呈周期性交替進(jìn)行。

圖5和圖6分別為鏟尖和鏟翼的速度、加速度特性。在鏟向下切削階段，開(kāi)始時(shí)兩個(gè)方向的速度都為零，但加速度值都最大，進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)。

圖5 鏟尖速度和加速度特性Fig.5 Shovel tip speed and acceleration characteristics

圖6 鏟翼速度與加速度特性Fig.6 Shovel wing velocity and acceleration characteristics

在切削中段，水平速度分量達(dá)到最大時(shí)振動(dòng)方向的速度分量也達(dá)到最大值，此時(shí)合成切削速度達(dá)到最大，加速度變?yōu)榱?。這時(shí)，深松鏟切削力最大對(duì)土壤的切削作用最強(qiáng)，有利于打破堅(jiān)硬的板結(jié)層。當(dāng)水平和豎直方向的速度減小到零時(shí)，水平方向加速度達(dá)到負(fù)值最大值，豎直方向也達(dá)到最大值，開(kāi)始進(jìn)入抬升土壤階段，合成振動(dòng)方向的速度斜向上。此時(shí)，豎直方向上對(duì)土壤有最大的抬升力，在切削階段已被剪切破壞的土壤被迅速抬升，增加鏟尖和鏟翼對(duì)土壤的彎曲和剪切破壞作用。

對(duì)鏟尖和鏟翼的速度和加速度分量幅值進(jìn)行對(duì)比分析表明：鏟翼水平方向速度、加速度幅值比鏟尖分別減小了17.9%和45.2%，但鏟翼豎直方向速度、加速度幅值比鏟尖分別增加了71.9%和80.2%。鏟尖較大的水平速度和加速度有利于深松鏟在堅(jiān)硬的犁底層中的切土性能，打破犁底層，減小作業(yè)阻力。鏟翼是在已經(jīng)深松過(guò)的表層耕作層土壤中進(jìn)行二次切削，較大豎直方向的速度和加速度增加了對(duì)土壤的彎曲和剪切破壞，有利于破碎土壤提高深松效果，減小耕作阻力。

3 田間試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)條件和儀器設(shè)備

1)試驗(yàn)條件：2015年9月1號(hào)，在廣東世界銀行農(nóng)業(yè)面源污染治理項(xiàng)目廣東省河源市連平縣保護(hù)性耕作試點(diǎn)區(qū)農(nóng)田中進(jìn)行，為丘陵地形，田塊地勢(shì)平擔(dān)坡度小于5°，春種玉米冬種綠葉菜類(lèi)等作物，地表有雜草和少量收獲后殘留的作物秸稈。土壤類(lèi)型為磚紅壤壤質(zhì)黏土，年均降雨量1 880～2 000mm。由于長(zhǎng)期旋耕、單一施用化肥、輪式機(jī)具的反復(fù)碾壓及豐富降雨，使土壤自然沉降水、土流失造成試驗(yàn)地塊耕層淺土壤板結(jié)嚴(yán)重。土壤含水率為24.09%，土壤堅(jiān)實(shí)度為4.92×103Pa。

2)試驗(yàn)儀器設(shè)備：試驗(yàn)使用東方紅-LX1204和常發(fā)CFG804A兩臺(tái)4輪驅(qū)動(dòng)的拖拉機(jī)，動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為540/1 000r/min。TYD-2土壤堅(jiān)實(shí)度儀；XATB數(shù)顯調(diào)節(jié)恒溫202-A臺(tái)式干燥箱；SF-400A型電子稱，量程5kg，精度0.1g；70mm×40mm(R×H)規(guī)格的取土鋁盒20個(gè)；AKS-02奧克斯50M卷尺；廣測(cè)YZC-528型3噸S型拉壓傳感器；美國(guó)國(guó)家儀器NATIONAL INSTRUMENTS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)包含NI cRIO-9073機(jī)箱、NI 9205、NI 9411、NI 9401、NI 9802、NI 9234板卡；兩條5m5t強(qiáng)拖車(chē)?yán)K；4個(gè)U型鉤等。另外，還有1個(gè)秒表(Iphone6s內(nèi)置計(jì)時(shí)器)、1臺(tái)宏碁4741G筆記本電腦、1臺(tái)1ZTS-200振動(dòng)深松施肥多用機(jī)整機(jī)。

3.2 試驗(yàn)方法

廣東省河源市連平縣保護(hù)性耕作試點(diǎn)區(qū)農(nóng)田原先已被劃分為長(zhǎng)60～80m、寬20～35m的長(zhǎng)方形田塊，直接以每一塊田作為一個(gè)試驗(yàn)小區(qū),試驗(yàn)小區(qū)中間20m作為測(cè)量區(qū)域。試驗(yàn)分為3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5262-2008 《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件 測(cè)定方法的一般規(guī)定》和GB/T 24675.2-2009 《保護(hù)性耕作機(jī)械 深松機(jī)》的試驗(yàn)方法和檢測(cè)指標(biāo)，深松前測(cè)量土壤特性：土壤堅(jiān)實(shí)度和土壤含水率，深松過(guò)程中測(cè)量耕作阻力、作業(yè)速度及機(jī)組滑轉(zhuǎn)率；深松完成后，測(cè)量深松深度、土壤堅(jiān)實(shí)度等參數(shù)。試驗(yàn)時(shí)，東方紅-LX1204作為牽引機(jī)，常發(fā)CFG804A懸掛振動(dòng)深松機(jī)、拉力傳感器安裝在兩個(gè)拖拉機(jī)之間，如圖7(a)所示。試驗(yàn)作業(yè)時(shí)，東方紅-LX1204拖拉機(jī)掛高速1擋，常發(fā)CFG804A拖拉機(jī)掛空擋動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為540rad/min使深松機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。另外，設(shè)有常發(fā)CFG804A拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸停止使深松機(jī)不振動(dòng)的對(duì)照試驗(yàn)組和深松機(jī)不深松的空載試驗(yàn)組。前面兩試驗(yàn)組牽引阻力減去空載試驗(yàn)組的牽引阻力就是深松機(jī)的耕作阻力。試驗(yàn)時(shí)拉力傳感器和NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，連續(xù)采集數(shù)據(jù)。振動(dòng)深松后地表如圖7 (b)所示。

圖7 田間試驗(yàn)Fig.7 Field experiment

3.3 田間試驗(yàn)結(jié)果分析

3.3.1 土壤堅(jiān)實(shí)度測(cè)定結(jié)果分析

利用圓錐桿為直徑12mm的堅(jiān)實(shí)度儀測(cè)定深松前后土壤堅(jiān)實(shí)度，如表1所示。

表1 土壤堅(jiān)實(shí)度對(duì)比

由表1可知：深松可以對(duì)土壤進(jìn)行疏松破碎，有效降低了土壤堅(jiān)實(shí)度，疏松土壤，提高了土壤透氣和保墑蓄水的能力，且振動(dòng)深松比不振動(dòng)深松更能疏松土壤、降低堅(jiān)實(shí)度。深松后10～30cm土層的堅(jiān)實(shí)度降低在40%～54%之間，特別是在0～10cm土層振動(dòng)深松使土壤堅(jiān)實(shí)度比深松前降低了70.1%，遠(yuǎn)大于不振動(dòng)深松的42.7%。這和前面的分析鏟翼是在已經(jīng)深松過(guò)的表層耕作層土壤中進(jìn)行二次切削能增加對(duì)土壤的彎曲和剪切破壞有利于破碎土壤，提高深松效果相符合。

3.3.2 耕作牽引力測(cè)定結(jié)果分析

振動(dòng)組的試驗(yàn)參數(shù)：深松深度30cm，前進(jìn)速度為0.8m/s，振幅為13.5mm，振動(dòng)角為5°，振動(dòng)頻率為9.2Hz，拉壓傳感器數(shù)據(jù)采樣頻率為50Hz。不振動(dòng)和空載的試驗(yàn)參數(shù)：前進(jìn)速度0.8m/s，拉壓傳感器數(shù)據(jù)采樣頻率50Hz。只掛載中間兩把深松鏟在田間試驗(yàn)，得到振動(dòng)、不振動(dòng)和空載的牽引力對(duì)比，如圖8所示。

圖8 牽引力對(duì)比Fig.8 Compare traction force

從圖8可以看出：牽引力隨時(shí)間而變化，曲線為不規(guī)則的波浪形。這主要由于土壤質(zhì)地不均勻、土壤地表不平及地表雜草和作物殘茬變化引起阻力不斷變化；振動(dòng)深松的牽引阻力比不振動(dòng)深松的牽引阻力要小，通過(guò)計(jì)算得出振動(dòng)深松相比不振動(dòng)深松可以減少3.2%～ 27.2%的牽引力。結(jié)果表明，振動(dòng)深松減阻效果還比較明顯。

4 結(jié)論

1) 根據(jù)帶翼振動(dòng)深松鏟的運(yùn)動(dòng)特性，鏟翼在振動(dòng)深松過(guò)程包括切削土壤和提升土壤兩個(gè)階段，這兩個(gè)階段交替進(jìn)行且和鏟尖同步。鏟翼在已經(jīng)深松過(guò)的表層耕作層土壤中進(jìn)行二次切削，可以較小的耕作阻力增加對(duì)土壤的彎曲和剪切破壞，有利于破碎土壤、提高深松效果。

2) 根據(jù)田間試驗(yàn)結(jié)果分析得出：振動(dòng)深松后在10～20cm和20～30cm土層的堅(jiān)實(shí)度降低了54.2%和53.7%，不振動(dòng)深松10～20cm和20～30cm土層的堅(jiān)實(shí)度降低了41.6%和48.8%。特別是在0～10cm土層，振動(dòng)深松使土壤堅(jiān)實(shí)度比深松前降低了70.1%，遠(yuǎn)大于不振動(dòng)深松的42.7%。由此說(shuō)明：振動(dòng)深松的松土效果好于不振動(dòng)深松，且鏟翼對(duì)于表層土壤的疏松效果特別好，與運(yùn)動(dòng)特性分析結(jié)果相符合。

3)不振動(dòng)深松作業(yè)為對(duì)照組的試驗(yàn)結(jié)果表明，振動(dòng)能使帶翼深松鏟牽引阻力降低3.2%～ 27.2%。

[1] 張祥彩，李洪文，何進(jìn)，等. 耕作方式對(duì)華北一年兩熟區(qū)土壤及作物特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44(S1)：77-82.

[2] 鄭洪兵，鄭金玉，羅洋，等.長(zhǎng)期不同耕作方式下的土壤硬度變化特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(9)：63-70.

[3] 羅錫文,邵耀堅(jiān).土壤深松技術(shù)在甘蔗生產(chǎn)中的應(yīng)用[ J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),1997,28(1):39-42.

[4] 張瑞富，楊恒山，高聚林，等.深松對(duì)春玉米根系形態(tài)特征和生理特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015 31(5)：78-84.

[5] 李霞,付俊峰,張東興,等.基于振動(dòng)減阻原理的深松機(jī)牽引阻力試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(1)：32-36.

[6] 朱瑞祥，張軍昌，薛少平，等. 保護(hù)性耕作條件下的深松技術(shù)試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25(6)：145-147.

[7] 彭卓敏，丁艷，朱繼平，等.耕作機(jī)械節(jié)能減排檢測(cè)技術(shù)分析與研究[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2009(5)：69-71，75.

[8] 張金波，佟金，馬云海. 仿生減阻深松鏟設(shè)計(jì)與試[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(4)：141-145.

[9] Kasisira L L, du Plessis H L M. Energy optimization for subsoilers in tandem in a sandy clay loam soil[J].Soil and Tillage Research,2006, 86(2):185-198.

[10] 張強(qiáng)，張璐，于海業(yè)，等.復(fù)合形態(tài)深松鏟耕作阻力有限元分析與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43(8)：61-65.

[11] 甄文斌,楊丹彤,黃世醒,帶翼深松鏟的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2011，33(8)：119-122.

[12] 邱立春，李寶筏. 自激振動(dòng)深松機(jī)減阻試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2000，16(6)：72-76.

[13] 白景峰，李博，呂秀婷，等.基于狗獾爪趾的仿生深松鏟振動(dòng)減阻研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2016,38(5)：224-227.

[14] Busscher W J,Bauer P J,Frederick J R.Deep tillage management for high strength southeastern USA Coastal Plain soils[J]. Soil and Tillage Research, 2006, 85: 178-185.

[15] Temesgen M, Hoogmoed W B,Rockstrom J,et al.Conservation tillage implements and systems for smallholder farmers in semi-arid Ethiopia[J].Soil and Tillage Research,2009, 104:185-191.

[16] 王俊發(fā)，劉孝民，陳玉芳，等. 振動(dòng)深松機(jī)理的探討[J]. 佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，18(4)：335-338.

[17] 辛麗麗，李傳琦，梁繼輝，等. 考慮分段土壤作用力的振動(dòng)減阻分析[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(2)：136-140.

[18] 高煥文．保護(hù)性耕作技術(shù)與機(jī)具[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

[19] 孫一源．農(nóng)業(yè)土壤力學(xué)[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1985.

Kinetic Characteristic Analysis and Experimental Study for Subsoiler with Wing

Wei Zhongji, Zheng Dingke, Yang Dantong, Sun Fangyuan

(Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment, Ministry of Education, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Southern soil is viscosity, easily compacted and compaction. In order to solve the problems of deep loosening of machine-cultivated resistance and poor quality of deep loosening. This paper studied mechanism of Winged subsoiler vibrational subsoiling. Through emulated motion of machine deep loose parts and analyzed the velocity, acceleration, trajectory, could learn that cutting and lifting soil processes of Shovel and Shovel wing tip were synchronized alternately. Shovel sharp have large horizontal acceleration amplitude and main cutting soil,Wings shovel have large vertical acceleration amplitude and main lift the soil. Shovel wing secondary crushing loose for soil, farming resistance can be reduced and the loosing soil quality can be improved. Field test results show: After vibrational deep loosening, in 10-20cm and 20-30cm soil strength was reduced by 54.2% and 53.7%. Not vibrational deep loosening, in 10-20 cm and 20-30cm soil strength was reduced by 41.6% and 48.8%. Especially in 0～10cm soil vibration subsoiling soil firmness than before subsoiling decreased 70.1%, is greater than 42.7% of not deep loosening vibration. Winged subsoiler vibration subsoiling compared to no vibration can be reduced by 3.2%-27.2% of the traction force resistance, drag reduction effect is obvious. The study can provide a reference basis for futher optimization of the mechanical structure and to improve the working performance of the deep loosening machine in the south.

subsoiler; shovel wing; vibrations; resistance reduction

2016-09-25

世界銀行全球環(huán)境基金贈(zèng)款廣東保護(hù)性耕作項(xiàng)目(2014-2018)

韋鐘繼(1991-)，男，廣西柳州人，碩士研究生，(E-mail)214886161@qq.com。

鄭丁科(1971-)，男，廣東連平人，副教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)dkzheng@scau.edu.cn。

S222.19

A

1003-188X(2017)12-0032-06