孫先明　孫錦秀　馬君　張慶柱

摘 要：為滿(mǎn)足黑龍江省墾區(qū)深松作業(yè)需要，經(jīng)過(guò)充分市場(chǎng)調(diào)查，設(shè)計(jì)了一種新型的1DS-3600型深松機(jī)。該機(jī)幅寬大、生產(chǎn)效率高，適用于大面積地塊伏秋深松整地作業(yè)，能夠達(dá)到提升地溫和深層土壤疏松而不顛倒生熟土層的目的。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程;研究設(shè)計(jì);土壤;深松

中圖分類(lèi)號(hào)：S233.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.02.010

深松是旱作農(nóng)業(yè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)。通過(guò)深松，可以加深耕層，打破犁底層，重建土壤水分毛細(xì)通道，增加土壤孔隙，提高土壤空氣和水分的通過(guò)能力，增強(qiáng)土壤水庫(kù)的蓄水能力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。針對(duì)舊式深松機(jī)工作幅寬小、作業(yè)效率低、深松部件剛性大、彈性小、易折斷的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了1DS-3600型深松機(jī)，其主要工作參數(shù)如下表所示。

1DS-3600型深松機(jī)（如圖1所示）為后置三點(diǎn)懸掛式，其主要結(jié)構(gòu)包括：機(jī)架、深松鏟部件、限深輪裝置等。機(jī)架采用雙梁結(jié)構(gòu)，深松鏟部件和限深輪裝置通過(guò)U型卡子固定在機(jī)架上。11套深松鏟部件分前后兩排排列，前6后5。機(jī)架的材料選用矩形鋼管（100×100×10）制成。

1 1DS-3600型深松機(jī)主要特點(diǎn)

（1）3.6 m幅寬，生產(chǎn)效率高。

（2）土壤底部深松，表土側(cè)向位移小，可以避免產(chǎn)生地面溝轍，提高地表平整度，有利播種、中耕、植保、噴藥和收獲機(jī)械通過(guò)。

（3）可以選配鎮(zhèn)壓輪，在播種前進(jìn)行鎮(zhèn)壓，不散失墑情。

（4）深松鏟柄采用特種彈簧鋼制造，可在深松過(guò)程中自身產(chǎn)生振動(dòng)，減少工作阻力。

2 深松鏟部件的設(shè)計(jì)

深松鏟部件是1DS-3600型深松機(jī)的重要組成部分，由深松鏟和深松鏟柄兩部分構(gòu)成，主要作用是松動(dòng)土壤， 不顛倒上下生熟土層。

2.1 深松鏟設(shè)計(jì)

深松鏟是深松機(jī)重要的工作部件，呈三棱楔形結(jié)構(gòu)（如圖2所示），其技術(shù)參數(shù)有：刃角、翼張角、隙角、切土角、碎土角、入土角、幅寬、鏟翼寬、鏟翼緣高和材料厚度等。

（1）刃角i。刃角i的大小決定深松鏟刃尖的鋒利程度，在保證強(qiáng)度的情況下，刃角i取小值為宜，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)和經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)刃角i=12°。

（2）翼張角2γ。

翼張角2γ的作用是使雜草根莖沿深松鏟刃口產(chǎn)生滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)切割，避免雜草纏繞深松鏟，翼張角是深松機(jī)前進(jìn)時(shí)，深松鏟翼刃沿機(jī)器前進(jìn)方向與水平面的夾角。根據(jù)力學(xué)原理，當(dāng)雜草根莖和深松鏟刃口間的摩擦力小于雜草阻力R沿刃口的分力T時(shí)，雜草才能沿刃口向后滑移，即

T>F，或Rcosγ>Rsinγtanφ

式中 φ—雜草對(duì)鏟刃的摩擦角。

φ=45°，且需要滿(mǎn)足γ<90°-φ，即γ<45°。本設(shè)計(jì)翼張角2γ=70°。

（3）隙角ε。

隙角大小適宜時(shí)，入土性能較好，本設(shè)計(jì)隙角ε=10°。

（4）切土角β。

其取值大小決定了雜草除凈率。值越大，其切草能力越弱。在保證鏟刃強(qiáng)度的前提下，切土角宜取小值，本設(shè)計(jì)β=22°～25°。

（5）碎土角β。

碎土角值偏小會(huì)導(dǎo)致碎土能力減弱。偏大會(huì)產(chǎn)生3個(gè)負(fù)面影響：第一，增大深松阻力;第二，會(huì)將生土夾帶到熟土層;第三，使表土產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，易形成土轍。因此，選取原則是既要保證土壤疏松程度又要保證不出現(xiàn)土轍，本設(shè)計(jì)碎土角β=9°。

（6）入土角α。

入土角α大小與切土阻力有關(guān)，α越大，阻力會(huì)隨之增大，但是也不宜過(guò)小，因?yàn)棣吝^(guò)小會(huì)使深松鏟強(qiáng)度減小縮短使用壽命，本設(shè)計(jì)中，α=6°。

（7）幅寬B。

綜合考慮深松鏟的強(qiáng)度、入土情況以及碎土性能等條件確定深松鏟幅寬B=450 mm。

（8）翼緣高h(yuǎn)。

翼緣高h(yuǎn)影響土壤松散程度和位移，不應(yīng)超過(guò)深松深度的1/3。本設(shè)計(jì)中，h=40×sin10°=7 mm。

（9）深松鏟翼寬b。

松土程度決定于深松鏟翼寬b。為減小土壤位移而不致造成上下生熟混亂，本設(shè)計(jì)深松鏟翼寬b=40 mm。

（10）材料厚度δ。材料厚度δ=8 mm。

2.2 深松鏟柄設(shè)計(jì)

深松鏟柄采用特種彈簧鋼制造，經(jīng)過(guò)特殊的熱處理工藝。作業(yè)時(shí)深松鏟會(huì)向左、右不同的方向振動(dòng)，減小深松阻力，擴(kuò)大動(dòng)土范圍，取得較好的深松和碎土的效果。

深松鏟柄上端通過(guò)卡子和深度調(diào)節(jié)裝置固定在機(jī)架上，下端安裝深松鏟。深松鏟柄上部是矩形結(jié)構(gòu)，下部彎曲成一定的曲度，最前部呈尖緣。

（1）深松鏟柄彎曲半徑r。本設(shè)計(jì)中r=242 mm。

（2）深松鏟柄高度H。高度H盡量取小值，以滿(mǎn)足鏟柄強(qiáng)度要求，但是取值過(guò)小，鏟柄容易纏草。本設(shè)計(jì)中H=700 mm。

（3）深松鏟柄伸出長(zhǎng)度L。伸出長(zhǎng)度L由下列公式求得

L=R（1-sinα）+lcosα

式中 l—鏟柄直線段長(zhǎng)度，l=50 mm;

r—鏟柄彎曲半徑，r=242 mm;

α—鏟柄入土角，α=6°。

本設(shè)計(jì)中，L=242×（1-sin6°）+50×cos6°=266 mm。

（4）深松鏟柄截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

深松鏟柄的橫截面采用長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)。為滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，長(zhǎng)寬比為3：1，本設(shè)計(jì)中，橫截面長(zhǎng)度為45 mm，寬度為15 mm。

3 限深輪設(shè)計(jì)

根據(jù)整地要求不同，深松深度應(yīng)是可以分級(jí)調(diào)節(jié)的。本機(jī)深松深度調(diào)節(jié)方便，采用位置調(diào)節(jié)法，用限深輪調(diào)節(jié)深度。限深輪是一個(gè)獨(dú)立工作部件，用U型卡子和限深連接平板固定在后橫梁上。制造材料為鑄鐵，耐磨性能良好。深松深度是通過(guò)限深連接平板上螺栓孔來(lái)調(diào)節(jié)。每級(jí)調(diào)節(jié)量為10 mm。限深輪直徑為400 mm，限深輪寬度150 mm。為保證與地面的仿形效果和防止深松機(jī)側(cè)滑，將限深輪安裝于機(jī)架內(nèi)側(cè)，保證限深輪行駛在未深松地面區(qū)域范圍。

4 深松鏟部件配置

深松鏟部件配置（如圖3所示）決定了工作幅寬的大小，應(yīng)滿(mǎn)足作業(yè)不漏松、不堵塞的要求。本機(jī)深松鏟部件呈前后兩列配置成，深松土壤變形影響區(qū)域狀況確定了深松鏟部件左右、前后距離。結(jié)合黑龍江省的土壤特征和農(nóng)藝要求，深松鏟部件配置如下。

4.1 深松鏟部件橫向配置

本機(jī)設(shè)計(jì)11個(gè)深松鏟部件，配置成前后兩排，前排6個(gè)后排5個(gè)，均以等間距排列，橫向間距配置應(yīng)符合

2b0>d>b0

式中 b0—深松區(qū)域?qū)挾?，b0=725 mm;

d—同一排兩相鄰深松鏟部件中心線水平距離，d=900 mm。

本設(shè)計(jì)中，2b0=1450 mm>d=900 mm>b0=725 mm。

4.2 相鄰深松鏟部件的縱向配置

在地面雜草較多時(shí)，深松鏟部件縱向配置不合理，雜草易纏繞深松齒，產(chǎn)生堵塞。為避免此現(xiàn)象，相鄰深松鏟部件的縱向配置應(yīng)符合

L1≥b0

式中 L1—前后列深松鏟尖距離，X=800 mm;

b0—深松鏟前面的影響土壤寬度，b0=384 mm。

本設(shè)計(jì)中，L1=800 mm>384 mm。

4.3 深松鏟部件橫向的重疊量

深松鏟部件橫向配置過(guò)密，阻力增大，需要消耗較大的動(dòng)力;配置過(guò)疏，則易產(chǎn)生漏松。為防止漏松，需要合理設(shè)置深松鏟部件的橫向重疊量Δb，可用下式計(jì)算

Δb=L1tanζ

式中 L1—前后兩列深松鏟尖距離，L1=800 mm;

ζ—深松機(jī)作業(yè)前進(jìn)時(shí)的偏角，ζ=4°。

本設(shè)計(jì)中，Δb=800×tan4°=36 mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

1DS-3600型深松機(jī)研制成功后，2017年秋季在寶泉嶺農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行了深松作業(yè)，累計(jì)深松作業(yè)15天，整地300 hm2，無(wú)故障出現(xiàn)。經(jīng)黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站檢測(cè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。測(cè)試結(jié)果表明，該機(jī)在土壤含水率18%～22%，地面殘茬覆蓋率15%～20%條件下，作業(yè)效率最高，深松深度、間距一致，作業(yè)效果好。經(jīng)該機(jī)深松的耕地，底層土壤明顯疏松，容重有所降低，明顯減小播種開(kāi)溝器的阻力，對(duì)表土破壞較小，不產(chǎn)生明顯溝轍。

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