竹林多用途旋耕刀具開發

楊 勇，楊倩倩，楊 健

（1. 浙江大學 農業與生物技術學院，浙江 杭州 310058；2. 湖州興篁林業科技有限公司，浙江 湖州 313000；3. 浙江省湖州市林業局，浙江 湖州 313000）

竹林多用途旋耕刀具開發

楊 勇1，楊倩倩2，楊 健3

（1. 浙江大學 農業與生物技術學院，浙江 杭州 310058；2. 湖州興篁林業科技有限公司，浙江 湖州 313000；3. 浙江省湖州市林業局，浙江 湖州 313000）

針對竹林生產實際，在調查研究基礎上，設計出適合于竹林林地墾復的旋耕刀具，介紹了這種刀具的結構、形態、工作原理和使用效率，并在不同林地和園地中應用并與其它刀具進行比較，結果應用效果明顯。

竹林；多用途；旋耕刀具；開發應用；報告

隨著我國經濟社會的持續發展和工業化、城鎮化、現代化進程的不斷加強，林業從業人員素質的普遍提高，林權制度改革的逐步深化，農村勞動力就業結構發生重大變化，在新的歷史條件下，規模化生產、集約化經營已是社會進步發展的必然趨勢[1]。同時，由于勞動力結構變化，勞動力工資也隨之迅速增長，林業生產成本越來越高，迫切需要在降低勞動強度、提高勞動效率、節省生產成本上尋找新的亮點和增長點。機械化生產，是滿足這種社會需求的必由之路[2]。基于這種社會需求，我們對適用于竹林等林地翻耕的多用途旋耕刀具，進行了自主開發并投入實際生產應用取得成功。

1 背景意義

毛竹林翻耕是高效經營的一個主要技術手段，已有近千年的歷史。然而，這種傳統耕作手段由于受山區地形條件限制和竹林翻耕自身具有地下竹鞭系統復雜、竹林立竹間隙較小等客觀因素制約，至今沒有一種微小型機械可以替代原來的鐵耙、鋤頭來減輕勞動強度，提高勞動效率。

竹林翻耕刀依托微小型旋耕機械，嫁接相關旋耕技術理念，突破普通刀具容易被地下竹鞭纏繞、卡死等關鍵技術，開發適宜竹林生產應用的新刀具，為竹林機械化經營奠定基礎[3~4]。

2 開發準備

2.1 資料查詢

用旋耕方式進行經營，國外起步較早。150多年前，在英、美等國，出現了一種由3 ~ 4 kW內燃機驅動的機械，它們主要用于庭園耕作，這就是旋耕機最初的雛形。此后，直到L型旋耕刀研制成功，旋耕機才真正進入大田作業[5]。20世紀初，日本人從歐洲引進旱田旋耕機，并經過大量的試驗和研究工作，成功研制出適應當地水田耕作要求的彎刀，解決了刀齒和刀軸的纏草問題。二戰以后，新式旋耕機在日本全國迅速普及，日本農業，得到長足的發展。中國對旋耕機的研究，始于20世紀50年代末[6]。當時主要研制與手扶拖拉機配套使用的旋耕機，后來又研制出了與中型輪式拖拉機配套的旋耕機。70年代初，我國終于完成了與當時國產各類拖拉機配套的系列旋耕機的設計，旋耕機開始在北方平原旱田得到大面積的推廣應用。旋耕機在我國的發展，經歷了單機研制、發展系列產品、新產品的開發和換代三個階段。我國旋耕機的使用范圍不斷擴大，從應用最廣的北方旱地，逐漸蔓延到南方水田，牧場、荒地和果林等都有使用旋耕機進行耕耘作業。隨著農業現代化機械程度的不斷增強，農業生產工作效率和效益的不斷提高，傳統旋耕機在我國各地域各種復雜環境的推廣使用過程中，逐漸暴露出一些問題。特別是近年來，傳統國產旋耕機的弊端日益突出，已經不能有效滿足中國特色的農藝要求和生產規模擴大的需要，成為制約我國旋耕機進一步在全國大范圍普及推廣的難題[7]。傳統旋耕機系列產品大多采用外力牽引式，因受強度以及結構尺寸的限制，功能一直較為單一，配套范圍也僅限于中、小型功率拖拉機，缺少大型和深耕型產品。在實際生產中，牽引拖拉機的動力輸出軸容易損壞；十字萬向傳動軸的使用壽命也比較短；以旱地為使用環境發展起來的傳統旋耕機，遇到特殊環境，旋耕作業性能不是很穩定，且容易纏草；傳統旋耕機的作業性能，不能完全滿足當前和未來的農藝要求[8]。

2.2 現場觀摩

在相關技術資料分析的基礎上，我們深入生產一線，對現行大棚經營戶使用的汽油動力、柴油動力等多款旋耕機和刀具進行觀摩，并進行了實際操作體驗，綜合評估各種型號旋耕機，重點對刀具進行解剖、比較，分析各自的優劣[9]。在此基礎上，根據旋耕機的動力狀況、傳動方式、行進過程、刀軸總成、刀具對所耕土地的表現，搜集整理技術參數，為新刀具開發設計進行技術準備。

2.3 廠家調研

重點考察了江蘇常州、無錫、連云港，浙江永康勁力和重慶本田等國內旋耕機生產企業，并與相關品牌產品的經銷商廣泛接觸交流，主要了解銷售業績、客戶需求、故障率、返修率、市場占有率、網點覆蓋率和售后服務等相關情況，綜合分析評估，為選擇動力平臺創造條件。

3 方案構想

（1）刀具同軸分左右兩個部分，有6組共24個刀片組成，相互對應，方向一致。

（2）每組4個刀片分2對，一對（1、3）向左，一對（2、4）向右，各刀片間呈90度角均勻排列。

（3）左右每組刀片之間間距16 cm，第1組與第2組、第2組與第3組基準刀夾角為30°[10]。

（4）刀片長度為18 cm，基部長12 cm，端部長6 cm，基部12 cm處向左或向右柔性彎曲，基部與端部夾角為133 ~ 137°。

（5）刀片寬3.2 ~ 3.6 cm，厚0.38 ~ 0.42 cm；前端單面開鈍刃，刃口0.1 ~ 0.12 cm。

（6）固定方式與其他刀具相同。

圖1 竹林多用途旋耕刀具設計方案Figure 1 Design of cutters for multi-purpose rotary tillage

4 動力平臺

根據刀具的動能、勢能的計算分析和矢量、向量的對應因子變化關系，綜合評估承載體——動力平臺的整機重量、汽缸容積與耦合傳動體的結構、材料科學等諸方面因素，確定以重慶本田FJ500為動力平臺。

5 技術效果

（1）當主軸順時針方向轉動時，6組刀片環形旋轉，左右各有1片刀同時著地，形成前進抓力將泥土翻起。

（2）當其中一片刀遇到縱向或斜切竹鞭時，刀片依靠旋轉力量或將竹鞭切斷，或將竹鞭彈過讓開；隨后，另1組刀片已切入泥土，形成第二級抓力，如此循環。

（3）當其中一片刀遇到橫向竹鞭而未切斷時，由于刀片端部呈柔性彎曲狀，刀片柔性滑過，不被其套牢或卡死；此時，另一組已觸地，第二級抓力拉動機器繼續前進。

（4）翻耕平均深度12 ~ 20 cm，用戶可根據需要自由調節。

6 應用成效

用機械進行竹林翻耕，與人工翻耕比較，有以下作用：

6.1 降低勞動強度，提高勞力效率

人工翻耕毛竹林，每個技術熟練、體力好的壯勞力，每天翻耕面積0.02 hm2；用機械翻耕毛竹林，一臺機器配1名操作工，每天翻耕面積0.27 ~ 0.33 hm2，是人工翻耕的10倍以上。

6.2 節省生產成本，增加竹農收入

人工翻耕毛竹林，每人每天工資130 ~ 140元，生產成本6 000元/hm2；機械翻耕毛竹林，1 hm2人工工資600元，油料成本25元，機器折舊成本25元，合計1 350 ~ 1 500元/hm2。由此可節省生產成本4 500元/hm2，即竹農增收4 500元/hm2以上（不含增產性收入）。

6.3 利于規模經營，促進產業升級

竹產業是我國林業行業的一個重要基礎性產業，隨著農村勞力轉移和人們生產水平的普遍提高，這個傳統產業再不提高機械裝備經營的技術水平，將面臨后繼無人的困難局面。用機械進行翻耕，與規模化經營相適應，與竹產業轉型升級相協調。經營者可以通過林地流轉等形式，走規模化、集約化、標準化發展之路，有利于竹產業的可持續經營和升級，對促進社會主義新農村建設也將產生積極影響。

7 試驗分析

（1）不同林地刀具使用功效比較見表1。

表1 各種林地刀具使用情況Table 1 Comparison test on different cutters

（2）竹林刀適宜上述所列林地，具有兼容性好、工作效率高、碎土率大等明顯優勢。實際操作中，它能夠輕松避開石塊、毛竹伐樁，伸展余地和空間較大。

（3）標準刀雖適宜除毛竹林、雷竹林之外的其它林地使用，但效率低于竹林刀，油耗、碎土率等指標明顯低于竹林刀，且刀片容易在遇到石塊時折斷或彎曲，綜合指標明顯次于竹林刀。

（4）深耕刀只能在蘆筍和大棚換茬時使用，且綜合效率較低、油耗大，在幾種刀具排列最次。

（5）歐式刀雖然在茶園、苗圃地能夠使用，由于作業寬度等客觀因素的制約，其綜合效率較低。

8 問題與討論

（1）竹林刀是“L”型旋耕刀具的一個變種，它突破了傳統刀具角度、刃角、彎部的柔韌性等方面存在的缺陷，具有較好的兼容性和耐用性，開辟了南方林區旋耕機應用先河，為林業機械化起到了積極的引領作用。

（2）竹林刀的多用途性，其設計理念直接來源毛竹林高效經營的生產一線，為科研院所和生產企業開發林業行業實用新型裝具拓寬了思路，積累了經驗，具有很好借鑒意義。

（3）這種多用途刀具，在降低勞動力生產成本上雖然取得了成功，獲得了國家知識產權局的專利授權，但技術上還需要進一步深化。

[1] 楊健，楊倩倩. 竹林經營的好幫手——竹蒲頭粉碎機[J]. 世界竹藤通訊，2011，9（2）：38－39.

[2] 楊楚藩. 對竹產業可持續發展問題的探討[J]. 竹子研究匯刊，2000，19（3）：71－75.

[3] 羅華河. 毛竹生物學特性與栽培管理措施中國林副特產[J]. 2004（6）：29－3l.

[4] 楊健. 浙江省湖州市竹產業轉型升級探討[J]. 世界竹藤通訊，2009，7（1）：32—34.

[5] 朱煒，楊倩倩，張幼生，等. 毛竹蒲頭電動粉碎機研發及應用初報[J]. 世界竹藤通訊，2011，9（5）：37—39.

[6] 徐灝. 機械設計手冊（第2，3，4卷）[M]. 北京：機械工業出版社，1991.

[7] 劉星雨，傅萬四，周建波. 我國竹工機械區域布局及未來走勢分析[J]. 木材加工機械，2012（1）：22－25.

[8] 李廣盛. 一種竹木粉碎機[J]. 農業開發與裝備，2010（2）：10.

[9] 傅萬四，周建波. 加強自主創新促進竹工機械學科發展[J]. 林業機械與木工設備，2009，37（8）：7－10.

[10] 東北大學《機械零件設計手冊》編寫組. 機械零件設計手冊（上冊）[M]. 北京：冶金工業出版社，1994.

Design of Cutters for Multi-purpose Rotary Tillage

YANG Yong1，YANG Qian-qian2，YANG Jian3
（1 College of A griculture and B iotechnology, Zhejiang University, Hangzhou 310 058, China; 2. Huzh ou X inghuang F orestry Science a nd Technology Limited Company, Huzhou 313000, China; 3. Huzhou Forestry Bureau of Zhejiang, Huzhou 313000, China）

Presentations were made on structure, shape, operating principle and the efficiency of cutters for multi-purpose rotary tillage. Comparison tests were conducted on efficiency of the new cutters with others.

bamboo forest; multi-purpose; cutters for rotary tillage; design

S766.2

B

1001-3776（2014）05-0068-04

2014-05-22；

2014-07-15

湖州市科技計劃攻關項目（2013）

楊勇（1986－），男，浙江湖州人，二級實習指導教師，從事農林類專業教學實踐和園藝植物栽培等工作。