立式旋耕機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 張闖闖 曹麗芳河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 楊果果

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農(nóng)業(yè)縱橫

立式旋耕機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 張闖闖 曹麗芳
河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 楊果果

目前，旋耕機在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，它能夠充分利用拖拉機的功耗，具有良好的切土、碎土能力，耕作后土壤表面平整，機組下地次數(shù)少，兼有耕翻的功能。在國內(nèi)，旋耕機已經(jīng)大范圍地應(yīng)用于旱地作物的滅茬和水稻的種植作業(yè)中。在旋耕機的使用中，臥式旋耕機占據(jù)了主流，該種旋耕機能夠適應(yīng)多種類型土壤的耕作，翻土、碎土和平整地表在一次性機械作業(yè)中即可完成，但也有漏耕、耕作深度較淺、刀具容易被草纏繞和泥土堵塞等缺點。立式旋耕機具有碎土效果好、耕作深度較深、能實現(xiàn)免耕等優(yōu)點。近些年來，該種機械獲得了快速發(fā)展，本文簡要概述了該種機械的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

一、立式旋耕機的現(xiàn)狀及存在問題

（一）立式旋耕機的工作特點

立式旋耕機一般都通過三點懸掛的機架與拖拉機的液壓懸掛臂相連接，通過拖拉機的液壓升降系統(tǒng)來完成立式旋耕機的起落，動力從拖拉機的輸出軸經(jīng)雙頭萬向節(jié)傳動軸與立式旋耕機的減速器輸入軸相連接，再通過變速箱輸出軸傳遞給垂直傳動軸，垂直傳動軸轉(zhuǎn)動帶動固定刀片的工作部件旋轉(zhuǎn)，立式旋耕刀具在機架的牽引和自身的圓周運動下做復(fù)合運動來切割土壤并使土壤破碎。由于單個旋耕刀具的切削厚度是周期性變化的，所以其所受到的切削阻力也是周期性變化的，多把刀具同時參與切削土壤時，切土時受到切削阻力并不是單個刀具切削土壤時受到切向阻力的代數(shù)之和，而與刀具的排列和布置有關(guān)。

立式旋耕機的傳動系統(tǒng)采用的是減速器和聯(lián)軸器來傳動，也可以采用一排相互銜接的直齒輪機來傳動，精確比高且結(jié)構(gòu)會減小。每相鄰的立式旋耕刀具的運動軌跡，可以根據(jù)農(nóng)藝的要求相互重疊或者有間隔區(qū)域，從而提高了立式旋耕機的適用范圍，該種旋耕機可在秸稈粉碎、根茬粉碎后使用，也可與播種復(fù)合作業(yè)。立式旋耕機由于相鄰旋耕刀的轉(zhuǎn)向相反，抵消了整體機械的工作側(cè)力，消除了臥式旋耕機傳動剛性差的不足，工作更加平穩(wěn)。

（二）立式旋耕機的研究現(xiàn)狀

當前，我國應(yīng)用較為廣泛的旋耕機類型為臥式旋耕機，而立式旋耕機的使用并不是很多。隨著水稻種植在我國北方的迅速增加以及現(xiàn)代化的種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展，立式旋耕機有了廣闊的應(yīng)用前景。立式旋耕機因進給量只影響到碎土質(zhì)量，而不影響到溝底的平整度，有較強的碎土、起漿作用等優(yōu)點，在稻田的水耕中得到了廣泛的使用。

近些年來，在立式旋耕機的研制方面，張敏、吳崇友、陳長林通過對立式旋耕機傳動系統(tǒng)進行了設(shè)計并分析了旋耕刀的運動，得出旋耕機前進的速度只影響旋耕刀碎土質(zhì)量和旋耕刀具存在重復(fù)切削土壤的現(xiàn)象，該現(xiàn)象導(dǎo)致耕作帶土壤細碎不一致；并且解決了常用耕作部件易漏耕和不能適應(yīng)高速作業(yè)的問題。由郭軍義所發(fā)明的一種立式旋耕機，能夠兼具開溝和深耕的作用，工作時對土壤進行垂直旋耕，克服了現(xiàn)有旋耕機存在耗能大、耕深淺的不足。在立式旋耕機的理論分析方面，王敏、李萍萍、王紀章等人通過運用ANSYS/LS-DYNA971對茶園立式旋耕刀具切削土壤的過程進行模擬，得出了刀具切削土壤時的等效應(yīng)力和耗能大小的變化規(guī)律。

（三）立式旋耕機存在的問題

我國立式旋耕機存在的主要問題有：

1.立式旋耕機在工作時，需要提供較大的功率去切削土壤，由此所需的耗能也就很多。

2.由于土壤是一個不穩(wěn)定的三相系統(tǒng)，力學(xué)性能變化很大，當機具的耕深較大時，會對旋耕刀具的強度和韌性提出很高的要求，旋耕刀易出現(xiàn)折斷和彎曲現(xiàn)象。

3.在動力傳輸過程中，萬向傳動軸易發(fā)生損壞，使用壽命不長。

4.立式旋耕機多與大功率拖拉機配套使用，與小功率拖拉機配套使用的體積小、中耕型的立式旋耕機還不多。

近年來，看報道稱，適用于南方的粉壟耕作栽培制度，可大幅度增產(chǎn)，在壟的底部形成U型槽溝，有效聚集天然雨水，提高保水防旱的能力，其原理是深耕、深松。當前，在我國達到深松、深耕的深旋耕機還相對比較少，有關(guān)這方面的理論和研發(fā)還需要進一步的深入。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的進程加快和對耕作要求的進一步提高，具有深耕、深松功能的立式旋耕機將會得到迅猛發(fā)展，成為重要的耕整機械。

二、立式旋耕機的發(fā)展趨勢

結(jié)合當前立式旋耕機出現(xiàn)的耗能大、刀具易損壞和品種單一等問題，以及為了適應(yīng)水稻在北方的種植和現(xiàn)代種植產(chǎn)業(yè)的調(diào)整，立式旋耕機的發(fā)展趨勢有以下幾個方面。

（一）立式旋耕機的耕刀轉(zhuǎn)速得到進一步提高，機具作業(yè)的幅寬進一步加大

耕刀轉(zhuǎn)速的提高能夠提高碎土質(zhì)量，改善刀具的受力狀況；高速的旋轉(zhuǎn)傳動軸，可以配合多種刀具，完成滅茬和整地等多項功能；機具作業(yè)幅寬的加大可以提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，有利于農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)的集約化生產(chǎn)。

（二）立式旋耕機與具有其他作業(yè)功能的機具配套使用

以立式旋耕機作為主要工作部件，當與播種機械相組合時，就可以完成整地、播種的復(fù)合功能；當與施肥機械相結(jié)合時，可以實現(xiàn)整地、施肥等功能，一次性作業(yè)即可完成多種作業(yè)用途，減少了機械的進地次數(shù)，降低了作業(yè)成本，從而提高了生產(chǎn)效率。

（三）立式旋耕機向深松、深耕發(fā)展

深層耕作改善了種植土壤的通透性，打破了常年耕作留下的犁底層，保水保墑。經(jīng)濟類作物常需要耕作深度在20cm以下，這就為立式旋耕機的耕深提出了進一步的要求，耕深的增加需要解決的難點是功率和機組不平衡的問題。目前，耕深分別在 90～120cm 和 30～60cm的間隔窄幅深耕機和全幅深耕機已經(jīng)在有些國家研制出來了。

（四）立式旋耕機的使用將更加注重環(huán)境保護

立式旋耕機在耕作時會產(chǎn)生油污和噪音污染，未來，這方面將得到改善。隨著人們對環(huán)境保護意識的增強，將會更加注重綠色環(huán)保概念，無噪音和無油污的立式旋耕機將會有廣闊的應(yīng)用前景。

（五）立式旋耕機將會智能化、液壓化

隨著電子感應(yīng)元器件在立式旋耕機上的應(yīng)用，該設(shè)備將更加穩(wěn)定、高效率，同時減輕了操作者的勞動強度；液壓驅(qū)動性能良好，可以方便實現(xiàn)無級變速，未來，用液壓驅(qū)動替換拖拉機傳動軸驅(qū)動立式旋耕機，這將會大大簡化機組結(jié)構(gòu)，節(jié)約能耗，提高生產(chǎn)效率。

三、總結(jié)

隨著水稻在北方的種植和現(xiàn)代種植產(chǎn)業(yè)的調(diào)整，立式旋耕機因其工作平穩(wěn)、碎土效果好、耕作深度較深、能實現(xiàn)免耕等優(yōu)點，將會在未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到迅速發(fā)展。結(jié)合當前立式旋耕機出現(xiàn)的耗能大、刀具易損壞和品種單一等問題，立式旋耕機將向?qū)挿⒏咚傩?、多功能?lián)合作業(yè)，以及向深耕、環(huán)保和智能化、液壓化方向發(fā)展。