1SZ—180型偏心式振動深松機的設計與試驗

劉從京 李傳友 李問盈 王憲良 鄭侃 李留明 胡宏男

摘要：設計一種偏心四桿機構式振動深松機，優化整機參數，并進行田間對比試驗。結果表明，深松深度超過 35 cm 時，與非振動深松機相比，拖拉機滑轉率減少23%～37%，振動深松可有效降低機具牽引阻力。

關鍵詞：振動深松；偏心式振動；深松降阻；深松鏟；偏心四桿機構；機具牽引阻力；降低

中圖分類號： S222文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）10-0193-03

深松整地有利于農田土壤改良、提高糧食綜合生產能力、實現生產和生態雙贏，是促進農業可持續發展的重要舉措[1-2]。2015年，國務院總理李克強在《求實》雜志上發表文章，要求大力推廣深松作業。我國在深松方面已有多年的研究經驗，獲得了一批先進技術成果，研發了全方位、鑿式、翼鏟式、振動式、鵝掌式等多種類型深松機，不同深松機具因結構、特點不同，作業性能也存在一定差異，這些深松機在市場上很常見。部分深松裝備雖然結構、外形先進，但存在作業質量不高、可靠性較低、區域適應性較差等問題[3-5]。本研究針對上述問題，結合華北一年兩熟區農業特點，研制出一種基于偏心四桿機構的振動深松機。

1整機結構與工作原理

1.1整機結構

偏心式振動深松機主要由機架、變速箱、偏心機構、深松鏟、限深輪和切土輪等組成（圖1），其與傳統深松機最大區別在于通過周期性機械振動驅動深松，可有效降低深松阻力，并能減小土壤擾動，提高作業速度[6-7]。

偏心式振動深松機主要技術參數：配套動力50～70 kW，整機質量260 kg，最大作業幅寬1 800 mm，作業行數為4行，行距為450 mm，最大入土深度450 mm，深松鏟入土角23°，作業效率0.4～0.8 hm2/h，外形尺寸（長×寬×高）1 200 mm×1 950 mm×15 500 mm。

1.2工作原理

振動深松機通過裝在前部的切土輪切斷作物秸稈、雜草或板結的地表，既可防止深松時板結的表層土壤翻轉，減少水分蒸發，又能防止雜草和秸稈纏繞堵塞鏟柄，減小深松鏟鏟柄的前進阻力[8]。動力經變速箱傳到從動軸，從動軸的轉動帶動與從動軸通過花鍵配合的偏心花鍵套的轉動，偏心花鍵套的轉動使得大連桿中心繞從動軸轉動，偏心花鍵套的周期性轉動帶動大連桿、連桿支撐架及中間鏟柄周期性振動，從而使得安裝在鏟柄上的深松鏟產生周期性振動。偏心軸與從動軸通過中間雙排鏈聯軸器聯接，將動力由從動軸傳到偏心軸，偏心軸的周期性轉動引起小連桿中心繞從動軸作周期性轉動，偏心軸的轉動帶動小連桿、連桿支撐架及兩側深松鏟作周期性振動[9-10]。

2關鍵部件的設計

2.1偏心機構的設計

偏心式振動深松機采用將由變速箱沿水平橫向輸出的轉動轉變成深松鏟沿豎直方向上的周期性振動（圖2），深松機所需要的牽引力F較大，且牽引拖拉機工作時輸出的轉矩T在額定轉矩范圍內基本恒定，由T=FL得知，曲柄桿長L應盡可能取短些，才能保持曲柄的動力足夠大。為了增加機構的可靠性及制造精度，由發動機曲柄連桿機構啟發，所以將曲柄機構優化為偏心機構，偏心距取8 mm[11-12]。

2.1.1偏心軸的設計

振動深松機左右兩側深松鏟由變速箱通過從動軸和中間的雙排鏈聯軸器將動力傳遞到偏心軸（圖3），偏心軸的周期性轉動帶動小連桿中心繞偏心軸中心作周期性回轉運動，使得小連桿、連桿支撐架及鏟柄產生周期性振動。本機設計的偏心距為8 mm，由于偏心軸所受由深松阻力產生的徑向載荷和振動載荷較大，所以采用兩端軸承座支撐，軸承采用單列深溝球軸承。

2.1.2偏心花鍵套的設計

振動深松機中間兩深松鏟直接由變速箱從動軸通過偏心套（圖4）帶動大連桿，從動軸的轉動帶動偏心套中心軸的周期性回轉運動，偏心套中心軸的轉動引起大連桿中心的轉動，從而帶動大連桿支撐架和中間鏟柄的周期性振動，將動力通過連桿支撐架傳遞到中間兩深松鏟上。

2.2傳動系統設計

2.2.1中間兩深松鏟

本機是將動力從變速箱傳到從動軸，由從動軸帶動從動軸上的偏心套（圖5中的桿1）轉動，偏心套的轉動引起大連桿（圖5中的桿2）的中心的回轉運動，大連桿自身又繞著偏心套轉動，從而使得深松鏟連接架（圖5中的桿3）擺動，從而引起固聯在深松鏟連接架上中間兩深松鏟（圖5中的桿4）的運動[6，13-14]。

2.2.2兩側深松鏟

變速箱從動軸的轉動，帶動從動軸上內花鍵鏈輪的轉動，通過雙排鏈聯軸器將動力傳遞到偏心軸上，通過偏心軸（圖5中的桿6）的轉動，帶動偏心軸上小連桿（圖5中的桿7）中心的回轉運動，同時小連桿又繞偏心軸偏心處的中心回轉，從而帶動深松鏟連接架（圖5中的桿8）的運動，然后將動力傳遞到鏟柄上，最終使得兩側的深松鏟產生周期性振動。

2.3深松鏟

深松鏟是深松機的核心部件，深松鏟的工作性能直接決定深松效果。本機選用深松鏟為尖頭鑿型鏟，因深松作業耕作土層堅硬，深松鏟所受土壤摩擦力大，深松鏟易因磨損而影響工作效果，為了便于深松鏟因磨損失效進行更換，采用螺栓將深松鏟固定到鏟柄上。影響深松鏟工作的主要參數為深松鏟的入土角α、深松鏟的翼張角及深松鏟的幅寬，深松鏟的入土角越大、翼張角越大、深松鏟的幅寬越大，深松阻力越大，松土效果越好，功耗越大。本機選用深松鏟入土角為23°，翼張角為70°，鏟翼寬度為70 mm（圖6）[2，4]。

[JP+1]鏟柄為板式中型深松鏟柄，鏟柄上端均勻分布有8個間距為40 mm的等距通孔，通過螺栓與連桿支撐架相連接，與限深輪一起配合可調節耕深。為了減小前進阻力，此處將深松鏟柄前端設計為楔形，楔形面夾角為45°，增加入土性能。

3試驗設計與田間試驗

田間試驗地位于山東省鄆城縣工業園區水滸東路南 3 km 處，試驗地經玉米秸稈粉碎還田，秸稈覆蓋量3.4～41 kg/m2，地表平坦。拖拉機為雷沃950，主要測定振動與非振動牽引下深松溝形的差異并觀察拖拉機的滑轉現象。拖拉機牽引速度為2.69 km/h，輸出轉速為750 r/min，耕深為 25～38 cm依次遞增，通過控制拖拉機后輸出軸是否轉動，測取振動深松機較非振動深松機溝形的差異及拖拉機的滑轉率（圖7）[15-18]。

4結果與分析

振動深松和非振動深松機的溝形的差異很大，隨著溝槽深度的減小，溝槽寬度差異逐漸增大，振動深松和非振動深松溝槽的寬度都隨著溝槽深度減小逐漸加大，但在同等深度時，非振動深松較振動深松溝槽寬度大，且振動深松表層土壤擾動較非振動深松明顯減小，地表相對平整，沒有翻土現象，溝底形成鼠道，有利于保存水分，蓄水保墑。

在耕深為38 cm時，振動深松機出現輕微滑轉，而非振動深松機則出現明顯“趴窩”滑轉現象，加大油門時，伴有濃烈的黑煙，拖拉機無法正常工作；提升機具，再次試驗時，“趴窩”滑轉現象依舊明顯（表2）。

5結論

偏心式振動深松機結構簡單緊湊，深松效果較傳統深松機得到進一步提升。本機通過振動進行深松，與非振動深松機相比，可有效降低牽引阻力，較非振動深松機阻力縮小。振動深松機較非振動深松機土壤擾動小，保水保墑效果更好。

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