中耕深松機設(shè)計與試驗

張金輝

(朝陽市農(nóng)機技術(shù)推廣站，遼寧 朝陽 122000)

近年來，為促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，保護性耕作技術(shù)在遼寧各地得到廣泛應(yīng)用。保護性耕作的核心是少動土，但長期少動土易形成堅硬的犁底層[1]，造成土壤板結(jié)，降低土壤水分入滲率，阻礙了作物根系對土壤深層水分和營養(yǎng)的吸取。深松作業(yè)具有不翻轉(zhuǎn)土層、保持原耕層狀態(tài)、改善土壤理化性能等優(yōu)勢[2]，是打破犁底層最有效的技術(shù)措施。深松按作業(yè)期可分為作物種植前深松和作物生長期深松。作物生長期深松即中耕深松，主要指在作物生長期對土壤進行深松耕作，在苗期進行不翻轉(zhuǎn)土層的土壤深松耕作。中耕深松能改善土壤理化性能，減少地表徑流，增加降水入滲，接納伏雨，增加土壤水庫容量，使自然降雨能最大限度地向土壤深層滲透，為作物生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，提高土壤蓄水保墑以及作物抗旱增產(chǎn)及抗災(zāi)避災(zāi)能力[3]，尤其在遼西北風(fēng)沙半干旱區(qū)，苗期深松尤為重要。結(jié)合遼西北風(fēng)沙半干旱區(qū)中耕深松作業(yè)農(nóng)藝要求，針對保護性耕作條件下機具通過性不足、地表殘留土塊大、溝壑容易跑墑等問題，研制一種中耕深松機，為保護性耕作技術(shù)在遼寧的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 中耕深松機設(shè)計

1.1 整體結(jié)構(gòu)

中耕深松機整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該機具在機架前部設(shè)有圓盤切破茬刀，機架后部對應(yīng)位置依次安裝有深松鏟、鎮(zhèn)壓碎土輪、圓盤切刀、深松鏟、鎮(zhèn)壓碎土輪的中心在同一直線上。圓盤切破茬刀、深松鏟、鎮(zhèn)壓碎土輪的橫向位置可調(diào)節(jié)，深松鏟均配有剪切螺栓保護裝置，其上下位置可通過調(diào)整板及調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)，以達到中耕深松農(nóng)藝要求。深松鏟后部裝有鎮(zhèn)壓輪總成，通過鎮(zhèn)壓輪碾壓完成中耕深松后的碎土合墑作業(yè)。

圖1 中耕深松機結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Schematic diagram of intertillage subsoiler

1.2 工作原理

該機與小四輪拖拉機配套，采用后三點懸掛，機具橫梁上對稱安裝3 個深松鏟，既可中耕深松作業(yè)，加裝翼型鏟后又能作為淺層除草的多功能作業(yè)機具。作業(yè)時，拖拉機牽引機具向前行進，圓盤切破茬刀將雜草等切割后開始深松作業(yè)，最后通過鎮(zhèn)壓輪的碾壓作業(yè)完成中耕深松后的碎土合墑。該機一次進地可完成秸稈切割、深松、碎土及土壤鎮(zhèn)壓作業(yè)，作業(yè)效率高、作業(yè)效果好。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

本機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 本機主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of the machine

2 主要零部件設(shè)計

2.1 機架

根據(jù)圓盤切刀、深松部件及碎土鎮(zhèn)壓部件之間的配置以及調(diào)整等要求，機架采用直梁式結(jié)構(gòu)。前橫梁采用100 mm×100 mm×10 mm 方形鋼管，梁上焊接懸掛裝置，圓盤切刀、深松部件及碎土鎮(zhèn)壓部件用螺栓連接在前橫梁上，便于圓盤切刀、深松部件、碎土鎮(zhèn)壓部件的橫向調(diào)節(jié)。

2.2 切茬圓盤刀

切茬圓盤刀通常有切茬圓盤破茬刀和雙片圓盤破茬刀兩種形式。雙片圓盤破茬刀的圓盤之間易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，甚至無法工作，故將切茬圓盤破茬刀設(shè)計為單片圓盤破茬刀形式，如圖1所示。單片圓盤破茬刀不易堵塞，且入土性能較好。

2.3 深松鏟

考慮深松作業(yè)深度，采用中型深松鏟柄，如圖2所示。結(jié)合深松作業(yè)深度及土壤擾動范圍，采用鑿形深松鏟結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖2 中型深松鏟柄Figure 2 Medium subsoiling shovel handle

2.4 碎土鎮(zhèn)壓輪

中耕深松作業(yè)后會出現(xiàn)較深溝壑和較大土塊，容易跑墑，不利于作物生長發(fā)育。普通鎮(zhèn)壓輪難以將土塊壓碎，容易出現(xiàn)較大的土壤間隙。本機具碎土鎮(zhèn)壓輪由輻條和輪軸組成，多個相同輻條均勻焊接在同一根軸上。輻條呈“U”字形，輻條波峰對準(zhǔn)深松溝。作業(yè)時，碎土鎮(zhèn)壓輪滾動，輻條通過滾動壓（擊）碎、鎮(zhèn)壓土壤，達到土層均勻緊實的碎土鎮(zhèn)壓效果。

3 試驗方法與結(jié)果分析

3.1 試驗方法

3.1.1 試驗地條件為驗證中耕深松機的作業(yè)效果，2021年在朝陽市朝陽縣試驗地進行試驗。配套動力選用30 kW小四輪拖拉機，試驗面積13.4 hm2，種植作物為玉米，秸稈覆蓋率達40%。土壤質(zhì)地為壤土，地勢平坦，平均含水率16.2%。作業(yè)情況如圖3所示。

圖3 中耕深松作業(yè)Figure 3 Intertillage subsoil operation

3.1.2 試驗設(shè)計根據(jù)GB/T 24675.2《保護性耕作機械深松機》作業(yè)性能評定指標(biāo)，選取深松深度變異系數(shù)、深松深度穩(wěn)定系數(shù)、碎土率、土壤蓬松度、土壤擾動系數(shù)來評價中耕深松機的作業(yè)性能。拖拉機行駛速度為2.75 km/h，各項指標(biāo)分別測試3 次，測定30，25，20 cm耕深條件對機具作業(yè)性能的影響，取3次試驗結(jié)果的平均值。

3.2 試驗結(jié)果分析

試驗結(jié)果為，樣機的深松深度變異系數(shù)平均值為6.51%、深松深度穩(wěn)定系數(shù)平均值為93.38%、碎土率平均值為37.97%、土壤蓬松度為平均值34.63%、土壤擾動系數(shù)為平均值51.76%。各項測試指標(biāo)均滿足相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)，機具性能可靠，作業(yè)效果滿足設(shè)計要求。