1SX-3000型深松機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

高占文

(遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所, 沈陽(yáng) 110168)

0 引言

耕作土壤是人類(lèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的產(chǎn)物,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)載體,也是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。土壤耕層結(jié)構(gòu)是衡量耕作土壤質(zhì)量的重要指標(biāo),土壤耕層是作物根系分布的主要層次,為作物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分,耕層結(jié)構(gòu)狀況的好壞直接影響到土壤質(zhì)量和土壤生產(chǎn)能力,關(guān)系到作物的產(chǎn)量、品質(zhì)。因此,采用合理的土壤耕作技術(shù)措施,構(gòu)建良好的土壤耕層結(jié)構(gòu)是土壤耕作的基本目的之一,也是提高土壤質(zhì)量和土壤生產(chǎn)力的重要途徑[1-3]。同時(shí),提升有限的耕地資源的生產(chǎn)力,實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)循環(huán)再生產(chǎn),對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。然而,土壤經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的、單一的耕作后會(huì)出現(xiàn)犁底層[4],長(zhǎng)期不合理耕作方式往往導(dǎo)致土壤耕層結(jié)構(gòu)性能惡化,嚴(yán)重影響著土壤質(zhì)量及作物的產(chǎn)量、品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益,已成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題[5]。深耕是機(jī)械的松土作用,能為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造優(yōu)越的條件,是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的有效技術(shù)措施,但深耕時(shí)上、下土層打亂,往往會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)不利的影響[6-8]。深松是保護(hù)性耕作的重要內(nèi)容,其特點(diǎn)是耕作時(shí)超過(guò)常規(guī)耕層深度而不打亂上、下土層,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的增產(chǎn)技術(shù)措施[9]。深松作業(yè)可以打破犁底層并改善土壤透水、透氣性能,為植物根系提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境[10]。雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)深松機(jī)進(jìn)行了深入研究[11-15],但深松機(jī)械作業(yè)仍普遍存在作業(yè)阻力大、土壤松碎效果差等問(wèn)題[16-19]。

為此,針對(duì)深松作業(yè)阻力大、土壤松碎效果差的難題,借鑒國(guó)內(nèi)外的深松技術(shù)研究成果,設(shè)計(jì)了一種深松作業(yè)機(jī)具,旨在為深松機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

深松機(jī)主要由機(jī)架(含懸掛裝置)、深松機(jī)構(gòu)及限深碎土機(jī)構(gòu)等組成,一次進(jìn)地可完成深松、碎土、鎮(zhèn)壓等作業(yè),如圖1所示。

深松機(jī)配套動(dòng)力為 66kW 以上輪式拖拉機(jī),深松鏟組件以人字形左右對(duì)稱排列,深松鏟之間距離為600mm。限深碎土機(jī)構(gòu)兼具深松深度調(diào)節(jié)功能、滾壓碎土功能及設(shè)計(jì)深松深度為35～40cm,可以通過(guò)改變限深碎土機(jī)構(gòu)的安裝角度來(lái)調(diào)整深松作業(yè)深度。該機(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,使用調(diào)整方便。

1.2 工作原理

拖拉機(jī)與機(jī)具三點(diǎn)懸掛系統(tǒng)掛接,拖拉機(jī)向前行進(jìn),同時(shí)操作液壓系統(tǒng)將機(jī)具落下,使機(jī)具置于浮動(dòng)位置;隨著拖拉機(jī)前進(jìn),機(jī)具帶動(dòng)深松鏟入土實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤的深松作業(yè)。通過(guò)調(diào)整深松鏟柄與深松鏟固定板上相應(yīng)孔的不同配合位置及限深碎土連接板與限深碎土機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)孔的不同配合位置,實(shí)現(xiàn)深松作業(yè)的耕深調(diào)整。

1.機(jī)架 2.限深碎土機(jī)構(gòu)鉸接軸 3.深松機(jī)構(gòu) 4.限深碎土機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)軸 5.限深碎土機(jī)構(gòu)外板 6.限深碎土機(jī)構(gòu)圖1 深松機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of this subsoiler

1.3 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

深松機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 本深松機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Main structural parameters of the subsoiler

2 主要工作部件設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架設(shè)計(jì)

機(jī)架由懸掛裝置、前橫梁、加強(qiáng)管、后斜梁、限深碎土機(jī)構(gòu)內(nèi)板、深松鏟固定板、限深碎土機(jī)構(gòu)鉸接孔及限深碎土機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)孔等組成,如圖2所示。懸掛裝置固定在前橫梁、后斜梁上,下懸掛板跨接固定安裝在前橫梁、后斜梁上,確保懸掛裝置的工作強(qiáng)度。后斜梁以“人”字形左右對(duì)稱排列,既增加了機(jī)架強(qiáng)度,又便于深松組件的安裝。內(nèi)側(cè)兩深松鏟固定板固定在后斜梁上,兩外側(cè)深松鏟固定板和限深碎土機(jī)構(gòu)內(nèi)板組成深松鏟固定板,深松鏟柄通過(guò)銷(xiāo)軸固定在兩深松鏟固定板內(nèi);深松鏟固定板設(shè)有多個(gè)深松深度調(diào)節(jié)孔,通過(guò)改變深松鏟柄與深松鏟固定板間的相對(duì)位置來(lái)調(diào)節(jié)深松作業(yè)深度。限深碎土機(jī)構(gòu)鉸接孔、限深碎土機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)孔用于安裝限深碎土機(jī)構(gòu)。

1.加強(qiáng)管 2.上懸掛點(diǎn) 3.下懸掛點(diǎn) 4.前橫梁 5.限深碎土機(jī)構(gòu)鉸接孔 6.限深碎土機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)孔 7.限深碎土機(jī)構(gòu)內(nèi)板 8.深松鏟固定板 9.后斜梁圖2 機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Frame structure diagram

2.2 深松裝置結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)

深松裝置主要由深松鏟、鉸接軸、安全銷(xiāo)及深松鏟固定板等組成。深松鏟固定板固定在對(duì)稱布置的后斜梁上,其上設(shè)有與深松鏟對(duì)應(yīng)的鉸接連接孔、安全連接孔,上部為鉸接連接孔,下部為安全連接孔,通過(guò)鉸接軸、安全銷(xiāo)安裝深松鏟;拆下鉸接軸、安全銷(xiāo)可使鏟柄上下移動(dòng),以滿足不同深松深度作業(yè)的要求。

2.2.1 深松鏟結(jié)構(gòu)

深松鏟主要由鏟柄、鉸接連接孔、安全連接孔、翼板調(diào)節(jié)孔、翼板及鏟刀等組成,如圖3所示。

鏟柄采用彎刀形結(jié)構(gòu),鏟柄上部末端設(shè)有鉸接連接孔,折彎處下端設(shè)有安全連接孔,安全連接孔下設(shè)有多個(gè)翼板調(diào)節(jié)孔,并安裝有翼板,翼張角為75°。在鏟柄的最下端安裝鏟刀,深松鏟入土角為23°,鏟柄材料采用厚度為25mm的Q235鋼板,鏟刀和翼板材料采用65Mn。

2.2.2 過(guò)載安全裝置設(shè)計(jì)

田間深松作業(yè)過(guò)程中,當(dāng)深松鏟遇到超載荷時(shí),極易造成零部件損壞,故安裝過(guò)載保護(hù)裝置十分有必要[20]。該機(jī)采用安全銷(xiāo)損壞式過(guò)載保護(hù)方式,當(dāng)機(jī)具遇超載荷時(shí),安全銷(xiāo)損壞,深松鏟繞鉸接銷(xiāo)向后轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)機(jī)具起安全保護(hù)作用,如圖4所示。

1.鏟 2.翼板 3.翼板調(diào)節(jié)孔 4.安全連接孔 5.鉸接連接孔 6.鏟柄圖3 深松鏟結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of subsoiling shovel structure

1.鏟柄 2.安全銷(xiāo) 3.鉸接銷(xiāo) 4.深松鏟固定板圖4 過(guò)載安全裝置機(jī)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of overload safety device mechanism

2.3 限深碎土裝置設(shè)計(jì)

限深碎土裝置主要由限深碎土輪及連接板等組成。其中,限深碎土輪由輻條、加強(qiáng)圓環(huán)、側(cè)圓板、軸等組成,輻條兩端焊接在側(cè)圓板上,輻條沿周向等距螺旋排列,中間設(shè)有加強(qiáng)圓環(huán),軸位于限深碎土輪中間。軸的兩端通過(guò)軸承與連接板連接,連接板通過(guò)銷(xiāo)軸分別與限深碎土機(jī)構(gòu)鉸接孔、限深碎土機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)孔鉸接,如圖5所示。

3 田間試驗(yàn)與結(jié)果

3.1 試驗(yàn)條件

1)試驗(yàn)地狀況:試驗(yàn)地為300m×100m區(qū)域,前茬作物為玉米,有少量秸稈覆蓋,土壤質(zhì)地為壤土,堅(jiān)實(shí)度為 38.6kg/cm2,土壤平均含水率為16.2%。

2)試驗(yàn)設(shè)備:東方紅-904型拖拉機(jī)、1SX-3000型深松機(jī),土壤緊實(shí)度測(cè)量?jī)x,電熱式恒溫鼓風(fēng)干燥箱,皮尺,電子秤,卷尺等。

3)機(jī)組狀態(tài):試驗(yàn)樣機(jī)與其配套機(jī)具應(yīng)有良好的技術(shù)狀態(tài),按產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)安裝,并將機(jī)組調(diào)整至正常工作狀態(tài)。

1.輻條 2.加強(qiáng)圓環(huán) 3.側(cè)圓板 4.軸承 5.軸 6.連接板圖5 碎土裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structural diagram of soil crushing device

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布的 GB/T 24675.2-2009《保護(hù)性耕作機(jī)械深松機(jī)》[21]中作業(yè)性能評(píng)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、土壤蓬松度和土壤擾動(dòng)系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)1SX-3000型深松機(jī)的作業(yè)質(zhì)量。

整機(jī)田間試驗(yàn)地位于鐵嶺市昌圖縣,如圖6所示。拖拉機(jī)行駛速度為2.42km/h,耕深為 30、35、40cm 3種條件下對(duì)實(shí)施深松作業(yè)的機(jī)具性能進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如表2所示。

圖6 田間試驗(yàn)Fig.6 Field experiment

由試驗(yàn)結(jié)果可知: 該機(jī)深松深度變異系數(shù)平均值為6.88%,深松深度穩(wěn)定系數(shù)平均值為93.12%,碎土率平均值為37.07 %,土壤蓬松度平均值為35.59%,土壤擾動(dòng)系數(shù)平均值為53.07%,各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均能滿足相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),機(jī)具性能可靠,作業(yè)效果滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

1)本深松機(jī)的深松鏟組件采用人字形左右對(duì)稱排列,能夠在秸稈覆蓋條件下對(duì)土壤進(jìn)行松土改良,滿足秸稈覆蓋條件下深松作業(yè)的農(nóng)藝要求。

2)田間試驗(yàn)表明:拖拉機(jī)行駛速度為 2.42km/h條件下,深松深度變異系數(shù)平均值為6.88%,深松深度穩(wěn)定系數(shù)平均值為93.12%、碎土率平均值為37.07%,土壤蓬松度平均值為35.59%,土壤擾動(dòng)系數(shù)平均值為53.07%,各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均能滿足相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),機(jī)具性能可靠,作業(yè)效果滿足設(shè)計(jì)要求。