甘夢陽，朱加繁，夏 宇，喻自榮，劉泊遠(yuǎn)，彭繼文，張汝坤　(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650201)

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云南紅河哈尼梯田區(qū)域傳統(tǒng)蓄力犁研究

甘夢陽，朱加繁，夏 宇，喻自榮，劉泊遠(yuǎn)，彭繼文，張汝坤*(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650201)

云南哈尼族根據(jù)自己的地理環(huán)境，結(jié)合當(dāng)?shù)氐奶萏镂幕?，發(fā)明了適合自己耕作的哈尼族蓄力犁，并使其成為哈尼族農(nóng)耕文化的經(jīng)典代表。研究哈尼族蓄力犁的演變及特點有助于保護(hù)哈尼梯田世界文化遺產(chǎn)，通過對其外形實際尺寸測量及結(jié)構(gòu)分析，找到其結(jié)構(gòu)特點；研究力學(xué)性能、工作特性有助于對這種傳統(tǒng)的耕作工具進(jìn)行保護(hù)和復(fù)原。

1哈尼族蓄力犁簡介

哈尼族蓄力犁是一種輕便的短曲轅犁，是由古代的江東犁演變而來的[1]。哈尼族蓄力曲轅犁的主要功能是翻土、耕地。曲轅犁主要分為犁架和犁鏵兩部分，犁架主要由木材來制作，犁鏵由鐵來做成。制作工藝較簡單：犁架多采用楗、梢等來連接固定，這樣不僅輕便靈活，而且更堅固耐用；犁鏵采用鐵制冶煉、捶打來實現(xiàn)，犁鏵鋒利，有利于耕作。

1.1哈尼族蓄力犁的改進(jìn)農(nóng)具的改進(jìn)以及廣泛采用，對唐朝農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起了重要作用。唐以前笨重的長直轅犁，回轉(zhuǎn)困難，耕地費力。哈尼族農(nóng)民在長期生產(chǎn)實踐中，根據(jù)他們所處的地理環(huán)境、生活空間、梯田的特殊地域分布，創(chuàng)造出了適合自己耕作的哈尼族蓄力曲轅犁[2]。

哈尼族蓄力犁的整個犁體要比其他少數(shù)民族的蓄力犁小，哈尼族蓄力犁的犁底和犁柄是連成一體的，這大大減小了犁的整體尺寸，這樣便于在梯田里耕作，由于梯田處于山上地段，農(nóng)民們扛犁比較費力，所以，哈尼族的蓄力犁整體尺寸比起其他的蓄力犁來說就要小一些。

1.2哈尼族蓄力犁的構(gòu)造哈尼族蓄力犁也是由唐朝的曲轅犁演變而來的[3]，犁部件的名稱大多數(shù)沒有變化，一部分部件根據(jù)自己的耕作情況有了明顯的變化，哈尼族蓄力犁各部件名稱見圖1。

圖2為三維繪制的哈尼族蓄力犁，其具體尺寸比例見圖3。

2哈尼族蓄力犁結(jié)構(gòu)分析與研究

2.1力學(xué)體系哈尼族蓄力犁的主要力系有：牛的牽引力F牛、犁自身的重力G、土壤阻力f1、各連接處的摩擦力f2、人的作用力F人、力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩M[4]，其受力分布見圖4。

2.2平衡穩(wěn)定性分析蓄力犁在工作過程中可以近似看成勻速運動狀態(tài)，平方向合力為0，所以其受到的牽引力與阻力是一對平衡力：F牛+F人=F阻。 將3個力分解以后得到水平方向： F1+F3=f阻； 豎直方向：F2+F4=Fn。

自身重力和土壤支持力是一對平衡力G=F5。在水平方向上：F1+F3-f=0，合力為0，故一般做勻速運動； 在豎直方向上：F2+F4+F5-G-Fn=0，合力為0，使犁在豎直方向處于平衡狀態(tài)，耕作時不會出現(xiàn)上下浮動。由于受到的牽引力和人的作用力對犁產(chǎn)生力矩M1、M2，故土壤阻力對犁也有一個力矩M3，3個力矩平衡：M1-M2-M3=0。在工作過程中不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)，這使得犁、牛、土壤和人在耕作過程中處于一個動態(tài)平衡中，使得耕作順暢，保證耕作質(zhì)量。

3有限元分析

3.1工作部件有限元分析從圖5分析，犁體受力主要是在分土的兩側(cè)，容易產(chǎn)生變形，導(dǎo)致耕作效果不好。

從圖6可知，金屬部件受力主要集中在犁體的兩側(cè)，會引起變形，但是變形不大，對工作效果影響不大。

3.2犁轅有限元分析犁轅主要是將牛的拉力傳遞到犁架的一個部件，承受牛的拉力和耕作過程中犁架其他部件給予的多方作用力。

圖7中犁轅受力主要有來自牛的拉力F牛以及來自犁箭和犁梢的反作用力F反。在工作時犁轅受力F牛方向與水平方向有一定角度，其夾角一般與牛的體形有關(guān)，但由于哈尼族地區(qū)蓄力用耕牛體形大體相同，所以F牛與水平面夾角角度總體變化不大[5]。根據(jù)分析，犁轅在受力時會發(fā)生一定的變形，由于F牛方向向上，在力的作用點處位移最大，會上下擺動，在耕作過程中由于犁轅上下擺動，會出現(xiàn)耕深不一致情況。但是由于實際工作過程中也會隨時調(diào)整犁梢來調(diào)整耕深，所以犁轅受力上下對蓄力犁整體工作影響不大。

從圖7中可以看出，應(yīng)力和應(yīng)變不大，故不會出現(xiàn)犁轅斷裂情況。這是由于人們在長期實踐過程中逐漸積累改進(jìn)的結(jié)果，對于犁轅的選材和粗細(xì)都經(jīng)過了長期時間和實踐的檢驗。

3.3犁箭的有限元分析哈尼族蓄力犁的犁箭主要有2個作用，一是固定犁壁，二是連接犁轅和犁梢。所承受的力有3個，一個是犁轅給予的作用力，一個是犁壁給予的，一個是犁梢給予的。其最主要的力是犁轅給予的一個拉力F。具體受力作用下的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)鐖D8所示。

圖8顯示，犁箭在犁轅給與的主要拉力F下，發(fā)生的變化就是向前位移，應(yīng)變最大的就是上部，和犁轅接觸的地方會有最大的變形。蓄力力犁架由于是木材，在連接地方一般用楔子加以固定，由于這個部分受力較大，楔子容易受到擠壓松動，所以要經(jīng)常加以固定。犁箭和犁壁連接的地方受到的作用力較小，變形幾乎可以不計。

從圖8中可以看出，犁箭的整體尺寸上下一致，在受力最大的地方也沒有出現(xiàn)破壞，在工作過程中不會出現(xiàn)斷裂破損情況，整體尺寸已經(jīng)足夠工作需要。

3.4犁梢的有限元分析犁梢是犁架中一個重要部分，是工具與人之間的一個連接，在工作過程中直接將工作時遇到的地面情況反饋給人，便于人及時做出調(diào)整。哈尼族蓄力犁的犁梢是將一般的犁底和犁梢合二為一，形成一個整體，這樣可以減少連接，避免更多的磨損，同時在力的傳遞上更加直接，也減少了犁架內(nèi)部的摩擦力。哈尼族蓄力犁的犁梢上有2個主要的工作部件，一個是犁箭，一個是犁鏵(犁镵一般固定在犁底上)。主要承受3個力，犁鏵的作用力，犁箭的作用力以及人的作用力。具體受力作用下的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)鐖D9所示。

圖9顯示，犁梢受力以后的應(yīng)力應(yīng)變及位移情況，犁梢在受力時，將其簡化為來自人的作用力，以及犁鏵的阻力(將其簡化為固定作用力)，其主要作用結(jié)果是犁梢在人握持的地方容易發(fā)生位移，變化較大，容易前后擺動，影響作業(yè)效果，會出現(xiàn)耕深不一樣情況；應(yīng)力應(yīng)變主要集中在彎曲位置，因此在設(shè)計時要將這個地方進(jìn)行加粗處理，防止由于應(yīng)力過大出現(xiàn)斷裂。哈尼族蓄力犁在長期實踐過程中已經(jīng)將這個地方進(jìn)行加粗處理，這是長期實踐和無數(shù)次經(jīng)驗教訓(xùn)的結(jié)果。所以傳統(tǒng)農(nóng)具在設(shè)計上已經(jīng)將最易損壞的地方進(jìn)行強化處理，是現(xiàn)代設(shè)計中值得借鑒和學(xué)習(xí)的。

3.5哈尼族蓄力犁整體有限元分析哈尼族蓄力犁其結(jié)構(gòu)特點具有典型的稻田耕作犁的特點[6]，其發(fā)展過程中也借鑒了其他蓄力犁的特點，其犁轅沒有曲轅犁那么彎曲，但是其犁轅有一定的彎曲，并且朝下，其受力和曲轅犁一樣，所以也屬于曲轅犁。由于木材和工匠制作犁轅技術(shù)的不一樣，每個民族制作的蓄力犁都有不同，帶有各自民族的特點。其具體受力有限元分析如圖10所示。

從圖10中可以看出，哈尼族蓄力犁在工作過程中應(yīng)力應(yīng)變都不大，其結(jié)構(gòu)完全滿足工作需要，由于在單個結(jié)構(gòu)分析時其部件會出現(xiàn)一定的位移，在整體結(jié)構(gòu)中內(nèi)部作用力相互抵消，可以看作一個整體，所以應(yīng)力應(yīng)變最容易發(fā)生在切土碎土部件，因為這個部件直接與土壤接觸，也是力的最直接做工點。由圖10可以看出，犁鏵發(fā)生位移會最明顯，在工

作時，其承受的力碰撞是最大的，所以這個部件也是最容易磨損的。故在現(xiàn)代犁的設(shè)計上對于犁鏵的研究也是最深入和最多的。

4結(jié)語

當(dāng)前，我國對文化遺產(chǎn)的保護(hù)正在加強，但是很多地方由于當(dāng)?shù)厝嗣駥@些珍貴的文化遺產(chǎn)認(rèn)識不足、保護(hù)不足造成了很多珍貴的農(nóng)具已經(jīng)不再存在。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)具正在快速消失，現(xiàn)在已經(jīng)幾乎沒有人會用傳統(tǒng)的犁耙等傳統(tǒng)的農(nóng)具，對傳統(tǒng)農(nóng)具的研究和保護(hù)迫在眉睫[7]。云南的哈尼梯田成為世界文化遺產(chǎn)，讓梯田更加有文化意義，研究哈尼梯田傳統(tǒng)蓄力犁使梯田更加具有農(nóng)耕氣息，是梯田保護(hù)的一個方式。

此外，該課題的研究方法及研究成果對其他地區(qū)少數(shù)民族的傳統(tǒng)農(nóng)具研究也有重要的借鑒意義。

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摘要云南紅河哈尼梯田傳統(tǒng)蓄力犁是哈尼梯田文化中的重要內(nèi)容，是農(nóng)耕文化的代表。從云南紅河哈尼梯田區(qū)域傳統(tǒng)農(nóng)具發(fā)展歷史、類型、結(jié)構(gòu)特點、力學(xué)性能和工作特性上進(jìn)行研究，從結(jié)構(gòu)上了解和研究了犁的特點，對哈尼族傳統(tǒng)蓄力犁的保護(hù)有重要意義。同時，對哈尼梯田傳統(tǒng)蓄力犁的研究有助于保護(hù)珍貴的文化遺產(chǎn)。

關(guān)鍵詞哈尼族；梯田；傳統(tǒng)蓄力犁

Study on Traditional Pactrometer Plow in Hani Terraced Area, Honghe, Yunnan

GAN Meng-yang, ZHU Jia-fan, XIA Yu, ZHANG Ru-kun*et al(School of Engineering and Technology, Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201)

AbstractThe traditional pactrometer plow is important content in Hani terrace culture, also is the representative of farming culture. This thesis focuses on the development history, types, structural characteristics, mechanical properties and operating characteristics of traditional tools in Hani terraced area, Honghe, Yunnan, and try to understand and study the plough from the structure characteristics, which has important significance for the protection of Hani traditional plough. The research of traditional plough in Hani terraced area will help to protect the precious cultural heritage.

Key wordsHani minority; Terrace; Traditional pactrometer plow

收稿日期2015-04-28

通訊作者

作者簡介甘夢陽(1989- )，男，河南鄧州人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程。*，教授，碩士生導(dǎo)師，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械研究。

基金項目云南省云南農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新項目(2013KF030)。

中圖分類號S 222.11

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2015)18-322-04