咸培棟　高威

摘 要：振動深松機是現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)耕整地設(shè)備，其在優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)方面優(yōu)勢明顯。通過對振動深松機和普通深松機械的對比，說明了振動深松機在結(jié)構(gòu)和原理上的優(yōu)勢和振動產(chǎn)生的常見原理，并分析了現(xiàn)階段振動深松技術(shù)存在的不足。

關(guān)鍵詞：振動深松機；優(yōu)勢；原理

中圖分類號：S222 文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.057

由于輪式農(nóng)業(yè)機械的大量使用，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)地區(qū)的耕地土壤被逐年壓實，在傳統(tǒng)的翻耕作業(yè)下，耕地土壤的輸送深度始終維持在同一水平上，導(dǎo)致在傳統(tǒng)耕作深度之下形成了非常堅實的犁底層，犁底層的存在影響了作物根系的生長和水分養(yǎng)分的積累，不利于農(nóng)業(yè)的長久發(fā)展。為解決這一問題，深松整地技術(shù)近年來被廣泛地推廣和應(yīng)用起來，通過深松整地來打破犁底層，能夠有效地改善土壤的耕層結(jié)構(gòu)，從而提高土壤的蓄水抗旱和養(yǎng)分積累能力。傳統(tǒng)的深松機通過鏵式犁結(jié)合深松鏟完成對犁底層的打破工作，這種依靠拖拉機牽引力來實現(xiàn)的深松方式目前存在著一定的弊端和不適應(yīng)性，針對這一問題，我國農(nóng)機部門加大了對新型振動深松機的研發(fā)和推廣力度。

1 傳統(tǒng)深松機的作業(yè)弊端

傳統(tǒng)的深松機多采用非振動形式，通過拖拉機的牽引作用利用固定在深松機下端的深松鏟完成對土壤的切割、破碎和提升工作。當(dāng)深松鏟向前運動時，由于切削力的作用，犁底層在鏟尖和鏟柄等位置被分割破碎，同時呈現(xiàn)一定的翻動效果。由于傳統(tǒng)深松是利用剛性結(jié)構(gòu)打破犁底層，深松鏟在工作時必須受到摩擦阻力、剪切阻力、下壓力等多種阻力作用，所以必須使用大馬力拖拉機或適當(dāng)減小深松鏟的數(shù)量，才能保證深松作業(yè)的有效完成。相關(guān)研究表明，由于固定式深松鏟在作業(yè)時的速度很慢，只能起到基本的破壞犁底層的作用，實際對土壤的細碎能力十分有限，最終的深松效果會在耕地土壤中形成很多未被細碎的小土塊，不利于播種作業(yè)的進行。

2 振動深松機作業(yè)優(yōu)勢分析

2.1 牽引阻力小

振動深松機的深松鏟在作業(yè)的過程中帶有一定的振動效果，由于振動作用的存在，使破碎土壤過程中的部分阻力被振動作用提前消除，同時為深松鏟提供更為有利的切削條件，在很大程度上降低牽引的阻力。在深松鏟對土壤進行切割的過程中，由于振動所產(chǎn)生的垂直方向加速度效應(yīng)，使土壤在向上翻動的過程中并不是始終與鏟面貼合，而有部分土壤彈離鏟面，這就在一定程度上減小了深松鏟在水平方向上的前進阻力。相對于非振動形式的深松機，設(shè)計合理的振動深松機在相同速度的作業(yè)條件下，能夠節(jié)省功率消耗達20%以上。

2.2 土壤細碎程度高

實驗表明，在進行普通深松作業(yè)的過程中，由于不同區(qū)域土壤密度的不同，會導(dǎo)致深松鏟所受的阻力不斷變化，這就使深松鏟工作時的剪切力對土壤的作用范圍不斷變化，很容易造成土壤細碎不均勻的問題，這跟牽引阻力的不斷變化是有直接關(guān)系的。而采用振動形式的深松鏟，不僅有效減小了牽引阻力，更有效降低了土壤密度的不均勻?qū)恳枇Φ淖兓陀绊?，由于振動作用不僅土壤更加細碎，還使深松鏟對土壤的切割速度和作用力始終維持在較小的變化范圍內(nèi)，有效保證了土壤深松的均勻程度。

3 振動種類及原理

振動深松機按照工作原理可分為強迫振動深松機和自激振動深松機兩類，其基本工作原理如下。

3.1 強迫振動深松機

強迫振動深松機所產(chǎn)生的振動通常是通過拖拉機的后動力輸出軸或驅(qū)動電機所提供的周期性振動，振動可通過帶有沖擊性運動的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。例如，凸輪、曲柄連桿機構(gòu)或是偏心輪機構(gòu)都能夠產(chǎn)生一定形式的周期性振動，當(dāng)深松鏟受到牽引力作用而前進時，振動機構(gòu)可以帶動鏟體一同振動，從而實現(xiàn)削弱牽引阻力的作用。

強迫振動所產(chǎn)生的周期性振動，雖然能夠有效降低深松過程中的工作阻力，在一定程度上提升了深松作業(yè)的碎土效果，但是在牽引阻力降低的同時，也必須消耗更多的能源來為振動系統(tǒng)提供動力，因此，強迫振動在節(jié)能方面的優(yōu)勢不算明顯。由于強迫振動方式所產(chǎn)生的振動是具有周期性特點的，這種振動所產(chǎn)生的周期性沖擊也容易將已經(jīng)細碎的土壤再次壓實，從而降低深松作業(yè)對土壤的細碎效果。

3.2 自激振動深松機

自激振動是振動深松機的一種新型式，它通過使用彈性元件使深松機產(chǎn)生自激振動，從而產(chǎn)生與強迫振動深松機類似的降阻效果，由于取消了動力提供的振動方式，作業(yè)過程中的能耗大幅降低，現(xiàn)階段的自激振動深松機技術(shù)尚處于研究階段，而能夠產(chǎn)生自激振動的因素主要包括以下幾點：一是由于地表不平或耕層密度不均勻，使深松結(jié)構(gòu)的作用力不斷發(fā)生變化，帶動深松機構(gòu)局部位移變化而引發(fā)系統(tǒng)的振動；二是將拖拉機的運行振動經(jīng)過機械設(shè)計進行放大而產(chǎn)生的系統(tǒng)振動；三是耕地中的石子、雜物等對深松零件產(chǎn)生的突發(fā)沖擊引起的振動。自激振動式深松機具雖有降阻節(jié)能的優(yōu)點，但降阻效果不如強迫振動的明顯，同時也具有不穩(wěn)定的缺點。

總之，振動深松機相對于普通深松機械而言在作業(yè)效果上具備顯著的優(yōu)勢，但現(xiàn)階段的相關(guān)技術(shù)研究和應(yīng)用仍不廣泛，且在振動機理和能源消耗的匹配關(guān)系上仍需要更細致的探索與研究，相信隨著技術(shù)的不斷進步，振動深松機一定能為農(nóng)業(yè)耕整地作業(yè)提供更大的幫助。