王帥

摘要：為破解耕地質(zhì)量逐年降低的情況下，能夠打破犁底層的深松機(jī)具迅猛發(fā)展。詳細(xì)介紹振動深松機(jī)的研發(fā)背景、主要類型和作業(yè)優(yōu)勢，為相關(guān)機(jī)具的研究和發(fā)展提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：深松機(jī);原理;振動;自激;強(qiáng)迫

中圖分類號：S233.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2021）06-0078-02

土壤環(huán)境是制約農(nóng)作物增產(chǎn)的最重要因素之一。連年的以旋代耕導(dǎo)致土壤耕層變淺、犁底層變厚。厚硬的犁底層對物質(zhì)的轉(zhuǎn)移、能量的傳遞、作物根系下伸及通氣透水非常不利，嚴(yán)重影響農(nóng)作物生長發(fā)育。為破解由耕作方式引起的耕地質(zhì)量下降難題，能夠打破犁底層的深松機(jī)具迅猛發(fā)展。詳細(xì)介紹振動深松機(jī)的研發(fā)背景、主要類型和作業(yè)優(yōu)勢，為相關(guān)機(jī)具的研究和發(fā)展提供理論借鑒。

1 深松機(jī)的研發(fā)背景

諸多的試驗研究顯示，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作方式的耕深為13～16 cm，對土壤的翻動較為嚴(yán)重，破壞土壤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其蓄水保墑能力下降，內(nèi)部生物數(shù)量不斷減少，輸送養(yǎng)分和水分的能力逐年減弱。同時，傳統(tǒng)耕作需要機(jī)車多次進(jìn)地，使土壤被機(jī)械壓實，降雨時的地面徑流現(xiàn)象十分突出。這些不利變化導(dǎo)致耕地質(zhì)量不斷下降，難以滿足植株生長過程中對水、肥、氣、熱的需求，進(jìn)而引發(fā)作物生長不良（例如抗風(fēng)、抗旱、抗病等能力不足）和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降等問題。以大棚西紅柿生產(chǎn)為例，土壤板結(jié)加重重茬病害，定植后常出現(xiàn)死棵等情況。

為解決這一問題，機(jī)械深松技術(shù)和機(jī)具應(yīng)運(yùn)而生。深松機(jī)可以疏松深層土壤、打破犁底層，只松土卻不翻土，動土量較小，作業(yè)后的耕層土壤整齊不亂，非常適用于土層淺、不適合翻土作業(yè)的地塊。

2 振動深松機(jī)概述

國外從60年代開始研究振動深松作業(yè)技術(shù)及機(jī)具，先后研制出多種結(jié)構(gòu)的振動深松機(jī)。深松機(jī)的主要類型見表1。

與其他機(jī)型相比，振動深松機(jī)的作業(yè)效果有顯著優(yōu)勢。使用振動式深松機(jī)耕作過的地塊，土壤細(xì)碎，土層疏松，孔隙度增大，雨水滲透能力強(qiáng)，蓄水保墑能力提升。振動深松機(jī)具有減阻的優(yōu)勢，但其振動傳遞至拖拉機(jī)，會對拖拉機(jī)駕駛員造成不良影響，使得振動深松機(jī)的推廣受到制約。為此，應(yīng)在振動深松減阻研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究降低振動不利影響的有效途徑，并對其進(jìn)行舒適性、可靠性分析，開發(fā)自平衡式振動深松機(jī)。

3 振動深松機(jī)的類型及優(yōu)勢

振動式深松機(jī)主要有強(qiáng)迫振動式和自激振動式兩種，各自的優(yōu)缺點見表2。

3.1 強(qiáng)迫振動深松機(jī)

強(qiáng)迫振動深松機(jī)的動力來源于拖拉機(jī)后動力輸出軸或者電動機(jī)，周期性振動可降低耕地過程的前推阻力，但需要耗費(fèi)較多能源。加之機(jī)具振動是周期性的，在耕作過程中易把壓碎的土壤重新壓實。

目前，深松作業(yè)是打破犁底層的有效方法，但其作業(yè)過程中牽引阻力大，主要依靠大功率牽引機(jī)具完成作業(yè)，難以適應(yīng)大棚和果園的狹窄環(huán)境。強(qiáng)迫振動深松機(jī)需要減輕拖拉機(jī)牽引質(zhì)量，更適合應(yīng)用于狹窄環(huán)境，是大棚和果園開展深松作業(yè)的首選擇機(jī)型。

大量的試驗研究表明，振動式深松可降低耕地過程的前推阻力，具有減小牽引阻力、碎土能力強(qiáng)的優(yōu)勢。孫亞朋的研究表明，在振幅21 mm、振頻4.2 Hz、前進(jìn)速度3.4 km/h的條件下，與非振動深松相比，其設(shè)計的振動深松機(jī)耕阻最小值和平均值分別減小46.2%和16.6%。

3.2 自激振動深松機(jī)

自激振動深松機(jī)主要由機(jī)架、牽引裝置、自激振動深松裝置和深度控制裝置構(gòu)成，通過彈性元件來產(chǎn)生振動。同強(qiáng)迫式振動機(jī)型一樣，自激振動深松機(jī)能夠降低耕地阻力，加之取消動力式催動，因此能耗損失較少。自激振動深松機(jī)雖然節(jié)能，但深松作業(yè)不夠穩(wěn)定。究其原因，主要有三點：土壤表層不平坦，導(dǎo)致機(jī)具作業(yè)過程中的作用力不均勻;振動系統(tǒng)功能放大;石頭和其他雜物沖擊深松機(jī)的內(nèi)部零件。

自激振動機(jī)構(gòu)由預(yù)緊端蓋、自激振動彈簧、彈簧端蓋、彈簧心軸固定銷軸、彈簧心軸構(gòu)成，彈簧為其核心部件。湯明軍設(shè)計的自激振動機(jī)構(gòu)見圖1。其開展的相關(guān)試驗結(jié)果表明：自激振動深松能使耕層土壤堅實度、密度和容重下降;3個行程的土壤蓬松度和土壤擾動系數(shù)依次為16.47%和55.49%，表明自激振動深松機(jī)的深松效果良好。

4 結(jié)語

深松可以改善土壤質(zhì)量，但深松機(jī)存在阻力大、能耗高的問題。今后，應(yīng)針對各種農(nóng)業(yè)環(huán)境對深松作業(yè)的具體需求，利用田間性能試驗分析影響振動式深松機(jī)作業(yè)效果的主要因素（機(jī)具前進(jìn)速度，深松鏟的振動頻率、振幅等），協(xié)調(diào)功率消耗、發(fā)動機(jī)功率、深松效果的關(guān)系，研發(fā)既能提升作業(yè)效率又能減少作業(yè)消耗的實用深松機(jī)具。

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Analysis of the Types and Advantages of Vibration Subsoiler

WANG Shuai

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to solve the situation that the quality of cultivated land is decreasing year by year， the subsoiler which can break the bottom of plough is developing rapidly. This paper introduces the research and development background， main types and operational advantages of vibration subsoiler in detail， so as to provide theoretical reference for the research and development of related machines and tools.

Key words： subsoiler; principle; vibration; self-excited; enforce

收稿日期：2021-09-15

作者簡介：王 帥（1976—），女，碩士，高級工程師，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的設(shè)計與研究工作。