竹林多用途旋耕刀具開發(fā)

楊 勇，楊倩倩，楊 健

（1. 浙江大學 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院，浙江 杭州 310058；2. 湖州興篁林業(yè)科技有限公司，浙江 湖州 313000；3. 浙江省湖州市林業(yè)局，浙江 湖州 313000）

竹林多用途旋耕刀具開發(fā)

楊 勇1，楊倩倩2，楊 健3

（1. 浙江大學 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院，浙江 杭州 310058；2. 湖州興篁林業(yè)科技有限公司，浙江 湖州 313000；3. 浙江省湖州市林業(yè)局，浙江 湖州 313000）

針對竹林生產(chǎn)實際，在調(diào)查研究基礎(chǔ)上，設(shè)計出適合于竹林林地墾復(fù)的旋耕刀具，介紹了這種刀具的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、工作原理和使用效率，并在不同林地和園地中應(yīng)用并與其它刀具進行比較，結(jié)果應(yīng)用效果明顯。

竹林；多用途；旋耕刀具；開發(fā)應(yīng)用；報告

隨著我國經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、現(xiàn)代化進程的不斷加強，林業(yè)從業(yè)人員素質(zhì)的普遍提高，林權(quán)制度改革的逐步深化，農(nóng)村勞動力就業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，在新的歷史條件下，規(guī)?；a(chǎn)、集約化經(jīng)營已是社會進步發(fā)展的必然趨勢[1]。同時，由于勞動力結(jié)構(gòu)變化，勞動力工資也隨之迅速增長，林業(yè)生產(chǎn)成本越來越高，迫切需要在降低勞動強度、提高勞動效率、節(jié)省生產(chǎn)成本上尋找新的亮點和增長點。機械化生產(chǎn)，是滿足這種社會需求的必由之路[2]?；谶@種社會需求，我們對適用于竹林等林地翻耕的多用途旋耕刀具，進行了自主開發(fā)并投入實際生產(chǎn)應(yīng)用取得成功。

1 背景意義

毛竹林翻耕是高效經(jīng)營的一個主要技術(shù)手段，已有近千年的歷史。然而，這種傳統(tǒng)耕作手段由于受山區(qū)地形條件限制和竹林翻耕自身具有地下竹鞭系統(tǒng)復(fù)雜、竹林立竹間隙較小等客觀因素制約，至今沒有一種微小型機械可以替代原來的鐵耙、鋤頭來減輕勞動強度，提高勞動效率。

竹林翻耕刀依托微小型旋耕機械，嫁接相關(guān)旋耕技術(shù)理念，突破普通刀具容易被地下竹鞭纏繞、卡死等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)適宜竹林生產(chǎn)應(yīng)用的新刀具，為竹林機械化經(jīng)營奠定基礎(chǔ)[3~4]。

2 開發(fā)準備

2.1 資料查詢

用旋耕方式進行經(jīng)營，國外起步較早。150多年前，在英、美等國，出現(xiàn)了一種由3 ~ 4 kW內(nèi)燃機驅(qū)動的機械，它們主要用于庭園耕作，這就是旋耕機最初的雛形。此后，直到L型旋耕刀研制成功，旋耕機才真正進入大田作業(yè)[5]。20世紀初，日本人從歐洲引進旱田旋耕機，并經(jīng)過大量的試驗和研究工作，成功研制出適應(yīng)當?shù)厮锔饕蟮膹澋?，解決了刀齒和刀軸的纏草問題。二戰(zhàn)以后，新式旋耕機在日本全國迅速普及，日本農(nóng)業(yè)，得到長足的發(fā)展。中國對旋耕機的研究，始于20世紀50年代末[6]。當時主要研制與手扶拖拉機配套使用的旋耕機，后來又研制出了與中型輪式拖拉機配套的旋耕機。70年代初，我國終于完成了與當時國產(chǎn)各類拖拉機配套的系列旋耕機的設(shè)計，旋耕機開始在北方平原旱田得到大面積的推廣應(yīng)用。旋耕機在我國的發(fā)展，經(jīng)歷了單機研制、發(fā)展系列產(chǎn)品、新產(chǎn)品的開發(fā)和換代三個階段。我國旋耕機的使用范圍不斷擴大，從應(yīng)用最廣的北方旱地，逐漸蔓延到南方水田，牧場、荒地和果林等都有使用旋耕機進行耕耘作業(yè)。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化機械程度的不斷增強，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作效率和效益的不斷提高，傳統(tǒng)旋耕機在我國各地域各種復(fù)雜環(huán)境的推廣使用過程中，逐漸暴露出一些問題。特別是近年來，傳統(tǒng)國產(chǎn)旋耕機的弊端日益突出，已經(jīng)不能有效滿足中國特色的農(nóng)藝要求和生產(chǎn)規(guī)模擴大的需要，成為制約我國旋耕機進一步在全國大范圍普及推廣的難題[7]。傳統(tǒng)旋耕機系列產(chǎn)品大多采用外力牽引式，因受強度以及結(jié)構(gòu)尺寸的限制，功能一直較為單一，配套范圍也僅限于中、小型功率拖拉機，缺少大型和深耕型產(chǎn)品。在實際生產(chǎn)中，牽引拖拉機的動力輸出軸容易損壞；十字萬向傳動軸的使用壽命也比較短；以旱地為使用環(huán)境發(fā)展起來的傳統(tǒng)旋耕機，遇到特殊環(huán)境，旋耕作業(yè)性能不是很穩(wěn)定，且容易纏草；傳統(tǒng)旋耕機的作業(yè)性能，不能完全滿足當前和未來的農(nóng)藝要求[8]。

2.2 現(xiàn)場觀摩

在相關(guān)技術(shù)資料分析的基礎(chǔ)上，我們深入生產(chǎn)一線，對現(xiàn)行大棚經(jīng)營戶使用的汽油動力、柴油動力等多款旋耕機和刀具進行觀摩，并進行了實際操作體驗，綜合評估各種型號旋耕機，重點對刀具進行解剖、比較，分析各自的優(yōu)劣[9]。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)旋耕機的動力狀況、傳動方式、行進過程、刀軸總成、刀具對所耕土地的表現(xiàn)，搜集整理技術(shù)參數(shù)，為新刀具開發(fā)設(shè)計進行技術(shù)準備。

2.3 廠家調(diào)研

重點考察了江蘇常州、無錫、連云港，浙江永康勁力和重慶本田等國內(nèi)旋耕機生產(chǎn)企業(yè)，并與相關(guān)品牌產(chǎn)品的經(jīng)銷商廣泛接觸交流，主要了解銷售業(yè)績、客戶需求、故障率、返修率、市場占有率、網(wǎng)點覆蓋率和售后服務(wù)等相關(guān)情況，綜合分析評估，為選擇動力平臺創(chuàng)造條件。

3 方案構(gòu)想

（1）刀具同軸分左右兩個部分，有6組共24個刀片組成，相互對應(yīng)，方向一致。

（2）每組4個刀片分2對，一對（1、3）向左，一對（2、4）向右，各刀片間呈90度角均勻排列。

（3）左右每組刀片之間間距16 cm，第1組與第2組、第2組與第3組基準刀夾角為30°[10]。

（4）刀片長度為18 cm，基部長12 cm，端部長6 cm，基部12 cm處向左或向右柔性彎曲，基部與端部夾角為133 ~ 137°。

（5）刀片寬3.2 ~ 3.6 cm，厚0.38 ~ 0.42 cm；前端單面開鈍刃，刃口0.1 ~ 0.12 cm。

（6）固定方式與其他刀具相同。

圖1 竹林多用途旋耕刀具設(shè)計方案Figure 1 Design of cutters for multi-purpose rotary tillage

4 動力平臺

根據(jù)刀具的動能、勢能的計算分析和矢量、向量的對應(yīng)因子變化關(guān)系，綜合評估承載體——動力平臺的整機重量、汽缸容積與耦合傳動體的結(jié)構(gòu)、材料科學等諸方面因素，確定以重慶本田FJ500為動力平臺。

5 技術(shù)效果

（1）當主軸順時針方向轉(zhuǎn)動時，6組刀片環(huán)形旋轉(zhuǎn)，左右各有1片刀同時著地，形成前進抓力將泥土翻起。

（2）當其中一片刀遇到縱向或斜切竹鞭時，刀片依靠旋轉(zhuǎn)力量或?qū)⒅癖耷袛?，或?qū)⒅癖迯椷^讓開；隨后，另1組刀片已切入泥土，形成第二級抓力，如此循環(huán)。

（3）當其中一片刀遇到橫向竹鞭而未切斷時，由于刀片端部呈柔性彎曲狀，刀片柔性滑過，不被其套牢或卡死；此時，另一組已觸地，第二級抓力拉動機器繼續(xù)前進。

（4）翻耕平均深度12 ~ 20 cm，用戶可根據(jù)需要自由調(diào)節(jié)。

6 應(yīng)用成效

用機械進行竹林翻耕，與人工翻耕比較，有以下作用：

6.1 降低勞動強度，提高勞力效率

人工翻耕毛竹林，每個技術(shù)熟練、體力好的壯勞力，每天翻耕面積0.02 hm2；用機械翻耕毛竹林，一臺機器配1名操作工，每天翻耕面積0.27 ~ 0.33 hm2，是人工翻耕的10倍以上。

6.2 節(jié)省生產(chǎn)成本，增加竹農(nóng)收入

人工翻耕毛竹林，每人每天工資130 ~ 140元，生產(chǎn)成本6 000元/hm2；機械翻耕毛竹林，1 hm2人工工資600元，油料成本25元，機器折舊成本25元，合計1 350 ~ 1 500元/hm2。由此可節(jié)省生產(chǎn)成本4 500元/hm2，即竹農(nóng)增收4 500元/hm2以上（不含增產(chǎn)性收入）。

6.3 利于規(guī)模經(jīng)營，促進產(chǎn)業(yè)升級

竹產(chǎn)業(yè)是我國林業(yè)行業(yè)的一個重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，隨著農(nóng)村勞力轉(zhuǎn)移和人們生產(chǎn)水平的普遍提高，這個傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)再不提高機械裝備經(jīng)營的技術(shù)水平，將面臨后繼無人的困難局面。用機械進行翻耕，與規(guī)?；?jīng)營相適應(yīng)，與竹產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級相協(xié)調(diào)。經(jīng)營者可以通過林地流轉(zhuǎn)等形式，走規(guī)?；?、集約化、標準化發(fā)展之路，有利于竹產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)經(jīng)營和升級，對促進社會主義新農(nóng)村建設(shè)也將產(chǎn)生積極影響。

7 試驗分析

（1）不同林地刀具使用功效比較見表1。

表1 各種林地刀具使用情況Table 1 Comparison test on different cutters

（2）竹林刀適宜上述所列林地，具有兼容性好、工作效率高、碎土率大等明顯優(yōu)勢。實際操作中，它能夠輕松避開石塊、毛竹伐樁，伸展余地和空間較大。

（3）標準刀雖適宜除毛竹林、雷竹林之外的其它林地使用，但效率低于竹林刀，油耗、碎土率等指標明顯低于竹林刀，且刀片容易在遇到石塊時折斷或彎曲，綜合指標明顯次于竹林刀。

（4）深耕刀只能在蘆筍和大棚換茬時使用，且綜合效率較低、油耗大，在幾種刀具排列最次。

（5）歐式刀雖然在茶園、苗圃地能夠使用，由于作業(yè)寬度等客觀因素的制約，其綜合效率較低。

8 問題與討論

（1）竹林刀是“L”型旋耕刀具的一個變種，它突破了傳統(tǒng)刀具角度、刃角、彎部的柔韌性等方面存在的缺陷，具有較好的兼容性和耐用性，開辟了南方林區(qū)旋耕機應(yīng)用先河，為林業(yè)機械化起到了積極的引領(lǐng)作用。

（2）竹林刀的多用途性，其設(shè)計理念直接來源毛竹林高效經(jīng)營的生產(chǎn)一線，為科研院所和生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)林業(yè)行業(yè)實用新型裝具拓寬了思路，積累了經(jīng)驗，具有很好借鑒意義。

（3）這種多用途刀具，在降低勞動力生產(chǎn)成本上雖然取得了成功，獲得了國家知識產(chǎn)權(quán)局的專利授權(quán)，但技術(shù)上還需要進一步深化。

[1] 楊健，楊倩倩. 竹林經(jīng)營的好幫手——竹蒲頭粉碎機[J]. 世界竹藤通訊，2011，9（2）：38－39.

[2] 楊楚藩. 對竹產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題的探討[J]. 竹子研究匯刊，2000，19（3）：71－75.

[3] 羅華河. 毛竹生物學特性與栽培管理措施中國林副特產(chǎn)[J]. 2004（6）：29－3l.

[4] 楊健. 浙江省湖州市竹產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級探討[J]. 世界竹藤通訊，2009，7（1）：32—34.

[5] 朱煒，楊倩倩，張幼生，等. 毛竹蒲頭電動粉碎機研發(fā)及應(yīng)用初報[J]. 世界竹藤通訊，2011，9（5）：37—39.

[6] 徐灝. 機械設(shè)計手冊（第2，3，4卷）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1991.

[7] 劉星雨，傅萬四，周建波. 我國竹工機械區(qū)域布局及未來走勢分析[J]. 木材加工機械，2012（1）：22－25.

[8] 李廣盛. 一種竹木粉碎機[J]. 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2010（2）：10.

[9] 傅萬四，周建波. 加強自主創(chuàng)新促進竹工機械學科發(fā)展[J]. 林業(yè)機械與木工設(shè)備，2009，37（8）：7－10.

[10] 東北大學《機械零件設(shè)計手冊》編寫組. 機械零件設(shè)計手冊（上冊）[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

Design of Cutters for Multi-purpose Rotary Tillage

YANG Yong1，YANG Qian-qian2，YANG Jian3
（1 College of A griculture and B iotechnology, Zhejiang University, Hangzhou 310 058, China; 2. Huzh ou X inghuang F orestry Science a nd Technology Limited Company, Huzhou 313000, China; 3. Huzhou Forestry Bureau of Zhejiang, Huzhou 313000, China）

Presentations were made on structure, shape, operating principle and the efficiency of cutters for multi-purpose rotary tillage. Comparison tests were conducted on efficiency of the new cutters with others.

bamboo forest; multi-purpose; cutters for rotary tillage; design

S766.2

B

1001-3776（2014）05-0068-04

2014-05-22；

2014-07-15

湖州市科技計劃攻關(guān)項目（2013）

楊勇（1986－），男，浙江湖州人，二級實習指導(dǎo)教師，從事農(nóng)林類專業(yè)教學實踐和園藝植物栽培等工作。