振動深松機的原理及技術(shù)優(yōu)勢分析

徐貴有 任德元

摘要：深松作業(yè)是在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作基礎(chǔ)上進行的新技術(shù)，有利于打破傳統(tǒng)耕作產(chǎn)生的犁底層，并顯著優(yōu)化耕地的土壤結(jié)構(gòu)，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長久發(fā)展。通過介紹振動深松機與傳統(tǒng)深松作業(yè)的區(qū)別與優(yōu)勢，說明了振動深松的基本原理和常用機型的作業(yè)特點，總結(jié)了現(xiàn)階段存在的技術(shù)問題，并對振動深松技術(shù)的發(fā)展提出了展望。

關(guān)鍵詞：振動深松機;原理;技術(shù);優(yōu)勢

深松整地作業(yè)是現(xiàn)代化保護性耕作的重要組成部分，能夠在盡量小的翻動土層的情況下，實現(xiàn)打破犁底層和增加耕作深度的目的，幫助土壤形成虛實結(jié)合的耕層結(jié)構(gòu)，進而提高土壤的蓄水保墑能力。在眾多的技術(shù)優(yōu)勢下，深松作業(yè)的覆蓋面積逐漸增加，也使越來越多的農(nóng)民認可了深松整地這一新方式。但是傳統(tǒng)的機械化深松存在著所需動力大、能源消耗高等缺點，使深松作業(yè)必須在較大的牽引阻力下進行，無形中增加了耕整地作業(yè)的經(jīng)濟成本。因此，減少深松作業(yè)中的牽引阻力和能源消耗是深松作業(yè)技術(shù)提升的關(guān)鍵問題。振動深松機作為近年來有效優(yōu)化深松作業(yè)過程的先進機型，其工作原理和作業(yè)品質(zhì)得到了農(nóng)機研究人員和農(nóng)民的認可，并在一定程度上實現(xiàn)了推廣和使用。

1工作原理分析

傳統(tǒng)的深松機械主要工作部件為普通深松鏟，其在工作過程中切土、碎土、提升土壤都是同步進行的，在拖拉機牽引力的作用下，耕地土壤會沿深松鏟的剪切面出現(xiàn)周期性斷裂，同時向上層轉(zhuǎn)移，在此過程中深松鏟受到多種反作用力的直接施加，導(dǎo)致阻力增大、效率降低。當(dāng)對深松部件加設(shè)振動裝置或結(jié)構(gòu)時，由于深松鏟的振動效果導(dǎo)致切土、碎土、提升土壤不會同時進行，工作部件上產(chǎn)生更有利的切削條件及對土壤破碎有利的受力狀態(tài)，其中部分阻力由振動部件的振動作用所承擔(dān)，降低了牽引阻力。振動深松利用刃口將土壤切開后，在振動的垂直加速度的作用下，深松鏟上方的土壤會向上做加速運動，形成浮起的效果。從而使?fàn)恳枇狭ψ兊煤苄。駝幼饔玫乃橥列Ч欣谒赏恋木鶆蛐?，能夠為播種創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件，深松與振動的結(jié)合更容易形成垂直方向上實下虛與水平方向虛實間隔的良好土壤結(jié)構(gòu)，更有利于增肥地力、蓄水保墑和促進作物根系生長。

2主要機型與特點

2.1強迫式振動深松機

強迫式振動深松機具有主動的振動源，主要原理是利用拖拉機動力輸出軸的動力，經(jīng)過傳動與轉(zhuǎn)化成為振動部件的動力源，使機架產(chǎn)生垂直方向的振動，最終將振動傳導(dǎo)給深松部件，保證其能夠按一定的頻率和振幅振動。強迫式振動深松機的振動部件主要包括以下幾種形式：

（1） 偏心輪與連桿相配合的振動結(jié)構(gòu)。主要由偏心輪、連桿、連接臂、轉(zhuǎn)動軸、傳動臂等組成。工作中偏心輪轉(zhuǎn)動過程帶動連桿進行往復(fù)擺動運動，通過傳動臂帶動轉(zhuǎn)動軸完成圓周方向的往復(fù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸將動力傳遞給傳動桿，進而產(chǎn)生要求的振動效果。

（2） 偏心塊振動結(jié)構(gòu)。主要工作結(jié)構(gòu)包括主動軸、從動軸、偏心塊和齒輪結(jié)構(gòu)。工作中拖拉機后動力輸出軸將動力傳遞給主動軸，并通過齒輪傳動帶動從動軸轉(zhuǎn)動，主動軸與從動軸均設(shè)計有偏心塊，裝配過程中要求兩偏心塊的偏心相位統(tǒng)一，偏心塊在軸的轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生激振力，從而形成深松鏟在垂直方向上的強迫振動效果。

（3） 偏心軸與十字聯(lián)軸器相配合的振動結(jié)構(gòu)。振動機構(gòu)包括了偏心軸、十字聯(lián)軸器及杠桿等主要部件。工作時由后動力輸出軸通過聯(lián)軸器帶動偏心軸轉(zhuǎn)動，通過偏心軸的圓周運動帶動與之連接的十字聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動，進而使十字軸聯(lián)接器下部的杠桿在縱向平面內(nèi)以平衡位置為中心做小圓振動，最終帶動深松鏟產(chǎn)生振動。

（4） 凸輪機構(gòu)。屬于傳統(tǒng)機械式振動結(jié)構(gòu)的一種，主要工作部件包括振動變速箱、凸輪機構(gòu)和振動臂。工作中輸出軸通過鏈傳動與凸輪機構(gòu)相連，利用凸輪不均衡的特點將其轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為振動臂的振動，從而帶動振動臂末端的深松鏟產(chǎn)生垂直方向的振動。

（5） 曲軸連桿機構(gòu)。主要是利用曲軸的轉(zhuǎn)動帶動振動杠桿牽引臂上下擺動，導(dǎo)致與之連接的深松犁產(chǎn)生上下振動。

2.2自激式振動深松機

自激式振動深松機主要是通過在傳統(tǒng)的深松過程中，利用土壤狀態(tài)變化和地表復(fù)雜因素的影響，引起彈簧或其他彈性元件振動，形成類似強迫式振動深松機的作業(yè)效果。自激式振動深松機主要振動原件包括振動彈簧和彈齒耙兩類，工作中通過自身彈性變化產(chǎn)生的振動減小深松過程中的牽引阻力。

3主要問題與難點

（1）盡管自激振動相對于強迫振動顯著降低了能源消耗，也存在一定的減少阻力能力，但是減阻效果與強迫振動存在明顯差距，工作質(zhì)量也存在一定的不穩(wěn)定性。

（2）強迫振動式深松機雖然能夠顯著降低耕作阻力，且具備更強的碎土能力，但由于振動部件需要更大的動力支持，因此對拖拉機的動力要求更高。

（3）振動深松機可能因為機架管梁傾斜、偏牽引等問題引起工作部件入土?xí)r深度不一致的現(xiàn)象，還可能在保護性耕作地區(qū)作業(yè)時，因地表作物殘茬和雜草導(dǎo)致纏繞和堵塞現(xiàn)象，這要求振動深松機提升防堵能力。

振動深松機技術(shù)的發(fā)展應(yīng)重視鏟形和功能的優(yōu)化，從而進一步減小耕作阻力提升碎土效果。在未來的研究中應(yīng)重視將深松部件的仿形技術(shù)、防堵技術(shù)與振動式深松技術(shù)有機地結(jié)合起來，以保證振動深松機技術(shù)更好的為我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。