1DS-3600型深松機的研究設計

孫先明　孫錦秀　馬君　張慶柱

摘 要：為滿足黑龍江省墾區(qū)深松作業(yè)需要，經過充分市場調查，設計了一種新型的1DS-3600型深松機。該機幅寬大、生產效率高，適用于大面積地塊伏秋深松整地作業(yè)，能夠達到提升地溫和深層土壤疏松而不顛倒生熟土層的目的。

關鍵詞：農業(yè)工程;研究設計;土壤;深松

中圖分類號：S233.1文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.02.010

深松是旱作農業(yè)中的一項關鍵生產技術。通過深松，可以加深耕層，打破犁底層，重建土壤水分毛細通道，增加土壤孔隙，提高土壤空氣和水分的通過能力，增強土壤水庫的蓄水能力，促進作物生長發(fā)育。針對舊式深松機工作幅寬小、作業(yè)效率低、深松部件剛性大、彈性小、易折斷的缺點，設計了1DS-3600型深松機，其主要工作參數如下表所示。

1DS-3600型深松機（如圖1所示）為后置三點懸掛式，其主要結構包括：機架、深松鏟部件、限深輪裝置等。機架采用雙梁結構，深松鏟部件和限深輪裝置通過U型卡子固定在機架上。11套深松鏟部件分前后兩排排列，前6后5。機架的材料選用矩形鋼管（100×100×10）制成。

1 1DS-3600型深松機主要特點

（1）3.6 m幅寬，生產效率高。

（2）土壤底部深松，表土側向位移小，可以避免產生地面溝轍，提高地表平整度，有利播種、中耕、植保、噴藥和收獲機械通過。

（3）可以選配鎮(zhèn)壓輪，在播種前進行鎮(zhèn)壓，不散失墑情。

（4）深松鏟柄采用特種彈簧鋼制造，可在深松過程中自身產生振動，減少工作阻力。

2 深松鏟部件的設計

深松鏟部件是1DS-3600型深松機的重要組成部分，由深松鏟和深松鏟柄兩部分構成，主要作用是松動土壤， 不顛倒上下生熟土層。

2.1 深松鏟設計

深松鏟是深松機重要的工作部件，呈三棱楔形結構（如圖2所示），其技術參數有：刃角、翼張角、隙角、切土角、碎土角、入土角、幅寬、鏟翼寬、鏟翼緣高和材料厚度等。

（1）刃角i。刃角i的大小決定深松鏟刃尖的鋒利程度，在保證強度的情況下，刃角i取小值為宜，根據設計手冊和經驗，本設計刃角i=12°。

（2）翼張角2γ。

翼張角2γ的作用是使雜草根莖沿深松鏟刃口產生滑動，實現滑動切割，避免雜草纏繞深松鏟，翼張角是深松機前進時，深松鏟翼刃沿機器前進方向與水平面的夾角。根據力學原理，當雜草根莖和深松鏟刃口間的摩擦力小于雜草阻力R沿刃口的分力T時，雜草才能沿刃口向后滑移，即

T>F，或Rcosγ>Rsinγtanφ

式中 φ—雜草對鏟刃的摩擦角。

φ=45°，且需要滿足γ<90°-φ，即γ<45°。本設計翼張角2γ=70°。

（3）隙角ε。

隙角大小適宜時，入土性能較好，本設計隙角ε=10°。

（4）切土角β。

其取值大小決定了雜草除凈率。值越大，其切草能力越弱。在保證鏟刃強度的前提下，切土角宜取小值，本設計β=22°～25°。

（5）碎土角β。

碎土角值偏小會導致碎土能力減弱。偏大會產生3個負面影響：第一，增大深松阻力;第二，會將生土夾帶到熟土層;第三，使表土產生較大的側向位移，易形成土轍。因此，選取原則是既要保證土壤疏松程度又要保證不出現土轍，本設計碎土角β=9°。

（6）入土角α。

入土角α大小與切土阻力有關，α越大，阻力會隨之增大，但是也不宜過小，因為α過小會使深松鏟強度減小縮短使用壽命，本設計中，α=6°。

（7）幅寬B。

綜合考慮深松鏟的強度、入土情況以及碎土性能等條件確定深松鏟幅寬B=450 mm。

（8）翼緣高h。

翼緣高h影響土壤松散程度和位移，不應超過深松深度的1/3。本設計中，h=40×sin10°=7 mm。

（9）深松鏟翼寬b。

松土程度決定于深松鏟翼寬b。為減小土壤位移而不致造成上下生熟混亂，本設計深松鏟翼寬b=40 mm。

（10）材料厚度δ。材料厚度δ=8 mm。

2.2 深松鏟柄設計

深松鏟柄采用特種彈簧鋼制造，經過特殊的熱處理工藝。作業(yè)時深松鏟會向左、右不同的方向振動，減小深松阻力，擴大動土范圍，取得較好的深松和碎土的效果。

深松鏟柄上端通過卡子和深度調節(jié)裝置固定在機架上，下端安裝深松鏟。深松鏟柄上部是矩形結構，下部彎曲成一定的曲度，最前部呈尖緣。

（1）深松鏟柄彎曲半徑r。本設計中r=242 mm。

（2）深松鏟柄高度H。高度H盡量取小值，以滿足鏟柄強度要求，但是取值過小，鏟柄容易纏草。本設計中H=700 mm。

（3）深松鏟柄伸出長度L。伸出長度L由下列公式求得

L=R（1-sinα）+lcosα

式中 l—鏟柄直線段長度，l=50 mm;

r—鏟柄彎曲半徑，r=242 mm;

α—鏟柄入土角，α=6°。

本設計中，L=242×（1-sin6°）+50×cos6°=266 mm。

（4）深松鏟柄截面結構設計。

深松鏟柄的橫截面采用長方形結構。為滿足強度要求，長寬比為3：1，本設計中，橫截面長度為45 mm，寬度為15 mm。

3 限深輪設計

根據整地要求不同，深松深度應是可以分級調節(jié)的。本機深松深度調節(jié)方便，采用位置調節(jié)法，用限深輪調節(jié)深度。限深輪是一個獨立工作部件，用U型卡子和限深連接平板固定在后橫梁上。制造材料為鑄鐵，耐磨性能良好。深松深度是通過限深連接平板上螺栓孔來調節(jié)。每級調節(jié)量為10 mm。限深輪直徑為400 mm，限深輪寬度150 mm。為保證與地面的仿形效果和防止深松機側滑，將限深輪安裝于機架內側，保證限深輪行駛在未深松地面區(qū)域范圍。

4 深松鏟部件配置

深松鏟部件配置（如圖3所示）決定了工作幅寬的大小，應滿足作業(yè)不漏松、不堵塞的要求。本機深松鏟部件呈前后兩列配置成，深松土壤變形影響區(qū)域狀況確定了深松鏟部件左右、前后距離。結合黑龍江省的土壤特征和農藝要求，深松鏟部件配置如下。

4.1 深松鏟部件橫向配置

本機設計11個深松鏟部件，配置成前后兩排，前排6個后排5個，均以等間距排列，橫向間距配置應符合

2b0>d>b0

式中 b0—深松區(qū)域寬度，b0=725 mm;

d—同一排兩相鄰深松鏟部件中心線水平距離，d=900 mm。

本設計中，2b0=1450 mm>d=900 mm>b0=725 mm。

4.2 相鄰深松鏟部件的縱向配置

在地面雜草較多時，深松鏟部件縱向配置不合理，雜草易纏繞深松齒，產生堵塞。為避免此現象，相鄰深松鏟部件的縱向配置應符合

L1≥b0

式中 L1—前后列深松鏟尖距離，X=800 mm;

b0—深松鏟前面的影響土壤寬度，b0=384 mm。

本設計中，L1=800 mm>384 mm。

4.3 深松鏟部件橫向的重疊量

深松鏟部件橫向配置過密，阻力增大，需要消耗較大的動力;配置過疏，則易產生漏松。為防止漏松，需要合理設置深松鏟部件的橫向重疊量Δb，可用下式計算

Δb=L1tanζ

式中 L1—前后兩列深松鏟尖距離，L1=800 mm;

ζ—深松機作業(yè)前進時的偏角，ζ=4°。

本設計中，Δb=800×tan4°=36 mm。

5 結束語

1DS-3600型深松機研制成功后，2017年秋季在寶泉嶺農場進行了深松作業(yè)，累計深松作業(yè)15天，整地300 hm2，無故障出現。經黑龍江省農業(yè)機械試驗鑒定站檢測，各項技術指標達到設計要求。測試結果表明，該機在土壤含水率18%～22%，地面殘茬覆蓋率15%～20%條件下，作業(yè)效率最高，深松深度、間距一致，作業(yè)效果好。經該機深松的耕地，底層土壤明顯疏松，容重有所降低，明顯減小播種開溝器的阻力，對表土破壞較小，不產生明顯溝轍。

參考文獻：

[1]中國農業(yè)機械化科學研究院.農業(yè)機械設計手冊（上冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1988.

[2]桑正中.農業(yè)機械學（第二版上冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987.

[3]高煥文.北方旱地機械化耕作模式探討[J].中國農業(yè)大學學報，1996（11）：37-41.

[4]北京農業(yè)工程大學.農業(yè)機械學（上冊）[M].北京：農業(yè)出版社，1986.

[5]周桂霞，汪春，冷江龍，等. 機械化深松技術的研究現狀及發(fā)展趨勢[J].農機化研究，2005（3）：44-46.

[6]楊彩霞，劉波，吳延民.黑龍江省旱田土壤耕作模式[J].農機化研究，2004（2）：34-35.

（03）