1LF-640 型翻轉(zhuǎn)柵條犁的研制試驗

張魯云，鄭 炫※，孟祥金，何興村

（新疆農(nóng)墾科學(xué)院機械裝備研究所，新疆石河子832000）

0 引言

伴隨著我國80 年代的改革開放與經(jīng)濟發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)也相應(yīng)得到了快速發(fā)展。2004 年以前，我國農(nóng)用機械多以20 馬力的小型農(nóng)機具為主[1]，自2004 年國家實行農(nóng)機購置補貼政策之后，農(nóng)用機械動力逐步向70 馬力提高。近年來，伴隨著國家各項惠農(nóng)政策的實施，新疆團場職工收入逐年提高，自2011 年以來，100馬力以上的大型農(nóng)機具成為了市場產(chǎn)品主角。使用大馬力拖拉機雖然提高了作業(yè)速度，但是與其相配套高速犁的開發(fā)與研究卻進展緩慢。大馬力拖拉機懸掛普通鏵式犁進行高速作業(yè)[2]，多數(shù)情況下會出現(xiàn)土壤阻力急劇增大，翻耕拋土距離太大，土垡破碎性不好，耕寬和耕深穩(wěn)定變異系數(shù)變大等諸多問題。目前市場上大馬力農(nóng)機具多被國外產(chǎn)品所壟斷，價格昂貴，配件短缺，給使用維修帶來很大不便。新疆農(nóng)墾科學(xué)院機械裝備研究所根據(jù)大馬力拖拉機的工作特點，研制開發(fā)一種新型柵條式液壓翻轉(zhuǎn)犁，以適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求。

1 機型結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

柵條式液壓翻轉(zhuǎn)犁采用三點式懸掛裝置，由大馬力拖拉機牽引作業(yè)。主要由懸掛牽引架、翻轉(zhuǎn)油缸、主犁體、副犁體、固定座、主梁、限深輪、調(diào)幅裝置等部件組成[3]，全犁結(jié)構(gòu)如圖1。

該犁的主犁體采用柵條式結(jié)構(gòu)，重量輕、阻力小，翻垡順利；6 組柵條式主犁體通過犁體支架安裝在主梁上；犁體總成通過液壓油缸進行180°翻轉(zhuǎn)；耕深可由限深輪調(diào)節(jié)，限深輪同時兼做運輸輪，便于拖拉機運輸牽引。

1.2 工作原理

柵條翻轉(zhuǎn)犁由左右兩組對稱主副犁體組成[4]，工作時，土垡受到犁鏟和犁壁的切割作用，土層被松動、破碎、翻轉(zhuǎn)；拖拉機完成單趟犁耕作業(yè)之后，通過翻轉(zhuǎn)油缸使犁體翻轉(zhuǎn)180°，使土垡向同一方向翻轉(zhuǎn)，減小表層土壤起伏波動[5]，還可逐年降低坡地的坡度，使條田更有利于機械作業(yè)和作物生長。

2 主要部件組成

2.1 犁體結(jié)構(gòu)

為了保證犁體強度和優(yōu)化制造工藝，犁體大梁選用120×100×8 mm 規(guī)格鋼管。柵條犁犁體采用主、副梁三角形設(shè)計，主梁上安裝6 組主犁體，副梁用于調(diào)節(jié)幅寬。三角形結(jié)構(gòu)增加了犁體強度和工作平穩(wěn)性，有效減緩犁耕時土壤對犁體的沖擊力。主副梁與牽引架之間采用螺栓連接，便于運輸組裝和拆卸維修，由于沒有固定式三角形框架的焊接高溫變形，提高了制造和安裝精度。

2.2 柵條主犁體

主犁體由犁尖、犁鏟、主犁壁、柵條犁壁、支撐桿、犁柱等配件組成，如圖2，由?12 沉頭螺栓連接，犁尖、犁鏟等易磨損耗件均可快速更換。犁體組件采用高硼鋼制作，具有良好的柔韌延展性，犁體曲面不易變形。所有組件均經(jīng)過完全強化硬化處理，保證其洛氏硬度達到50Hrc 以上。

2.3 懸掛裝置

柵條翻轉(zhuǎn)犁由輪式拖拉機后置式三點懸掛裝置懸掛牽引，如圖3，下牽引板選用20 mm 厚的Q460 板材以加強牽引架整體強度。上牽引板上的螺栓固定孔位，中心間距設(shè)定為20 mm 的上中下三組，使用不同孔位可以調(diào)節(jié)牽引軸與懸掛軸之間的距離，便于根據(jù)農(nóng)藝要求調(diào)整耕深范圍。

2.4 限深地輪

安裝限深地輪的目的是為了調(diào)控犁體入土深度，可以對機具起到平衡和支撐作用，并兼做運輸輪。選用10.0/75-15.3 型通用農(nóng)用輪胎，輪胎寬度254mm，輪輞直徑389 mm。符合歐美設(shè)計標準，堅固耐用，價格適中，便于批量生產(chǎn)。

2.5 調(diào)幅裝置

在副梁前端使用8根?18×150 mm 螺栓，套管選用100×80×8mm方管，用于調(diào)節(jié)限位裝置的位置，調(diào)整好位置后由鎖緊螺栓鎖定，即可確定相應(yīng)犁耕幅寬，如圖4。在不同的位置鎖定限位裝置，即可獲得不同的犁體擺動角度，從而完成柵條犁耕幅的調(diào)節(jié)。根據(jù)配套拖拉機的最大功率，耕作土壤的墑情、土質(zhì)、堅實度，和農(nóng)藝要求確定合適的犁耕幅寬。通過調(diào)節(jié)懸掛裝置和限位螺栓，改變犁體牽引角度，從而調(diào)整犁耕阻力中心和拖拉機牽引瞬心的相互位置。當拖拉機牽引瞬心和后橋中心與犁耕阻力在一條直線上時，即處于最佳工作狀態(tài)。此時，犁耕的側(cè)向力被完全平衡和消除，拖拉機充分發(fā)揮輸出功率。

2.6 翻轉(zhuǎn)油缸

翻轉(zhuǎn)柵條犁體所需的油缸最大推力為53 kN，由下式可計算出油缸直徑：

式中D—油缸直徑（m）；P—拖拉機液壓系統(tǒng)工作壓力，為10 MPa。

則

查液壓油缸工程手冊，所選油缸規(guī)格型號為：SG1－E90×1250S－E，油缸直徑為90 mm，活塞推桿直徑為55 mm，額定壓力16 MPa（圖5）。該型油缸操作簡便，翻閥順利，翻轉(zhuǎn)到位，沒有發(fā)生任何卡滯現(xiàn)象，表現(xiàn)出很強的適用性。

3 試驗測試與結(jié)果分析

3.1 試驗環(huán)境

2019 年10 月在新疆第八師石河子對柵條式液壓雙向翻轉(zhuǎn)犁進行性能試驗檢測，試驗地為小麥種植收獲后條田，面積約為500 hm2，配套動力為凱斯紐荷蘭225 型拖拉機，試驗地土壤為新疆堿性沙壤土[6]，屬旱田熟地。

3.2 主要技術(shù)指標

外形尺寸（長×寬×高，mm）配套動力（kW）掛結(jié)形式整機質(zhì)量（kg）主犁體結(jié)構(gòu)形式工作犁體（組）耕深深度（mm）作業(yè)速度（km/h）純小時生產(chǎn)率（hm2）7 400×1 400×850≥140后三點懸掛1 550柵條式6 320 9.56 1.15

通過對柵條犁耕作業(yè)后土壤進行現(xiàn)場挖掘測量，翻耕土壤土質(zhì)疏松、翻垡均勻，給作物根系生長發(fā)育創(chuàng)造了良好的自然生態(tài)空間?，F(xiàn)場測量表明該型犁平均耕深為320 mm，達到了國際上深耕犁的先進水平，該型翻耕犁的研制成功對大馬力拖拉機在新疆地區(qū)的推廣應(yīng)用有著積極的推動促進作用。

4 結(jié)論

在拖拉機牽引力不變的情況下，增加作業(yè)速度進行犁耕，作業(yè)效率更高、穩(wěn)定性更好，阻力更小。大馬力拖拉機牽引鏵式犁高速耕作，能量消耗最少，拖拉機燃油經(jīng)濟效益最大。翻耕犁高速耕作時，不僅可以提高工作效率，而且由于土壤阻力小可以減少犁體的金屬磨損、消耗和大梁受力變形[7]，延長了農(nóng)機具使用壽命，降低維修保養(yǎng)費用，最終以較低的投入獲得最大的產(chǎn)出，取得良好的經(jīng)濟效益。該型犁與進口、國產(chǎn)大馬力拖拉機配套使用，在田間實地試驗中，柵條犁作業(yè)速度快、牽引阻力小、行走平穩(wěn)、翻垡均勻、犁耕深度大，取得了良好效果。伴隨著新疆兵團農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大馬力拖拉機的逐漸普及，柵條式液壓翻轉(zhuǎn)犁將會有著廣闊的市場前景，產(chǎn)生較好的社會經(jīng)濟效益。