中耕深松機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張金輝

(朝陽市農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站，遼寧 朝陽 122000)

近年來，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)性耕作技術(shù)在遼寧各地得到廣泛應(yīng)用。保護(hù)性耕作的核心是少動(dòng)土，但長期少動(dòng)土易形成堅(jiān)硬的犁底層[1]，造成土壤板結(jié)，降低土壤水分入滲率，阻礙了作物根系對土壤深層水分和營養(yǎng)的吸取。深松作業(yè)具有不翻轉(zhuǎn)土層、保持原耕層狀態(tài)、改善土壤理化性能等優(yōu)勢[2]，是打破犁底層最有效的技術(shù)措施。深松按作業(yè)期可分為作物種植前深松和作物生長期深松。作物生長期深松即中耕深松，主要指在作物生長期對土壤進(jìn)行深松耕作，在苗期進(jìn)行不翻轉(zhuǎn)土層的土壤深松耕作。中耕深松能改善土壤理化性能，減少地表徑流，增加降水入滲，接納伏雨，增加土壤水庫容量，使自然降雨能最大限度地向土壤深層滲透，為作物生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，提高土壤蓄水保墑以及作物抗旱增產(chǎn)及抗災(zāi)避災(zāi)能力[3]，尤其在遼西北風(fēng)沙半干旱區(qū)，苗期深松尤為重要。結(jié)合遼西北風(fēng)沙半干旱區(qū)中耕深松作業(yè)農(nóng)藝要求，針對保護(hù)性耕作條件下機(jī)具通過性不足、地表殘留土塊大、溝壑容易跑墑等問題，研制一種中耕深松機(jī)，為保護(hù)性耕作技術(shù)在遼寧的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 中耕深松機(jī)設(shè)計(jì)

1.1 整體結(jié)構(gòu)

中耕深松機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該機(jī)具在機(jī)架前部設(shè)有圓盤切破茬刀，機(jī)架后部對應(yīng)位置依次安裝有深松鏟、鎮(zhèn)壓碎土輪、圓盤切刀、深松鏟、鎮(zhèn)壓碎土輪的中心在同一直線上。圓盤切破茬刀、深松鏟、鎮(zhèn)壓碎土輪的橫向位置可調(diào)節(jié)，深松鏟均配有剪切螺栓保護(hù)裝置，其上下位置可通過調(diào)整板及調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)，以達(dá)到中耕深松農(nóng)藝要求。深松鏟后部裝有鎮(zhèn)壓輪總成，通過鎮(zhèn)壓輪碾壓完成中耕深松后的碎土合墑作業(yè)。

圖1 中耕深松機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Schematic diagram of intertillage subsoiler

1.2 工作原理

該機(jī)與小四輪拖拉機(jī)配套，采用后三點(diǎn)懸掛，機(jī)具橫梁上對稱安裝3 個(gè)深松鏟，既可中耕深松作業(yè)，加裝翼型鏟后又能作為淺層除草的多功能作業(yè)機(jī)具。作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)牽引機(jī)具向前行進(jìn)，圓盤切破茬刀將雜草等切割后開始深松作業(yè)，最后通過鎮(zhèn)壓輪的碾壓作業(yè)完成中耕深松后的碎土合墑。該機(jī)一次進(jìn)地可完成秸稈切割、深松、碎土及土壤鎮(zhèn)壓作業(yè)，作業(yè)效率高、作業(yè)效果好。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

本機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 本機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of the machine

2 主要零部件設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架

根據(jù)圓盤切刀、深松部件及碎土鎮(zhèn)壓部件之間的配置以及調(diào)整等要求，機(jī)架采用直梁式結(jié)構(gòu)。前橫梁采用100 mm×100 mm×10 mm 方形鋼管，梁上焊接懸掛裝置，圓盤切刀、深松部件及碎土鎮(zhèn)壓部件用螺栓連接在前橫梁上，便于圓盤切刀、深松部件、碎土鎮(zhèn)壓部件的橫向調(diào)節(jié)。

2.2 切茬圓盤刀

切茬圓盤刀通常有切茬圓盤破茬刀和雙片圓盤破茬刀兩種形式。雙片圓盤破茬刀的圓盤之間易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，甚至無法工作，故將切茬圓盤破茬刀設(shè)計(jì)為單片圓盤破茬刀形式，如圖1所示。單片圓盤破茬刀不易堵塞，且入土性能較好。

2.3 深松鏟

考慮深松作業(yè)深度，采用中型深松鏟柄，如圖2所示。結(jié)合深松作業(yè)深度及土壤擾動(dòng)范圍，采用鑿形深松鏟結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖2 中型深松鏟柄Figure 2 Medium subsoiling shovel handle

2.4 碎土鎮(zhèn)壓輪

中耕深松作業(yè)后會(huì)出現(xiàn)較深溝壑和較大土塊，容易跑墑，不利于作物生長發(fā)育。普通鎮(zhèn)壓輪難以將土塊壓碎，容易出現(xiàn)較大的土壤間隙。本機(jī)具碎土鎮(zhèn)壓輪由輻條和輪軸組成，多個(gè)相同輻條均勻焊接在同一根軸上。輻條呈“U”字形，輻條波峰對準(zhǔn)深松溝。作業(yè)時(shí)，碎土鎮(zhèn)壓輪滾動(dòng)，輻條通過滾動(dòng)壓（擊）碎、鎮(zhèn)壓土壤，達(dá)到土層均勻緊實(shí)的碎土鎮(zhèn)壓效果。

3 試驗(yàn)方法與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)方法

3.1.1 試驗(yàn)地條件為驗(yàn)證中耕深松機(jī)的作業(yè)效果，2021年在朝陽市朝陽縣試驗(yàn)地進(jìn)行試驗(yàn)。配套動(dòng)力選用30 kW小四輪拖拉機(jī)，試驗(yàn)面積13.4 hm2，種植作物為玉米，秸稈覆蓋率達(dá)40%。土壤質(zhì)地為壤土，地勢平坦，平均含水率16.2%。作業(yè)情況如圖3所示。

圖3 中耕深松作業(yè)Figure 3 Intertillage subsoil operation

3.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)GB/T 24675.2《保護(hù)性耕作機(jī)械深松機(jī)》作業(yè)性能評定指標(biāo)，選取深松深度變異系數(shù)、深松深度穩(wěn)定系數(shù)、碎土率、土壤蓬松度、土壤擾動(dòng)系數(shù)來評價(jià)中耕深松機(jī)的作業(yè)性能。拖拉機(jī)行駛速度為2.75 km/h，各項(xiàng)指標(biāo)分別測試3 次，測定30，25，20 cm耕深條件對機(jī)具作業(yè)性能的影響，取3次試驗(yàn)結(jié)果的平均值。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果為，樣機(jī)的深松深度變異系數(shù)平均值為6.51%、深松深度穩(wěn)定系數(shù)平均值為93.38%、碎土率平均值為37.97%、土壤蓬松度為平均值34.63%、土壤擾動(dòng)系數(shù)為平均值51.76%。各項(xiàng)測試指標(biāo)均滿足相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)具性能可靠，作業(yè)效果滿足設(shè)計(jì)要求。