劉獻(xiàn)東
一、研制土壤深松機(jī)的目的和意義
聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制初期,我市的土地耕作模式主要采用小型拖拉機(jī)耕翻,耕翻深度在15~20 cm。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,大中型拖拉機(jī)發(fā)展迅速,而農(nóng)村勞動(dòng)力外出打工又使農(nóng)村勞動(dòng)力緊張。因此,快速、高效、省工的大中型拖拉機(jī)旋耕(深度為8~15 cm)作業(yè)迅速發(fā)展,其作業(yè)面積占我市耕地面積95%以上。土壤是農(nóng)作物生長(zhǎng)、發(fā)育的基礎(chǔ),是制約糧食增產(chǎn)的重要因素之一。年復(fù)一年的淺耕、旋耕與機(jī)具碾壓、人畜踩踏,加上大量不科學(xué)的施用化肥,造成土壤板結(jié)嚴(yán)重、耕作層變淺、犁底層變厚變硬、密度變大、孔隙度變低、透水性變差,阻礙了土壤上下水氣的貫通和天然降水的貯存。特別是連年的旋耕作業(yè),導(dǎo)致土壤中蚯蚓等生物的大量減少甚至絕跡,土壤毛細(xì)管遭到破壞,土壤養(yǎng)分輸送能力變差,難以維持作物正常生長(zhǎng)對(duì)水、肥、氣、熱的需求,致使地表徑流現(xiàn)象十分突出,土壤蓄水保墑能力明顯不足,嚴(yán)重制約著糧食作物的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)。
機(jī)械化深松技術(shù)是不翻土的耕作作業(yè),是在不打亂原有土層結(jié)構(gòu)的情況下,利用機(jī)械松動(dòng)土壤,打破犁底層,加深耕作層,創(chuàng)造虛實(shí)并存土壤結(jié)構(gòu)的耕作技術(shù)。機(jī)械化深松能有效地改善土壤的通透性,利于作物扎深根,起到澇能蓄水,旱能提墑的效果;有助于氣體交換、礦物質(zhì)分解、活化微生物、培肥地力,是土地保護(hù)性耕作技術(shù)主要內(nèi)容之一。機(jī)械化深松技術(shù)順應(yīng)了當(dāng)前倡導(dǎo)發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的大趨勢(shì),應(yīng)用該技術(shù)在不增加投入的前提下,既可較大幅度地提高農(nóng)作物產(chǎn)量,又可保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。因此,深松是打破犁底層、改善土壤狀況、促使農(nóng)作物增產(chǎn)的最佳途徑。
目前,我市推廣使用的土壤深松機(jī)數(shù)量極少,大多數(shù)是復(fù)式作業(yè)機(jī)具。存在土壤深松效果及機(jī)具通過(guò)性能差、配置不合理等缺陷,且價(jià)格昂貴,不適宜在我市大面積推廣應(yīng)用;國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的深松機(jī)在我市進(jìn)行了選型試驗(yàn),配套動(dòng)力低于100馬力的拖拉機(jī)不能正常作業(yè),而我市拖拉機(jī)的功率大多低于100馬力,也不適于在我市大面積推廣。因此,對(duì)土壤深松效果好、性價(jià)比高且適宜我市大面積推廣應(yīng)用的土壤深松機(jī)的研制是當(dāng)務(wù)之急。
二、1S—4型條帶式土壤深松機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及主要技術(shù)參數(shù)
1結(jié)構(gòu)組成
該機(jī)主要有機(jī)架、深松部件總成、限深輪總成等部分組成(如圖1)。
1深松鏟2翼鏟3限深輪總成4連接底座5鏟柄6機(jī)架
圖1深松機(jī)總裝圖深松部件總成固定于機(jī)架的前、后梁上,它在配套拖拉機(jī)的牽引下,由人工調(diào)整耕深,進(jìn)行耕作,從而達(dá)到對(duì)土壤的深松的目的。
深松部件固定在機(jī)架下方,它們?cè)跈C(jī)架上的位置可調(diào),從而可以適應(yīng)多種農(nóng)作物不同壟寬的深松作業(yè)要求。
深松部件是由深松鏟、鏟柄兩部分組成,深松鏟選用淺松雙翼平鏟、平面鑿形鏟組合。優(yōu)化設(shè)計(jì)雙翼平鏟,也可降低耕作阻力,并可提高松土效果;采用新型的平面鑿形鏟,其寬度與鏟柄相近,平面形阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高,制作方便,磨損后易更換。
2主要技術(shù)參數(shù)
(1)配套動(dòng)力:51~70 kW;
(2)外形尺寸:2450 mm×1100 mm×1100 mm;
(3)深松鏟結(jié)構(gòu)形式:復(fù)合型(鑿形鏟和翼形鏟);
(4)工作幅寬:2400 mm;
(5)工作鏟數(shù):4個(gè);
(6)生產(chǎn)率:05~096 hm2/h;
(7)深松深度:200~350 mm。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要說(shuō)明
1機(jī)架的設(shè)計(jì)制作
機(jī)架采用矩形方框結(jié)構(gòu)??v橫梁用100×80×5的矩形管焊接制作,其上焊接有三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)。
2深松部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
深松部件是土壤深松機(jī)具的關(guān)鍵部件,改變耕作部件的結(jié)構(gòu)形式和優(yōu)化其技術(shù)參數(shù)是減少土壤耕作部件工作阻力的重要方法之一。該方法主要針對(duì)不同的土壤條件,進(jìn)行深松部件鏟柄的結(jié)構(gòu)、尺寸、鏟尖結(jié)構(gòu)以及深松機(jī)各深松部件的分布方式等設(shè)計(jì),以求獲得高效節(jié)能的效果?,F(xiàn)將其研究過(guò)程介紹如下:
(1)第一代樣機(jī)土壤深松部件研制情況
①結(jié)構(gòu)組成:深松部件主要有深松鏟通用鏟柄、前置淺松雙翼鏟、平面鑿形鏟等組成(如圖2)。
1平面鑿形鏟2雙翼平鏟3鏟柄
圖2第一代樣機(jī)深松部件圖 ②試驗(yàn)情況:該樣機(jī)于2013年7月初研制完成,在商丘市梁園區(qū)北郊鄉(xiāng)進(jìn)行了田間試驗(yàn)。土壤屬黏土地、濕度偏大,機(jī)具進(jìn)入田間作業(yè)時(shí),入土性能尚可,但行走超過(guò)20 m后,機(jī)具的深松部位出現(xiàn)大的溝道,拖拉機(jī)牽引阻力越來(lái)越大,甚至出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,且兩松土鏟之間夾塞有大量黏土及雜草等,將夾塞物清除后,經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn),仍出現(xiàn)上述缺陷,不能保證機(jī)具正常的深松作業(yè)。
(2)第二代樣機(jī)土壤深松部件的研制改進(jìn)并定型
①結(jié)構(gòu)組成:由于第一代樣機(jī)的鏟柄設(shè)計(jì)缺陷,使兩松土鏟之間出現(xiàn)天然的雜物夾塞區(qū)域,沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。課題組成員認(rèn)真研究,確定改進(jìn)深松鏟柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。去除前置式淺松鏟柄,將雙翼平鏟后移(使雙平鏟鏟尖與鏟柄前端面平齊),雙翼平鏟安裝如圖3所示。沿A-A處將雙翼平鏟一分為二,即分為分體式單翼平鏟組件,每一對(duì)組件反向?qū)ΨQ。在A-A處向下方延伸焊接緊固連接板,將其固定于鏟柄的同一位置兩側(cè),組成雙翼平鏟。
1平面鑿型鏟2鏟柄3雙翼平鏟
圖3第二代樣機(jī)深松部件圖 ②田間試驗(yàn)情況:第二代樣機(jī)于2013年7月中旬完成,該樣機(jī)用第一代樣機(jī)做試驗(yàn)的地塊進(jìn)行田間試驗(yàn),土壤墑情適中,機(jī)具作業(yè)時(shí),具有入土行程短,作業(yè)流暢等特點(diǎn)。最大松土深度可達(dá)350 mm,牽引阻力小,但深松后有一小溝道,分析其原因主要是單翼平鏟的鏟胸升角較大(當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)為16°)所致,課題組技術(shù)人員確定改進(jìn)設(shè)計(jì)并優(yōu)化單翼平鏟組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
③改進(jìn)并定型:安裝單翼平鏟組件的目的是增加犁底層的松土范圍,為了保證不同土壤類型的松土要求,且減小松土阻力,將如下參數(shù)作出改進(jìn):為避免土壤位移過(guò)大而造成土層混亂,鏟翼寬采用b=40 mm(標(biāo)準(zhǔn)值b=40~60 mm);通過(guò)由兩個(gè)反向?qū)ΨQ的單翼平鏟組件組成了雙翼松土平鏟,將其犁胸升角設(shè)計(jì)為0(只松動(dòng)土壤,不翻動(dòng)土層)。
④試驗(yàn)情況:定型后的樣機(jī)經(jīng)農(nóng)機(jī)合作社機(jī)手實(shí)地農(nóng)田作業(yè)1000多畝,深松深度及松土范圍等指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
3限深輪部件的設(shè)計(jì)
限深輪用優(yōu)質(zhì)碳素鋼板卷制而成,通過(guò)手搖絲桿無(wú)極調(diào)節(jié)松土深度,使用極為方便。
四、1S-4型條帶式土壤深松機(jī)的檢驗(yàn)
在2013年10月初,該機(jī)具在商丘市梁園區(qū)李莊鄉(xiāng)閻莊新村,進(jìn)行了田間試驗(yàn)檢測(cè),經(jīng)河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站檢測(cè)結(jié)果表明,各項(xiàng)性能指標(biāo)完全符合國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,并列入河南省支持推廣農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品目錄。
通過(guò)在民權(quán)縣和寧陵縣等地的對(duì)比試驗(yàn)田調(diào)研,深松耕作地塊小麥長(zhǎng)勢(shì)明顯好于傳統(tǒng)耕作地塊,且耐旱和抗凍優(yōu)勢(shì)明顯。每年的測(cè)產(chǎn)表明:畝產(chǎn)量增產(chǎn)不低于10%。
五、結(jié)論
1S—4型條帶式土壤深松機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用維護(hù)方便,性價(jià)比高,性能可靠等特點(diǎn),經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)表演演示表明:該機(jī)具有作業(yè)效率高、深松碎土效果好等優(yōu)點(diǎn),深受與會(huì)農(nóng)機(jī)專家和農(nóng)民機(jī)手的好評(píng)。該機(jī)已列入河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣目錄,是保護(hù)性耕作的系列機(jī)具之一,對(duì)糧食增產(chǎn)和發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)意義重大。該機(jī)具已在省內(nèi)外累計(jì)推廣500多臺(tái),經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保效益顯著,具有廣闊的應(yīng)用前景。
(05)
一、研制土壤深松機(jī)的目的和意義
聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制初期,我市的土地耕作模式主要采用小型拖拉機(jī)耕翻,耕翻深度在15~20 cm。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,大中型拖拉機(jī)發(fā)展迅速,而農(nóng)村勞動(dòng)力外出打工又使農(nóng)村勞動(dòng)力緊張。因此,快速、高效、省工的大中型拖拉機(jī)旋耕(深度為8~15 cm)作業(yè)迅速發(fā)展,其作業(yè)面積占我市耕地面積95%以上。土壤是農(nóng)作物生長(zhǎng)、發(fā)育的基礎(chǔ),是制約糧食增產(chǎn)的重要因素之一。年復(fù)一年的淺耕、旋耕與機(jī)具碾壓、人畜踩踏,加上大量不科學(xué)的施用化肥,造成土壤板結(jié)嚴(yán)重、耕作層變淺、犁底層變厚變硬、密度變大、孔隙度變低、透水性變差,阻礙了土壤上下水氣的貫通和天然降水的貯存。特別是連年的旋耕作業(yè),導(dǎo)致土壤中蚯蚓等生物的大量減少甚至絕跡,土壤毛細(xì)管遭到破壞,土壤養(yǎng)分輸送能力變差,難以維持作物正常生長(zhǎng)對(duì)水、肥、氣、熱的需求,致使地表徑流現(xiàn)象十分突出,土壤蓄水保墑能力明顯不足,嚴(yán)重制約著糧食作物的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)。
機(jī)械化深松技術(shù)是不翻土的耕作作業(yè),是在不打亂原有土層結(jié)構(gòu)的情況下,利用機(jī)械松動(dòng)土壤,打破犁底層,加深耕作層,創(chuàng)造虛實(shí)并存土壤結(jié)構(gòu)的耕作技術(shù)。機(jī)械化深松能有效地改善土壤的通透性,利于作物扎深根,起到澇能蓄水,旱能提墑的效果;有助于氣體交換、礦物質(zhì)分解、活化微生物、培肥地力,是土地保護(hù)性耕作技術(shù)主要內(nèi)容之一。機(jī)械化深松技術(shù)順應(yīng)了當(dāng)前倡導(dǎo)發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的大趨勢(shì),應(yīng)用該技術(shù)在不增加投入的前提下,既可較大幅度地提高農(nóng)作物產(chǎn)量,又可保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。因此,深松是打破犁底層、改善土壤狀況、促使農(nóng)作物增產(chǎn)的最佳途徑。
目前,我市推廣使用的土壤深松機(jī)數(shù)量極少,大多數(shù)是復(fù)式作業(yè)機(jī)具。存在土壤深松效果及機(jī)具通過(guò)性能差、配置不合理等缺陷,且價(jià)格昂貴,不適宜在我市大面積推廣應(yīng)用;國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的深松機(jī)在我市進(jìn)行了選型試驗(yàn),配套動(dòng)力低于100馬力的拖拉機(jī)不能正常作業(yè),而我市拖拉機(jī)的功率大多低于100馬力,也不適于在我市大面積推廣。因此,對(duì)土壤深松效果好、性價(jià)比高且適宜我市大面積推廣應(yīng)用的土壤深松機(jī)的研制是當(dāng)務(wù)之急。
二、1S—4型條帶式土壤深松機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及主要技術(shù)參數(shù)
1結(jié)構(gòu)組成
該機(jī)主要有機(jī)架、深松部件總成、限深輪總成等部分組成(如圖1)。
1深松鏟2翼鏟3限深輪總成4連接底座5鏟柄6機(jī)架
圖1深松機(jī)總裝圖深松部件總成固定于機(jī)架的前、后梁上,它在配套拖拉機(jī)的牽引下,由人工調(diào)整耕深,進(jìn)行耕作,從而達(dá)到對(duì)土壤的深松的目的。
深松部件固定在機(jī)架下方,它們?cè)跈C(jī)架上的位置可調(diào),從而可以適應(yīng)多種農(nóng)作物不同壟寬的深松作業(yè)要求。
深松部件是由深松鏟、鏟柄兩部分組成,深松鏟選用淺松雙翼平鏟、平面鑿形鏟組合。優(yōu)化設(shè)計(jì)雙翼平鏟,也可降低耕作阻力,并可提高松土效果;采用新型的平面鑿形鏟,其寬度與鏟柄相近,平面形阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高,制作方便,磨損后易更換。
2主要技術(shù)參數(shù)
(1)配套動(dòng)力:51~70 kW;
(2)外形尺寸:2450 mm×1100 mm×1100 mm;
(3)深松鏟結(jié)構(gòu)形式:復(fù)合型(鑿形鏟和翼形鏟);
(4)工作幅寬:2400 mm;
(5)工作鏟數(shù):4個(gè);
(6)生產(chǎn)率:05~096 hm2/h;
(7)深松深度:200~350 mm。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要說(shuō)明
1機(jī)架的設(shè)計(jì)制作
機(jī)架采用矩形方框結(jié)構(gòu)??v橫梁用100×80×5的矩形管焊接制作,其上焊接有三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)。
2深松部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
深松部件是土壤深松機(jī)具的關(guān)鍵部件,改變耕作部件的結(jié)構(gòu)形式和優(yōu)化其技術(shù)參數(shù)是減少土壤耕作部件工作阻力的重要方法之一。該方法主要針對(duì)不同的土壤條件,進(jìn)行深松部件鏟柄的結(jié)構(gòu)、尺寸、鏟尖結(jié)構(gòu)以及深松機(jī)各深松部件的分布方式等設(shè)計(jì),以求獲得高效節(jié)能的效果?,F(xiàn)將其研究過(guò)程介紹如下:
(1)第一代樣機(jī)土壤深松部件研制情況
①結(jié)構(gòu)組成:深松部件主要有深松鏟通用鏟柄、前置淺松雙翼鏟、平面鑿形鏟等組成(如圖2)。
1平面鑿形鏟2雙翼平鏟3鏟柄
圖2第一代樣機(jī)深松部件圖 ②試驗(yàn)情況:該樣機(jī)于2013年7月初研制完成,在商丘市梁園區(qū)北郊鄉(xiāng)進(jìn)行了田間試驗(yàn)。土壤屬黏土地、濕度偏大,機(jī)具進(jìn)入田間作業(yè)時(shí),入土性能尚可,但行走超過(guò)20 m后,機(jī)具的深松部位出現(xiàn)大的溝道,拖拉機(jī)牽引阻力越來(lái)越大,甚至出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,且兩松土鏟之間夾塞有大量黏土及雜草等,將夾塞物清除后,經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn),仍出現(xiàn)上述缺陷,不能保證機(jī)具正常的深松作業(yè)。
(2)第二代樣機(jī)土壤深松部件的研制改進(jìn)并定型
①結(jié)構(gòu)組成:由于第一代樣機(jī)的鏟柄設(shè)計(jì)缺陷,使兩松土鏟之間出現(xiàn)天然的雜物夾塞區(qū)域,沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。課題組成員認(rèn)真研究,確定改進(jìn)深松鏟柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。去除前置式淺松鏟柄,將雙翼平鏟后移(使雙平鏟鏟尖與鏟柄前端面平齊),雙翼平鏟安裝如圖3所示。沿A-A處將雙翼平鏟一分為二,即分為分體式單翼平鏟組件,每一對(duì)組件反向?qū)ΨQ。在A-A處向下方延伸焊接緊固連接板,將其固定于鏟柄的同一位置兩側(cè),組成雙翼平鏟。
1平面鑿型鏟2鏟柄3雙翼平鏟
圖3第二代樣機(jī)深松部件圖 ②田間試驗(yàn)情況:第二代樣機(jī)于2013年7月中旬完成,該樣機(jī)用第一代樣機(jī)做試驗(yàn)的地塊進(jìn)行田間試驗(yàn),土壤墑情適中,機(jī)具作業(yè)時(shí),具有入土行程短,作業(yè)流暢等特點(diǎn)。最大松土深度可達(dá)350 mm,牽引阻力小,但深松后有一小溝道,分析其原因主要是單翼平鏟的鏟胸升角較大(當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)為16°)所致,課題組技術(shù)人員確定改進(jìn)設(shè)計(jì)并優(yōu)化單翼平鏟組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
③改進(jìn)并定型:安裝單翼平鏟組件的目的是增加犁底層的松土范圍,為了保證不同土壤類型的松土要求,且減小松土阻力,將如下參數(shù)作出改進(jìn):為避免土壤位移過(guò)大而造成土層混亂,鏟翼寬采用b=40 mm(標(biāo)準(zhǔn)值b=40~60 mm);通過(guò)由兩個(gè)反向?qū)ΨQ的單翼平鏟組件組成了雙翼松土平鏟,將其犁胸升角設(shè)計(jì)為0(只松動(dòng)土壤,不翻動(dòng)土層)。
④試驗(yàn)情況:定型后的樣機(jī)經(jīng)農(nóng)機(jī)合作社機(jī)手實(shí)地農(nóng)田作業(yè)1000多畝,深松深度及松土范圍等指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
3限深輪部件的設(shè)計(jì)
限深輪用優(yōu)質(zhì)碳素鋼板卷制而成,通過(guò)手搖絲桿無(wú)極調(diào)節(jié)松土深度,使用極為方便。
四、1S-4型條帶式土壤深松機(jī)的檢驗(yàn)
在2013年10月初,該機(jī)具在商丘市梁園區(qū)李莊鄉(xiāng)閻莊新村,進(jìn)行了田間試驗(yàn)檢測(cè),經(jīng)河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站檢測(cè)結(jié)果表明,各項(xiàng)性能指標(biāo)完全符合國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,并列入河南省支持推廣農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品目錄。
通過(guò)在民權(quán)縣和寧陵縣等地的對(duì)比試驗(yàn)田調(diào)研,深松耕作地塊小麥長(zhǎng)勢(shì)明顯好于傳統(tǒng)耕作地塊,且耐旱和抗凍優(yōu)勢(shì)明顯。每年的測(cè)產(chǎn)表明:畝產(chǎn)量增產(chǎn)不低于10%。
五、結(jié)論
1S—4型條帶式土壤深松機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用維護(hù)方便,性價(jià)比高,性能可靠等特點(diǎn),經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)表演演示表明:該機(jī)具有作業(yè)效率高、深松碎土效果好等優(yōu)點(diǎn),深受與會(huì)農(nóng)機(jī)專家和農(nóng)民機(jī)手的好評(píng)。該機(jī)已列入河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣目錄,是保護(hù)性耕作的系列機(jī)具之一,對(duì)糧食增產(chǎn)和發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)意義重大。該機(jī)具已在省內(nèi)外累計(jì)推廣500多臺(tái),經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保效益顯著,具有廣闊的應(yīng)用前景。
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一、研制土壤深松機(jī)的目的和意義
聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制初期,我市的土地耕作模式主要采用小型拖拉機(jī)耕翻,耕翻深度在15~20 cm。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,大中型拖拉機(jī)發(fā)展迅速,而農(nóng)村勞動(dòng)力外出打工又使農(nóng)村勞動(dòng)力緊張。因此,快速、高效、省工的大中型拖拉機(jī)旋耕(深度為8~15 cm)作業(yè)迅速發(fā)展,其作業(yè)面積占我市耕地面積95%以上。土壤是農(nóng)作物生長(zhǎng)、發(fā)育的基礎(chǔ),是制約糧食增產(chǎn)的重要因素之一。年復(fù)一年的淺耕、旋耕與機(jī)具碾壓、人畜踩踏,加上大量不科學(xué)的施用化肥,造成土壤板結(jié)嚴(yán)重、耕作層變淺、犁底層變厚變硬、密度變大、孔隙度變低、透水性變差,阻礙了土壤上下水氣的貫通和天然降水的貯存。特別是連年的旋耕作業(yè),導(dǎo)致土壤中蚯蚓等生物的大量減少甚至絕跡,土壤毛細(xì)管遭到破壞,土壤養(yǎng)分輸送能力變差,難以維持作物正常生長(zhǎng)對(duì)水、肥、氣、熱的需求,致使地表徑流現(xiàn)象十分突出,土壤蓄水保墑能力明顯不足,嚴(yán)重制約著糧食作物的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)。
機(jī)械化深松技術(shù)是不翻土的耕作作業(yè),是在不打亂原有土層結(jié)構(gòu)的情況下,利用機(jī)械松動(dòng)土壤,打破犁底層,加深耕作層,創(chuàng)造虛實(shí)并存土壤結(jié)構(gòu)的耕作技術(shù)。機(jī)械化深松能有效地改善土壤的通透性,利于作物扎深根,起到澇能蓄水,旱能提墑的效果;有助于氣體交換、礦物質(zhì)分解、活化微生物、培肥地力,是土地保護(hù)性耕作技術(shù)主要內(nèi)容之一。機(jī)械化深松技術(shù)順應(yīng)了當(dāng)前倡導(dǎo)發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的大趨勢(shì),應(yīng)用該技術(shù)在不增加投入的前提下,既可較大幅度地提高農(nóng)作物產(chǎn)量,又可保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。因此,深松是打破犁底層、改善土壤狀況、促使農(nóng)作物增產(chǎn)的最佳途徑。
目前,我市推廣使用的土壤深松機(jī)數(shù)量極少,大多數(shù)是復(fù)式作業(yè)機(jī)具。存在土壤深松效果及機(jī)具通過(guò)性能差、配置不合理等缺陷,且價(jià)格昂貴,不適宜在我市大面積推廣應(yīng)用;國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的深松機(jī)在我市進(jìn)行了選型試驗(yàn),配套動(dòng)力低于100馬力的拖拉機(jī)不能正常作業(yè),而我市拖拉機(jī)的功率大多低于100馬力,也不適于在我市大面積推廣。因此,對(duì)土壤深松效果好、性價(jià)比高且適宜我市大面積推廣應(yīng)用的土壤深松機(jī)的研制是當(dāng)務(wù)之急。
二、1S—4型條帶式土壤深松機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及主要技術(shù)參數(shù)
1結(jié)構(gòu)組成
該機(jī)主要有機(jī)架、深松部件總成、限深輪總成等部分組成(如圖1)。
1深松鏟2翼鏟3限深輪總成4連接底座5鏟柄6機(jī)架
圖1深松機(jī)總裝圖深松部件總成固定于機(jī)架的前、后梁上,它在配套拖拉機(jī)的牽引下,由人工調(diào)整耕深,進(jìn)行耕作,從而達(dá)到對(duì)土壤的深松的目的。
深松部件固定在機(jī)架下方,它們?cè)跈C(jī)架上的位置可調(diào),從而可以適應(yīng)多種農(nóng)作物不同壟寬的深松作業(yè)要求。
深松部件是由深松鏟、鏟柄兩部分組成,深松鏟選用淺松雙翼平鏟、平面鑿形鏟組合。優(yōu)化設(shè)計(jì)雙翼平鏟,也可降低耕作阻力,并可提高松土效果;采用新型的平面鑿形鏟,其寬度與鏟柄相近,平面形阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高,制作方便,磨損后易更換。
2主要技術(shù)參數(shù)
(1)配套動(dòng)力:51~70 kW;
(2)外形尺寸:2450 mm×1100 mm×1100 mm;
(3)深松鏟結(jié)構(gòu)形式:復(fù)合型(鑿形鏟和翼形鏟);
(4)工作幅寬:2400 mm;
(5)工作鏟數(shù):4個(gè);
(6)生產(chǎn)率:05~096 hm2/h;
(7)深松深度:200~350 mm。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要說(shuō)明
1機(jī)架的設(shè)計(jì)制作
機(jī)架采用矩形方框結(jié)構(gòu)。縱橫梁用100×80×5的矩形管焊接制作,其上焊接有三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)。
2深松部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
深松部件是土壤深松機(jī)具的關(guān)鍵部件,改變耕作部件的結(jié)構(gòu)形式和優(yōu)化其技術(shù)參數(shù)是減少土壤耕作部件工作阻力的重要方法之一。該方法主要針對(duì)不同的土壤條件,進(jìn)行深松部件鏟柄的結(jié)構(gòu)、尺寸、鏟尖結(jié)構(gòu)以及深松機(jī)各深松部件的分布方式等設(shè)計(jì),以求獲得高效節(jié)能的效果。現(xiàn)將其研究過(guò)程介紹如下:
(1)第一代樣機(jī)土壤深松部件研制情況
①結(jié)構(gòu)組成:深松部件主要有深松鏟通用鏟柄、前置淺松雙翼鏟、平面鑿形鏟等組成(如圖2)。
1平面鑿形鏟2雙翼平鏟3鏟柄
圖2第一代樣機(jī)深松部件圖 ②試驗(yàn)情況:該樣機(jī)于2013年7月初研制完成,在商丘市梁園區(qū)北郊鄉(xiāng)進(jìn)行了田間試驗(yàn)。土壤屬黏土地、濕度偏大,機(jī)具進(jìn)入田間作業(yè)時(shí),入土性能尚可,但行走超過(guò)20 m后,機(jī)具的深松部位出現(xiàn)大的溝道,拖拉機(jī)牽引阻力越來(lái)越大,甚至出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,且兩松土鏟之間夾塞有大量黏土及雜草等,將夾塞物清除后,經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn),仍出現(xiàn)上述缺陷,不能保證機(jī)具正常的深松作業(yè)。
(2)第二代樣機(jī)土壤深松部件的研制改進(jìn)并定型
①結(jié)構(gòu)組成:由于第一代樣機(jī)的鏟柄設(shè)計(jì)缺陷,使兩松土鏟之間出現(xiàn)天然的雜物夾塞區(qū)域,沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。課題組成員認(rèn)真研究,確定改進(jìn)深松鏟柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。去除前置式淺松鏟柄,將雙翼平鏟后移(使雙平鏟鏟尖與鏟柄前端面平齊),雙翼平鏟安裝如圖3所示。沿A-A處將雙翼平鏟一分為二,即分為分體式單翼平鏟組件,每一對(duì)組件反向?qū)ΨQ。在A-A處向下方延伸焊接緊固連接板,將其固定于鏟柄的同一位置兩側(cè),組成雙翼平鏟。
1平面鑿型鏟2鏟柄3雙翼平鏟
圖3第二代樣機(jī)深松部件圖 ②田間試驗(yàn)情況:第二代樣機(jī)于2013年7月中旬完成,該樣機(jī)用第一代樣機(jī)做試驗(yàn)的地塊進(jìn)行田間試驗(yàn),土壤墑情適中,機(jī)具作業(yè)時(shí),具有入土行程短,作業(yè)流暢等特點(diǎn)。最大松土深度可達(dá)350 mm,牽引阻力小,但深松后有一小溝道,分析其原因主要是單翼平鏟的鏟胸升角較大(當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)為16°)所致,課題組技術(shù)人員確定改進(jìn)設(shè)計(jì)并優(yōu)化單翼平鏟組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
③改進(jìn)并定型:安裝單翼平鏟組件的目的是增加犁底層的松土范圍,為了保證不同土壤類型的松土要求,且減小松土阻力,將如下參數(shù)作出改進(jìn):為避免土壤位移過(guò)大而造成土層混亂,鏟翼寬采用b=40 mm(標(biāo)準(zhǔn)值b=40~60 mm);通過(guò)由兩個(gè)反向?qū)ΨQ的單翼平鏟組件組成了雙翼松土平鏟,將其犁胸升角設(shè)計(jì)為0(只松動(dòng)土壤,不翻動(dòng)土層)。
④試驗(yàn)情況:定型后的樣機(jī)經(jīng)農(nóng)機(jī)合作社機(jī)手實(shí)地農(nóng)田作業(yè)1000多畝,深松深度及松土范圍等指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
3限深輪部件的設(shè)計(jì)
限深輪用優(yōu)質(zhì)碳素鋼板卷制而成,通過(guò)手搖絲桿無(wú)極調(diào)節(jié)松土深度,使用極為方便。
四、1S-4型條帶式土壤深松機(jī)的檢驗(yàn)
在2013年10月初,該機(jī)具在商丘市梁園區(qū)李莊鄉(xiāng)閻莊新村,進(jìn)行了田間試驗(yàn)檢測(cè),經(jīng)河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站檢測(cè)結(jié)果表明,各項(xiàng)性能指標(biāo)完全符合國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,并列入河南省支持推廣農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品目錄。
通過(guò)在民權(quán)縣和寧陵縣等地的對(duì)比試驗(yàn)田調(diào)研,深松耕作地塊小麥長(zhǎng)勢(shì)明顯好于傳統(tǒng)耕作地塊,且耐旱和抗凍優(yōu)勢(shì)明顯。每年的測(cè)產(chǎn)表明:畝產(chǎn)量增產(chǎn)不低于10%。
五、結(jié)論
1S—4型條帶式土壤深松機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用維護(hù)方便,性價(jià)比高,性能可靠等特點(diǎn),經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)表演演示表明:該機(jī)具有作業(yè)效率高、深松碎土效果好等優(yōu)點(diǎn),深受與會(huì)農(nóng)機(jī)專家和農(nóng)民機(jī)手的好評(píng)。該機(jī)已列入河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣目錄,是保護(hù)性耕作的系列機(jī)具之一,對(duì)糧食增產(chǎn)和發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)意義重大。該機(jī)具已在省內(nèi)外累計(jì)推廣500多臺(tái),經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保效益顯著,具有廣闊的應(yīng)用前景。
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