1DS-3600型深松机的研究设计

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　　摘 要：为满足黑龙江省垦区深松作业需要，经过充分市场调查，设计了一种新型的1DS-3600型深松机。该机幅宽大、生产效率高，适用于大面积地块伏秋深松整地作业，能够达到提升地温和深层土壤疏松而不颠倒生熟土层的目的。
　　关键词：农业工程;研究设计;土壤;深松
　　中图分类号：S233.1 文献标识码：A
　　doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.02.010
　　 深松是旱作农业中的一项关键生产技术。通过深松，可以加深耕层，打破犁底层，重建土壤水分毛细通道，增加土壤孔隙，提高土壤空气和水分的通过能力，增强土壤水库的蓄水能力，促进作物生长发育。针对旧式深松机工作幅宽小、作业效率低、深松部件刚性大、弹性小、易折断的缺点，设计了1DS-3600型深松机，其主要工作参数如下表所示。
　　 1DS-3600型深松机（如图1所示）为后置三点悬挂式，其主要结构包括：机架、深松铲部件、限深轮装置等。机架采用双梁结构，深松铲部件和限深轮装置通过U型卡子固定在机架上。11套深松铲部件分前后两排排列，前6后5。机架的材料选用矩形钢管（100×100×10）制成。
　　1 1DS-3600型深松机主要特点
　　（1）3.6 m幅宽，生产效率高。
　　（2）土壤底部深松，表土侧向位移小，可以避免产生地面沟辙，提高地表平整度，有利播种、中耕、植保、喷药和收获机械通过。
　　（3）可以选配镇压轮，在播种前进行镇压，不散失墒情。
　　（4）深松铲柄采用特种弹簧钢制造，可在深松过程中自身产生振动，减少工作阻力。
　　2 深松铲部件的设计
　　深松铲部件是1DS-3600型深松机的重要组成部分，由深松铲和深松铲柄两部分构成，主要作用是松动土壤， 不颠倒上下生熟土层。
　　2.1 深松鏟设计
　　深松铲是深松机重要的工作部件，呈三棱楔形结构（如图2所示），其技术参数有：刃角、翼张角、隙角、切土角、碎土角、入土角、幅宽、铲翼宽、铲翼缘高和材料厚度等。
　　 （1）刃角i。刃角i的大小决定深松铲刃尖的锋利程度，在保证强度的情况下，刃角i取小值为宜，根据设计手册和经验，本设计刃角i=12°。
　　（2）翼张角2γ。
　　翼张角2γ的作用是使杂草根茎沿深松铲刃口产生滑动，实现滑动切割，避免杂草缠绕深松铲，翼张角是深松机前进时，深松铲翼刃沿机器前进方向与水平面的夹角。根据力学原理，当杂草根茎和深松铲刃口间的摩擦力小于杂草阻力R沿刃口的分力T时，杂草才能沿刃口向后滑移，即
　　T>F，或Rcosγ>Rsinγtanφ
　　式中 φ—杂草对铲刃的摩擦角。
　　φ=45°，且需要满足γ<90°-φ，即γ<45°。本设计翼张角2γ=70°。
　　（3）隙角ε。
　　隙角大小适宜时，入土性能较好，本设计隙角ε=10°。
　　（4）切土角β。
　　其取值大小决定了杂草除净率。值越大，其切草能力越弱。在保证铲刃强度的前提下，切土角宜取小值，本设计β=22°～25°。
　　（5）碎土角β。
　　碎土角值偏小会导致碎土能力减弱。偏大会产生3个负面影响：第一，增大深松阻力;第二，会将生土夹带到熟土层;第三，使表土产生较大的侧向位移，易形成土辙。因此，选取原则是既要保证土壤疏松程度又要保证不出现土辙，本设计碎土角β=9°。
　　（6）入土角α。
　　入土角α大小与切土阻力有关，α越大，阻力会随之增大，但是也不宜过小，因为α过小会使深松铲强度减小缩短使用寿命，本设计中，α=6°。
　　（7）幅宽B。
　　综合考虑深松铲的强度、入土情况以及碎土性能等条件确定深松铲幅宽B=450 mm。
　　（8）翼缘高h。
　　翼缘高h影响土壤松散程度和位移，不应超过深松深度的1/3。本设计中，h=40×sin10°=7 mm。
　　（9）深松铲翼宽b。
　　松土程度决定于深松铲翼宽b。为减小土壤位移而不致造成上下生熟混乱，本设计深松铲翼宽b=40 mm。
　　（10）材料厚度δ。材料厚度δ=8 mm。
　　2.2 深松铲柄设计
　　深松铲柄采用特种弹簧钢制造，经过特殊的热处理工艺。作业时深松铲会向左、右不同的方向振动，减小深松阻力，扩大动土范围，取得较好的深松和碎土的效果。
　　深松铲柄上端通过卡子和深度调节装置固定在机架上，下端安装深松铲。深松铲柄上部是矩形结构，下部弯曲成一定的曲度，最前部呈尖缘。
　　（1）深松铲柄弯曲半径r。本设计中r=242 mm。
　　（2）深松铲柄高度H。高度H尽量取小值，以满足铲柄强度要求，但是取值过小，铲柄容易缠草。本设计中H=700 mm。
　　（3）深松铲柄伸出长度L。伸出长度L由下列公式求得
　　L=R（1-sinα）+lcosα
　　式中 l—铲柄直线段长度，l=50 mm;
　　r—铲柄弯曲半径，r=242 mm;
　　α—铲柄入土角，α=6°。
　　本设计中，L=242×（1-sin6°）+50×cos6°=266 mm。
　　（4）深松铲柄截面结构设计。
　　深松铲柄的横截面采用长方形结构。为满足强度要求，长宽比为3：1，本设计中，横截面长度为45 mm，宽度为15 mm。
　　3 限深轮设计
　　根据整地要求不同，深松深度应是可以分级调节的。本机深松深度调节方便，采用位置调节法，用限深轮调节深度。限深轮是一个独立工作部件，用U型卡子和限深连接平板固定在后横梁上。制造材料为铸铁，耐磨性能良好。深松深度是通过限深连接平板上螺栓孔来调节。每级调节量为10 mm。限深轮直径为400 mm，限深轮宽度150 mm。为保证与地面的仿形效果和防止深松机侧滑，将限深轮安装于机架内侧，保证限深轮行驶在未深松地面区域范围。 　　4 深松铲部件配置
　　深松铲部件配置（如图3所示）决定了工作幅宽的大小，应满足作业不漏松、不堵塞的要求。本机深松铲部件呈前后两列配置成，深松土壤变形影响区域状况确定了深松铲部件左右、前后距离。结合黑龙江省的土壤特征和农艺要求，深松铲部件配置如下。
　　4.1 深松铲部件横向配置
　　本机设计11个深松铲部件，配置成前后两排，前排6个后排5个，均以等间距排列，横向间距配置应符合
　　2b0>d>b0
　　式中 b0—深松区域宽度，b0=725 mm;
　　d—同一排两相邻深松铲部件中心线水平距离，d=900 mm。
　　本设计中，2b0=1450 mm>d=900 mm>b0=725 mm。
　　4.2 相邻深松铲部件的纵向配置
　　在地面杂草较多时，深松铲部件纵向配置不合理，杂草易缠绕深松齿，产生堵塞。为避免此现象，相邻深松铲部件的纵向配置应符合
　　L1≥b0
　　式中 L1—前后列深松铲尖距离，X=800 mm;
　　b0—深松铲前面的影响土壤宽度，b0=384 mm。
　　本设计中，L1=800 mm>384 mm。
　　4.3 深松铲部件横向的重叠量
　　深松铲部件横向配置过密，阻力增大，需要消耗较大的动力;配置过疏，则易产生漏松。为防止漏松，需要合理设置深松铲部件的横向重叠量Δb，可用下式计算
　　Δb=L1tanζ
　　式中 L1—前后两列深松铲尖距离，L1=800 mm;
　　ζ—深松机作业前进时的偏角，ζ=4°。
　　本设计中，Δb=800×tan4°=36 mm。
　　5 结束语
　　1DS-3600型深松机研制成功后，2017年秋季在宝泉岭农场进行了深松作业，累计深松作业15天，整地300 hm2，无故障出现。经黑龙江省农业机械试验鉴定站检测，各项技术指标达到设计要求。测试结果表明，该机在土壤含水率18%～22%，地面残茬覆盖率15%～20%條件下，作业效率最高，深松深度、间距一致，作业效果好。经该机深松的耕地，底层土壤明显疏松，容重有所降低，明显减小播种开沟器的阻力，对表土破坏较小，不产生明显沟辙。
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