一种组合式单（双）铧犁的研究与设计

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　　摘 要：土壤的翻耕是农业生产中较为重要的环节之一，铧式犁是土壤耕作的主要农机具。分析当前农机市场上单铧犁和双铧犁存在的不足之处，着重论述组合式单（双）铧犁的结构设计，分析该種设计较传统铧犁所拥有的优点。
　　关键词：土壤翻耕;组合式单（双）铧犁;结构设计;优点
　　Abstract： Land plowing is one of the most important links in agricultural production. The plow is the main agricultural machinery for ploughing soil. It analyzes the shortcomings of single plow and double plow in the current agricultural machinery market. The structural design of the combined single （double） plow is analyzed to analyze the advantages of this design compared to the traditional plow.
　　Key words： soil tillage; combined single （double） plow; structural design; advantages
　　0 引言
　　土壤的耕作主要是通过机械作用，创造一个良好的土壤表面状态和适宜的耕层构造，建立土壤、水、肥、气、热因素和外界环境的动态平衡，控制土壤微生物的活动性和生物化学活性，调节有机质的分解和积累[1]。2016年农业部下发了《全国农业机械化发展第十三个五年规划》，该规划的发展目标为：到2020年，主要农作物生产全程机械化、种养加全面机械化取得显著进展，区域协调共进的农业机械化发展新格局基本形成，有条件的地区率先基本实现农业机械化。就目前在农业机械研究领域中，对耕地机械的研究投入不足以满足实际对耕地机械的需求，尤其在铧式犁研究方面。
　　铧式犁是土壤耕作的主要农机具，铧式犁根据犁铧的数量分为单铧犁、双铧犁和多铧犁，单铧犁和双铧犁主要适用于小块山地、坡耕地等，多铧犁则更适用于平原地区。自20世纪50年代起，犁体的设计向增加犁沟的宽度和深度、多犁沟、粉碎秸秆有机质控制、提高犁速及可任意翻转土垡的翻转犁方向发展[2]。经过研究人员的不懈努力，铧式犁的研究取得了较大的成绩，但这些成绩主要集中体现在多铧犁上，而单铧犁和双铧犁则显得黯然失色，故对于单（双）铧犁的研究，还需进一步加大投入力度。
　　1 单（双）铧犁前景分析
　　坡耕地是中国耕地资源的重要组成部分，现有坡耕地3.513×107 hm2，约占耕地总面积的17.5%[3]。就云南省而言，全省土地总面积38.32万km2，山地和山地高原面积约占总面积的94%[4]。目前，多数的山地和坡耕地由于受到地形条件、土地状况等原因的影响，耕作方式主要还是依靠牛耕、手扶拖拉机以及微耕机等进行。
　　手扶拖拉机和微耕机主要是配挂旋耕刀进行旋耕作业，少数牵引单铧犁进行耕作。不论是机耕还是牛犁，都达不到山地的耕作要求，主要是耕深过浅，翻垡达不到要求，杂草覆盖率较低。导致土壤耕作层较薄，养分少，蓄水性差，不利于农作物的种植。长期采用这种浅耕复种还会破坏土壤结构，加剧坡耕地和山地的水土流失。
　　现有的单铧犁绝大多数为手扶拖拉机牵引农具，这种单铧犁耕翻效果差，入土性能不好，利用率较低;双铧犁一般都为小、中型四轮拖拉机悬挂作业农具，也存在很多不足之处。这就导致对土地的耕作出现两种极端情况，要么就是中、大型拖拉机配套多铧犁进行作业，要么就是用手扶拖拉机或者微耕机进行旋耕作业，单铧犁和双铧犁则逐步淡出农机具市场。而组合式的单铧犁和双铧犁在农机具市场上基本属于空白，可看出组合式的单铧犁和双铧犁具有较好的前景与市场。
　　2 当前单（双）铧犁的结构分析
　　铧式犁犁体由犁铧、犁壁、犁侧板和犁柱组成一个整体，通过犁柱安装在犁架上，其作用是插入土壤，垂直和水平地切出土垡，并对其进行破碎和翻转[5]。传统犁柱与犁架的连接有直接焊接和螺栓连接两种，除单铧犁以外，其他铧犁犁柱为直犁柱，一般为椭圆的空心铸造件，垂直于犁架进行安装（图1）。 而单铧犁的犁柱为弯犁柱，可与犁架连接，也可与犁架锻造为一体（图2）。除单铧犁以外，其他铧犁的犁架的两个下悬挂板直接与犁架焊合，上悬挂板和斜拉杆有的与犁架直接焊接，有的则通过螺栓与犁架连接。
　　这种传统的铧犁结构存在以下不足之处：
　　（1）这种铧犁结构由于是焊接的，在总体尺寸方面误差大;
　　（2）焊接结构的铧犁不方便运输;
　　（3）犁柱垂直于犁架向下安装，犁柱所受的剪切力较大，在受力过大时，犁柱容易受损;
　　（4）在犁柱与犁架连接位置处，犁架受到的剪切力比较集中，可能致使犁架局部发生形变;
　　（5）犁架在恶劣的工作环境中容易出现脱焊情况;
　　（6）在犁架局部受损的情况下，难以进行修复;
　　（7）现在的铧犁存在入土困难、牵引负荷大、容易出现漏耕、重耕的情况，犁架上调节点少，难以对铧犁进行调节。
　　3 组合式单（双）铧犁的结构设计及分析
　　组合式单铧犁和双铧犁的犁架结构采用组合模式，改变传统的焊接方式，犁柱也改变了传统的结构和安装方式，组合式单（双）铧犁通过结构的改进，在犁柱与犁梁的连接处设有保护装置，在犁铧所受阻力过大时，能够对整个铧犁起到保护作用。
　　组合式单铧犁（图3）的悬挂梁的两侧焊接有两块挂接板，挂接板上有下悬挂联结销，右侧的挂接板上设有三个联接销用孔，在使用时，调节下悬挂联接销的位置来调铧犁的角度，减少漏耕、重耕情况。上悬挂板按照设计要求折弯，底部与悬挂梁通过U形螺栓联结;犁梁分为主梁和加强梁，犁梁的一端与纵横梁连接角钢连接，通过纵横梁连接角钢与悬挂梁连接，犁梁的另一端与连接夹板连接，连接夹板设计为梯形结构，梯形结构的设计是为了改变犁梁的连接角度。犁梁为一块满足设计强度要求的钢板，与连接夹板成一定角度连接，向悬挂架方向倾斜。犁梁的下端与犁托焊合件连接，犁托上安装有犁铧、前犁壁、后犁壁，犁托支撑板上安装有犁侧板，犁侧板的末端安装有犁踵。在上悬挂板和犁梁之间连接有上悬挂加强板。 　　组合式双铧犁（图4）的结构形式和单铧犁大同小异，只是在犁梁上有一些变化。双铧犁的犁梁分为前犁铧梁、后犁铧梁和加强梁，前犁铧梁和后犁铧梁与悬挂梁连接，加强梁连接于前、后犁铧梁之间。犁柱和犁梁成一定角度安装，减小了犁柱和犁梁所受的剪切力。
　　单铧犁和双铧犁在连接夹板和犁柱连接处都设有安全保护装置。犁柱和连接夹板通过两颗不同的螺栓连接，上端为一颗高强度螺栓，下端则为一颗保护螺栓。在铧犁受力过大时，通过切断保护螺栓来避免铧犁受损。
　　组合式铧犁较传统铧犁所具有的优点有：
　　（1）组合式铧犁的各个部件可拆卸，在运输上较为方便;
　　（2）组合式铧犁除悬挂梁和犁托焊合件两部分有焊接，其余均为螺栓连接，在使用中不容易出现脱焊的情况;
　　（3）组合式铧犁所有的部件中无铸造件，均为型材或者板料，只需按照实际要求进行下料，折弯或者冲压，减少生产耗时，降低铧犁的生产成本;
　　（4）犁柱与犁梁呈一定夹角安装，减小犁柱和犁梁所受的剪切力，使得铧犁经久耐用;
　　（5）组装式的铧犁可调点较多，能够大幅度减少漏耕、重耕现象;
　　（6）组装式铧犁焊接较少，绝大多数通过螺栓连接，在犁体的整体尺寸方面比传统铧式犁更精确;
　　（7）组合式铧犁的犁铧略向下倾斜，增加了铧犁的入土性能;
　　（8）在铧犁单一部件受损时，只需要将单个受损部件进行修复或者更换，降低维修成本;
　　（9）组合式铧犁具有安全保护装置，在受力过大时，能够减小甚至避免铧犁受损，在保护螺栓被切断后，只需重新更换保护螺栓即可继续作业;
　　（10）通过实际测试对比，组合式铧犁较传统的铧犁更省力。
　　4 结论
　　在农业现代化与机械化的快速发展中，农业机械装备水平得到稳步提升，同时在农业生产中发挥出重要作用[6]。但针对铧式犁的研究投入还不足以与市场需求相匹配，导致市场上所拥有的铧式犁依旧和传统铧式犁相差无几，随着耕地拖拉机研发力度的不断加大，农机具如果还是一成不变，那将会使农机具与拖拉机出现脱节的情况，终将面临被淘汰的局面。目前，该类型组合式铧犁的结构只适用于单铧犁和双铧犁，组合式多铧犁是我们接下来研究创新的目标。
　　在農业实现机械化生产的过程中，农机具的革旧创新起着主导作用。这就需要从事农机科研人员不断地进行创新突破，通过新型农机具这根有力的杠杆，撬动农业机械化生产不断向前推进。
　　参考文献：
　　[1] 杨丰，李梅，许剑平，等.耕作机械基础部件的研究现状及发展趋势[J].农机化研究，2000（5）：17-18.
　　[2] 易凡钰，施娇碟，杨光，等.铧式犁研究与应用现状[J].中国农机化学报，2019（3）：231-236.
　　[3] 肖继兵，孙占祥，刘志，等.降雨侵蚀因子和植被类型及覆盖度对坡耕地土壤侵蚀的影响[J].农业工程学报，2017，33（22）：159-166.
　　[4] 王伟，贺莉莎.云南省坡耕地调查及分析[J].中国水土保持，2019（4）：20-22.
　　[5] 谢敏.铧式犁犁体结构及性能分析[J].乡村科技，2016（12）：62-63.
　　[6] 李美香.农机耕地机械及应用浅谈[J].粮油农资，2019（4）：33-34.
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