振動(dòng)深松機(jī)的作業(yè)優(yōu)勢(shì)及原理分析

咸培棟　高威

摘 要：振動(dòng)深松機(jī)是現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)耕整地設(shè)備，其在優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)方面優(yōu)勢(shì)明顯。通過(guò)對(duì)振動(dòng)深松機(jī)和普通深松機(jī)械的對(duì)比，說(shuō)明了振動(dòng)深松機(jī)在結(jié)構(gòu)和原理上的優(yōu)勢(shì)和振動(dòng)產(chǎn)生的常見原理，并分析了現(xiàn)階段振動(dòng)深松技術(shù)存在的不足。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)深松機(jī)；優(yōu)勢(shì)；原理

中圖分類號(hào)：S222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.057

由于輪式農(nóng)業(yè)機(jī)械的大量使用，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)地區(qū)的耕地土壤被逐年壓實(shí)，在傳統(tǒng)的翻耕作業(yè)下，耕地土壤的輸送深度始終維持在同一水平上，導(dǎo)致在傳統(tǒng)耕作深度之下形成了非常堅(jiān)實(shí)的犁底層，犁底層的存在影響了作物根系的生長(zhǎng)和水分養(yǎng)分的積累，不利于農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展。為解決這一問(wèn)題，深松整地技術(shù)近年來(lái)被廣泛地推廣和應(yīng)用起來(lái)，通過(guò)深松整地來(lái)打破犁底層，能夠有效地改善土壤的耕層結(jié)構(gòu)，從而提高土壤的蓄水抗旱和養(yǎng)分積累能力。傳統(tǒng)的深松機(jī)通過(guò)鏵式犁結(jié)合深松鏟完成對(duì)犁底層的打破工作，這種依靠拖拉機(jī)牽引力來(lái)實(shí)現(xiàn)的深松方式目前存在著一定的弊端和不適應(yīng)性，針對(duì)這一問(wèn)題，我國(guó)農(nóng)機(jī)部門加大了對(duì)新型振動(dòng)深松機(jī)的研發(fā)和推廣力度。

1 傳統(tǒng)深松機(jī)的作業(yè)弊端

傳統(tǒng)的深松機(jī)多采用非振動(dòng)形式，通過(guò)拖拉機(jī)的牽引作用利用固定在深松機(jī)下端的深松鏟完成對(duì)土壤的切割、破碎和提升工作。當(dāng)深松鏟向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于切削力的作用，犁底層在鏟尖和鏟柄等位置被分割破碎，同時(shí)呈現(xiàn)一定的翻動(dòng)效果。由于傳統(tǒng)深松是利用剛性結(jié)構(gòu)打破犁底層，深松鏟在工作時(shí)必須受到摩擦阻力、剪切阻力、下壓力等多種阻力作用，所以必須使用大馬力拖拉機(jī)或適當(dāng)減小深松鏟的數(shù)量，才能保證深松作業(yè)的有效完成。相關(guān)研究表明，由于固定式深松鏟在作業(yè)時(shí)的速度很慢，只能起到基本的破壞犁底層的作用，實(shí)際對(duì)土壤的細(xì)碎能力十分有限，最終的深松效果會(huì)在耕地土壤中形成很多未被細(xì)碎的小土塊，不利于播種作業(yè)的進(jìn)行。

2 振動(dòng)深松機(jī)作業(yè)優(yōu)勢(shì)分析

2.1 牽引阻力小

振動(dòng)深松機(jī)的深松鏟在作業(yè)的過(guò)程中帶有一定的振動(dòng)效果，由于振動(dòng)作用的存在，使破碎土壤過(guò)程中的部分阻力被振動(dòng)作用提前消除，同時(shí)為深松鏟提供更為有利的切削條件，在很大程度上降低牽引的阻力。在深松鏟對(duì)土壤進(jìn)行切割的過(guò)程中，由于振動(dòng)所產(chǎn)生的垂直方向加速度效應(yīng)，使土壤在向上翻動(dòng)的過(guò)程中并不是始終與鏟面貼合，而有部分土壤彈離鏟面，這就在一定程度上減小了深松鏟在水平方向上的前進(jìn)阻力。相對(duì)于非振動(dòng)形式的深松機(jī)，設(shè)計(jì)合理的振動(dòng)深松機(jī)在相同速度的作業(yè)條件下，能夠節(jié)省功率消耗達(dá)20%以上。

2.2 土壤細(xì)碎程度高

實(shí)驗(yàn)表明，在進(jìn)行普通深松作業(yè)的過(guò)程中，由于不同區(qū)域土壤密度的不同，會(huì)導(dǎo)致深松鏟所受的阻力不斷變化，這就使深松鏟工作時(shí)的剪切力對(duì)土壤的作用范圍不斷變化，很容易造成土壤細(xì)碎不均勻的問(wèn)題，這跟牽引阻力的不斷變化是有直接關(guān)系的。而采用振動(dòng)形式的深松鏟，不僅有效減小了牽引阻力，更有效降低了土壤密度的不均勻?qū)恳枇Φ淖兓陀绊懀捎谡駝?dòng)作用不僅土壤更加細(xì)碎，還使深松鏟對(duì)土壤的切割速度和作用力始終維持在較小的變化范圍內(nèi)，有效保證了土壤深松的均勻程度。

3 振動(dòng)種類及原理

振動(dòng)深松機(jī)按照工作原理可分為強(qiáng)迫振動(dòng)深松機(jī)和自激振動(dòng)深松機(jī)兩類，其基本工作原理如下。

3.1 強(qiáng)迫振動(dòng)深松機(jī)

強(qiáng)迫振動(dòng)深松機(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)通常是通過(guò)拖拉機(jī)的后動(dòng)力輸出軸或驅(qū)動(dòng)電機(jī)所提供的周期性振動(dòng)，振動(dòng)可通過(guò)帶有沖擊性運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。例如，凸輪、曲柄連桿機(jī)構(gòu)或是偏心輪機(jī)構(gòu)都能夠產(chǎn)生一定形式的周期性振動(dòng)，當(dāng)深松鏟受到牽引力作用而前進(jìn)時(shí)，振動(dòng)機(jī)構(gòu)可以帶動(dòng)鏟體一同振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)削弱牽引阻力的作用。

強(qiáng)迫振動(dòng)所產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，雖然能夠有效降低深松過(guò)程中的工作阻力，在一定程度上提升了深松作業(yè)的碎土效果，但是在牽引阻力降低的同時(shí)，也必須消耗更多的能源來(lái)為振動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，因此，強(qiáng)迫振動(dòng)在節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)不算明顯。由于強(qiáng)迫振動(dòng)方式所產(chǎn)生的振動(dòng)是具有周期性特點(diǎn)的，這種振動(dòng)所產(chǎn)生的周期性沖擊也容易將已經(jīng)細(xì)碎的土壤再次壓實(shí)，從而降低深松作業(yè)對(duì)土壤的細(xì)碎效果。

3.2 自激振動(dòng)深松機(jī)

自激振動(dòng)是振動(dòng)深松機(jī)的一種新型式，它通過(guò)使用彈性元件使深松機(jī)產(chǎn)生自激振動(dòng)，從而產(chǎn)生與強(qiáng)迫振動(dòng)深松機(jī)類似的降阻效果，由于取消了動(dòng)力提供的振動(dòng)方式，作業(yè)過(guò)程中的能耗大幅降低，現(xiàn)階段的自激振動(dòng)深松機(jī)技術(shù)尚處于研究階段，而能夠產(chǎn)生自激振動(dòng)的因素主要包括以下幾點(diǎn)：一是由于地表不平或耕層密度不均勻，使深松結(jié)構(gòu)的作用力不斷發(fā)生變化，帶動(dòng)深松機(jī)構(gòu)局部位移變化而引發(fā)系統(tǒng)的振動(dòng)；二是將拖拉機(jī)的運(yùn)行振動(dòng)經(jīng)過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行放大而產(chǎn)生的系統(tǒng)振動(dòng)；三是耕地中的石子、雜物等對(duì)深松零件產(chǎn)生的突發(fā)沖擊引起的振動(dòng)。自激振動(dòng)式深松機(jī)具雖有降阻節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但降阻效果不如強(qiáng)迫振動(dòng)的明顯，同時(shí)也具有不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。

總之，振動(dòng)深松機(jī)相對(duì)于普通深松機(jī)械而言在作業(yè)效果上具備顯著的優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)階段的相關(guān)技術(shù)研究和應(yīng)用仍不廣泛，且在振動(dòng)機(jī)理和能源消耗的匹配關(guān)系上仍需要更細(xì)致的探索與研究，相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，振動(dòng)深松機(jī)一定能為農(nóng)業(yè)耕整地作業(yè)提供更大的幫助。