振動(dòng)深松機(jī)的原理及技術(shù)優(yōu)勢分析

徐貴有 任德元

摘要：深松作業(yè)是在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作基礎(chǔ)上進(jìn)行的新技術(shù)，有利于打破傳統(tǒng)耕作產(chǎn)生的犁底層，并顯著優(yōu)化耕地的土壤結(jié)構(gòu)，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長久發(fā)展。通過介紹振動(dòng)深松機(jī)與傳統(tǒng)深松作業(yè)的區(qū)別與優(yōu)勢，說明了振動(dòng)深松的基本原理和常用機(jī)型的作業(yè)特點(diǎn)，總結(jié)了現(xiàn)階段存在的技術(shù)問題，并對振動(dòng)深松技術(shù)的發(fā)展提出了展望。

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

深松整地作業(yè)是現(xiàn)代化保護(hù)性耕作的重要組成部分，能夠在盡量小的翻動(dòng)土層的情況下，實(shí)現(xiàn)打破犁底層和增加耕作深度的目的，幫助土壤形成虛實(shí)結(jié)合的耕層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高土壤的蓄水保墑能力。在眾多的技術(shù)優(yōu)勢下，深松作業(yè)的覆蓋面積逐漸增加，也使越來越多的農(nóng)民認(rèn)可了深松整地這一新方式。但是傳統(tǒng)的機(jī)械化深松存在著所需動(dòng)力大、能源消耗高等缺點(diǎn)，使深松作業(yè)必須在較大的牽引阻力下進(jìn)行，無形中增加了耕整地作業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。因此，減少深松作業(yè)中的牽引阻力和能源消耗是深松作業(yè)技術(shù)提升的關(guān)鍵問題。振動(dòng)深松機(jī)作為近年來有效優(yōu)化深松作業(yè)過程的先進(jìn)機(jī)型，其工作原理和作業(yè)品質(zhì)得到了農(nóng)機(jī)研究人員和農(nóng)民的認(rèn)可，并在一定程度上實(shí)現(xiàn)了推廣和使用。

1工作原理分析

傳統(tǒng)的深松機(jī)械主要工作部件為普通深松鏟，其在工作過程中切土、碎土、提升土壤都是同步進(jìn)行的，在拖拉機(jī)牽引力的作用下，耕地土壤會(huì)沿深松鏟的剪切面出現(xiàn)周期性斷裂，同時(shí)向上層轉(zhuǎn)移，在此過程中深松鏟受到多種反作用力的直接施加，導(dǎo)致阻力增大、效率降低。當(dāng)對深松部件加設(shè)振動(dòng)裝置或結(jié)構(gòu)時(shí)，由于深松鏟的振動(dòng)效果導(dǎo)致切土、碎土、提升土壤不會(huì)同時(shí)進(jìn)行，工作部件上產(chǎn)生更有利的切削條件及對土壤破碎有利的受力狀態(tài)，其中部分阻力由振動(dòng)部件的振動(dòng)作用所承擔(dān)，降低了牽引阻力。振動(dòng)深松利用刃口將土壤切開后，在振動(dòng)的垂直加速度的作用下，深松鏟上方的土壤會(huì)向上做加速運(yùn)動(dòng)，形成浮起的效果。從而使?fàn)恳枇狭ψ兊煤苄。駝?dòng)作用的碎土效果有利于松土的均勻性，能夠?yàn)椴シN創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件，深松與振動(dòng)的結(jié)合更容易形成垂直方向上實(shí)下虛與水平方向虛實(shí)間隔的良好土壤結(jié)構(gòu)，更有利于增肥地力、蓄水保墑和促進(jìn)作物根系生長。

2主要機(jī)型與特點(diǎn)

2.1強(qiáng)迫式振動(dòng)深松機(jī)

強(qiáng)迫式振動(dòng)深松機(jī)具有主動(dòng)的振動(dòng)源，主要原理是利用拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的動(dòng)力，經(jīng)過傳動(dòng)與轉(zhuǎn)化成為振動(dòng)部件的動(dòng)力源，使機(jī)架產(chǎn)生垂直方向的振動(dòng)，最終將振動(dòng)傳導(dǎo)給深松部件，保證其能夠按一定的頻率和振幅振動(dòng)。強(qiáng)迫式振動(dòng)深松機(jī)的振動(dòng)部件主要包括以下幾種形式：

（1） 偏心輪與連桿相配合的振動(dòng)結(jié)構(gòu)。主要由偏心輪、連桿、連接臂、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、傳動(dòng)臂等組成。工作中偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程帶動(dòng)連桿進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，通過傳動(dòng)臂帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸完成圓周方向的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞給傳動(dòng)桿，進(jìn)而產(chǎn)生要求的振動(dòng)效果。

（2） 偏心塊振動(dòng)結(jié)構(gòu)。主要工作結(jié)構(gòu)包括主動(dòng)軸、從動(dòng)軸、偏心塊和齒輪結(jié)構(gòu)。工作中拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸將動(dòng)力傳遞給主動(dòng)軸，并通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸均設(shè)計(jì)有偏心塊，裝配過程中要求兩偏心塊的偏心相位統(tǒng)一，偏心塊在軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生激振力，從而形成深松鏟在垂直方向上的強(qiáng)迫振動(dòng)效果。

（3） 偏心軸與十字聯(lián)軸器相配合的振動(dòng)結(jié)構(gòu)。振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括了偏心軸、十字聯(lián)軸器及杠桿等主要部件。工作時(shí)由后動(dòng)力輸出軸通過聯(lián)軸器帶動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過偏心軸的圓周運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與之連接的十字聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使十字軸聯(lián)接器下部的杠桿在縱向平面內(nèi)以平衡位置為中心做小圓振動(dòng)，最終帶動(dòng)深松鏟產(chǎn)生振動(dòng)。

（4） 凸輪機(jī)構(gòu)。屬于傳統(tǒng)機(jī)械式振動(dòng)結(jié)構(gòu)的一種，主要工作部件包括振動(dòng)變速箱、凸輪機(jī)構(gòu)和振動(dòng)臂。工作中輸出軸通過鏈傳動(dòng)與凸輪機(jī)構(gòu)相連，利用凸輪不均衡的特點(diǎn)將其轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為振動(dòng)臂的振動(dòng)，從而帶動(dòng)振動(dòng)臂末端的深松鏟產(chǎn)生垂直方向的振動(dòng)。

（5） 曲軸連桿機(jī)構(gòu)。主要是利用曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)振動(dòng)杠桿牽引臂上下擺動(dòng)，導(dǎo)致與之連接的深松犁產(chǎn)生上下振動(dòng)。

2.2自激式振動(dòng)深松機(jī)

自激式振動(dòng)深松機(jī)主要是通過在傳統(tǒng)的深松過程中，利用土壤狀態(tài)變化和地表復(fù)雜因素的影響，引起彈簧或其他彈性元件振動(dòng)，形成類似強(qiáng)迫式振動(dòng)深松機(jī)的作業(yè)效果。自激式振動(dòng)深松機(jī)主要振動(dòng)原件包括振動(dòng)彈簧和彈齒耙兩類，工作中通過自身彈性變化產(chǎn)生的振動(dòng)減小深松過程中的牽引阻力。

3主要問題與難點(diǎn)

（1）盡管自激振動(dòng)相對于強(qiáng)迫振動(dòng)顯著降低了能源消耗，也存在一定的減少阻力能力，但是減阻效果與強(qiáng)迫振動(dòng)存在明顯差距，工作質(zhì)量也存在一定的不穩(wěn)定性。

（2）強(qiáng)迫振動(dòng)式深松機(jī)雖然能夠顯著降低耕作阻力，且具備更強(qiáng)的碎土能力，但由于振動(dòng)部件需要更大的動(dòng)力支持，因此對拖拉機(jī)的動(dòng)力要求更高。

（3）振動(dòng)深松機(jī)可能因?yàn)闄C(jī)架管梁傾斜、偏牽引等問題引起工作部件入土?xí)r深度不一致的現(xiàn)象，還可能在保護(hù)性耕作地區(qū)作業(yè)時(shí)，因地表作物殘茬和雜草導(dǎo)致纏繞和堵塞現(xiàn)象，這要求振動(dòng)深松機(jī)提升防堵能力。

振動(dòng)深松機(jī)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)重視鏟形和功能的優(yōu)化，從而進(jìn)一步減小耕作阻力提升碎土效果。在未來的研究中應(yīng)重視將深松部件的仿形技術(shù)、防堵技術(shù)與振動(dòng)式深松技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，以保證振動(dòng)深松機(jī)技術(shù)更好的為我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。