1LF-640 型翻轉柵條犁的研制試驗

張魯云，鄭 炫※，孟祥金，何興村

（新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆石河子832000）

0 引言

伴隨著我國80 年代的改革開放與經濟發展，農業產業也相應得到了快速發展。2004 年以前，我國農用機械多以20 馬力的小型農機具為主[1]，自2004 年國家實行農機購置補貼政策之后，農用機械動力逐步向70 馬力提高。近年來，伴隨著國家各項惠農政策的實施，新疆團場職工收入逐年提高，自2011 年以來，100馬力以上的大型農機具成為了市場產品主角。使用大馬力拖拉機雖然提高了作業速度，但是與其相配套高速犁的開發與研究卻進展緩慢。大馬力拖拉機懸掛普通鏵式犁進行高速作業[2]，多數情況下會出現土壤阻力急劇增大，翻耕拋土距離太大，土垡破碎性不好，耕寬和耕深穩定變異系數變大等諸多問題。目前市場上大馬力農機具多被國外產品所壟斷，價格昂貴，配件短缺，給使用維修帶來很大不便。新疆農墾科學院機械裝備研究所根據大馬力拖拉機的工作特點，研制開發一種新型柵條式液壓翻轉犁，以適應現代農業的發展需求。

1 機型結構與工作原理

1.1 結構組成

柵條式液壓翻轉犁采用三點式懸掛裝置，由大馬力拖拉機牽引作業。主要由懸掛牽引架、翻轉油缸、主犁體、副犁體、固定座、主梁、限深輪、調幅裝置等部件組成[3]，全犁結構如圖1。

該犁的主犁體采用柵條式結構，重量輕、阻力小，翻垡順利；6 組柵條式主犁體通過犁體支架安裝在主梁上；犁體總成通過液壓油缸進行180°翻轉；耕深可由限深輪調節，限深輪同時兼做運輸輪，便于拖拉機運輸牽引。

1.2 工作原理

柵條翻轉犁由左右兩組對稱主副犁體組成[4]，工作時，土垡受到犁鏟和犁壁的切割作用，土層被松動、破碎、翻轉；拖拉機完成單趟犁耕作業之后，通過翻轉油缸使犁體翻轉180°，使土垡向同一方向翻轉，減小表層土壤起伏波動[5]，還可逐年降低坡地的坡度，使條田更有利于機械作業和作物生長。

2 主要部件組成

2.1 犁體結構

為了保證犁體強度和優化制造工藝，犁體大梁選用120×100×8 mm 規格鋼管。柵條犁犁體采用主、副梁三角形設計，主梁上安裝6 組主犁體，副梁用于調節幅寬。三角形結構增加了犁體強度和工作平穩性，有效減緩犁耕時土壤對犁體的沖擊力。主副梁與牽引架之間采用螺栓連接，便于運輸組裝和拆卸維修，由于沒有固定式三角形框架的焊接高溫變形，提高了制造和安裝精度。

2.2 柵條主犁體

主犁體由犁尖、犁鏟、主犁壁、柵條犁壁、支撐桿、犁柱等配件組成，如圖2，由?12 沉頭螺栓連接，犁尖、犁鏟等易磨損耗件均可快速更換。犁體組件采用高硼鋼制作，具有良好的柔韌延展性，犁體曲面不易變形。所有組件均經過完全強化硬化處理，保證其洛氏硬度達到50Hrc 以上。

2.3 懸掛裝置

柵條翻轉犁由輪式拖拉機后置式三點懸掛裝置懸掛牽引，如圖3，下牽引板選用20 mm 厚的Q460 板材以加強牽引架整體強度。上牽引板上的螺栓固定孔位，中心間距設定為20 mm 的上中下三組，使用不同孔位可以調節牽引軸與懸掛軸之間的距離，便于根據農藝要求調整耕深范圍。

2.4 限深地輪

安裝限深地輪的目的是為了調控犁體入土深度，可以對機具起到平衡和支撐作用，并兼做運輸輪。選用10.0/75-15.3 型通用農用輪胎，輪胎寬度254mm，輪輞直徑389 mm。符合歐美設計標準，堅固耐用，價格適中，便于批量生產。

2.5 調幅裝置

在副梁前端使用8根?18×150 mm 螺栓，套管選用100×80×8mm方管，用于調節限位裝置的位置，調整好位置后由鎖緊螺栓鎖定，即可確定相應犁耕幅寬，如圖4。在不同的位置鎖定限位裝置，即可獲得不同的犁體擺動角度，從而完成柵條犁耕幅的調節。根據配套拖拉機的最大功率，耕作土壤的墑情、土質、堅實度，和農藝要求確定合適的犁耕幅寬。通過調節懸掛裝置和限位螺栓，改變犁體牽引角度，從而調整犁耕阻力中心和拖拉機牽引瞬心的相互位置。當拖拉機牽引瞬心和后橋中心與犁耕阻力在一條直線上時，即處于最佳工作狀態。此時，犁耕的側向力被完全平衡和消除，拖拉機充分發揮輸出功率。

2.6 翻轉油缸

翻轉柵條犁體所需的油缸最大推力為53 kN，由下式可計算出油缸直徑：

式中D—油缸直徑（m）；P—拖拉機液壓系統工作壓力，為10 MPa。

則

查液壓油缸工程手冊，所選油缸規格型號為：SG1－E90×1250S－E，油缸直徑為90 mm，活塞推桿直徑為55 mm，額定壓力16 MPa（圖5）。該型油缸操作簡便，翻閥順利，翻轉到位，沒有發生任何卡滯現象，表現出很強的適用性。

3 試驗測試與結果分析

3.1 試驗環境

2019 年10 月在新疆第八師石河子對柵條式液壓雙向翻轉犁進行性能試驗檢測，試驗地為小麥種植收獲后條田，面積約為500 hm2，配套動力為凱斯紐荷蘭225 型拖拉機，試驗地土壤為新疆堿性沙壤土[6]，屬旱田熟地。

3.2 主要技術指標

外形尺寸（長×寬×高，mm）配套動力（kW）掛結形式整機質量（kg）主犁體結構形式工作犁體（組）耕深深度（mm）作業速度（km/h）純小時生產率（hm2）7 400×1 400×850≥140后三點懸掛1 550柵條式6 320 9.56 1.15

通過對柵條犁耕作業后土壤進行現場挖掘測量，翻耕土壤土質疏松、翻垡均勻，給作物根系生長發育創造了良好的自然生態空間。現場測量表明該型犁平均耕深為320 mm，達到了國際上深耕犁的先進水平，該型翻耕犁的研制成功對大馬力拖拉機在新疆地區的推廣應用有著積極的推動促進作用。

4 結論

在拖拉機牽引力不變的情況下，增加作業速度進行犁耕，作業效率更高、穩定性更好，阻力更小。大馬力拖拉機牽引鏵式犁高速耕作，能量消耗最少，拖拉機燃油經濟效益最大。翻耕犁高速耕作時，不僅可以提高工作效率，而且由于土壤阻力小可以減少犁體的金屬磨損、消耗和大梁受力變形[7]，延長了農機具使用壽命，降低維修保養費用，最終以較低的投入獲得最大的產出，取得良好的經濟效益。該型犁與進口、國產大馬力拖拉機配套使用，在田間實地試驗中，柵條犁作業速度快、牽引阻力小、行走平穩、翻垡均勻、犁耕深度大，取得了良好效果。伴隨著新疆兵團農業領域大馬力拖拉機的逐漸普及，柵條式液壓翻轉犁將會有著廣闊的市場前景，產生較好的社會經濟效益。