吉 林 农 业 大 学文档格式.docx

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王景立

摘要：

深松浅耕是农业生产过程中经常采用的增产增收技术措施。

深松翻地机一次性工作完成对土地的深松和翻地，减少进地次数，缓解土地压实率，节约能源，降低工作时间，解放劳动力，合理利用农业机械。

本毕业设计根据吉林省耕地不集中的实际情况，设计了五行行的深松翻地机，工作宽度为1.75m，适应农户家庭独自使用。

将深松犁使用U型螺栓安装在使用方形钢材焊接形成的三点悬挂装置三角形机架上，铸造的钢轮安装在纵梁上，通过120马力的拖拉机牵引完成工作。

将凿行铲和北方犁体有机结合，设计了深松浅翻犁，作为深松翻地机的重要部件。

关健词:

深耕浅耕机械化技术;

深松翻地机;

深松犁

Subsoilerplowingmachinedesign

Name:

GuoChenggang

Major:

AgriculturalMechanizationandAutomation

Instructor:

WangJingli

Abstract:

subsoilingtillageistoincreaseproductionofagriculturaltechnicalmeasuresoftenusedintheproductionprocess.Subsoilerplowingmachineworktocompleteaone-timesubsoilingandplowingtheland,reducingthenumberoftimesintothegroundtoeaselandcompactionrate,saveenergy,reduceworkinghours,theliberationoflabor,rationaluseofagriculturalmachinery.ThegraduationprojectisnotbasedontheactualconcentrationoffarmlandinJilinProvince,designFiverowssubsoilerplowingmachine,workingwidthof1.75m,adaptedtoruralhouseholdsownuse.SubsoilingplowwilluseU-boltmountedontheuseofsquaresteelweldedtoformatriangleofthree-pointhitchrack,caststeelwheelsmountedonrails,120-horsepowertractorthroughthejobdone.Thenorthandchiselplowshovelrowcombinedesignsubsoilingshallowturnplow,subsoilerplowingmachineasanimportantcomponent.

Keywords:

deepplowingtillagemechanizationtechnology;

subsoilerplowingmachine;

subsoilingplow

1前言

本设计的是深松翻地机，深松浅耕是提高玉米产量重要措施。

深松翻地机是发展和推广深松浅耕的重要机械。

深松翻地机可以同时完成深松和翻地，是一种省时省力节约人力物力的联合作业机械。

1.1研究目的和意义

现代化农业生产中对提高玉米产量并且节约能源的要求越来越高。

玉米作为吉林省粮食主产物，为了提高粮食产量，对于玉米耕种应该提倡深松浅耕机械化作业。

浅翻深松耕作技术是近几年发展起来的一项农业新技术。

这种耕作法是采用深松铲与浅翻铧式犁部件组合的一种整地方法。

它是浅翻和深松两项技术的完美结合,弥补了单项技术的不足。

实现浅翻、深松一次性联合作业,深松铲对土壤深层进行深松.以打破犁底层,使下层土壤疏松,有利于耕层积蓄雨水和作物根系的生长;

浅翻犁桦对土壤浅层耕翻,把土表的杂草种子、病菌抱子、作物秸秆等翻人土壤。

从而达到改善土壤结构、接纳更多的雨水和作物增产增收的目的[1]。

机械浅翻深松耕作技术的特点浅翻深松耕作技术是少耕深松耕作技术的一种,是继我国东北地区广为应用的深松耕作技术上发展起来的旱作农业增产新技术。

该技术采用深松铲与浅翻犁体组合工作部件,对土壤进行浅翻、深松联合作业。

深松铲进行深松,打破犁底层并疏松下层土壤,有利于土壤蓄水和作物根系向下延伸,同时浅翻犁体对浅层土壤进行耕翻灭茬,创造疏松的耕作表土层,有利于蓄水保墒,为提高播种质量打下基础。

机械浅翻深松作业具有以下优点。

（1）增产效果显著机械浅翻深松可加深耕层,打破多年在同一深度耕翻形成紧实的犁底层,使下层土壤疏松,犁底透水性能大幅度提高。

松土深度达30～35cm,基本消除了对根系生长的阻隔,使作物根系充分吸收土壤中的水分和养分。

据测定,该项技术可使粮食作物增产15%～20%,经济效益十分显著。

（2）蓄水保墒,覆盖残茬浅翻深松能更好的建立上虚下实的耕层构造,明显改善土壤的蓄水能力,并覆盖地表残茬。

降雨季节,浅翻的土层能迅速接纳雨水,深松层下渗到30cm以下的土壤中储存起来，形成土壤水库；

同时有效地防止了水土流失。

由于浅翻深松耕法所用铧式犁耕翻土能力较小，不把下层土壤翻上来，有利于保墒，防止风蚀。

（3）节省燃油，作业成本明显降低。

经测算，机械浅翻深松耕作技术与传统耕法相比，燃油消耗量是传统耕法的40%～70%。

仅燃油一项，每公顷作业成本可降低28元。

（4）作业次数减少，有利于保护土壤的团粒结构。

机械作业对土壤具有一定的破坏作用。

进地次数越多，破坏作用越大。

旱区传统的耕作法，采用耕、耙、耢、压、打埂、筑和开沟播种等复式作业.而机械浅翻深松耕作技术可以减少作

业次数，且浅层耕翻促进了土壤结构的团粒化。

（5）减少用工，降低成本，增加收入。

与传统耕法相比，可以减少3～5道作业工序，工时消耗分别是传统耕作的30%～50%。

1LF435深松浅翻犁

1LF435Subsoilingplowshallowturn

深松浅耕是土壤耕作的重要内容之一，也是农业生产过程中经常采用的增产技术，目的是为作物的播种发芽、生长发育提供良好的土壤环境。

首先，利用机械深松浅耕，可以使耕层疏松绵软，结构良好，活土层厚，平整肥沃，使固相、液相、气相比例相互协调，适应作用生长发育的要求。

其次，可以创造一个良好的发芽种床或苗床。

对旱作来说，要求播种部位的土壤比较紧实，以利提墒，促进种子萌动;

而覆盖种子的土层则要求松软，以利透水透气，促进种子发芽出苗，即所谓“硬床软被”。

第三，可以清理田间残茬杂草，掩埋肥料，消灭寄生在土壤和残茬上的病虫害等等[2]。

多年实施保护性耕作后普遍存在的问题是土壤变硬，容重增大，严重影响作物根系发育和其对水分、养料的吸收，作物产量普遍开始出现下降的趋势。

因此深松作业是解决这一问题的关键技术之一，深松翻地机可以一次性完成对耕地深松深耕。

即使用深松装置疏松土壤，加深耕层而不翻转土壤，有效地改善了土壤结构，提高了土壤保墒抗旱的能力。

研究表明，相对于传统翻耕方式，深松作业能使耕作区0-30cm土层容重降低0.1g/cm3左右，提高0-50cm土层含水率10.9%左右，10-21cm土层含水率11.2%左右，增加产量约为5.7%-11.3%。

新疆生产建设兵团是全国最大的农业垦区之一，由于兵团农业机械化程度较高，各种农业机械进地作业，土壤被车轮压实，近年来实施免耕播种，加之化肥、废旧地膜污染，多数耕地有效耕层仅为20cm左右，20cm以下是一层厚度为8-12cm，容重超过1.5g/cm3，硬度为普通耕层3倍的坚实犁底层。

坚硬的犁底层阻碍了植株的根系发育和灌溉水分的渗透，造成了水资源的浪费且不利于土壤的保墒。

试验研究表明，只有通过深松装置作业，才能彻底打破犁底层，疏松土壤减小植株根系穿透阻力，提高水资源利用率，增加作物产量，改善作物根系生态条件。

又能利用翻地装置铧式犁将失去结构的表层土堆、连同地表杂草、残茬、虫卵、草子和肥料（绿肥或厩肥）等翻埋到沟底，将下层的良好土壤翻到上层井疏松土坡，达到消灭杂草和病虫害，改善土壤结构、提高土勿肥力的目的，为作物生长创造良好条件[3]。

深松翻地机是土壤保护性耕作农机具。

土壤保护性耕作是一项把农业生产和生态环境有机地结合起来,具有社会、生态、经济综合效益的农机化技术措施,是治理沙尘暴,缓冲旱灾发生的治本之策,其实质是对土壤农田实行免耕、少耕,使农作物的残茬、茎叶覆盖地表,适时深松和喷药等措施,减少水土流失,既增加土壤肥力,又能达到蓄水保墒、保护生态环境的目的;

既降低生产的作业成

本,增加农作物的产量,又提高农业、生态、经济的综合效益。

1.2国内外发展状况及发展趋势

1947年,美国有位农民写了本书《犁耕者的顽固》,批叛了连年翻耕土壤的做法,引起各国农业科学家的注意.20世纪50年代苏联农学家马尔采夫创造了用无壁犁深松土壤的耕作方法,称为马尔采夫耕作法,这种耕作法可以改善土壤结构,大大提高作物产量.20世纪60年代以来,各种少耕法,免耕法相继问世.用少耕或免耕法耕作,不破坏土壤原来层次,机具碎土能力强,既能够提高土壤蓬松度,又能增强土壤通风透气性和蓄水保墒能力。

美国、西欧等国家因为农业机械化起步早，很早就认识到深松的作用，因此对深松技术做了大量研究，已经形成相当完善的理论体系和机械作业方法，其深松机械针对于不同土壤条件、不同地表形态已经形成系列，能较好地满足深松作业的要求。

作为工业强国的德国于上世纪80年代掌握了振动深松机的工作原理并研制出系列产品。

Williams、Cooksley以及Pidgeon也在这一时期开始研究弯腿犁，Harrison等设计了一种弯折45°

的弯腿犁，弯折部分有15°

的起土角，具有很高的入土性能。

我国是主要的干旱国家之一，干旱面积占国土面积的52.5%，主要分布在北方16个省。

黑龙江省拥有耕地面积为969万公顷，是典型的旱作农业区，常年干旱面积达333.3万公顷。

干旱少雨，灾害频繁，产量低而不稳，农民生活贫困；

农田裸露、水土流失严重一直是困扰当地农业发展的两大难题。

20世纪50年代，我国从前苏联引进了机械化耕作技术。

很长时间以来，在我国北方旱区已发展到以拖拉机为动力的机引农具耕作，增加了耕地深度，加厚了耕作层；

因其工效高，有利于抢农时，及时耕作，曾为农业增产、增收做出了很大的贡献。

同时，它也带来诸如能量消耗大，形成犁底层，破坏土壤结构以及机具对土壤的压实等问题，并且问题日益严重[4]。

目前,浅翻深松耕作技术已被越来越多的人所接受,因此,对这种高效率,高效益,高质量,自动化程度高,劳动强度低的浅翻深松犁等配套机具需求迫切.如黑龙江省2004年已推广浅翻深松耕作技术100多万公顷,推广浅翻深松耕作技术配套机具13000余台.另外,我国北方旱作区的河北,内蒙古,新疆,山东,山西,陕西等省,自治区近期可推广浅翻深松耕作技术面积将达1520万公顷,对浅翻深松耕作技术配套机具也必将有更大的需求市场。

按农艺要求，耕作层上土层碎、中土层细、下土层粗，适合植物生长。

如玉米、小麦、大豆以及其他经济作物均需要这样的土壤层。

近年，全国耕地耕作层普遍变浅，已成为影响我国粮食产量的最主要原因。

旋耕形成0～14cm的细土层，透气能力差，渗水能力差，土壤容易板结，自然降水只能在14cm细土层内保存，雨水大了不抗涝，旱了又不抗旱；

中土层变浅，由于旋耕机和耠具耕深较浅，平均较铧式犁要浅2cm以上，导致耕层变浅。

再者由于多年旋耕，旋耕刀轴带动刀片切削土壤，刀片对土壤有一个向下的锤击力，变浅的中土层便形成坚硬的犁底层，不透气、不透水，有8～10cm实土，土层非常硬，严重影响作物根系下扎和水肥营养吸收。

因此造成近年我国作物产量普遍不高，长期处在中低产状态。

解决的方法是旋耕机或耠具连续两年以上翻耕后，每隔2～3年应用铧式犁或深松机翻地一次，以使土壤疏松，耕作层加深，改善作物水、肥、气、热条件，有利于农作物根系的发育生长，达到增产增收的目的。

铧式犁耕翻地具有耕层较深，与小型拖拉机配套使用的轻型铧式犁耕层一般在15cm左右，与大中型拖拉机配套使用的轻型铧式犁耕层在18～20cm左右，与大型拖拉机配套的重型铧式犁耕层在22cm以上，翻埋效果好，病虫害发生率低。

优点是旱耕地受土层浅和田內石块影响小，作业范围广。

缺点是消耗动力较大，耗油率较高，墒沟深而宽，平整墒沟劳动强度大，这是近年来铧式犁（除立式耕耙犁）使用较少的最主要原因。

2设计方案论证

2.1设计原理

该深松翻地机主要又三角形方钢焊合机架，地轮，深松浅翻犁等主要部件组成。

该深松翻地机是销轴式三点悬挂式农机具。

将深松犁使用U型螺栓安装在使用方形钢材焊接形成的三点悬挂装置三角形机架上，铸造的钢轮安装在纵梁上，通过70马力的拖拉机牵引完成工作。

通过凿行铲和北方犁体有机结合，设计了深松犁，作为深松翻地机的重要部件。

该机器在70马力拖拉机牵引下，安装在犁柱上的深松铲先入土，它能破坏坚硬的犁底层、加深耕作层、改善耕层结构；

提高土壤蓄水保墒、抗旱耐涝能力。

深松土壤空隙增多，三相（固、气、液）比例得到适当的调节，故有增温防寒和减缓水土流失于风蚀的作用。

再由同时安装在犁柱上北方系列BTS301铧式犁将耕层土壤全部翻转。

将失去结构的表层土堆、连同地表杂草、残茬、虫卵、草子和肥料（绿肥或厩肥）等翻埋到沟底，将下层的良好土壤翻到上层井疏松土坡，达到消灭杂草和病虫害，改善土壤结构、提高土勿肥力的目的，为作物生长创造良好条件。

铸造钢制地轮安装在纵梁上，使用U型螺栓固定，可以通过调节地轮臂在地轮卡槽中的位置改变控制耕深。

2.2.深松翻地机的分类与选择

悬挂式浅翻深松犁是在悬挂式铧式犁基础上，用双翼凿式深松铲代替原铧式犁体，结构比较简单，适用性强。

主要代表机型有：

1FSL435、535系列浅翻深松犁。

该机配套动力为48～88.2kW轮式（履带）拖拉机，一次作业可以完成土壤的浅层翻转和深层松动，其工作幅宽140～175cm，浅翻深度14～16cm，深松深度30～35cm，生产率0.5～0.7公顷/h（1FSL435）、0.6～0.9公顷/h（1FSL435）。

目前，该机型已有多家企业生产，累计推广应用近千台。

为机械化旱作农业和增产、增收做出了很大的贡献。

但也存在一些问题，主要表现：

作效率低、作业成本高、可靠性差、翻垡性能差、地表墒沟大[5]。

翻转式1LF435、535、635系列翻转式双向浅翻深松犁，是针对市场需求特点及现有机型存在生产效率低、作业成本高的问题，而开发设计的一种高科技创新产品。

通过技术创新采用液压翻转与浅翻深松相结合的技术，该机可一次完成深松底土、浅翻灭茬等项作业，适合我国北方旱作地区的麦茬、麻茬等原茬地和草场改良深松浅翻作业。

该项技术已获得国家实用新型专利，专利号ZL03202757.5，并已由哈尔滨红威科技开发公司批量生产。

其核心技术是：

采用双翼凿式深松铲与浅翻部件组合技术和液压翻转与深松浅翻相结合的技术，与58.8～132.4kW拖拉机配套。

其工作幅宽140～210cm，浅翻深度14～16cm，深松深度30～35cm，生产率1.2～1.5公顷/h。

该机的特点是：

机组作业效率高、耕作时不破坏土壤原来层次、机具碎土能力强、既能提高土壤蓬松度、又能增强土壤通风透气性和蓄水保墒能力。

1LE435系列反转是双向浅翻深松犁

1LF435Seriesisatwo-wayreversinglightturnsubsoilingplow

衡量一个国家农业机械化水平高低的重要标志包括拖拉机与配套农机具的质量和完善程度以及先进程度。

为更好的选择机具的形式，还要根据农具与拖拉机不同的连接方式进行选择。

田间作业机组包括四种，分别是：

牵引式，悬挂式，半悬挂式和驱动式。

牵引式的连接方式因其具有稳定性好，对地表情况适应性好的优点，适用于各种宽幅、重型的农机具。

悬挂式的连接方式在运输过程中，设备的重量全部由拖拉机承担，工作时，作业机具与拖拉机一同承担工组中的工作阻力，而且提高了拖拉机的牵引性能。

拥有重量轻，结构紧凑，效率高的优点。

但不能很好达到宽幅机器的稳定性要求以及地表适应性标准。

广泛用于各种中、小型的田间作业机具，特别是水田作业机具[6]。

对比牵引式，半悬挂式具有结构简单、重量轻、机动性好等优势；

与悬挂式相比，具有幅宽大，机组纵向稳定性好等优点。

适用于大型、重型农业机械。

3结构设计及计算

3.1整机结构设计

此机具适用于国内绝大多数地区，主要由机架、地轮、深松翻地犁、肥箱、等组成（如图3.1-1）。

采用三角形机架，地轮通过地轮卡槽和U型螺栓固定在纵梁上，通过调节地轮臂在

地轮卡槽中的位置改变控制耕深。

三个深松翻地犁犁体也通过U型螺栓固定在斜梁上。

U型螺栓的采用，可方便调节单体间的距离，以适应不同的行距。

图3-1深松翻地机CAD二维总装图

Figure3-1subsoilerplowingmachineassemblydrawingtwo-dimensionalCAD

3.2机架结构设计

机架（如图3-2）采用80mm方型钢材焊合而成的三角形机架，为了最大程度的适应我国东北地区的土地情况，选择垄距为65cm的垄上作业，横梁的长度为2m，斜梁长度为2.8m，总量长度为1.5m，横梁上下悬挂点斜撑杆支点都采用2cm厚的钢板冲孔而成，焊接在横梁和斜梁上，为了确保梁的稳定性,选用三点悬挂式。

与70-80马力的拖拉机配套.

图3-2机架焊合图

Figure3-2Rackwelding

3.3地轮结构设计

地轮轮子采用钢制铸造而成，直径应大于二倍耕深，直径取500mm，轮缘宽度取120mm。

轮子通过圆柱滚子轴承安装地轮轴上，地轮轴另一端焊接在地轮臂上。

3.4深松翻地犁犁体设计

犁体曲面类型

犁铧与犁壁共同组成了犁体曲面，由于曲面的参数不同、性能不同，曲面可分为：

翻土型、碎土型和通用型（教材称：

螺旋型、熟地型、半螺旋型）。

翻土型——犁铧起土角较小，犁胸部平缓，易于引导土垡上升，但翼部扭曲较为明显，目的在于将上升至曲面顶部的土垡实现翻扣。

这种形式的曲面，土垡的运动轨迹为一条螺旋线，故又称螺旋犁。

他主要用于开荒、深翻、消灭杂草和病虫害。

碎土型——犁胸部较陡，翼部几乎为直立状，土垡沿曲面上升过程中表现为上压下挤，从而使土垡破碎。

一般用于土壤状况较好、杂草较少且以松土为主的耕地作业，故又称熟地型犁。

通用型——形状和性能基本界于翻土型和碎土型之间，故又称半螺旋型，目前包括山东在内的华东、华中地区应用较多。

碎土型——犁胸部较陡，翼部几乎为直立状，土垡沿曲面上升过程中表现为上压

图3-2-3-1北方铧式犁系列犁体

Figure3-2-3-1seriesnorthernplowplow

1-犁铧；

2、3-前后犁壁；

4-犁柱；

6-犁侧板

下挤，从而使土垡破碎。

通用型——形状和性能基本界于翻土型和碎土型之间，故又称半螺旋型，目前包括山东在内的华东、华中地区应用较多[7]。

所以根据吉林省当地的土壤和气候条件，农艺和农技的技术要求，达到翻松土壤，所以选择北方铧式犁犁体作为深松翻地机的翻土工作主要部件。

图3-2-3-2北方犁体前犁壁

Figure3-2-3-2northernmoldboardplowago

图3-2-3-3北方犁体后犁壁

Figure3-2-3-3MoldboardplowaftertheNorth

犁体曲面由铧刃线、胫刃线、接缝线、顶边线和翼边线组成。

铧刃线在水平面开出沟底，胫刃线在沿前进方向上铅垂面内开出沟墙，形成一耕宽为b，耕深为a的矩形断面土垡条。

很显然，犁体曲面的功能就是起土、碎土和翻土。

图为理想土垡的翻转过程：

因为土垡在翻转过程中是要变形的，为了研究的方便，我们作了如下假设：

①土垡块在翻转过程中始终保持矩形断面；

②始终有一个棱角与沟底相接触，既只有滚动而无滑动，我们称为理想土垡的翻转。

实现土垡的稳定铺放既彻底翻扣（不要出现回垡现象）是犁体曲面工作和设计时的关键所在。

是否回垡主要取决于曲面的形状，或者说是曲面的设计参数。

我们观察这样一种现象：

设土垡断面深度为a，宽度为b2，在翻转到某个时刻为土垡的临界状态。

当土垡翻转至最终位置时，如果支撑点在右侧，则可保证为稳定铺放，在正上方则为临界状态（不稳定状态），在左侧可产生回垡现象。

很显然，在耕深不变的情况下，耕宽的改变可对土垡的稳定铺放产生重要的影响。

通过正确的确定土垡的尺寸，决定犁体曲面的大小和形状。

我们以临界状态为研究对象，确定土垡翻转过程中不产生回垡的基本条件，为犁体曲面的设计提供依据[8]。

犁体曲面的形状对加工土壤的质量有至关重要的影响，目前曲面的形状是经过长时间积累、不断修改、不断完善的，是一个空间任意曲面，不可能用数学的方法来真实的描述，只能是用近似的方法，用做图原理来形成犁体曲面，可近似的认为：

犁体曲面的形成原理是由动线在空间按照一定的规律运动而成。

目前在设计犁体曲面时所用的方法有三种：

水平直元线法、倾斜直元线法、翻土曲线法。

其中，水平直元线法技术最为成熟，应用最广。

水平直元线法的设计特点是：

动线为水平直元线，始终平行于水平面，在向上运动的过程中始终与铅垂面N内导曲线相靠贴，且与沟底的水平夹角θ是随着元线的高度变化的，其元线角的变化规律为θ=f（z），即在水平直元线形成曲面的过程中，有三个因素控制了动线在空间的姿态，从而决定了曲面的形状——始终平行于水平面的水平直元线，导曲线、元线角的变化规律θ=f（z）。

，这三个因素我们通常称之为水平直元线形成犁体曲面的三大要素。

导曲线所在的位置对犁体曲面的性能有较大的影响，当导曲线在铧尾处时，所形成的犁体曲面为翻土型的，在距铧尖2/3处时为碎土型，界于二者之间的为通用型。

假定有两个犁体，导曲线参数相同，过导曲线顶端的元线与沟墙的夹角都max。

导曲线所在平面N分别位于距铧尖2/3和铧尾处，当导曲线开度相同时，第二犁体的胫刃开度L2明显大于第一犁体的胫刃开度L1，说明第二犁体的胸部较为平坦，易于使土垡上升翻扣。

假定有两个犁体，导曲线参数相同，过导曲线顶端的元线与沟墙的夹角都是θmax。

导曲线所在平面N分别位于距铧尖2/3和铧尾处，当导曲线开度相同时，第二犁体的胫刃开度L2明显大于第一犁体的胫刃开度L1，说明第二犁体的胸部较为平坦，易于使土垡上升翻扣[9]。

3.5深松铲的设计

深