深松机旋耕深松起垄的性能分析实验

深松机联合作业机的性能分析实验
耕作机械是农业生产机械化的首要和基础环节，我国农业耕作机械的研究与开发，与国外相比存在着较大的差距。

随着农业产业化与规模化的发展，传统农业作业工艺逐渐由单一型向综合型方向发展，土壤耕作所用的各种机具也正朝着联合作业的方向发展。

联合作业是一项高效与节能的机械化技术，其经济效益、社会效益和生态效益显著，已成为国内外耕作机具的发展方向。

随着生产力水平的提高和技术的发展，农业机械化作为一个新的技术专业领域取得了飞速发展。

烟草是云南的主要经济作物，烟田耕作层厚度和耕深对烟叶的产量和品质有显著影响。

通过多年来对烤烟栽培技术的实践可知，土壤耕作层过薄，烟株根系欠发达，会严重影响烟叶产量品质的形成。

一般来说，在一定范围内，土体厚度大利于烟株的正常生长发育和产量品质的形成。

耕作层厚度与根系生长关系非常密切，在一定程度上甚至超过了土壤质地的影响。

为此，进行适合我省烟叶生产实际的小型农业作业机械的研究，用低廉，适用，操作简便的烟草种植农机具进行生产，可以降低劳动强度，减少生产成本，提高生产力，结合考虑云南烟草栽培实际，云南农业大学工程技术学院设计的立柱式凿铲深松机，它可以配合旋耕机、起垄器组成旋耕深松起垄联合作业机，也可以组成悬挂式单一深松机，实现了深松机作用效果。

旋耕深松机研究意义
随着我国旱地耕作保墒农艺新技术的发展，必须研制新型的深松及深松整地联合作业机具。

耕作保墒技术是九五期间和2010年前我国旱作农业的主要措施之一，深松机具是实现农艺措施的主要机械装备。

目前，国内成型的联合整地机中，均以中小型为主，结构形式全部是卧式。

随着大功率拖拉机的不断普及，也需要大量新型高效联合整地机与之配套。

我国是一个农业大国，现在农村中很多地方仍然用的是小型机械．不仅生产效率低．还耽误农时。

因此研发大型高效联合整地机十分必要，并且有很广阔的市场空间]10[。

云南作为烟草栽培大省，对烟草栽培机械的需求还较大，因此对烟田耕整地机械的研究将会加快云南经济的增长，同时也填补了云南农业机械化程度不高的缺口。

旋耕深松机的实验与验证
4.1. 实验目的与实验装置
⑴实验目的：对该深松机进行田间试验，对其工作性能的稳定性以及各耕作状态下所能完成任务的质量，耕作是否满足农业技术要求等项目进行考核。

通过对旋耕加深松、旋耕加深松加起垄以及旋耕加起垄三种不同的工作组合实验，通过对比确定最佳的工作组合，找出不利于农业生产的原因并对机组加以改进，使改良后的机组能够最大限度地满足农业生产要求，达到最佳的经济效益。

⑵实验装置：云南农业大学和曲靖市烟草公司共同研制开发的新型多功能农业机械1 GQQ S N 一 2 0 0旋耕深松起垄联合作业机、土壤坚实度测定仪、土壤水分测定仪、弹簧秤、锄头、量杯等。

4.2. 实验方法与步骤
将该深松机通过三种不同的实验方案进行实验，分别记下不同工作组合所需的单行程时间及调头时间，并在耕后对所测定项目进行测定。

实验步骤：
拖拉机发动后，接合离合器，动力从拖拉机动力输出轴经传动机构传至旋耕机构上的变速箱，后传至旋耕动力轴，带动旋耕刀高速旋转。

拖拉机前进的同时机具落下，深松机构通过机架与拖拉机悬挂机构相连，开始入土作业。

旋耕刀切土，将地表6～10c m厚的土层切开并向后抛，抛起的土大部分经复合式开沟器( 亦即导土板，实际上旋耕部分已成为开沟装置) 的导向作用，向两边未经切削的土壤上方飞去，堆积形成垄背，同时深松铲对土壤进行深松。

起垄器在最后对土壤进行造墒。

在拖拉机开始工作时开始计时，分别记下拖拉机每一个单行程时间和调头时间，待拖拉机耕完地后再对所须测定项目进行测定。

所测定的项目有碎土质量的测定，垄形的测定，土壤渗透性的测定，土壤含水量的测定，土壤坚实度的测定，土壤膨松度的测定以及作业机组生产率的测定，各实验方法将在后文有所介绍，测定完成后，整理实验数据并分析讨论。

4.3.联合作业机在田间的试验研究
4.3.1碎土质量的测定
⑴实验仪器：卷尺，弹簧秤。

⑵实验方法：中耕后在任一行间的宽度内，取0.25m2，深度为耕作深度，选耕松的土块量其长度，分为3-5cm、5-10cm及15cm以上，根据不同土块的直
径，分别称出各级土块的质量。

根据农艺要求，耕作碎土程度直接影响种植。

以往评价旋耕的碎土质量是在一定面积上( 国标规定2
25
.0m) 取土样，然后筛分，将土壤按其长边分成小于4 c m、 4 ～8 c m、大于8 c m 三级。

用小于4c m的土块的重量占总重量的百分比来评价旋耕碎土质量。

这种评价方法不能反映碎土粒度的分布，带有一定的局限性。

在旋耕过程中，由于耕作部件与土壤的动态作用，在土体中首先产生不规则的裂纹，然后随着裂纹的不断扩展而形成大小不同、形状各异的土块]12[。

本文将采用直接测定土块直径的方法对碎土质量进行测定。

土块的大小在3c m以下，对于烤烟的种植是适宜的。

土块过大，土壤保水性差，烤烟易倒伏。

从表1可以看出，经旋耕机破碎后，土壤的大小基本在 3 c m以下，没有土块大于1 5 c m以上的，土壤体积密度为1.2～1.3g ／c m ，此数值恰好在适宜烟草生长发育的土壤积密度数值范围内。

少数土块接近15c m，这是由于土壤的板结，硬度较大，旋耕机不能一次性的将其打碎，它占的比例较小影响不到烤烟的种植]1[。

通过旋耕深松联合作业后，土壤颗粒变得细小，其中有极大一部分是粘粒，粘粒是土粒中最细的部分，具有极大的比表面积。

粘粒巨大的表面积和表面电荷，使得其具有极强的吸附水分子的能力，形成与其粒径较厚的吸附水层或水膜。

土壤孔隙越细，毛管力越强，致使粘粒间孔隙总容积较同体积砂粒间孔隙多，所以粘粒含量大的土壤田间持水率高]1[。

表1 碎土质量测定
Tab 1 The experiment of soil broken effect
项目3cm以下3—5cm 5—10cm 10—15cm 15cm以上
44.6 2.3 1.2 1.5 0
碎土质量*/kg 48.5 1.9 1.3 0.9 0
42.7 2.7 1.7 2.3 0
89.92 4.64 2.42 3.02 0
碎土百分比/% 92.21 3.61 2.47 1.71 0
86.44 5.43 3.42 4.63 0
4.3.2. 垄形的测定
⑴实验仪器：卷尺。

⑵实验内容：包括垄高、垄顶距、垄宽、垄底宽、上沟宽、沟底宽、垄周长、垄中心距和垄全高，分别量出要求各项的尺寸。

垄是由高凸的垄台和低凹的垄沟组成。

垄形是烟草栽培的一项重要参数，垄形的一致性是后续作业质量的保证。

垄形的主要参数有四个，即垄台截面形状、垄台宽、垄沟宽和垄沟深(垄台高)。

垄的高低、垄距以及垄向因作物种类、土质、气候和地势而异。

表 2 垄形
Tab 2 Absorption type terrace
垄形垄高垄中心距上垄宽垄底宽沟底宽垄周长垄全高
单位23 110 40 82 25 106 31
Cm 21 110 43 81 24 106 33
19 113 45 85 27 108 29
4.3.3. 土壤渗透性
⑴实验仪器：卷尺，秒表。

⑵实验方法：分别对耕作前后土壤的渗透性进行测定。

取一块400cm2（20cm ×20cm）的地块，围成一个小框，当往框里灌水时开始计时，当水渗透完毕时计时结束，单位时间土壤渗水的深度。

渗透性能是土壤极为重要的物理特征参数之一，渗透性能的好坏，直接关系到地
表产生径流量大小，对土壤侵蚀影响很大。

土壤渗透性能越好，地表径流就会越少，土壤的流失量也会相应减少。

入渗特性作为土壤的固有属性，它决定着灌溉水和降水转换为土壤水的速度和分布。

影响大田土壤水分入渗特性的主要因素有：土壤质地、土壤结构和土壤含水量。

但在给定地区土壤质地一定，因而土壤结构就成为影响土壤入渗能力和入渗参数的主导因素。

深松机使墒深处形成“鼠道”，虚部和松带有利于接纳雨水。

在干旱季节，鼠道实部和紧带构成供水的小水库；在雨季，鼠道虚部和松带又成为排水的通道。

可见这种土体构造具有多种双向功能，既利于蓄水又利于排水；既透水又通气；既利于养分的释放和贮存，又利于根系的穿扎和固定，因此很适于作物的生长和发育。

鼠道对盐碱地的脱盐还有重要作用。

深松后对土壤的渗透性有明显改善]1[。

从表3可以看出，深松后的土壤渗透速率将近是深松前的 3 倍。

可见深松后更利于土壤对水分渗透吸收，对烤烟的蓄水保墒起了关键作用。

速率越大，水分渗透到土壤的时间越短，在雨水少的地区能够在较短的时间储蓄更多的水分。

减少水分的流失，同时也减少了水分携走土壤有机质的含量。

表 3 土壤渗透性
Tab 3 Soil permeability
项目时间深度用水量
耕作前30min 10cm 2000ml
耕作后10min 9cm 2000ml
4.3.4. 土壤膨松度
⑴实验仪器：卷尺等。

⑵实验方法：土壤耕作前和耕作后相同深度土壤单位截面增加率。

耕作前
A，
测量耕作深度土壤单位截面A，耕作后测量耕作深度土壤单位截面
S
100⨯-=A
A A D S % 式中：D ——土壤膨松度，%；
S A ——中耕后土垄断面面积，2cm ；
A ——中耕前断面面积，2cm 。

100⨯-=
A A A D S %=()⨯⨯⨯-⨯+8
228222/88240100%
=177.27%
4.3.
5. 土壤田间持水量的测定
⑴ 实验仪器：土壤水分测定仪等。

⑵ 实验方法：采用围框淹灌法。

土壤田间持水量是指当水饱和的土体中的重力水完全排除后，毛细管所保持的水量。

田间持水量受土壤质地、结构和地下水位的影响，是适于植物学生长期的水分范围上限，是确定灌溉定额和排水量的依据。

在田间围杆灌水使土壤饱和，待排除测略水后，在无蒸发的条件下，测定土壤水分达到平衡时的含水量，即为土壤田间持水量。

土壤田间持水率是为水饱和状态下水分所占总重量的百分比。

利用土壤水分测定仪测得当时土壤田间持水量为76.8%。

4.3.6. 土壤含水率
实验仪器：土壤水分测定仪。

土壤含水率是指（单位体积含水土壤重量-单位体积干土壤重量）/单位体积干土壤重量。

利用土壤水分测定仪测得耕作前和耕作后土壤所含水的百分比，便可知道其含水率。

表 4 土壤含水率
Tab 4 Soil water content
测点 耕 作 前（%） 耕 作 后（%）
1 10.3 8.4
2 6 7.1
3 11.
4 5.5
4 8 5.2
5 3.8 3.7
6 5.8 7.5
7 7 6.8
8 7.9 6.7
9 11 7.5
从表 4 可以看出，土壤含水率较低，表明当地气候比较干旱，土壤板结严重，相应要求拖拉机配套功率较高。

4.3.7. 土壤坚实度
⑴实验仪器：土壤坚实度测定仪：
⑵实验方法：利用土壤坚实度测定仪直接测出土壤不同深度的硬度。

当压缩非密实土壤时，使其压痕的容积为一立方厘米时所需的力称为单位压实力。

当以一定断面形状（圆形，锥形等）的柱塞压入土壤，其压陷深度与单位压实力的乘积即为土壤坚实度，又称土壤穿透阻力，即土壤抗楔入的阻力。

一般用金属柱塞或探针压入土壤时的阻力表示（单位为Pa）。

土壤对柱塞压入的阻力由土壤抗剪力、压缩力和摩擦力等构成，是土壤强度的一个合成指标。

柱塞压入土壤有动载和静载两种方法，不同的方法的测定值不同，但有联系。

柱塞的形状有锥体、平头、圆球及楔子等，这些对测定值也有影响。

对同一种方法的测定值，主要决定于土壤质地、容量和含水量。

其中含水量的影响最大。

土壤坚实度可预测土壤承载量、耕性和根系伸展的阻力。

采用土壤坚实度测定仪可以简单的测出所测土壤的硬度。

实验时所测得的田间土壤坚实度数据如下表所示：
表 5 土壤坚实度
Tab 5 Soil compactness
测点10cm 20cm 30cm
1 995kp 9168kp ---
2 683kp 1221kp 5910kp
3 683kp 9556kp ---
4 862kp 989kp 2564kp
5 989kp 5960kp 9566kp
6 997kp 2521kp ---
7 2810kp 5563kp ---
8 794kp 1986kp 6410kp
作业机组生产率
单位时间机组耕作的面积与耕作时间加机组调头时间之和的比值。

由于所耕作土壤坚实度过大，该机组又是旋耕深松起垄同时作业，所需功
率较大。

考虑到深松作业时来自土壤的阻力非常大，所以选择拖拉机的 I、Ⅱ
档作为生产率试验的主要行走档位。

该联合作业机的入土行程较小，有利于在
短小土地耕作，提高了机具的工作效率。

I档的直线行走速度在0.26m／ s左右，Ⅱ档的行走速度在0.55m／ s 左右，将近是 I档的 2倍。

虽然档位高行
走速度快，但输出的扭矩小，动力小，满足不了机具的动力要求。

速度过快会
影响到旋耕机的碎土质量，速度过小又影响到生产率。

所以一般情况下采用Ⅱ
档作业即能满足土壤的碎土质量要求，又能提高生产效率。

由于实验时，土壤
坚实度过大，土壤过硬，Ⅱ档只能针对已耕地进行，对未耕地，Ⅱ档满足不了
耕作要求，只能用I档作业。

由于I档作业作业速度相对较慢，且土壤硬度大，作业阻力相对较大，故生产率相对较低，机组作业时的单行程时间和调头时间
请参见下表（表6）：
表 6 机组作业生产率
Tab 6 The work of the productive forces
耕作状况生地熟地
62 55
单行程时间（s） 53 53 57 61
44 37
调头时间（s） 58 67
64 57
选用实验用地地块为一年一耕，在实验时，该地块已处于待耕状态，土壤硬度
较大。

今年，又恰逢云南大旱，长时间未下雨，田间水分较少，土块板结相当严重，拖拉机用高档不能圆满完成作业，只能用I档作业，在某些土壤较硬的地方，拖拉机用I档也很难保证作业质量。

本次试验耕作长度为30m，深松机每一个单行程所耕作的有效宽度为两
个垄宽，约为166cm，则每一个单行程所耕过的面积约为502
m，机组平均单行
程时间与调头时间之和约为110s，则计算得机组作业生产率约为45.5%。

机组作
业生产率较低，主要是因为土块板结严重，拖拉机所受阻力较大，加之机组利用
I档作业，行进速度相对较慢；另外地块长度受到限制，地头相对狭窄，机组调
头不能一次完成，须进行二次调头，大量时间浪费在拖拉机调头上，从而导致机
组作业生产率相对偏低。

由于该地块具有一定的代表性，和云南其他地方土壤结
构相类似，故本试验机也能够满足其他地方使用要求。

5 小结
⑴该深松机中的深松机构具有结构简单，配套功率合理，安全实用调整方
便的特点，各种机构组合作业可提高复式作业程度，提高作业效率，是实施深
松技术的理想配套机具。

⑵该旋耕机性能良好，使用可靠，田间适应性较强，工作稳定，满足生产
要求。

⑶机械深松，打破犁底层，有利于农作物根系的生长，大幅度提高土壤的
蓄水保墒能力和抗旱耐涝能力，还能改良土壤，减少土壤盐分，并且深松不破坏
土壤地表结构，使表土有机质充分利用。

⑷深松减少了机械作业次数，节省犁翻作业环节。

一次进地能完成多项作业，节省劳力，提高作业效率。

⑸联合作业不仅能够降低成本，还具有明显的生态效益，大力发展旋耕深
松技术不仅能净化环境，发展生态农业，而且对增加土壤有机质，提高耕地质量具有十分重要的意义，建议在云南地区推广使用。

参考文献
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