竹林多用途旋耕刀具开发

杨 勇，杨倩倩，杨 健

（1. 浙江大学 农业与生物技术学院，浙江 杭州 310058；2. 湖州兴篁林业科技有限公司，浙江 湖州 313000；3. 浙江省湖州市林业局，浙江 湖州 313000）

竹林多用途旋耕刀具开发

杨 勇1，杨倩倩2，杨 健3

（1. 浙江大学 农业与生物技术学院，浙江 杭州 310058；2. 湖州兴篁林业科技有限公司，浙江 湖州 313000；3. 浙江省湖州市林业局，浙江 湖州 313000）

针对竹林生产实际，在调查研究基础上，设计出适合于竹林林地垦复的旋耕刀具，介绍了这种刀具的结构、形态、工作原理和使用效率，并在不同林地和园地中应用并与其它刀具进行比较，结果应用效果明显。

竹林；多用途；旋耕刀具；开发应用；报告

随着我国经济社会的持续发展和工业化、城镇化、现代化进程的不断加强，林业从业人员素质的普遍提高，林权制度改革的逐步深化，农村劳动力就业结构发生重大变化，在新的历史条件下，规模化生产、集约化经营已是社会进步发展的必然趋势[1]。同时，由于劳动力结构变化，劳动力工资也随之迅速增长，林业生产成本越来越高，迫切需要在降低劳动强度、提高劳动效率、节省生产成本上寻找新的亮点和增长点。机械化生产，是满足这种社会需求的必由之路[2]。基于这种社会需求，我们对适用于竹林等林地翻耕的多用途旋耕刀具，进行了自主开发并投入实际生产应用取得成功。

1 背景意义

毛竹林翻耕是高效经营的一个主要技术手段，已有近千年的历史。然而，这种传统耕作手段由于受山区地形条件限制和竹林翻耕自身具有地下竹鞭系统复杂、竹林立竹间隙较小等客观因素制约，至今没有一种微小型机械可以替代原来的铁耙、锄头来减轻劳动强度，提高劳动效率。

竹林翻耕刀依托微小型旋耕机械，嫁接相关旋耕技术理念，突破普通刀具容易被地下竹鞭缠绕、卡死等关键技术，开发适宜竹林生产应用的新刀具，为竹林机械化经营奠定基础[3~4]。

2 开发准备

2.1 资料查询

用旋耕方式进行经营，国外起步较早。150多年前，在英、美等国，出现了一种由3 ~ 4 kW内燃机驱动的机械，它们主要用于庭园耕作，这就是旋耕机最初的雏形。此后，直到L型旋耕刀研制成功，旋耕机才真正进入大田作业[5]。20世纪初，日本人从欧洲引进旱田旋耕机，并经过大量的试验和研究工作，成功研制出适应当地水田耕作要求的弯刀，解决了刀齿和刀轴的缠草问题。二战以后，新式旋耕机在日本全国迅速普及，日本农业，得到长足的发展。中国对旋耕机的研究，始于20世纪50年代末[6]。当时主要研制与手扶拖拉机配套使用的旋耕机，后来又研制出了与中型轮式拖拉机配套的旋耕机。70年代初，我国终于完成了与当时国产各类拖拉机配套的系列旋耕机的设计，旋耕机开始在北方平原旱田得到大面积的推广应用。旋耕机在我国的发展，经历了单机研制、发展系列产品、新产品的开发和换代三个阶段。我国旋耕机的使用范围不断扩大，从应用最广的北方旱地，逐渐蔓延到南方水田，牧场、荒地和果林等都有使用旋耕机进行耕耘作业。随着农业现代化机械程度的不断增强，农业生产工作效率和效益的不断提高，传统旋耕机在我国各地域各种复杂环境的推广使用过程中，逐渐暴露出一些问题。特别是近年来，传统国产旋耕机的弊端日益突出，已经不能有效满足中国特色的农艺要求和生产规模扩大的需要，成为制约我国旋耕机进一步在全国大范围普及推广的难题[7]。传统旋耕机系列产品大多采用外力牵引式，因受强度以及结构尺寸的限制，功能一直较为单一，配套范围也仅限于中、小型功率拖拉机，缺少大型和深耕型产品。在实际生产中，牵引拖拉机的动力输出轴容易损坏；十字万向传动轴的使用寿命也比较短；以旱地为使用环境发展起来的传统旋耕机，遇到特殊环境，旋耕作业性能不是很稳定，且容易缠草；传统旋耕机的作业性能，不能完全满足当前和未来的农艺要求[8]。

2.2 现场观摩

在相关技术资料分析的基础上，我们深入生产一线，对现行大棚经营户使用的汽油动力、柴油动力等多款旋耕机和刀具进行观摩，并进行了实际操作体验，综合评估各种型号旋耕机，重点对刀具进行解剖、比较，分析各自的优劣[9]。在此基础上，根据旋耕机的动力状况、传动方式、行进过程、刀轴总成、刀具对所耕土地的表现，搜集整理技术参数，为新刀具开发设计进行技术准备。

2.3 厂家调研

重点考察了江苏常州、无锡、连云港，浙江永康劲力和重庆本田等国内旋耕机生产企业，并与相关品牌产品的经销商广泛接触交流，主要了解销售业绩、客户需求、故障率、返修率、市场占有率、网点覆盖率和售后服务等相关情况，综合分析评估，为选择动力平台创造条件。

3 方案构想

（1）刀具同轴分左右两个部分，有6组共24个刀片组成，相互对应，方向一致。

（2）每组4个刀片分2对，一对（1、3）向左，一对（2、4）向右，各刀片间呈90度角均匀排列。

（3）左右每组刀片之间间距16 cm，第1组与第2组、第2组与第3组基准刀夹角为30°[10]。

（4）刀片长度为18 cm，基部长12 cm，端部长6 cm，基部12 cm处向左或向右柔性弯曲，基部与端部夹角为133 ~ 137°。

（5）刀片宽3.2 ~ 3.6 cm，厚0.38 ~ 0.42 cm；前端单面开钝刃，刃口0.1 ~ 0.12 cm。

（6）固定方式与其他刀具相同。

图1 竹林多用途旋耕刀具设计方案Figure 1 Design of cutters for multi-purpose rotary tillage

4 动力平台

根据刀具的动能、势能的计算分析和矢量、向量的对应因子变化关系，综合评估承载体——动力平台的整机重量、汽缸容积与耦合传动体的结构、材料科学等诸方面因素，确定以重庆本田FJ500为动力平台。

5 技术效果

（1）当主轴顺时针方向转动时，6组刀片环形旋转，左右各有1片刀同时着地，形成前进抓力将泥土翻起。

（2）当其中一片刀遇到纵向或斜切竹鞭时，刀片依靠旋转力量或将竹鞭切断，或将竹鞭弹过让开；随后，另1组刀片已切入泥土，形成第二级抓力，如此循环。

（3）当其中一片刀遇到横向竹鞭而未切断时，由于刀片端部呈柔性弯曲状，刀片柔性滑过，不被其套牢或卡死；此时，另一组已触地，第二级抓力拉动机器继续前进。

（4）翻耕平均深度12 ~ 20 cm，用户可根据需要自由调节。

6 应用成效

用机械进行竹林翻耕，与人工翻耕比较，有以下作用：

6.1 降低劳动强度，提高劳力效率

人工翻耕毛竹林，每个技术熟练、体力好的壮劳力，每天翻耕面积0.02 hm2；用机械翻耕毛竹林，一台机器配1名操作工，每天翻耕面积0.27 ~ 0.33 hm2，是人工翻耕的10倍以上。

6.2 节省生产成本，增加竹农收入

人工翻耕毛竹林，每人每天工资130 ~ 140元，生产成本6 000元/hm2；机械翻耕毛竹林，1 hm2人工工资600元，油料成本25元，机器折旧成本25元，合计1 350 ~ 1 500元/hm2。由此可节省生产成本4 500元/hm2，即竹农增收4 500元/hm2以上（不含增产性收入）。

6.3 利于规模经营，促进产业升级

竹产业是我国林业行业的一个重要基础性产业，随着农村劳力转移和人们生产水平的普遍提高，这个传统产业再不提高机械装备经营的技术水平，将面临后继无人的困难局面。用机械进行翻耕，与规模化经营相适应，与竹产业转型升级相协调。经营者可以通过林地流转等形式，走规模化、集约化、标准化发展之路，有利于竹产业的可持续经营和升级，对促进社会主义新农村建设也将产生积极影响。

7 试验分析

（1）不同林地刀具使用功效比较见表1。

表1 各种林地刀具使用情况Table 1 Comparison test on different cutters

（2）竹林刀适宜上述所列林地，具有兼容性好、工作效率高、碎土率大等明显优势。实际操作中，它能够轻松避开石块、毛竹伐桩，伸展余地和空间较大。

（3）标准刀虽适宜除毛竹林、雷竹林之外的其它林地使用，但效率低于竹林刀，油耗、碎土率等指标明显低于竹林刀，且刀片容易在遇到石块时折断或弯曲，综合指标明显次于竹林刀。

（4）深耕刀只能在芦笋和大棚换茬时使用，且综合效率较低、油耗大，在几种刀具排列最次。

（5）欧式刀虽然在茶园、苗圃地能够使用，由于作业宽度等客观因素的制约，其综合效率较低。

8 问题与讨论

（1）竹林刀是“L”型旋耕刀具的一个变种，它突破了传统刀具角度、刃角、弯部的柔韧性等方面存在的缺陷，具有较好的兼容性和耐用性，开辟了南方林区旋耕机应用先河，为林业机械化起到了积极的引领作用。

（2）竹林刀的多用途性，其设计理念直接来源毛竹林高效经营的生产一线，为科研院所和生产企业开发林业行业实用新型装具拓宽了思路，积累了经验，具有很好借鉴意义。

（3）这种多用途刀具，在降低劳动力生产成本上虽然取得了成功，获得了国家知识产权局的专利授权，但技术上还需要进一步深化。

[1] 杨健，杨倩倩. 竹林经营的好帮手——竹蒲头粉碎机[J]. 世界竹藤通讯，2011，9（2）：38－39.

[2] 杨楚藩. 对竹产业可持续发展问题的探讨[J]. 竹子研究汇刊，2000，19（3）：71－75.

[3] 罗华河. 毛竹生物学特性与栽培管理措施中国林副特产[J]. 2004（6）：29－3l.

[4] 杨健. 浙江省湖州市竹产业转型升级探讨[J]. 世界竹藤通讯，2009，7（1）：32—34.

[5] 朱炜，杨倩倩，张幼生，等. 毛竹蒲头电动粉碎机研发及应用初报[J]. 世界竹藤通讯，2011，9（5）：37—39.

[6] 徐灏. 机械设计手册（第2，3，4卷）[M]. 北京：机械工业出版社，1991.

[7] 刘星雨，傅万四，周建波. 我国竹工机械区域布局及未来走势分析[J]. 木材加工机械，2012（1）：22－25.

[8] 李广盛. 一种竹木粉碎机[J]. 农业开发与装备，2010（2）：10.

[9] 傅万四，周建波. 加强自主创新促进竹工机械学科发展[J]. 林业机械与木工设备，2009，37（8）：7－10.

[10] 东北大学《机械零件设计手册》编写组. 机械零件设计手册（上册）[M]. 北京：冶金工业出版社，1994.

Design of Cutters for Multi-purpose Rotary Tillage

YANG Yong1，YANG Qian-qian2，YANG Jian3
（1 College of A griculture and B iotechnology, Zhejiang University, Hangzhou 310 058, China; 2. Huzh ou X inghuang F orestry Science a nd Technology Limited Company, Huzhou 313000, China; 3. Huzhou Forestry Bureau of Zhejiang, Huzhou 313000, China）

Presentations were made on structure, shape, operating principle and the efficiency of cutters for multi-purpose rotary tillage. Comparison tests were conducted on efficiency of the new cutters with others.

bamboo forest; multi-purpose; cutters for rotary tillage; design

S766.2

B

1001-3776（2014）05-0068-04

2014-05-22；

2014-07-15

湖州市科技计划攻关项目（2013）

杨勇（1986－），男，浙江湖州人，二级实习指导教师，从事农林类专业教学实践和园艺植物栽培等工作。