振动深松机的作业优势及原理分析

咸培栋　高威

摘 要：振动深松机是现代化的农业耕整地设备，其在优化土壤结构方面优势明显。通过对振动深松机和普通深松机械的对比，说明了振动深松机在结构和原理上的优势和振动产生的常见原理，并分析了现阶段振动深松技术存在的不足。

关键词：振动深松机；优势；原理

中图分类号：S222 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.057

由于轮式农业机械的大量使用，导致农业地区的耕地土壤被逐年压实，在传统的翻耕作业下，耕地土壤的输送深度始终维持在同一水平上，导致在传统耕作深度之下形成了非常坚实的犁底层，犁底层的存在影响了作物根系的生长和水分养分的积累，不利于农业的长久发展。为解决这一问题，深松整地技术近年来被广泛地推广和应用起来，通过深松整地来打破犁底层，能够有效地改善土壤的耕层结构，从而提高土壤的蓄水抗旱和养分积累能力。传统的深松机通过铧式犁结合深松铲完成对犁底层的打破工作，这种依靠拖拉机牵引力来实现的深松方式目前存在着一定的弊端和不适应性，针对这一问题，我国农机部门加大了对新型振动深松机的研发和推广力度。

1 传统深松机的作业弊端

传统的深松机多采用非振动形式，通过拖拉机的牵引作用利用固定在深松机下端的深松铲完成对土壤的切割、破碎和提升工作。当深松铲向前运动时，由于切削力的作用，犁底层在铲尖和铲柄等位置被分割破碎，同时呈现一定的翻动效果。由于传统深松是利用刚性结构打破犁底层，深松铲在工作时必须受到摩擦阻力、剪切阻力、下压力等多种阻力作用，所以必须使用大马力拖拉机或适当减小深松铲的数量，才能保证深松作业的有效完成。相关研究表明，由于固定式深松铲在作业时的速度很慢，只能起到基本的破坏犁底层的作用，实际对土壤的细碎能力十分有限，最终的深松效果会在耕地土壤中形成很多未被细碎的小土块，不利于播种作业的进行。

2 振动深松机作业优势分析

2.1 牵引阻力小

振动深松机的深松铲在作业的过程中带有一定的振动效果，由于振动作用的存在，使破碎土壤過程中的部分阻力被振动作用提前消除，同时为深松铲提供更为有利的切削条件，在很大程度上降低牵引的阻力。在深松铲对土壤进行切割的过程中，由于振动所产生的垂直方向加速度效应，使土壤在向上翻动的过程中并不是始终与铲面贴合，而有部分土壤弹离铲面，这就在一定程度上减小了深松铲在水平方向上的前进阻力。相对于非振动形式的深松机，设计合理的振动深松机在相同速度的作业条件下，能够节省功率消耗达20%以上。

2.2 土壤细碎程度高

实验表明，在进行普通深松作业的过程中，由于不同区域土壤密度的不同，会导致深松铲所受的阻力不断变化，这就使深松铲工作时的剪切力对土壤的作用范围不断变化，很容易造成土壤细碎不均匀的问题，这跟牵引阻力的不断变化是有直接关系的。而采用振动形式的深松铲，不仅有效减小了牵引阻力，更有效降低了土壤密度的不均匀对牵引阻力的变化和影响，由于振动作用不仅土壤更加细碎，还使深松铲对土壤的切割速度和作用力始终维持在较小的变化范围内，有效保证了土壤深松的均匀程度。

3 振动种类及原理

振动深松机按照工作原理可分为强迫振动深松机和自激振动深松机两类，其基本工作原理如下。

3.1 强迫振动深松机

强迫振动深松机所产生的振动通常是通过拖拉机的后动力输出轴或驱动电机所提供的周期性振动，振动可通过带有冲击性运动的结构产生。例如，凸轮、曲柄连杆机构或是偏心轮机构都能够产生一定形式的周期性振动，当深松铲受到牵引力作用而前进时，振动机构可以带动铲体一同振动，从而实现削弱牵引阻力的作用。

强迫振动所产生的周期性振动，虽然能够有效降低深松过程中的工作阻力，在一定程度上提升了深松作业的碎土效果，但是在牵引阻力降低的同时，也必须消耗更多的能源来为振动系统提供动力，因此，强迫振动在节能方面的优势不算明显。由于强迫振动方式所产生的振动是具有周期性特点的，这种振动所产生的周期性冲击也容易将已经细碎的土壤再次压实，从而降低深松作业对土壤的细碎效果。

3.2 自激振动深松机

自激振动是振动深松机的一种新型式，它通过使用弹性元件使深松机产生自激振动，从而产生与强迫振动深松机类似的降阻效果，由于取消了动力提供的振动方式，作业过程中的能耗大幅降低，现阶段的自激振动深松机技术尚处于研究阶段，而能够产生自激振动的因素主要包括以下几点：一是由于地表不平或耕层密度不均匀，使深松结构的作用力不断发生变化，带动深松机构局部位移变化而引发系统的振动；二是将拖拉机的运行振动经过机械设计进行放大而产生的系统振动；三是耕地中的石子、杂物等对深松零件产生的突发冲击引起的振动。自激振动式深松机具虽有降阻节能的优点，但降阻效果不如强迫振动的明显，同时也具有不稳定的缺点。

总之，振动深松机相对于普通深松机械而言在作业效果上具备显著的优势，但现阶段的相关技术研究和应用仍不广泛，且在振动机理和能源消耗的匹配关系上仍需要更细致的探索与研究，相信随着技术的不断进步，振动深松机一定能为农业耕整地作业提供更大的帮助。