玉米地仿生减阻式深松铲的设计

于云峰 王 彬

(江苏财经职业技术学院，江苏 淮安 223003)

0 引言

深松作业是保护性耕作的一项关键技术[1]，其可以在不翻耕土壤的基础上，打破耕地土壤犁底层，加深耕层，保护地表农作物，改善土壤透气透水率，降低风蚀水蚀的危害，提升土壤蓄水保墒能力，并提高土壤中微生物的生活率，提高土壤肥性，有利于农作物根系的生长发育。深松铲是实现深松技术的关键工具[2]，其结构形状和参数在很大程度上决定了深松铲的耕作阻力及深松后土壤的扰动效果。

现有的深松铲在使用时仍然存在一定缺陷，采用现有深松铲柄与铲尖的组合进行深松作业时，存在耕作阻力较大，土壤扰动较大，能耗较高的问题，从而导致深松作业的效率低和人力的资源浪费。因此，针对上述问题本文设计了一种玉米地仿生减阻式深松铲。

1 深松铲的结构设计

1.铲尖；2.铲柄；3.把手；4.防滑纹；5.提杆；6.挡杆；7.踩杆图1 深松铲的结构示意图

玉米地仿生减阻式深松铲主要由铲柄、铲尖、把手、防滑纹、提杆、踩杆、挡杆组成。在铲柄上端设置把手，把手上设置防滑纹，在把手下方设置两个提杆；铲柄另一端设置两个铲柄螺孔，且在铲柄螺孔上方设置两个踩杆，在踩杆一端设置档杆；铲尖一端设置铲尖连接段，铲尖连接段中部设置两个铲尖螺孔，并在铲尖两侧设置铲翼，铲翼一侧均设置刀片，铲柄与铲尖通过螺栓固定，且螺栓一端设置垫片与螺母。

2 铲柄的结构设计

1.踩杆；2.铲柄；3.提杆；4.把手；5.挡杆；6.铲柄螺孔图2 铲柄的结构示意图

深松铲柄是承载深松作业工作阻力的重要零件，这就要求其具有足够的强度和刚度以满足作业需要[2]。现有的深松铲铲柄结构主要有圆弧形铲柄、直立式铲柄和倾斜式铲柄3种。本设计采用圆弧形铲柄，其具有较好的切削能力，消耗小、不易挂草，深松效果好。铲柄主要包括把手、提杆、踩杆、挡杆、铲柄螺孔组成，其几何参数参照相关行业标准设计。其中提杆、踩杆呈对称设置，使得使用者能够更容易通过铲柄将铲尖插入地下与拔出，同时均设置有防滑纹，从而使得使用者在使用铲柄时增大摩檫力。

3 铲尖的结构设计

1.铲翼；2.刀片；3.铲尖螺孔；4.铲尖连接段

深松铲铲尖结构主要有凿形铲尖、箭形(鸭掌)铲尖和双翼形铲尖3种[4]。本设计采用的是双翼形深松铲尖，主要由铲翼、刀片、铲尖螺孔、铲尖连接段组成。其材料选用Q235钢，密度为7850kg/m3，设计时取其起土角α为17°20′，张角β为65°，深松宽度B为160mm。铲尖设计呈流线型结构，从而使得铲尖能够更顺畅地接触泥土，能较大范 围地深松土壤层。刀片设置在铲尖上方，且呈对称设置，从而使得铲尖较易切断草根、消灭杂草，破土效果更彻底，同时也增加了铲尖使用的流畅性。

4 深松铲的工作原理

在使用时，将铲柄与铲尖进行连接，将铲柄通过铲柄螺孔与铲尖连接段中部设置的铲尖螺孔利用螺栓进行连接固定，并在拧紧螺母前，设置垫片，然后使用者握住把手，利用防滑纹的摩擦力，将铲尖插入地下，利用流线型结构的铲尖与设置在铲尖上方的刀片使铲尖更流畅地插入地下，使得铲尖在遇到难以深入的硬土时，通过用脚踩踩杆辅助手臂发力，使铲尖深入地下，将泥土翻出，从而进行深度松土工作，在遇到铲尖陷住难以拔出时，再通过手握提杆发力将铲尖从地下拔出，整体使用省力，工作效率高。

5 深松铲的创新

通过在铲柄一端的把手上设置防滑纹，使得把手握持时的摩擦力增加，通过在把手下方设置提杆，使得使用者在拔出铲尖时更省力，通过在铲柄下方设置踩杆，使得铲尖在插入地下时，利用踩杆将铲尖插入更深，通过在铲尖上方对称设置两个刀片，同时利用铲尖的流线型结构使得铲尖在使用时更容易插入地下，从而增加铲子的工作效率，节省人力，通过在螺母一侧设置垫片，使得螺栓的固定效果更好，并减少磨损，深松铲具有铲地效率高，省力效果更佳的特点。

6 结论

采用圆弧形铲柄和双翼形铲尖设计的玉米地仿生减阻式深松铲，其结构简单，易更换铲尖，达到比一般深松铲阻力更小、耗能更低、作业质量更好、作业效率更高的效果，对加快促进保护性耕作技术的推广与普及具有重要的意义。