振动深松机的类型与优势分析

王帅

摘要：为破解耕地质量逐年降低的情况下，能够打破犁底层的深松机具迅猛发展。详细介绍振动深松机的研发背景、主要类型和作业优势，为相关机具的研究和发展提供理论借鉴。

关键词：深松机;原理;振动;自激;强迫

中图分类号：S233.1    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2021）06-0078-02

土壤环境是制约农作物增产的最重要因素之一。连年的以旋代耕导致土壤耕层变浅、犁底层变厚。厚硬的犁底层对物质的转移、能量的传递、作物根系下伸及通气透水非常不利，严重影响农作物生长发育。为破解由耕作方式引起的耕地质量下降难题，能够打破犁底层的深松机具迅猛发展。详细介绍振动深松机的研发背景、主要类型和作业优势，为相关机具的研究和发展提供理论借鉴。

1 深松机的研发背景

诸多的试验研究显示，传统农业耕作方式的耕深为13～16 cm，对土壤的翻动较为严重，破坏土壤的内部结构，使其蓄水保墒能力下降，内部生物数量不断减少，输送养分和水分的能力逐年减弱。同时，传统耕作需要机车多次进地，使土壤被机械压实，降雨时的地面径流现象十分突出。这些不利变化导致耕地质量不断下降，难以满足植株生长过程中对水、肥、气、热的需求，进而引发作物生长不良（例如抗风、抗旱、抗病等能力不足）和农产品品质下降等问题。以大棚西红柿生产为例，土壤板结加重重茬病害，定植后常出现死棵等情况。

为解决这一问题，机械深松技术和机具应运而生。深松机可以疏松深层土壤、打破犁底层，只松土却不翻土，动土量较小，作业后的耕层土壤整齐不乱，非常适用于土层浅、不适合翻土作业的地块。

2 振动深松机概述

国外从60年代开始研究振动深松作业技术及机具，先后研制出多种结构的振动深松机。深松机的主要类型见表1。

与其他机型相比，振动深松机的作业效果有显著优势。使用振动式深松机耕作过的地块，土壤细碎，土层疏松，孔隙度增大，雨水渗透能力强，蓄水保墒能力提升。振动深松机具有减阻的优势，但其振动传递至拖拉机，会对拖拉机驾驶员造成不良影响，使得振动深松机的推广受到制约。为此，应在振动深松减阻研究的基础上，进一步研究降低振动不利影响的有效途径，并对其进行舒适性、可靠性分析，开发自平衡式振动深松机。

3 振动深松机的类型及优势

振动式深松机主要有强迫振动式和自激振动式两种，各自的优缺点见表2。

3.1 强迫振动深松机

强迫振动深松机的动力来源于拖拉机后动力输出轴或者电动机，周期性振动可降低耕地过程的前推阻力，但需要耗费较多能源。加之机具振动是周期性的，在耕作过程中易把压碎的土壤重新压实。

目前，深松作业是打破犁底层的有效方法，但其作业过程中牵引阻力大，主要依靠大功率牵引机具完成作业，难以适应大棚和果园的狭窄环境。强迫振动深松机需要减轻拖拉机牵引质量，更适合应用于狭窄环境，是大棚和果园开展深松作业的首选择机型。

大量的试验研究表明，振动式深松可降低耕地过程的前推阻力，具有减小牵引阻力、碎土能力强的优势。孙亚朋的研究表明，在振幅21 mm、振频4.2 Hz、前进速度3.4 km/h的条件下，与非振动深松相比，其设计的振动深松机耕阻最小值和平均值分别减小46.2%和16.6%。

3.2 自激振动深松机

自激振动深松机主要由机架、牵引装置、自激振动深松装置和深度控制装置构成，通过弹性元件来产生振动。同强迫式振动机型一样，自激振动深松机能够降低耕地阻力，加之取消动力式催动，因此能耗损失较少。自激振动深松机虽然节能，但深松作业不够稳定。究其原因，主要有三点：土壤表层不平坦，导致机具作业过程中的作用力不均匀;振动系统功能放大;石头和其他杂物冲击深松机的内部零件。

自激振动机构由预紧端盖、自激振动弹簧、弹簧端盖、弹簧心轴固定销轴、弹簧心轴构成，弹簧为其核心部件。汤明军设计的自激振动机构见图1。其开展的相关试验结果表明：自激振动深松能使耕层土壤坚实度、密度和容重下降;3个行程的土壤蓬松度和土壤扰动系数依次为16.47%和55.49%，表明自激振动深松机的深松效果良好。

4 结语

深松可以改善土壤质量，但深松机存在阻力大、能耗高的问题。今后，应针对各种农業环境对深松作业的具体需求，利用田间性能试验分析影响振动式深松机作业效果的主要因素（机具前进速度，深松铲的振动频率、振幅等），协调功率消耗、发动机功率、深松效果的关系，研发既能提升作业效率又能减少作业消耗的实用深松机具。

参考文献

[1] 咸培栋，高威.振动深松机的作业优势及原理分析[J].农机使用与维修，2018（10）：74.

[2] 袁军，王景立.自激振动深松机研究现状分析[J].中国农机化学报，2018，39（9）：11-15.

[3] 汤明军.自激振动深松机关键部件的设计与试验研究[D].石河子：石河子大学，2017.

[4] 张斌，沈从举，李承明，等.自激振动深松机关键部件仿真设计及试验[J].农机化研究，2021，43（10）：51-57+63.

[5] 孙亚朋.振动深松机自平衡性能分析与试验研究[D].北京：中国农业大学，2018.

Analysis of the Types and Advantages of Vibration Subsoiler

WANG Shuai

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to solve the situation that the quality of cultivated land is decreasing year by year， the subsoiler which can break the bottom of plough is developing rapidly. This paper introduces the research and development background， main types and operational advantages of vibration subsoiler in detail， so as to provide theoretical reference for the research and development of related machines and tools.

Key words： subsoiler; principle; vibration; self-excited; enforce

收稿日期：2021-09-15

作者简介：王 帅（1976—），女，硕士，高级工程师，从事农业机械方面的设计与研究工作。