中耕深松机设计与试验

张金辉

(朝阳市农机技术推广站，辽宁 朝阳 122000)

近年来，为促进农业可持续发展，保护性耕作技术在辽宁各地得到广泛应用。保护性耕作的核心是少动土，但长期少动土易形成坚硬的犁底层[1]，造成土壤板结，降低土壤水分入渗率，阻碍了作物根系对土壤深层水分和营养的吸取。深松作业具有不翻转土层、保持原耕层状态、改善土壤理化性能等优势[2]，是打破犁底层最有效的技术措施。深松按作业期可分为作物种植前深松和作物生长期深松。作物生长期深松即中耕深松，主要指在作物生长期对土壤进行深松耕作，在苗期进行不翻转土层的土壤深松耕作。中耕深松能改善土壤理化性能，减少地表径流，增加降水入渗，接纳伏雨，增加土壤水库容量，使自然降雨能最大限度地向土壤深层渗透，为作物生长创造良好的土壤环境，提高土壤蓄水保墒以及作物抗旱增产及抗灾避灾能力[3]，尤其在辽西北风沙半干旱区，苗期深松尤为重要。结合辽西北风沙半干旱区中耕深松作业农艺要求，针对保护性耕作条件下机具通过性不足、地表残留土块大、沟壑容易跑墒等问题，研制一种中耕深松机，为保护性耕作技术在辽宁的推广应用提供技术支持。

1 中耕深松机设计

1.1 整体结构

中耕深松机整体结构如图1 所示。该机具在机架前部设有圆盘切破茬刀，机架后部对应位置依次安装有深松铲、镇压碎土轮、圆盘切刀、深松铲、镇压碎土轮的中心在同一直线上。圆盘切破茬刀、深松铲、镇压碎土轮的横向位置可调节，深松铲均配有剪切螺栓保护装置，其上下位置可通过调整板及调整螺栓调节，以达到中耕深松农艺要求。深松铲后部装有镇压轮总成，通过镇压轮碾压完成中耕深松后的碎土合墒作业。

图1 中耕深松机结构示意图Figure 1 Schematic diagram of intertillage subsoiler

1.2 工作原理

该机与小四轮拖拉机配套，采用后三点悬挂，机具横梁上对称安装3 个深松铲，既可中耕深松作业，加装翼型铲后又能作为浅层除草的多功能作业机具。作业时，拖拉机牵引机具向前行进，圆盘切破茬刀将杂草等切割后开始深松作业，最后通过镇压轮的碾压作业完成中耕深松后的碎土合墒。该机一次进地可完成秸秆切割、深松、碎土及土壤镇压作业，作业效率高、作业效果好。

1.3 主要技术参数

本机主要技术参数见表1。

表1 本机主要技术参数Table 1 Main technical parameters of the machine

2 主要零部件设计

2.1 机架

根据圆盘切刀、深松部件及碎土镇压部件之间的配置以及调整等要求，机架采用直梁式结构。前横梁采用100 mm×100 mm×10 mm 方形钢管，梁上焊接悬挂装置，圆盘切刀、深松部件及碎土镇压部件用螺栓连接在前横梁上，便于圆盘切刀、深松部件、碎土镇压部件的横向调节。

2.2 切茬圆盘刀

切茬圆盘刀通常有切茬圆盘破茬刀和双片圆盘破茬刀两种形式。双片圆盘破茬刀的圆盘之间易出现堵塞现象，甚至无法工作，故将切茬圆盘破茬刀设计为单片圆盘破茬刀形式，如图1所示。单片圆盘破茬刀不易堵塞，且入土性能较好。

2.3 深松铲

考虑深松作业深度，采用中型深松铲柄，如图2所示。结合深松作业深度及土壤扰动范围，采用凿形深松铲结构，如图1所示。

图2 中型深松铲柄Figure 2 Medium subsoiling shovel handle

2.4 碎土镇压轮

中耕深松作业后会出现较深沟壑和较大土块，容易跑墒，不利于作物生长发育。普通镇压轮难以将土块压碎，容易出现较大的土壤间隙。本机具碎土镇压轮由辐条和轮轴组成，多个相同辐条均匀焊接在同一根轴上。辐条呈“U”字形，辐条波峰对准深松沟。作业时，碎土镇压轮滚动，辐条通过滚动压（击）碎、镇压土壤，达到土层均匀紧实的碎土镇压效果。

3 试验方法与结果分析

3.1 试验方法

3.1.1 试验地条件为验证中耕深松机的作业效果，2021年在朝阳市朝阳县试验地进行试验。配套动力选用30 kW小四轮拖拉机，试验面积13.4 hm2，种植作物为玉米，秸秆覆盖率达40%。土壤质地为壤土，地势平坦，平均含水率16.2%。作业情况如图3所示。

图3 中耕深松作业Figure 3 Intertillage subsoil operation

3.1.2 试验设计根据GB/T 24675.2《保护性耕作机械深松机》作业性能评定指标，选取深松深度变异系数、深松深度稳定系数、碎土率、土壤蓬松度、土壤扰动系数来评价中耕深松机的作业性能。拖拉机行驶速度为2.75 km/h，各项指标分别测试3 次，测定30，25，20 cm耕深条件对机具作业性能的影响，取3次试验结果的平均值。

3.2 试验结果分析

试验结果为，样机的深松深度变异系数平均值为6.51%、深松深度稳定系数平均值为93.38%、碎土率平均值为37.97%、土壤蓬松度为平均值34.63%、土壤扰动系数为平均值51.76%。各项测试指标均满足相应国家标准，机具性能可靠，作业效果满足设计要求。