【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 保持技術(shù)的配套機(jī)具。該機(jī)采用四葉板筑 擋 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 、先進(jìn)的機(jī)電控制和電磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)，充分滿足農(nóng)藝要求，以達(dá)到保水、保土和增產(chǎn)的效果，實(shí)現(xiàn)了壟向區(qū)田作業(yè)的機(jī)械化和自動(dòng)化 ，大幅度提高了作業(yè)效率，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)成本。 但是，該機(jī)型也有一些不利的方面：首先，采用電控方式導(dǎo)致成本較高。其次，采用電控方式， 擋 距除了手動(dòng)調(diào)節(jié)外還與拖拉機(jī)的前進(jìn)速度有關(guān) ，很難保證所筑土 擋 均勻一致；再次，采用電控裝置就必然需要拖拉機(jī)配有較大的發(fā)電機(jī) ，這樣就很難解決電磁開關(guān)產(chǎn)生的力與所需電流之間的 矛盾，因?yàn)殡娏鬟^大會(huì)造成發(fā)電機(jī)所發(fā)的電量不足以補(bǔ)充電瓶的損耗； 電流過小會(huì)導(dǎo)致電磁開關(guān)所產(chǎn)生的力 不能 充分保證提起轉(zhuǎn)臂使四葉板翻轉(zhuǎn)鏟翻轉(zhuǎn)。最后，電控裝置的維護(hù)不如機(jī)械的方便和直觀，不易被農(nóng)民所掌握，不如機(jī)械的可靠性高。因此，研究機(jī)械控制很有必要。 國(guó)內(nèi)外研究狀況綜述 國(guó)外的 研究 情況 在國(guó)外，也有一些國(guó)家實(shí)施類似壟向區(qū)田的耕作措施，稱淺穴耕作、溝中挖坑、溝中筑壩等。這些措施都是在平作耕地的行間、播種前后開溝筑 擋 ，只選用坡度較小的耕地， 擋 距多為 2～ 3m。美國(guó)在 20 世紀(jì) 70 年代由 w． M． Lyle 和 D． R． Dixon 研制了兩種筑 擋 機(jī)具，在機(jī)具前部裝有開溝的工作部件開溝，后用起落鏟或四葉板翻轉(zhuǎn)鏟摟取溝中的松土，完成筑 擋 作業(yè)，工作部件都是由液壓裝置控制的。后來的機(jī)具大多采用了四葉板翻轉(zhuǎn)鏟的型式。英國(guó)國(guó)家機(jī)械研究所 (NIAE)為非洲研制的淺穴耕作機(jī)具，還在拖拉機(jī)前安裝有破除土 擋 的工作部件，以期不影響后續(xù)的田間作業(yè)。日本對(duì)坡耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)問題也進(jìn)行了許多研究，但沒有防止水土流失的作業(yè)機(jī)械。國(guó)外的淺穴耕作等防止坡耕地水土流失的機(jī)具多應(yīng)用在坡度較小的平作耕地，對(duì) 擋 距也沒有根據(jù)不同坡度提出定量的要求，且機(jī)器的結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量較大、成本高，每組筑 擋 部件約 150～ 300 美元，不適于我國(guó)壟作耕作的壟向區(qū)田作業(yè)。 圖 11 為美國(guó)設(shè)計(jì)的四葉板式筑擋機(jī)原理圖。 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑擋機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真 3 圖 11 美國(guó)四葉板式筑擋機(jī)原理圖 國(guó)內(nèi)的研究情況 在國(guó)內(nèi)， 我國(guó)自行研制的 1QD 壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)達(dá)到了壟向區(qū)田筑 擋 的要求， 能實(shí)現(xiàn)筑 擋 機(jī)的筑 擋 與現(xiàn)有的壟作三鏵犁的中耕同時(shí)完成作業(yè)。該機(jī)采用電控方式，構(gòu)思新穎，與國(guó)外的筑 擋 機(jī)相比結(jié)構(gòu)輕便，可實(shí)現(xiàn) 擋 距的無級(jí)調(diào)節(jié)，所筑 土 擋 符合要求， 更加適合我國(guó)國(guó)情。該機(jī)型已經(jīng)取得了國(guó)家實(shí)用新型專利。但是，該機(jī)型也有一些不利的方面： 首先，采用電控方式導(dǎo)致成本較高。其次，采用電控方式， 擋 距除了手動(dòng)調(diào)節(jié)外還與拖拉機(jī)的前進(jìn)速度有關(guān)，很難保證所筑土 擋 均勻一致；再次， 采用電控裝置就必然需要拖拉機(jī)配有較大的發(fā)電機(jī)，這樣很難解決電磁開關(guān)產(chǎn)生的力與所需電流之間的矛盾， 因?yàn)殡娏鬟^大會(huì)造成發(fā)電機(jī)所發(fā)的電量不足以補(bǔ)充電瓶的損耗； 電流過小會(huì)導(dǎo)致電磁開關(guān)所產(chǎn)生的力不能充分保證提起轉(zhuǎn)臂使四葉板翻轉(zhuǎn)鏟翻轉(zhuǎn)。最后，電控裝置的維護(hù)不如機(jī)械的方便和直觀， 不易被農(nóng) 民所掌握，不如機(jī)械的可靠性高。因此，研究機(jī)械控制很有必要。 圖 12 為國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的機(jī)械控制筑擋機(jī)原理圖。 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑擋機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真 4 1. 地輪 圖 12 機(jī)械控制筑擋機(jī)原理圖 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑擋機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 通過改變 1QD 型壟向區(qū)田筑擋機(jī)電控方式為機(jī)械控制方式。它能夠滿足工作要求，降低了生產(chǎn)和使用成本，易于使用和維護(hù)，提高了工作可靠性，在技術(shù)上是可行的。 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑擋機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 機(jī)械控制安全可靠，因 為地輪驅(qū)動(dòng)可以產(chǎn)生較大的驅(qū)動(dòng)力，能夠充分保證轉(zhuǎn)臂的正常開啟和關(guān)閉，不會(huì)造成四葉板翻轉(zhuǎn)鏟的連翻和不翻。而電控方式可能會(huì)出現(xiàn)上述情況，這是壟向區(qū)田技術(shù)最忌諱的。機(jī)械控制使用壽命長(zhǎng)，不會(huì)因?yàn)槭褂谜叩恼`操作而造成損壞。而且即使出現(xiàn)了故障，也非常容易維修。 機(jī)械傳動(dòng)的缺點(diǎn) 1） 相比液壓傳動(dòng)和電控，機(jī)械傳動(dòng)不具有科技性，略顯過時(shí)。 2） 外觀不夠簡(jiǎn)化，比較笨重。 3） 擋距不可調(diào)節(jié)，只能適用于無需調(diào)節(jié)擋距的坡耕場(chǎng)合。 本 論文的研究 方向 現(xiàn)如今，在我國(guó)大部分采用壟向區(qū)田水土保持技術(shù)的地區(qū) ，依舊采用人 工來修筑土擋 ，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大 ，而且作業(yè)質(zhì)量不易保證，并且效率低、誤農(nóng)時(shí) ，顧急需一款 能夠減小勞動(dòng)強(qiáng)度并便于操作的壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)， 而 機(jī)電傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī) 有成本過高、很難保證土 擋 均勻一致和電流不易控制等諸多缺陷，所以進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋機(jī)的設(shè)計(jì)與研究 。而本論文的研究方向即是，在 1QD 壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)的原理基礎(chǔ)上，將原有的機(jī)電傳動(dòng)控制部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械傳動(dòng)控制裝置，從而解決 機(jī)電傳動(dòng)控制的不利因素，使筑 擋 機(jī)的主要工作原理不發(fā)生改變，使筑 擋 機(jī)工作過程更加的簡(jiǎn)便且不必過度耗費(fèi)電力 ，并且簡(jiǎn)化對(duì)機(jī)械的維護(hù)，從而大幅的提高 筑 擋 機(jī)的工作可靠性。 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑擋機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真 5 2 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī) 工作原理及 適用參數(shù) 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)的的工作原理 圖 21 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 在 1QD型壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)的基礎(chǔ)上去掉電控部分，加裝機(jī)械控制系統(tǒng) （如圖 21所示） 。 其工作原理是： 拖拉機(jī)牽引配有機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī) 的中耕機(jī)作業(yè)時(shí)，犁鏵在壟溝中犁起松土 ，一部分土培于壟頂，一部分留在壟溝中對(duì)四葉板翻轉(zhuǎn)鏟形成土壤推力 。此時(shí)，四葉板對(duì)滾輪的作用力剛好通過轉(zhuǎn)臂與機(jī)架 的聯(lián)接點(diǎn) 和 滾輪軸的中心線，四葉板翻轉(zhuǎn)鏟處于死點(diǎn)位置， 轉(zhuǎn)臂以這種方式擋住四葉板翻轉(zhuǎn)鏟使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)，由最下面的鏟板 將壟溝中的松土摟起，并隨走隨擠實(shí)。在以上過程中，地輪與地面做純滾動(dòng)，帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng) ，同時(shí)凸輪對(duì)轉(zhuǎn)臂的另一端施力，當(dāng)凸輪與轉(zhuǎn)臂的接觸點(diǎn)為行程的最高點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)臂發(fā)生較大幅度的擺動(dòng)，帶動(dòng) 轉(zhuǎn)臂帶有擋滾的一端產(chǎn)生相對(duì)位移，使擋滾與四葉板脫離，此時(shí)四葉板翻轉(zhuǎn)； 當(dāng)凸輪經(jīng)過最高行程之后，轉(zhuǎn)臂在自身重力和復(fù)位彈簧的復(fù)合作用下復(fù)位，滾輪繼續(xù)擋住下一個(gè)鏟板，此時(shí)四葉板翻轉(zhuǎn)鏟翻轉(zhuǎn) 90176。，形成一個(gè)土 擋 。如此周而復(fù)始，完成壟向區(qū)田作業(yè)。 應(yīng)用機(jī)械式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)的關(guān)鍵參數(shù) 土 擋 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)作業(yè)時(shí)，在壟溝中沿壟向每隔一段距離修筑一個(gè)土 擋 ，機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑擋機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真 6 其作用是攔蓄降雨及防止雨水落地后因壟溝過長(zhǎng)而匯聚形成徑流。攔蓄效果及土 擋 能承受雨水壓力的能力與土 擋 結(jié)構(gòu)（高度、頂部厚度及土壤緊密程度）密切相關(guān)。根據(jù)黑龍江省壟體的集合形狀決定土 擋 在順壟方向?yàn)榈固菪?，橫壟方向?yàn)檎菪巍? 為了最大限度地?cái)r蓄 降雨 ，同時(shí)又不至于蓄水后破壞壟臺(tái)，土 擋 在壟溝中的高度不能超過壟臺(tái)，因此土 擋 的高度 取 14cm；土 擋 厚度則根據(jù)土 擋 承受淺穴中雨水的壓力而定。淺穴中儲(chǔ)存的雨水產(chǎn)生的作用力分為向壟溝地步的垂直壓力和作用在土 擋 側(cè)面的水平推力，這個(gè)推力的大小可根據(jù)水壩的受力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。 NMyhP 2/)2246( 22 ?????????? 式中， P 為作用在土 擋 側(cè)面的推力； h 為土 擋 高度； y 為水的容積重量； M 為存儲(chǔ)雨水的土 擋 面的平均高度。 由此可知，土 擋 若要承受 的雨水推力而不被推垮，則必須使土 擋 的重力大于。整個(gè)土 擋 的重力等于土壤密度與土 擋 體積之積。從理論上計(jì)算出土 擋 厚度的最小值為 7cm。為了避 免新修筑土 擋 中存在部分空隙對(duì)土 擋 牢固性產(chǎn)生影響，設(shè)計(jì)出的土擋 頂部厚度為 14cm，土 擋 底部寬度為 45cm。在土 擋 總體積為 16856cm179。、土壤密度約為179。或 g/cm179。時(shí)， 土 擋 的重力等于 或 ，遠(yuǎn)大于 。所以，土 擋 頂部厚度為 14cm、底部寬度為 45cm 的設(shè)計(jì)是可靠的。 最佳土 擋 距離 機(jī)械傳動(dòng)式 壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)的作業(yè)目的是使單位面積上所形成的淺穴能最大限度地?cái)r截降雨。在相同坡度情況下， 擋 距越大，淺穴容易越大，但不一定全容積都呢個(gè)儲(chǔ)水； 擋 距越小，壟溝中 土 擋 數(shù)越多，可儲(chǔ)水的容積就越少。在土 擋 結(jié)構(gòu)一定的情況下，根據(jù)坡度合理配置土 擋 間距可提高淺穴蓄降雨的能力，因此要使單位面積上能攔蓄最多降雨，就應(yīng)采取最佳 擋 距。 圖 22為同坡度最大 擋 距和最佳 擋 距儲(chǔ)水容積比較圖。 圖 22 同坡度最大 擋 距和最佳 擋 距儲(chǔ)水容積比較圖 圖 a、 b兩圖坡度相同，圖 a為最大 擋 距筑 擋 ，它們的儲(chǔ)水容積 如圖中斜線部分所示。圖 c由圖 a和圖 b疊加而成。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，同一坡度下以最佳 擋 距方式筑 擋 比最大 擋機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑擋機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真 7 距方式筑 擋 攔蓄降雨能力要強(qiáng) 。 筑 擋 作業(yè)壟溝中的淺穴所攔 蓄到的降雨量與耕地的 坡度有關(guān)，每個(gè)坡度都有一個(gè)最佳 擋 距，據(jù)此建立 了 機(jī)械傳動(dòng)式 壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)最佳 擋 距與坡度之間的數(shù)字模型，公式如下： L=αθδ 式中： L 為最佳 擋 距； θ 為坡度； α 為土 擋 高度； δ 為行距。經(jīng)計(jì)算，各種坡度的最佳 擋 距見圖 23。 圖 23 不同坡度的最佳擋距表和承受 29 mm/10 min雨強(qiáng)的時(shí)間表 臨界坡度選擇 將于引起水土流失的主要因素是瞬時(shí)雨強(qiáng)與降雨時(shí)長(zhǎng)。以黑龍江省賓縣 20 年一遇的最大雨強(qiáng) 10min 降雨 29mm 為例。如果土 擋 所形成的淺穴能攔蓄 29mm 的雨水，壟溝中將不會(huì)產(chǎn)生徑流。通過圖 可查得各種坡度下按最佳 擋 距修筑土 擋 的可攔蓄雨量及承受時(shí)間。如果某一坡度的可攔蓄雨量為 29mm 或承受時(shí)間為 10min，那么這個(gè)坡度就是運(yùn)用機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)的臨界坡度。從圖 23 中可知，小于等于 8176。以下 的坡耕地都適合運(yùn)用機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī) 。 3 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑擋機(jī)的主要部件設(shè)計(jì) 由于機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)裝置部分采用凸輪機(jī)構(gòu)， 對(duì)于 擋 距的調(diào)節(jié)比較麻煩且不易實(shí)現(xiàn)，顧本文中主要研究在 1176。的坡耕地上，采用 擋 距為 160cm時(shí)所應(yīng)用的 機(jī)械式壟向區(qū)田筑 擋 機(jī)作為主要研究目標(biāo)。 地輪的設(shè) 計(jì) 機(jī)械傳動(dòng)式壟向區(qū)田筑擋機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真 8 地輪在地面做純滾動(dòng) 1 周時(shí)，四葉翻轉(zhuǎn)鏟旋轉(zhuǎn) 90176。，所以作業(yè) 擋 距 L 等于 L=C=2πR 式中 R—地輪地表面部分的半徑（ mm） ； C—地輪周長(zhǎng)（ mm）。 選取式中的 擋 距L=1600mm，根據(jù)上式可求出，地輪地表面部分的半徑 R=，為便于生產(chǎn)，將地輪地表面部分的半徑 R 初步定為 500mm。 因?yàn)?擋 距的大小與地輪帶動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng)有關(guān)，所以地輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間