【正文】 深松犁土壤深松技術(shù)是一項(xiàng)在世界各地得到廣泛應(yīng)用的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)技術(shù)。所謂深松，一般是指超過正常犁耕深度的松土作業(yè)。作用是破壞堅(jiān)硬的犁底層，加深耕作層；改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的透氣透水性，改善作物根系生長(zhǎng)的環(huán)境。進(jìn)行深松時(shí)，由于只松土而不翻土，所以既使土表面以下的硬底層得到了疏松，又使耕作層的肥力得到了保持。在我國(guó)，北方旱地作物及南方的甘蔗、牧草種植，都應(yīng)用了深松技術(shù)。國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用結(jié)果表明，深松技術(shù)能大幅度增加作物產(chǎn)量，特別是深根系作物的產(chǎn)量，是一項(xiàng)重要的增產(chǎn)技術(shù)。一、深松機(jī)具的一般構(gòu)造1．深松犁深松犁一般采用懸掛式，基本結(jié)構(gòu)如圖252所示。其工作部件一般是鑿形深松鏟，裝在機(jī)架后橫粱上。連接處備有安全銷，以防碰到大石頭等障礙時(shí)，剪斷安全銷，保護(hù)深松鏟。限深輪裝于機(jī)架兩側(cè)，調(diào)整和控制耕作深度。有些小型深松犁沒有限深輪，靠拖拉機(jī)液壓懸掛油缸來控制深度。2．層耕犁深松犁與鏵在式犁組合，如圖253所示。鏵式犁在正常耕深范圍內(nèi)翻土，而深松鏟將下面的土層松動(dòng)，達(dá)到上翻下松，不亂土層的深耕要求。還有一種層耕犁，上下兩層都是鏵式犁。如我國(guó)產(chǎn)的水田雙層四鏵犁，與額定功率為37千瓦拖拉機(jī)配套適于南方稻麥地區(qū)連續(xù)免耕后進(jìn)行周期性分層耕翻作業(yè)。上層犁體采用深通20型，下層犁體采用25C標(biāo)準(zhǔn)犁體。使用這種雙層犁耕翻地比單層犁耕翻地比阻只增加6％，而碎土程度優(yōu)于單層犁，覆蓋性能增加，又達(dá)到了深松的目的。圖252深松犁機(jī)架深松鏟限深輪二、深松鏟深松鏟是深松機(jī)具的主要工作部件，由鏟頭、立柱兩部分組成(圖2—54)。鏟頭是深松土的關(guān)鍵部件。最常用的是鑿形鏟，它的寬度較窄，和鏟柱寬度相近，形狀有平面形(圖254a)，也有圓脊形(圖2—54b)。圓脊形碎土性能較好，且有一定翻土作用；平面形的工作阻力較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，制作方便，磨損后更換也很容易，既適用于行間深松，也適用于全面深松，是應(yīng)用最廣的一種深松鏟。在它后面配上打洞器，還可成為鼠道犁，在田間開深層排水溝(圖2—54c)；若作全面深松或較寬的行間深松，還可以在兩側(cè)配上翼板，增大松土效果(圖2—54d)。另一類鏟頭較大，常用的有鴨掌鏟(圖254e)、雙翼鏟等(圖2—54f)。這類鏟頭主要用于行問深松。雙翼鏟更常用于分層深松時(shí)松表層土壤，土壤強(qiáng)度較低時(shí)，亦可用于深松。圖253層耕犁1．主犁體2．松土鏟圖254深松鏟(a)平面鑿形(b)圓脊形(c)帶打洞器深松鏟(d)帶翼深松鏟(e)鴨掌鏟(f)雙翼鏟深松鏟柱最常用的是矩形斷面形，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，入土部分前面加工成尖棱形，以減少阻力。由于深松鏟側(cè)面阻力一般很小，故這種鏟柱強(qiáng)度是足夠的。有的鏟柱采用薄殼結(jié)構(gòu)，重量較輕，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。圖255深松鏟的松土過程(a)土壤破裂面(b)連續(xù)破裂過程三、深松鏟的工作性能1．深松鏟的松土原理及影響因素深松鏟應(yīng)該做到松土范圍適當(dāng)，牽引阻力小。這與深松鏟的型式、參數(shù)及土壤狀況有密切關(guān)系。下面以平面鑿形鏟為例，說明深松鏟的松土原理及影響其性能的因素。平面鑿形鏟的松土過程和雙面楔相似(圖2—55)鏟前面的土壤受擠壓而破碎，破裂線從鏟尖開始，延伸到土表面。鏟前進(jìn)時(shí)這個(gè)過程重復(fù)發(fā)生，達(dá)到松土的目的。深松的范圍及效果主要由兩個(gè)參數(shù)決定：(1)工作的深寬比(h/B)，(2)楔面的傾角a(圖2—56)。圖2—56深松鏟的工作深寬比(h／B)及楔面傾角d當(dāng)深寬比較小，且傾角a小于90176。時(shí)．土壤松動(dòng)范圍將如圖2—57a所示，底部與板同寬，上面向兩側(cè)及前面延伸，成一半球，在土表面成一扇面狀。當(dāng)深寬，比增大到一定程度，土壤的松動(dòng)范圍將如圖2—57b所示，即只有上部的土壤被松動(dòng)，而在一定深度以下，土壤只被擠壓開一條槽。但是在兩側(cè)，會(huì)有一些小裂縫從地表延伸到最深處(圖2—57c)。這個(gè)土壤松動(dòng)范圍的極限點(diǎn)稱為土壤深松臨界點(diǎn)，它與土壤的性質(zhì)及深松鏟參數(shù)有關(guān)。這說明，土壤的松動(dòng)范圍及深度是有一定限度的。一般來說，當(dāng)傾角a增大時(shí)，臨界點(diǎn)變淺。在鏟頭兩側(cè)加上翼板，能有效地改變土壤深松的范圍，提高深松效率，試驗(yàn)結(jié)果如圖2—58所示。合理地使用翼板，配以合適的其它參數(shù)，能使被深松的土的范圍增加3～4倍，而牽引力只需要增加20％～30％。一般來說(圖2—59)：(1)翼應(yīng)裝在深松鏟腳的中部，．(2)β角取20176?！?0176。；(3)) γ角取30176。~～50176。；(4)γ1角取12176?！?5176。；(5)α角取20176?！?5176。含水量較小和粘性較大的土壤，臨界深度增大，反之，濕度大的粘性土，臨界深度就會(huì)較小。例如，在水田里使用深松鏟，就只能擠壓出一條槽，這是很明顯的。圖2—57土壤松動(dòng)范圍及深松臨界點(diǎn)圖258深松效果的試驗(yàn)結(jié)果圖2一59深松鏟的結(jié)構(gòu)參數(shù)2．深松鏟的配置圖260說明了深松鏟的布置對(duì)土壤松動(dòng)范圍的影響，對(duì)于不帶翼的深松鏟，當(dāng)兩個(gè)深松鏟之間的距離S=l～1．5h時(shí)(h為深度)，兩個(gè)鏟之間的土壤都被松動(dòng)，且表土不會(huì)由于鏟太靠近而隆起，當(dāng)土壤含水量較大時(shí)，S取小值，含水量較小時(shí)s取大值。對(duì)于帶翼的深松鏟，一般取S=1．5～2h。圖2—60深松鏟間距與深度的關(guān)系(a)s太大(6)s適當(dāng)(c)S太小當(dāng)深松深度較大時(shí)，或土壤含水量較高時(shí)，若在帶翼的主深松鏟前面加上淺些的深松鏟(如圖2—61)，效果更好。試驗(yàn)結(jié)果表明，加上前置副鏟后效益增大很多，且表面碎土效果更好，表面更平坦。圖2—6l主副深松鏟的配置1．主深松鏟2．副深松鏟四、深松鏟力的預(yù)測(cè)模型及松土范圍深松犁是一種需要很大牽引力的機(jī)具，根據(jù)我國(guó)南方甘蔗地里的深松試驗(yàn)，在一般條件的土地里，松土深度為30～40cm時(shí)，一臺(tái)國(guó)產(chǎn)29—43kW(40～50馬力)的拖拉機(jī)帶兩個(gè)松土鏟已經(jīng)很困難。因此，有必要對(duì)影響深松鏟工作阻力及松土范圍的主要因素作簡(jiǎn)單介紹。為了解決這個(gè)問題，各國(guó)學(xué)者作了大量工作，得到一批預(yù)測(cè)模型。這些模型都是建立在摩爾一庫(kù)倫土力學(xué)原理基礎(chǔ)上的，并忽略了速度影響，主要是預(yù)測(cè)作用在形狀簡(jiǎn)單的窄齒鏟上的阻力。例如，Godwin和Spoor提出的深松鏟力的預(yù)測(cè)模型(參考文獻(xiàn)14)認(rèn)為深松鏟的工作阻力與鏟的深度h、寬度B、以及傾角a(鏟與前進(jìn)水平方向問的夾角)有密切關(guān)系，其變化趨勢(shì)如圖2—62所示。圖2—62深松深度、寬度以及傾角對(duì)深松鏟工作阻力的影響(a)深度一阻力(6)寬度一阻力(c)傾角一阻力圖2—63所示為傾角a在90176?！?5176。范圍內(nèi)，深松鏟在一種砂壤土中的臨界深度。圖2—64為傾角a與破裂線之間的關(guān)系，圖中點(diǎn)為試驗(yàn)測(cè)定值，線為由預(yù)測(cè)模型得到的值，兩者是比較一致的。圖中破裂尺寸比m是前進(jìn)方向的破裂距離f與臨界深度hc之比。圖2—63臨界深度與深松鏟尺寸之間的關(guān)系圖2—64破裂尺寸與深松鏟傾角之間的關(guān)系五、使用深松犁應(yīng)注意的問題本節(jié)簡(jiǎn)單地討論了深松犁的一些主要問題。大量的實(shí)踐證明深松能大幅度地提高作物產(chǎn)量。但是，也有少數(shù)例子報(bào)道深松后產(chǎn)量反而下降。這說明深松技術(shù)的使用是有一定條件的。對(duì)于堅(jiān)硬干燥的土壤，深松犁的松碎效果最好，這時(shí)水能滲入到土壤的空隙中并被貯存起來，由于土壤松碎后作物的根系能較好地生長(zhǎng)，不同土層中又含有較多水分和空氣，有利于作物生長(zhǎng)，這樣深松后作物的產(chǎn)量就能顯著提高。對(duì)于比較潮濕的土壤，深松鏟(特別是不帶翼的窄齒鏟)僅能順著土壤開出一條沒多大價(jià)值的溝，這時(shí)深松效果就不大。有時(shí)深松的目的是為了打破耕作層下的硬土層，以便排掉耕層中太多的水分，使耕作層中保持合適的土、水、氣三相之比，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，也能提高產(chǎn)量。但是，在這樣的土層結(jié)構(gòu)條件下，若耕作層原來就水分不足，則打破硬底層后只會(huì)引起更多的水分流失，不利于作物的生長(zhǎng)，反而引起作物產(chǎn)量下降。因此，在采用深松作業(yè)前，應(yīng)當(dāng)調(diào)查一下當(dāng)?shù)氐耐寥狼闆r，再?zèng)Q定是否需要深松。調(diào)查土層情況最有效的方法是在田問挖開一些剖面進(jìn)行實(shí)地觀察。第十節(jié)耕作機(jī)具外載的測(cè)定從前面的討論可知，研究耕作機(jī)具的工作性能時(shí)，離不開受力分析。而這首先就要知道土壤作用在機(jī)具上的各個(gè)力。由于耕作機(jī)具(特別是犁體曲面)及土壤的復(fù)雜性，這些力主要還是要靠測(cè)定得到。在第六節(jié)我們已經(jīng)討論過犁體外載的表達(dá)方法，原則上對(duì)其他耕作機(jī)具也是適用的。本節(jié)簡(jiǎn)單地介紹一下耕作機(jī)具外載測(cè)定的電測(cè)法。一、用動(dòng)力懸掛系統(tǒng)作六分力測(cè)定這種裝置的基本原理是將被測(cè)機(jī)組固定在懸掛架上，用六個(gè)獨(dú)立的傳感器將懸掛架與機(jī)架相連，則六個(gè)傳感器反映出約束機(jī)組的六個(gè)力的分量。如圖2—65所示，測(cè)力使用的是標(biāo)準(zhǔn)的拉壓傳感器，數(shù)據(jù)的紀(jì)錄和分析都不復(fù)雜，交互作用的誤差在允許范圍內(nèi)。這種測(cè)定裝置的缺點(diǎn)是體積較大，在田問使用不方便。另外，懸掛點(diǎn)的阻力也易引起一定誤差。圖265六分力測(cè)力裝置圖2—66立管式測(cè)力裝置1．專用犁托2．傳感器3．上連接盤二、管式測(cè)力裝置這種測(cè)力裝置是用一薄壁圓筒作為測(cè)力的彈性元件，在圓筒外壁的相應(yīng)位置貼上若干電阻應(yīng)變片，接成一定的橋路，就能分別測(cè)出犁體外載的六個(gè)分力數(shù)值。圖2—66是立管式測(cè)力裝置。這種裝置用薄壁圓筒取代原犁柱，并用專用犁托將犁體固定在圓筒上，測(cè)定犁的受力情況。用立管式測(cè)力裝置需要對(duì)犁架作較多改動(dòng)，不太方便。另外，犁體外載的垂直分量較小，而圓筒傳感器的軸向靈敏度較低，對(duì)測(cè)量垂直力正好是不利的。所以，在測(cè)定單個(gè)犁的受力情況時(shí)，可采用臥管式測(cè)力裝置，如圖2—67所示。其測(cè)力原理與立管式一樣。還有一種為管梁組合式測(cè)力裝置(圖2—68)，由縱梁測(cè)出垂直力R，而用立管測(cè)出其余5個(gè)分力。較好地解決了圓管軸向靈敏度低的問題。圖2—67臥管式測(cè)力裝置1被測(cè)犁體2．連接件3．傳感器圖2—68管梁組合式測(cè)力裝置1．懸臂縱梁2．圓筒形立管圖2—69八角環(huán) 傳感器三、八角環(huán)形傳感器測(cè)力裝置八角環(huán)傳感器如圖2—69所示。它能測(cè)量同一平面內(nèi)的x、y方向的力和力矩M，并且它的連接方式簡(jiǎn)單堅(jiān)固，所以被廣泛應(yīng)用于測(cè)量同一平面內(nèi)的受力情況。圖2—70顯示了幾種用八角環(huán)形傳感器測(cè)定深松機(jī)具受力情況的方式。圖2—71為測(cè)定犁鏵上的受力情況。由于單個(gè)八角環(huán)形傳感器不能同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)平面上的力，故不方便用來測(cè)量整臺(tái)犁的受力情況。但可以用兩個(gè)八角環(huán)形傳感器來聯(lián)合測(cè)量。近年來發(fā)展了一種雙八角環(huán)形傳感器，如圖2一72所示，它可解決測(cè)定兩個(gè)平面內(nèi)的受力問題。圖2—70幾種用八角環(huán)形傳感器測(cè)定深松機(jī)具受力情況的方式圖2—7l用八角環(huán)形傳感器測(cè)定犁鏵上的受力情況圖2—72雙八角環(huán)形傳感器參考文獻(xiàn)[1]北京農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)院，農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)(上冊(cè))，北京：農(nóng)業(yè)出版社，198l[2]鎮(zhèn)江農(nóng)機(jī)學(xué)院，農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)(上冊(cè))，北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1981[3]鳳元洪，農(nóng)業(yè)機(jī)械概論，北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1981[4]戈功斯基，拖拉機(jī)懸掛和半懸掛犁，松土機(jī)及挖穴機(jī)，北京：中國(guó)工業(yè)出版社，1965[5]鎮(zhèn)江農(nóng)機(jī)學(xué)院，農(nóng)機(jī)手冊(cè)(下冊(cè)第一分冊(cè)：耕地機(jī)械)，上海：上海人民出版社，1973[6]羅伯特等，農(nóng)業(yè)機(jī)械原理(上卷)，北京：中國(guó)對(duì)外翻譯出版公司，1986[7]邱梅貞，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)發(fā)展史，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993[8]馮悟庸馮慶德，南方丘陵山區(qū)農(nóng)機(jī)化適用技術(shù)，貴州：貴州出版社，1994[9]應(yīng)義斌趙勻等，懸掛犁傳統(tǒng)受力分析方法的質(zhì)疑和計(jì)算機(jī)輔助分析，北京：農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1994，25(3)：61，～65[10] Bernacki, H. etal. Agricultural Machines. Theory and Construction (Vol. 1) . USA. US Departmentof Commerce. National Technical Information Service, 1972[11] Besoi, al. Theory, Construction and Calculations of Agricultural Machinery (Vol. 1 ). Moscow: Machines Troenie Publishers, 1978[12] Claude Culpin. Farm Machinery (12th edition)Australia.. Blackwell Scientific Publications, 1992[13] . et al. Principles of Farm Machinery (2nd edition). USA ..The AVI Publishing Company,INC, 1972[14] Godwin,R. J. and Spoor,G. Soil Failure with Narrow Tines. J. Agric. Eng. Res. 22:213288,197751 / 5