PAGE24振動深松機設計目錄TOC\o"1-2"\h\u18085摘要： 1157441農業機械化概述 2324601.1發展農業機械化的重要意義 2167041.2農業機械以及耕作方式的簡介 3161401.3農業機械化的發展階段 4116812虛實并存理論 4173142.1虛實并存理論的原理與應用 4203042.2虛實并存理論國內外發展 5108542.3虛實并存理論的研究意義 6105483振動深松技術以及應用 674963.1振動深松意義 6198403.2國內外研究現狀分析 7157903.3幾種新型振動深松機及相關機型概況 8143583.4小結 8163104振動深松機工作原理 9320584.1振動深松機的運動分析 9237314.2振動深松部件的受力分析 12303765總體結構的設計 18159615.1總體設計 18108875.2深松鏟的設計 18205905.3深松鏟柄的設計 19171075.4基于solidworks的總裝配圖 2053845.5翻滾輪的設計 20248805.6減速器前撐的設計 21142275.7減速箱 21149216總結 2115673致謝 2232035參考文獻 23振動深松機設計摘要：本文首先研究了國內外農業機械化的發展現狀和重要意義，重點說明了耕地機械的類型，并闡述了土壤的虛實并存的原理(講述如何使土壤中的水。肥、氣、熱如何的循環利用)，參考國內外振動深松機結構，設計出一種符合中國國情的新型耕作機械——振動深松機。在設計振動深松機的過程中，首先研究了振動深松機的運動過程和受力情況。振動是為了減少耕作阻力，而深松則是為了打破犁底層。在振動深松機的設計過程中，首先是構思整機結構，使用solidworks進行三維實體建模并進行強度硬度校合，設計出主要的零部件，其次進行關鍵零部件的自底向上的裝配方式和干涉分析，振動深松機主要包括機架、深松鏟等子裝配，最后進行整機的三維裝配，在整機裝配過程中又采用自頂而下的裝配方式，設計出一些連接件?？紤]到農藝上因素，進行了結構的修改設計，重新設計了深松鏟的尺寸，是深松鏟設計生產符合標準化要求。達到優化設計的目的。關鍵詞：振動深松機，虛實并存，自上而下，三維建模1農業機械化概述1.1發展農業機械化的重要意義農業現代化，既是指由傳統農業向現代農業轉化的過程，也是指農業綜合能力實現現代化目標的過程。一般認為，農業現代化是在一定的生產條件下，具有現代素質的農業勞動力，利用現代農業生產手段，高效地生產出能夠滿足社會需求的，可持續發展的高質量農產品。農業機械化是農業現代化的基礎內容和主要標志之一，可以說，沒有機械化就沒有現代化。在我國現代化建設過程中，農業機械化就有相當重要的地位和作用。但時至今日，我國的農業現代化水平仍然比較低，農產品的國際競爭力不強，與國外發達的農業機械化的差距仍較大。農業機械化依靠大工業生產出的勞動工具，按照自然科學的研究成果，必然會大大提高農業勞動生產率，提高資源的利用率，提升農產品的市場競爭力，增加農民收入，實現可持續發展。20世紀末，美國在評價20世紀什么工程技術對人類社會進步起巨人推動作用時，把農業機械化”列為二十項最偉大的工程技術成就之一。千百年來，農業機械作為先進農業生產力的代表，引發了農業生產方式的根本變革和農民生活方式的改變。農業機械化的源頭可以追溯到原始農業生產工具的使朋。我國古代創造發明的風車，水車、水碾，谷粒清選扇車以及播種用的耬、牛、馬車等，都是領先的農業生產工具，代表著當時世界較高的“農業機械化”水平。但明代中期以后，專制社會的禁錮，外強的入侵，加上時常發生的戰亂阻礙了農業生產工具的發展。在我們停滯不前時，西方的農業機械卻發展微快，耕整機、播種施肥機、中耕除草機，以及后來的動力配套機械等相繼發明并投入使用。自新中國成立以來，我國的農業機械化進入新的發展時期，20世紀50年代的新式畜力農機具，60年代的手扶拖拉機，70年代的自走式水稻插秧機、立式割臺收割機，以及80年代以后的聯合收割機等等都是我國發展農業機械化的成果。然而，這些與發達國家的農業機械化水平仍然有很大差距。大力推進農業機械化的作用和重要性具體表現在：(1)農業機械化可增加農產品的產量。先進的機械化耕作技術和畜牧方式、高效的現代耕作方法必將比傳統農業生產技術有助于生產更多的糧食。(2)農業機械化可改善農業生產條件。農機化可為大宗連片，規?；洜I的作物提供良好的條件，降低勞動強度，節省勞作時間，從而降低受自然災害影響的概率；良好的機械化耕作有利于保護土壤，促進作物生產發育；機械化化肥深施既可提高化肥使用的效率，又可保護生態環境。(3)機械化可增加農民收入。推進農機化有利于發展外向型刨新農業，提高農產品的生產加工、保鮮、儲運能力，增加農產品的附加值，促進農業生產綜合能力的提高，增加農產品的競爭力，使農業增效、農民增收。當前，北京和上海代表我國農業機械化的最高水平，這兩地的農民人均純收入都高于全國人均水平。2003年，北京農村住戶每人平均年收入為5601.55元，上海為6653.92元，均高于當年全國2622.24元的平均水平。(4)農業機械化有利于減少農業人口。農機化使耕地、栽種、施肥、植保、灌溉以及收獲等主要生產環節更高效、高質地完成，畜牧飼養設備使畜牧生產工業化。讓更多的農業勞動力轉移到第二、第三產業。(5)農業機械化有助于促進農村文明進步。農機化改變了農民的生活方式，更新了農民的思想觀念，提高了勞動者的技術水平，增加了資金積累，促進了農村文明進步和小城鎮的建設。1.2農業機械以及耕作方式的簡介1.2.1常用農業機械的簡介拖拉機拖拉機是農業生產的基本動力，也是農業機械中最常用、最普遍的機械，各國的農業機械化也幾乎都是從拖拉機的使用，改良和普及開始。隨著拖拉機所牽引的配套農機具日益增多。農民操作拖拉機的時間也在增加。今天對拖拉機的要求不僅僅是功率大、實用而且更多地最求操作更便捷舒適，要求拖拉機快速、靈活、噪音低、振動小、污染少。鏵式犁鏵式犁是土壤耕作最為常用的機具，它的主要工作部件是由犁鏵、犁臂等組成的犁體。犁鏵和犁壁的工作面為連續、光滑的犁體曲面，其形狀和參數根據不同的土壤和耕作要求選取，并碎土和覆蓋雜草殘茬等作用。雙向犁是鏵式犁的一種改進形式，帶有左翻和右翻兩紐犁體(普通鏵式犁都是右翻犁體)，或帶有翻垡方向可以變換的一組犁體，使犁在耕作的來回行程都向同側翻土，耕后地表不留溝埂。圓盤犁圓盤犁的工作部件是與鉛垂面(即和水平面垂直的平面)約成20°傾角、與前進方向成40°～50°騙角的凹面圓盤，作業時，圓盤在土壤的反作用力的作用下轉動前進，由圓盤刃口切下的土垡沿凹面升起并翻轉下落。圓盤犁能切碎干硬土塊，切斷草根和小樹根。它適用于多石、多草和潮濕粘重的士壤以及高產綠肥田的秸稈還田后的翻耕作業。圓盤耙圓盤耙是由成排排列的凹面圓盤配置而成。作業時，圓盤的刃口平面與地面乖直，而與前進方向成一偏角。它用于翻耕后的碎土平整、收獲后的淺耕滅茬等。中耕機中耕機用于作物生躍期問的松土、除草、開溝和培土等項作業，常用的工作部件有除草鏟、松土鏟、通用鏟和培土器等。旋耕機旋耕機的工作部件旋耕刀裝在一根水平橫軸上，并且均勻配置一組切土刀片。有拖拉機動力輸出軸通過傳動裝置驅動，旋轉切土和碎土。旋耕機是和拖拉機配套作業的機具，按配套動力分為手扶拖拉機配套旋耕機和輪式拖拉機配套旋耕機兩大類。與犁耕和耙耕作業相比，旋耕作業具有碎土性能好、適應性廣、作業效率高等優點、在我國大江南北，無論水田，旱土，旋耕機的應用十分廣泛。此外，聯合收割機、播種機、噴霧枝保機等也是重要的農業機械，這些機械常見而且常用，在此不再詳述。1.2.2先進的耕作方式簡介先進的農業機械是與先進的耕作方式緊密聯系的。在近幾年的農業生產中，常提及的耕作方式主要包括以下幾種：保護性耕作它的定義是：用大量的秸稈殘茬覆蓋地表，將耕作減少到只要保證種子發芽即可，并主要用農藥來控制雜草和病蟲害。保護性耕作的基本要點可以概括為：秸稈覆蓋、免耕播種、以松代翻、化學除草。免耕是指完全取消鏵式犁翻，并且不進行其它突然作業。實行免耕的農場使用的機械僅有三種，即播種機、噴霧枝保機械和聯合收割機。少耕取消犁耕的基礎上，為保證播種、疏松土壤和除草等農事而保留少量的土壤作業，其要點是減少耕作次數和強度。少耕主要包括深松、淺松和淺旋、淺耙等播種前的表土整備耕作等。1.2.3高科技的現代農業機械當前，以全球衛星定位系統(簡稱GPS)、地理信息系統(簡稱GIS)等為代表的高科技設備應用到農業機械中，它們代表著當前世界農業機械化的最高水平，極大提高了農業生產水平。1.3農業機械化的發展階段1.3.1農業機械化的發展階段農業機械化的實現不是一蹴而就的，而是隨著社會經濟的發展步步推進。對于農業機械化已經全面實現的國家，它們的起步到基本實現農業機械化少則經歷20余年。多則經歷了40余年的時問。歸納國外已經全面實現農業機械化的國家的農業機械化歷程，他們的發展大致可以分為三個階段：初步的農業機械化、基本的農業機械化和全面的農業機械化。(1)初步的農業機械化特點：農田耕整地，主要糧食作物的播種和收獲、脫粒、加工、捧灌等固定作業及運輸機械化程度到80％～90％；役備逐年下降，將近一半為機械動力所替代：農業人口、農業勞動力占總人口的比重較小，約為20％～30％；農業勞動生產率高，農畜產品高；基本形成區域化、專業化種植和經營。(2)基本農業機械化特征為：各種農機動力不斷增氏，特別是拖拉機及配套機具聯合收割機，基本上趨于飽和；役畜進一步減少，變為食用音，畜牧業在農牧業產值中的比例逐步增長；配套農機具品種繁多，機械作業項目迅速增加，除難度較大的作業項目外，都基本上實現了機械化作業；與農藝的結合更加密切和廣泛，相互適應，協調發展。(3)全面農業機械化特征有：農機農藝進一步結合，新的作業項目不斷出現，如棉花、蔬菜和水果等較難作業項目也實現了機械化作業，作業機具幅寬也增加，工作速度快，作業效率高；農業機械趨于自動化，液壓傳動技術、電子技術廣泛應用于各種農業機械，許多機械如播種機、榷保噴霧機，施肥機等與微電腦結合，自動控制、無人操縱的農業機械也已出現；設施農業不斷發展，農業工廠化已逐步實現；農業資源配置更加合理；新能源的開發利用受到重視，提倡無機農業，如節約油耗，少耕免耕，太陽能、風能，地熱的利用，用農業廢物開發沼氣等。當然，由于各國農業發展歷程的道路不同，農業機械化的推進進程不同，各國不一定都表現出明顯的農機化三階段。2虛實并存理論2.1虛實并存理論的原理與應用虛實并存耕作是農學中土壤耕作和農業機械化學科交叉，農機農藝相結合的機械化耕作技術，是一種全新的耕作方式。虛實并存耕作是指土壤耕作機具作業時，根據農藝的需要在拖拉機牽引耕具動土作業時，耕具之間留有朱耕的空白地面。也就是在耕地后耕層中有縱向耕和不耕土壤同時存在。也稱局部耕作，或非全面耕作，屬于少耕范疇。在全國各地的試驗示范推廣中都取得了很好的效果。虛實并存耕作是以虛實并存效應為核心，按照不同地域的風土條件，在不同部位、深度、間隔，以及不同作物、不同時期采用配套機具進行的土壤基本耕作作業。它可以與覆蓋，淺翻、旋耕、耙茬等表土作業相結合，進行復式作業；可以帶苗作業，減緩農時季節緊張期；也可與播種、收獲等其他農業措施相結合，耕種結合、耕管結合、耕收結合，形成一整套納入耕作制度中的、建立在試驗示范基礎上的、可初步定量指導生產的土壤機械化耕作技術體系。經過對土壤水肥氣熱、作物生理生態、微生物區系，技術經濟，以及近地小氣候和耕作農田環境進行的連續測試而積累的系統數據的分析，并在十余省區，百余縣市和國外歐、亞、非、澳數國的試驗驗證，揭示了當耕作的琉松土壤(虛，好氣環境)與朱擾動的緊實土壤(實，嫌氣環境)，孔隙度差值達到一定量，并以一定距離(間隔)和深度同時并列存在予同一耕層中，就會改變二者土壤水、熱、養分通常的上、下垂直運移規律，出現側向的水平運移。從而改變其分布狀況，創造出一種同時存在水庫、熱庫、肥庫三種土壤狀態獨特的耕層土壤環境，促使生活在其中的微生物和作物根系產生一系列生理、生態變化。在提高作物產量的同時，可在實部提高腐殖質相對含量，培肥土壤，在耕作范疇內達到用養結合，被稱之為“虛實并存效應”，是人工創造的農田土壤環境。試驗研究表明，它是節能改土型、節水型、節本增效型、優質高產高效型耕作具備多功能，適應大田農業生產的實用技術，是一種全新的耕作方式。但是能量守恒，物質不滅定律決定了，單靠物理手段提高作物產量是在土地中掠奪資源，是行不通的。多年來，明顯的可以看出土壤肥力一F降。甚至有完全依靠自然肥力維持生產，啃地力“老本”的“竭澤而漁”的方法。黑龍江省二十世紀九十年代曾集農學、土壤、耕作、水利、農機、生態六學會之專家多年經驗與研討提出，全省1.3億畝耕地，每年只有14.8％產出投入比平衡；40.4％投少產多，肥力下降，34.8％投入極少，10％只取不投。也就是有85.2％耕地入不敷出，越種越瘦。1986年全省從土壤中帶走的氮、磷養分，加上水土流失的總量為21.6億畝和13億畝，歸還率只有53.9％和5l％。有機質和鉀歸還率只有50％和10％。這在北方早地具有一定的代表性。投入不足只是土壤退化作用的一個方面，實際上土壤方面包括了物理、化學、生物三個方面。土壤物理方面：地面板結、結構惡化、硬結、風蝕、沙化；化學土壤方面：酸化、鹽堿化，有機質減少、化學污染；生物方面：肥力衰退、動植物微生物區系數量減少、活性減退。解決土壤褪化是指土壤用養結合，永續利用，關系到農業生產能夠保持后勁，保持持續發展的百年、萬年大計。虛實并存耕作一方面消滅和減少地表徑流，使雨水保留在農田中，防止除草劑和化肥因徑流進入地面水體而污染江河湖泊；另一方面由于虛部只占耕地的1／3～1／4，且滲透能力比實部增加40％以上，因此改變雨水滲入土壤中全面淋洗耕層，將活動性強的污染物溶解于水中帶地下水的方式，成為只淋溶1／3～l／4局部土壤。大大減少了攜帶的可溶性污染物。另外由于從全面緩慢滲入變成集中水量單點滲入，加快了滲透速度，減少了淋洗溶解化肥、農藥的時間，從而也減輕了污染。這樣就保護了地面和地下水源，改善了生態環境。美國土壤學家威廉·愛德化茲30年的研究也支持了虛實并存耕作課題組的這一觀點。2.2虛實并存理論國內外發展當前世界有三大耕作體系；前蘇聯著名土壤專家威廉斯，根據北方土壤團粒結構理論，認為土地要全面翻耕；1934年在美國暴發震驚世界的黑風暴(dustbowl)，刮去了大量地表沃土，基于黑風暴的教訓，創立了免耕法；而我國具有數千年精耕細作的優良傳統，也孕育并產生了虛實并存耕作的理論和方法。(1)國內現狀耕作界研究耕作方法從應用技術，配套機具三方面進行。從應用技術方面看，有“呂和三定三看耕作法”，結合經驗，看天、看地、看墑情定具體耕作法，起到保苗增產作用。還有水平溝種植法，溝壟種植法、山西大寨的“三深耕種法”。從配套機具方面看，黑龍江農機研究所從傳統機具改進中對鑿形鏟作了系統研究提山了深松鏟標準，研制了一系列深松機具。例如深松機I、Ⅱ、Ш型，83一整地機等。1972年黑龍江省農機科技人員在分析了黑龍江省同有垅作幾個基本問題的分析與探討研究國內外各種耕法，提山了“三五耕法”，其中“三”是指淺翻深松，輪溝深松和深中耕；“五”是指保水，保土，保肥。保苗，保產。與克山縣第二良種物農業科技人員提出的“立體耕法”合并成為深松耕法。1976年在《深松法耕法名詞解釋》中提出了“秋后壟溝施肥，可以隔壟深松壟溝使肥土相融，松后耢平成為兩壟一平臺，達到密植，增加綠色面積”，深松耕法的輪廓基本形成。黑龍江八一農人和省農機科研人員在省內耕作效應研究基礎上設計提出了“大豆垅三藏培法”和“三深精播耕地法”，以及相應的配套機具(楊方仁，梁恒錄。1988)。西北農大、河托省農機局也根據東北耕作研究結果，引進機具改裝，提出了“渭北草原深松覆蓋技術”和“華北虛實并存耕作技術”，都取得了顯著的效果。(2)國外現狀從國外看，最早提山耕作學原理，從耕作效應的理論與實踐來指導土壤機械耕作的是前蘇聯的±壤學和農業生物學者威廉斯，在19世紀后期他提山的團粒結構理論以及有結構、無結構土壤為核心的平翻耕作在世界上影響相當廣泛。20世紀30年代美國等西方國家鑒于黑風暴的教訓，提出了免耕法，到20世紀70年代末形成了理論和技術體系，但美國和加拿大認為免耕法與深松相結合是土壤的發展方向，1976年以來，美國、加拿大在我國的深松耕法的啟發下，試行了深松和免耕相結合的新耕法，前蘇聯也在20世紀70年代也開始研究間隔深松。1988年7月和1991年7月在尼日利亞的伊巴丹舉行的國際土壤耕作研究組織(ISTRO)第十二、十八屆世界代表大會，中國代表被邀請參加，把虛實并存耕作介紹的國際耕作界，初次定為，得到充分肯定和廣泛贊譽。1993年4月11日在波蘭的盧布林參加ISTRO第14屆世界代表大會組織委員會，在哈薩克斯坦國際土壤耕作學術討論會上，虛實并存耕作再次被介紹、推廣。1994年7月中國代表去丹麥奧爾堡參加了ISTRO第13屆世界代表大會，主持了土壤耕作史專業委員會第一次會議，并把虛實并存耕作改為spacingtillage。2.3虛實并存理論的研究意義正確的耕作方式是有史以來人類一直在認真探索的重大課題。土壤耕作是傳統農業中耕作、栽培、施肥三大支柱中最基本、最古老的一環。30年代，美蘇等高度發達的工業國家因相繼發生“黑色塵暴’，而極力提倡免耕。70年代末，美國政府稱免耕法是美國對人類的一大貢獻；加拿大、澳大利亞等國甚至立法取消鏵式犁，這些引起人們對鏵犁耕翻的深刻反思。應不應該取消翻耕?機械耕作在農業生產中的作用是什么?它對調節土壤的水肥氣熱，對作物和微生物的作用如何評價?對美國極力提倡的免拼法、前蘇聯威廉斯主張的平翻耕法的團粒結構理論、以及我國五千年精耕細作的優良傳統又如何評價?這些涉及到機械耕作中肥力轉化和增產理論機制的二個基礎理題，引起了廣泛重視和立項研究。自1975年以來，虛實并存耕作課題組對“深松耕法”增產理論和肥力轉化機制應用理論研究的基礎上，又對古今中外的耕作理論和技術進行了廣泛的調查研究，總結出了虛實并存耕作理論和技術，經過多年試驗研究，取得了初步成效。我國正向現代化邁進，對充分挖掘農業增產潛力，實現農業的持續穩產、高產、防止土壤退化，為實現我國農業的兩個根本轉變和農業現代化具有重要現實意義；它深刻揭示了人、畜、機耕的耕作原理，是農作學的基礎理論研究重要內容之一。“虛實并存”耕層結構，虛部疏松的土壤結構有利于水分和空氣進入及養分的分解與釋放；實部是嫌氣環境，有利于土壤嫌氣微生物活動，并能促進腐殖質的形成，達到保存土壤中養分的作用。這種耕層結構協調了水、肥、氣、熱的貯供矛盾，提高了土壤肥力。同時，虛實耕層結構在一定深度和距離內孔隙度差值達10％以上時，能夠改土壤中水、肥、氣、熱的上，下垂直運移為橫向運移，改變分布狀況，調節了供需關系，從而創造出一種獨特的土壤環境，為農作物的生氏創造良好條件。此項技術還具有土壤的用養結合，抗御旱澇，促進作物高產穩產，促進農作物增產，對今后旱作農業的發展具有重要的指導意義。我國農業歷千年而地力不衰，從古至今養活這一方人口，為世界所矚目，諾貝爾獎獲得者國際著名人士美國的布勞格博士盛譽中國傳統農藝技術是世界上已知最驚人的成果之一。其科技精髓至今還沒有全面揭示，有機物還田的化學因素，豆科作物固氯與合理輪作使作物均衡吸收養分的生物因素是世界公認的二方面原因，已經對世界農業產生了影響。精耕細作中的土壤耕作是物理因素，傳統觀念認為機械耕作是力學手段，加工土壤，只用地，不能養地，沒有得至應有的重視。我們的研究證實虛實產并存耕作是通過調節土壤空隙，控制耕層中好氣和嫌氣性生物學兩大過程，進而減少消耗，相對培肥土壤。一方面從內因上加強土壤體質，保持地力不衰；另一方面抗蝕保土解決水土流失，從外因上加強土壤體格，保護土壤不受破壞。同時抗御洪澇早災，減輕污染，保護地面和地下水源，補給地下水，改善耕地的生態環境。又可節省能源，鋼鐵消耗，減輕資源壓力。降低生產成本，投資少，而且一次投資可氏期重復使用，覆蓋面大，經濟效益高。這些從內因、外因、生態環境、資金投入和社會資源等多方面形成了良性循環，從而實現糧食高產穩產與培肥土壤并重。這樣從土壤耕作基礎上為農業保持和增強了發展后勁——實現可持續發展農業。3振動深松技術以及應用3.1振動深松意義我國有可耕地近14.2億畝，其中干旱、半干早以及濕潤偏半干旱的面積占52.5％，傳統的鏵式犁翻耕存在著種種弊端：翻耕后的土壤表層過疏松，損失了人量的水分和養分；引起了有機質流失：翻耕會混拌耕層中的有機質，將表土層的有機質翻入底層，從而導致這些有機質不能在表面被轉化、吸收；造成草荒：連年翻耕導致整個耕層雜草叢生，頭一年翻地將草籽深埋地下，第二年在翻地時，就會將其翻上來，這樣翻來覆去數年，再加上耙耪整地，就使整個耕層充滿草籽，全層感染，于是草荒成了不治之癥；翻耕動力消耗人，作業成本高；不僅壓實了土壤，更重要的是形成了堅硬的犁底層。犁底層是當今世界農耕上的一大公害，由于土壤被壓實，使得土壤中得空隙減小，導致土壤的滲水性和透氣性降低，從而造成：下雨時，犁底層阻隔降水入滲而形成嚴重的水土流失或被侵蝕；干旱缺水時，犁底層阻隔下層土壤水上升供應作物的生K所需；它還使土壤中的氣、交換不充分，不能充分供給氧氣希I排除、、等有害氣體，阻礙根系正常新陳代謝和其它的生理功能：影響土壤中起保養作用微生物的生存和繁衍，導致土壤肥力下降；另外由于犁底層的存在，作物根系不能穿扎通過，而只能在犁底層以上卷曲生長。中國科學院地理研究所等單位，對我國犁底層的調查研究的結果表明：無論時在平原、丘陵，還是在小于坡耕地和梯田內，都普遍存在犁底層：畜力耕作田地的犁底層一般山現在12～15cm深處，厚度約為6～8cm；拖拉機耕作作田地的犁底層，其深度約為20～30cm，厚度約為8～12cm。國外深松一種是心土深松，另一種是全面深松。如前蘇聯的馬爾采大無壁犁深松，還有德、法的全面深松機作業。中國土壤深松耕法起源于黑龍江省機械化耕作生產第一線，是在三角鏵犁的基礎上發展起來的。是一項利用配套機具擠壓和撬動土壤加深耕層，但不翻轉土層，對土壤擾動小，保持土壤原有層次的機械整地技術。其作業深度超過犁底層深度，能夠達到調節土壤三項比，減輕土壤侵蝕，增強土壤蓄水保墑、抗災能力，最終能提高作物產量，屬少耕范疇。深松有助于增強土壤的通風透氣性，要求松后地表平整，以利丁。后續播種作業或不損傷中耕作物的根系。包括全面深松和間隔深松。土壤的深松有以下的效果：打破土壤的犁底層，使土層疏松，土壤水分垂直移動加快，空氣流通良好，有效地改善了土壤的物理性能；涵蓄天然降水，建立“土壤水庫”，達到蓄水保墑效果；增強土壤保水能力，提高水分的利用率。經試驗研究表明；深松前犁底層的密度為1.4～1.5，深松后可降至1.0～1.2，土壤容重降低約0.4，土壤的空襲度約增大25％。深松對容重的影響隨時間的變化而減弱，至第3年其影響已較小，這表明深松耕作應3～4年進行一次。采用振動方式。使土壤耕作機具產生一定頻率的振動，使土壤疏松，達到減少阻力的目的，這種方法己被許多研究者研究和證明，用類似心土鏟的簡單鋤鏟進行了一系列試驗，使此機構在控制的振幅和頻率下前后振動。試驗結果表明，振動可以減少牽引阻力約10％～40％。進行了利用振動深松機打破犁底層的試驗，通過田問試驗測試得出振動深松機的最優值：振幅36.5mm，頻率9.48HZ，機器前進速度為2.2，達到減阻33％的效果，但增加動力消耗24％。3.2國內外研究現狀分析1979年以色列人Wolf.D和Luth.H.J率先提出了要設計一種要適合干旱、半干旱地區的、打破犁底層蓄水保肥透氣的振動深松機械。1983年德國研制了第一臺振動深松機，其工作原理是：①偏心振子使犁柄產生橫向振動，以減少工作阻力。②偏心振子使犁產生上下振動，以松動犁尖上部士壤來減少犁的工作阻力。③偏心振子使鏟柄的連扳產生上下振動，帶動鏟尖橫向運動，使犁板前土壤松動而積增大，減少犁的工作阻力。振動式深松機可以解決深松工作阻力大，能源消耗大的問題。該種機械由拖拉機動力輸出軸驅動偏心振子使犁產生振動，振動頻率通常為540次／min，一般降阻20％～40％。日本在多功能振動式深松機的研制方面做了大量工作，并取得顯著成績。第二次世界大戰后，日本最初用畜力拉深松犁，隨著農業機械化程度的提高，改用拖拉機拉犁耕田，最大的深松犁有9個犁刀，深耕380mm，最大耕幅2440mm。1989年開發推出新型振動式深松機，該深松機具有松土效果好、牽引阻力小等優點，不但適用于大田，而且適用于菜田、果園、煙草田，還可以收獲塊莖作物。如日本的等研制了與中型拖拉機(30～45kW)配套的四鏵振動深松機，并于1993年進行了試驗，確定了最佳參數為：齒尖的振幅為50mm，振動頻率為3.4Hz，振動角為30°，其牽引力比剛性深松機減少40％，而功率僅增加2％左右。土耳其的Uzel公司生產E979型振動深松機，其配套功率為40HP(29.4kW)，工作深度為60cm。除此之外，國外還有許多類型的深松機，其主要區別在于深松鏟的工作曲面不同。為減少深松工作阻力，有些深松鏟前方還安裝有小圓刀。目前在中國從事振動深松機械的研究和生產主要有以下幾個個單位：①黑龍江省水利科學院，其率先研制出國內第一臺振動深松機；②河北省農機修造站設計、由河北華勤機械股份有限公司制造的ISZ-60型振動深松犁；③中國農業大學與河北省農機修造站合作研制的雙航震動深松機，適于三北地區應用；④由沈陽農業大學研究設計的IZS一2型振動深松機，該機適用于中耕作物行間作業，可解決由于耕深較大，導致橫向影響區較寬，損傷作物根系額問題。3.3幾種新型振動深松機及相關機型概況①1S-1型振動深松機由河北省華勤機械股份有限公司生產。該機是與免耕覆蓋播種機配套作業的一種新型振動深松耕作機具。該機具有以下特點和作用：深松可打破K期翻耕形成的犁底層，有利于雨水的入滲與作物根系的發育，不打亂耕作層，能改善士壤的透水，透氣性和土壤的團粒結構。該機結構簡單、性能可靠、操作方便。主要技術參數：配套動力11一22kw拖拉機；整機質量140kg；深松幅度50-60cm，工作深度≥25cm；作業效率0.13-0.40／h。②lSQ—350型全方位深松機由黑龍江省訥河市振興農機制造廠生產。該機與55.1～58.8kw拖拉機配套使用，主要用于早作地區的深松作業，以打破犁底層，加深土壤耕作層，提高土壤蓄水保墑能力和抗澇排澇能力。該機由機架總成、梯形框架式深松器和限深輪等組成。主要技術參數：整機質量440kg：工作幅度180cm；松土深度40-50cm：工作效率1.0-1.3／h；作業速度4.5-5.5km／h。③1SND型懸掛深松淺翻機由河北省保定農業機械廠研制生產。該機可同時完成翻耕和深松作業，也可單獨完成耕翻或深松作業。采用獨特的雙層雙翼松土鏟，保證了中下層土壤的松土效果，有利于蓄水保墑。完成深松作業的同時，可將地表的秸稈淺翻于土壤中，有利于提高土壤有機質含量，并為下一步整地質量的提高創造了有利條件。主要技術參數：外形尺寸4300X2080X1500cm；配套動力l18kw拖拉機；整機質量800kg；工作幅寬210cm：松土深度35～45cm，小犁體耕深lO一15cm，相鄰鏟尖距70cm；工作速度8-10km／h。④1ZSS—400一5型振動深松鼠道犁由黑龍江省紅興隆機械廠研制開發，已通過省級鑒定，并投入批量生產。該機具有以下特點：(1)打破犁底層，并在底部形成鼠道，適于低洼及澇區滲水排澇作業，增大土壤透氣性；(2)對于干早地區，利于蓄水補墑，形成節水型“雨養農業”；(3)利于鹽堿地排鹽洗堿；(4)改善土壤環境，提高產量；(5)減小機具作業阻力10％～15％。主要技術參數：外形尺寸2020X3840×1510cm；配套動力103-125kw拖拉機；整機質量1700kg；松土寬度285—300cm；最大入土深度50cm；鼠道直徑11-12cm。⑤1SZ--140型多功能振動深松機。由黑龍江省訥河農業機械廠生產，已予2002年通過國家鑒定，并獲國家專利(專利號：ZL0021063.1)。該機采用齒輪傳動，體積小、質量小、振幅小、振動力大、深松效果好。除進行深松改土外，還可以進行鼠洞排水施工切斷果樹根系和收獲馬鈴薯、甜菜、中藥材等多項作業，是旱作農業充分利用降水建立土壤水庫的一種技術措施。使用該機可改良排水不良的低濕農田，鹽堿地；可以打破多年來耕作的農田所形成的犁底層，促使作物的根系發育；可使不適于旋耕的粘性土農田土質膨松。該機主要特點是：(1)采用動力輸出軸帶動振動體，使機械性能得到充分發揮，可節省牽引力25％一30％。(2)安裝了減振系統，可減輕駕駛疲勞。(3)能使地表至地下35-50cm厚土層全部膨松，促進作物根系發育。(4)拆裝方便，傳動可靠(5)L形深松鏟制作簡單、省料，可減少土壤阻力。主要技術參數：外形尺寸1550X1700X1420mm；配套動力>40.4kw拖拉機；整機質量360kg：作業行數2行；適應行距120-170cm：耕深50cm：作業效率3.4～5.6／天。3.4小結1.農業機械化發展歷程的機械特點：古代的農業機械，風車、水車，水碾、谷粒清選扇車以及播種用的耬、牛、馬車等；耕整機、播種施肥機、中耕除草機，以及后來的動力配套機械等相繼發明；以全球衛星定位系統<簡稱GPS)、地理信息系統(簡稱GIS)等為代表的高科技設備的農業機械：2.先進的農業耕作方式要與農業機械緊密聯系，先進的農業耕作方式主要包括保護性耕作、免耕、少耕；3.虛實并存效應使土壤中的水肥氣熱得到合理循環的應用，為此而配套的機械振動深松機，國內外對此研究不夠全面。4振動深松機工作原理4.1振動深松機的運動分析圖4-1振動深松部件運動原理圖圖4—1為振動深松部件的工作原理圖，它是一個深松鏟安裝在連接板上其運動方程式為隨機架以屹為前進速度的直線運動。4.1.1運動方程式取坐標系如圖2-1，X軸方向與機器前進方向一致，Y軸方向鉛直向上，a為從X軸正向起逆時針方向的轉角，H為耕深，則正切面與側切面交匯之A點的運動方程式為：(2-1)式中：a=wt，即曲柄轉角，w-曲柄轉動的角速度，Vm-機器前進的速度，R-曲柄半徑（1）鏟機速比令（2-2）把公式(2-1)代入2-2可得，(2-3)其中，λ一鏟機速比，即犁鏟A點轉動線速度與機組前進速度之比。從式(2-3)可以看出，對犁鏟運動軌跡形狀發生影響不僅是犁鏟的幾何參數，而且運動學參數的比值元也是一個重要影響因素，欲使犁鏟運動軌跡為有扣的躍幅擺線，則必須有λ>l。（2）犁鏟的速度和加速度把代入公式(2--1)并求導得(2-4)此時，犁鏟端點得絕對速度為(2-5)公式(2—5)說明，犁鏟在工作過程中其加速度是不斷變化的，其中幾個特殊點(a=o，，a=，)的絕對速度分別為：由于曲柄以勻角速度∞轉動，機器以速度V。勻速前進，故犁鏟端點A只有向心加速度，其值為（3）犁鏟進距S(2-6)（4）切土行程L曲柄回轉一周鏟刃接觸朱耕土壤走過的行程，可按下式計算：(2-7)式中：al鏟刃開始接觸朱耕土壤時的角度，a2鏟刃開始離開朱耕土壤時的角度（5）犁溝的凸起高度h犁溝的凸起高度可按下列公式近似(2-8)鏟刃切削角如圖2-2所示以外磨刃正切面截面為例來考慮，各角度的名稱定義如下：有速度合成四邊形：（2-9）則動態切削角為:(2-10)圖4—2鏟刃切削角名稱一靜態切蚋始，它是正切刃上某點靜軌述(四月軌跡)切線與正切面內端面之央角；-動態切削角，它是正切刃上某點動軌跡切線與正切面內端面的夾角i一刃角，他足崩刃面與iE切面內端面之夾角一靜態睞角，它足靜軌透切線與外刃角之問的失始一動態隙角，它足動軌跡與外刃面之問的夾角一運頓隙角，它足動靜軌跡之間的夾角一正切面安裝角，它是過該械面刃仁I的極徑與正切面內端面之間的興角（7）牽引力之比(2-11)式中Dv一振動牽引力Do一不振動牽引力（8）總功率比(2-12)式中Np--激振功凈功率比P。（2-13）式中No一無負荷時激振功率（9）膨松度M（2-14）式中：H一耕深h一膨起高度4.2振動深松部件的受力分析4.2.1不振動條件下的犁鏟受力分析為了分析方便，將犁鏟分為三部分考慮，即鏟刃、鏟面和鏟柄。（1）鏟刃的受力分析鏟刃在工作的過程中受到土壤的阻力。這種阻力是土壤強度破壞時的反力。鏟刃切入朱耕土體，對土體施加壓力，土體變形，內應力增加。鏟刃單位面積上的阻力為土破壞時土的極限反力。目前對鏟刃阻力的分析還比較少，本文借助地基承載力的計算方法來分析，同時借鑒裝載機鏟斗的受力分析方法。圖4-3為鏟刃切入土體時土的破壞型式。圖4-3鏟刃切入土壤時土壤的破壞模從圖可見，土的剪切破壞是局部剪切破壞，為計算上的方便，假設為整體剪切破壞，在計算黏性土黏聚力時，仍按局部剪切破壞計算。先分析非粘性土的情況并假定：（2）土體為均勻的剛塑性體（3）鏟刃切入土體后，土體形成剪切破壞，其塑性區分為朗旨(RankiIle)主動區I，輻射剪切區Il和朗肯被動區III三部分，見圖2-3。相應的土體移動邊界則有直線AC，對數螺旋曲線CD和直線DE組成。CD(加弧)的方程為：（2-15）式中:r-極徑，由A點至CD曲線上的連線一極角，極徑與AC線的夾角一土壤的內摩擦力先考慮土自重引起的鏟刃口阻力取分離體ACDG為分析對象，(見圖2-3)，其上作用著下列諸力：a)CD面上的被動土壓力P1。由于滑動區Ш較小，認為GD面上的壓力均布，等于GD面上G點處的自重應力，則P。作用在GD中點處（2-16）由圖可知圖4-4鏟刃切入土體時阻力式中，a一鏟刃厚度b一鏟刃寬度s一耕深（2-17）b)土體的自重較小，可略去c)AC面上的反力，與作用點法向線成角，根據對數螺旋曲線的性質，它的作剛線通過中心A點，因此對A點的距為零。備力對A點取距，并令其等于零，可得AC面上的被動土壓力P2，與AC面的法線成角。（2-18）現在分析粘性土耕作時鏟刃受到的阻力：黏性土切入阻力與非黏性土阻力的差別僅在于粘聚力引起的阻力。在分析桔聚力引起的阻力之前先假定土壤具有黏聚力C，其它條件按非粘性土耕作阻力分析條件。鏟刃由黏聚力引起的阻力分析模型見圖4-5。對于枯性土壤，鏟刃前土體破壞為局部剪切破壞，沒有明顯的朗旨被動區出現，僅有輻射推動區與朗肯主動區。因此CD面上具有枯聚力Fc。圖4--5黏聚力引起的阻力分析模型在對說螺旋曲線DC上取一單元歐度ds來研究，則可將作用在單位長度的黏聚力分解為徑向分量和徑向垂直分量，徑向分量的作用線通過A點，其對A點的力矩為零。與徑向垂直的分量對中心點A的力矩為：因此對說螺旋曲線CD土由黏聚力對中心A點所產生的總力矩為所以（2-19）黏性土鏟刃阻力應為非粘性土阻力與的和，即4.2.2鏟面的受力分析（1）鏟面的受力分析圖4—6鏟面的受力模型鏟面的受力模型見圖4-6，工作時，機具以速度前進，與水平面成a的斜面AB相當于一個單位楔在工作。土壤對其作用力N垂直于AB面，近似作用于AB的中點，行進中除阻力N外，尚有一個沿AB面指向后方摩擦力F，力N與F合成阻力R。阻力R可以分解為一個垂直分力和一個水平分力。垂直分力是工作時工作部件抬起耕層土壤，起到松動耕層的有用工作阻力，與此同時產生的水平分力Rx為工作時牽引力的一個組成部分。從圖2-5可以看出，工作阻力曲。而作用力的大小隨耕地的土質、含誰量以及前茬作物的種類不同而變化，而保證Rz一定的情況下，角越大，牽引阻力越小，切由關系式一深松部件的其士角；B一合力作用角；一士壤與工作部件的摩擦角b)鏟柄的受力分析。由鏟柄的截面形狀，可將其視為雙面楔。它的受力分析如下圖：圖4-7鏟柄的受力模型總阻力(-楔面上正壓力產生的阻力；-楔面上1剪力產生的阻力分力；-側面上的剪力產生的阻力分量）(a-楔角-滑動摩擦系數N一楔面上的壓力NI一側面上的壓力)由于正壓力是士壤抵抗變形產生的力，其大小難以確定，那么有(Kl一土壤抵抗變形單位阻力；K2一土壤對于楔子側面的單位壓應力：Fl一楔面面積；F2一楔子側面面積)。K2與Kl有所布同，其不同之處在于犁并布運動KI為零而K2不變。K2反應d15-。壤彈性恢復特性。所以4.3振動條件下犁鏟的受力分析我們知道，當土體中某點任意方向的剪應力達到土的抗剪強度時，該點即處于極限平衡狀態，若優。士體產生破壞。土體的剪切破壞與士的物理性質、原始應力狀態有關。如土體為自重應力狀態時，土剪切破壞的應力與土層的厚度成正比，服從摩爾一庫侖準則。而振動深松作業正是利用了土體垂直方向的破壞強度小于加載破壞強度的特點。在振動條件下犁鏟的運動可分解為水平和鉛垂兩個方向的運動。IggenmUller用較直觀的力學分析方法，描述了垂直于切削方向的振動犁的減阻過程。現通過應力分析的方法來說明振動減阻的原因。犁鏟工作狀態見下圖圖4-8犁體的受力分析在犁鏟前部A點取一單元體加以研究。為了使問題簡化，這里只考慮平面問題。設作用在該單元體上的大、小主應力分別為和，在單元體內與主應力作用面成的nm平面上有正應力。和剪應力。為建立，與，之間的關系，取楔行脫離體abc。根據楔體靜力平衡條件可得：聯立求解以上方程得mn平面上的應力為：按材料力學公式，微分單元上大，小應力值與X--Z坐標上和之間的相互轉換關系為：其中一土破壞時最大主應力一土破壞時雖小主應力結合庫侖抗剪強度定律：(-的抗剪強度)圖4-9土體垂直與水平加載破壞摩爾圖1)白重應力摩爾圖2)垂直加載摩爾圖3)水平加載摩爾圖c一土的粘聚力。一剪切面上的法向應力一±的內摩擦角可得到圖4一9所示的土體加載破壞摩爾圖。圖中為土自重所產生的垂直應力，為土自重產生的水品應力。(r一土的容重；Z土層厚度；一土側向壓力系數；一般情況下Ko<l，所以。4-10鏟柄的滑切作用當水平加載時，土破壞時的壓力重最小主應力正是土的自重垂直應力力；當垂直加載時，由于土體在水平方向部受約束，應力不能增加，而垂直應力增加使土體剪切破壞，土體最小主應力。正是土自重水平應力從圖中可知，這時的遠小于。由此可見，振動鏟刃作業使土體破壞所加的載荷，遠小于不振動正常作業。即振動作業阻力小于不振動作業阻力。由于鏟柄在工作過程中既有垂直運動，又有水平運動。從鏟柄的端面土4-10可以看山，振動使鏟柄對土壤具有。滑切作用?；凶饔玫慕Y果使實際的刃角比實物的角小。從而使牽引阻力降低。5總體結構的設計5.1總體設計振動深松機的構成主要有以下幾個部分組成：翻滾輪、動力連接裝置、振動結構、深松鏟，以及其它連接裝置，其中最為核心的部分是振動結構和深松鏟。圖5-l振動深松機結構示意圖1減速箱2減速器前撐3翻滾輪刀片4深松鏟5深松鏟連接板6減速器后撐7扶手夾板8扶手套9扶手桿5.2深松鏟的設計深松鏟是深松機的工作部件，有鏟頭和鏟柱兩部分組成。因常在堅硬的土壤中工作，故應具有較強的松碎土壤的能力，還要有足夠的強度、剛度和耐磨性能。為適應不同的作業要求，鏟頭的形式有很多種?？煞譃閮深悾活愂晴P頭與鏟柱寬度相近，如平脊(或圓脊)鑿型鏟、雙頭鑿型鏟、鑿柄鏟等；二是鏟頭的寬度大于鏟柱寬度，如鴨掌鏟、雙翼鏟、箭形鏟等。5.2.1鑿形鏟又稱平板鏟，其碎土性能好，工作阻力小，結構簡單，強度高，制作方便，既適合于全面深松，也適于行間深松和種床深松，是應用最為廣泛的一種深松鏟。鑿形鏟是利用楔子原理碎土的，工作中土壤受鏟面的擠壓，當擠壓力大于土壤的剪切強度時便產生剪切破壞。試驗表明，碎土效果和牽引力與鑿形鏟的入土角口大小直接有關，牽引阻力將隨著角的增大而增加。當角超過400后，牽引阻力急劇增加，所以深松鏟的角一般都小于250。新型鏟的寬度應不超過50mm，否則，將增加阻力，但由于其幅度很小，松土范圍不大，故能適用于壟幫深松作業，不易傷根、壓苗。圖5-2深松鏟尖的設計5.3深松鏟柄的設計圖5-3深松鏟的設計深松鏟的鏟柄如上圖所示，常用的鏟柱多為矩形斷面，鏟頭用螺釘固定于其下端。入土部分的前面制成尖菱形，有碎圖和減小阻力的作用。有些鏟柱采朋薄殼特征，其優點是鋼的用量少，抗扭和抗彎的能力強。缺點是結構復雜，一旦變形難以校正，所以連接部位應設有安全裝置(如安全螺栓、安全銷等)。深松鏟頭是深松機構的主要工作部件之一，因其常在堅硬土壤中工作，故設計出的深松鏟頭不僅要有較強的松碎土壤能力，還要有足夠的強度、剛度和耐磨性能。一般的深松鏟采用65錳鋼或45鋼均可，A5鋼也行。并且深松鏟的刃部應進行熱處理，淬火區寬