整地用工作装置配置顺序的探讨

整地用工作装置配置顺序的探讨

考虑到土地整理带来的大量动力消耗，必须根据不同区域的特点，不断完善土地整理的类型和机械结构。全俄大豆研究所的学者研究表明,种植禾类粮食作物的土壤不要求进行深耕,耕耘的深度8～12cm就已足够,最深至14cm。对大豆和其他作物(土豆、玉米)的中耕整地深度应在18～20cm。在进行不翻垄整地时,由于腐殖土的矿化速度降低,减少了腐殖土的损失,改善了土壤水土保持的稳定性,减少了土壤水分的流失。但多年的中耕作业容易产生耕作层以下土层的板结,降低水和空气的渗透性,抑制植物的生长,为了降低不翻垄整地所带来的不良后果,必须定期对可耕层进行土壤深松,打破由中耕机箭型松土铲形成的土壤坚硬犁底层。俄罗斯远东农业机械化研究所研制出了适用于不同方式整地用的中耕机工作装置(图1)。该工作装置由可固定的“高式”箭型中耕铲、深松铲和“低式”箭型中耕铲的万能支架构成。当在万能支架上安装箭型中耕铲时,可进行6～22cm深度的整地作业;在支座上安装翻掘用箭型中耕铲时,整地深度可达24cm;如果在支座上安装深松铲时整地深度可达30cm。在中耕机上安装不同的工作装置,一排为箭型中耕铲或挖掘用箭型中耕铲,另一排为深松铲时,可进行不同层次的整地,打破土壤犁底层。由中国黑河市农机研究所和俄罗斯远东农机研究所的研究人员共同合作进行的田间试验表明,土壤对深耕铲运动的阻力可大大超过在有利条件下进行半自由作业的中耕机运动的阻力。理论研究的目的,就是论证整地用各种工作装置在整地时中耕机的牵引阻力达到最小化的配置次序。依据耕地理论对土壤阻力进行计算,正常耕地牵引阻力的总值R等于摩擦力的共同作用和相关土壤层重量、变形土壤阻力和土壤层动压力反射到横坐标轴投影数的总和R。即式中RGx,RДx,Rfx—摩擦力的共同作用和相关土壤层重量、土壤变形阻力和土壤层动压力反射到横坐标轴的投影。为了确定土壤对工作装置运动的阻力,可通过工作装置各组成部分阻力,即中耕铲阻力和支座阻力来表现出工作装置总的阻力Rzp.o。即由于土壤的变形工作由位于前部的箭型中耕铲实施,土壤通过支座对其变形所产生的阻力值为零,支座实际上是垂直竖立的,土层重量对支座的负载也为零即按照(3)式可以确定中耕机第一排工作装置在密实土壤堵塞条件下的阻力。众所周知,土壤在对变形产生阻力的同时,其在水平剥离的角度下从耕地的表层被剥离ψ2。当第一排的工作装置进行作业时,土壤的缺口线投影到第二排工作装置的正平面,位于沟线和工作装置之间的土壤面积已经处于变形状态。因而,第二排工作装置不会对其作业的土壤土层进行全部变形,相应地降低土壤对箭型中耕铲和深松铲变形所产生的部分阻力。中耕机第二排工作装置的牵引阻力值可以确定为式中k6—中耕机第二排工作装置作业的部分土壤已由第一排工作装置完成变形考虑在内的密实土壤降低堵塞的系数。将工作装置的堵塞系数值表现为式中SH—工作装置作业时土壤层未进行变形部分的正面投影面积,m2;S6—工作装置在密实土壤堵塞条件下可以进行变形的土壤层的正面投影面积,m2。在中耕机上配置工作装置可有以下3种方式。(2)在第一排安装深松铲,第二排安装箭型中耕铲。(3)在第一排安装箭型中耕铲,在第二排安装深松铲。方案1:在中耕机的各排上安装箭型中耕铲。从图2中可以看出,未被第一排工作装置变形,但已进入第二排工作装置作业的土壤层部分的正面投影面积与带有高和底的梯形面积相等:那么工作装置可以在密实土壤堵塞条件下变形的土壤层正面投影面积与带有高和底bл和bл+2hлtgψ2.的梯形面积相等:依据公式(5)得出方案2:在第一排安装深松铲,在第二排安装箭型中耕铲。如图3所示,未能由中耕机SH第一排工作装置变形的面积可以由带有底bл和bл+2hлtgψ2及高的梯形面积S1与带有高的两个三角形面积的差的形式表现出来。即Sб的面积等于带有底bл和bл+2hлtgψ2及高hл的梯形面积。方案3:在第一排安装箭型中耕铲,第二排安装深松铲。如图4所示,未能由中耕机第一排工作装置进行变形的面积SH可以由带有底b2和b2+2h2tgψ2及高的梯形面积S1与带有高的两个三角形面积S2的差的形式表现出来。SH=S1-2S2梯形面积S1如果假设角ψ2=45°,那么S2面积的三角形等边。等边三角形的面积等于S=0,577h2,这里h为三角形的高。那么工作装置在密实土壤堵塞的条件下可以进行变形的土壤层的正面投影面积Sб等于带有高hn及底b2+2h2tgψ2和的梯形面积:通过计算,由中耕机的运动速度(图5)可以得出中耕机牵引阻力的理论依据。从图5中曲线可以看