1LX-525中型五铧旋耕犁的设计与实验研究
刘献东
一、项目研究的目的和意义
在20世纪90年代，随着农村经济的蓬勃发展，大中型拖拉机发展迅速，而农村大批劳动力的转移致使农村劳动力紧张。因此，快速、高效、省工的大中型拖拉机旋耕（深度为8～16 cm）作业迅速发展，其作业面积占我市耕地面积95%以上，在我市很少能看到铧式犁耕地作业。土壤是农作物生长、发育的基础，是制约粮食增产的重要因素之一。年复一年的浅耕、旋耕与机组碾压、人畜踩踏，造成土壤团粒结构严重破坏，耕作层变浅，犁底层变厚变硬，密度变大，孔隙度变低，透水性变差，阻碍了土壤上下水气的贯通和天然降水的贮存。特别是连年的旋耕作业，导致土壤中蚯蚓等生物的大量减少甚至绝迹，土壤毛细管遭到破坏，土壤水分输送能力变差，致使地表径流现象严重，土壤蓄水保墒能力明显不足，势必影响现代化农业的粮食增产。
目前使用的旋耕机还存在着以下问题：
1.耕深波动大。大多数旋耕机耕深不到16 cm，35%的作业地块耕深不足10 cm。由于地块多年连续旋耕，已经形成了坚硬的犁底层，致使耕层越来越浅，影响作物根系生长，造成减产。
2.耕作机械安全性能较差。据农机监理部门统计，2008年以来，河南省的耕作机具事故多达300起，对农机操作人员和种植户的安全造成了严重威胁。
3.可靠性较差。国产旋耕机平均无故障使用时间为370 h左右，仅为国外同类产品的2/3。
针对以上缺陷，课题组通过大量的调查研究，反复论证，确定设计一台全新复式中型旋耕犁，能够减少拖拉机的进田次数，具有结构紧凑、功能齐全、机动性和操作灵活等特点。机组一次下地即可完成土壤耕作、旋耕碎土及合墒平地等多项作业。对发展现代化农业生产意义重大。
二、结构特点
1LX-525中型五铧旋耕犁其总体设计为立式联接结构，由三角形犁架、动力输出包、双排滚子链传动组、链传动组防尘密封罩、碎土型犁体、旋刀式碎土器、合墒器及限深轮等零部件组成。其结构创新点：一是每个犁体侧后方加装有旋刀式碎土器，碎土器动力传递端的另一侧焊接一段厚壁无缝钢管，管壁外侧焊有六个刀座，在整段钢管外表面交错排列，在同一平面装有相同的弯刀，装配时确保左右弯刀刃口切土，以达到碎土之目的。二是创新设计了动力输出包，它是由动力输入轴、一副弧形锥齿轮、动力输出轴、变速箱体等零部件组成。动力输入轴通过万向节与拖拉机的动力输出轴连接，通过一副弧形锥齿轮将动力传递到动力输出包的动力输出轴，以驱动双排滚子链传动组正常转动。三是动力传递设计为双排滚子链传动组，它是由主传动链轮、链条、张紧轮、副传动链轮等组成。动力输出包的动力输出轴上端安装主传动链轮，通过双排滚子链条将动力传递到副斜梁斜前方安装第一级碎土器轴端的副传动链轮，以驱动该碎土器转动，与副传动链轮相邻安装的另一个链轮，作为主动链轮由链条将动力逐级向相邻斜后方的碎土器传递，直到动力传递最后一级碎土器为止。在每副链条中间位置装有弹力可调张紧轮总成，以保证双排滚子链传动组正常运转。四是旋刀式碎土器的刀轴设计为单悬臂结构，与安装犁体对应的侧梁位置采用线切割机床切割碎土器单悬臂轴套孔,以焊接高精度定位的旋刀式碎土器轴套，此位置安装碎土器刀轴。五是机具右后侧联接平地合墒器，其工作部件是十一个球面圆盘，正常作业时，合墒器起碎土平地作用，并将部分表土送到右后方，形成土埂，逐渐将土埂填入犁沟。
1LX-525中型五铧旋耕犁主要技术指标：
外形尺寸（长×宽×高):3500 mm×2000 mm×1185 mm；
整机重量：705 kg；
单犁体耕幅：250 mm；
植被覆盖率：≥85%；
稳定性系数：≥90%；
总耕幅：1250 mm；
耕深：21～27 cm；
表面碎土深度：15～21 cm；
生产率：0.6～0.9 hm2/h；
油耗：27～33 kg/hm2（1.8～2.2 kg/亩）；
配套动力：58.8～66.2 kW。
三、 试验结果
根据总体设计的指导思想，对1LX-525中型五铧旋耕犁进行六个耕季的试制和改进，2013年9月对该样机与传统的1L-525中型五铧犁和1GKN-125型旋耕机进行了秋季农田对比试验，试验结果表明：
1. 该机质量较轻，其质量与传统的两个机具质量之和相差95 kg；
2. 效率高，高出传统机具0.4～0.6 hm2/h(6～9 亩/h);
3. 油耗低，较传统机具平均节油25.5 kg/hm2（1.7 kg/亩）；
4. 缠草及挂草极少，平均每亩缠草挂草仅为传统机具的1/10；
5. 秸秆或杂草切断效果好，切断率较传统机具提高60%；
6. 该机具一次农田作业可完成土壤耕作、旋耕碎土及合墒平地等多项作业，作业后地表平整，不需要任何整理即可满足下季作物的播种要求；
7. 该机较传统机具相比，减轻对土壤的压实。
该机具与国内同类机型相比，整机性能达到国内领先水平，2008年6月25日获得国家实用新型专利，2013年12月29日通过了河南省科学技术成果鉴定。
四、效益分析
1社会效益、经济效益
该机具一次下田即可完成土壤耕作、旋耕碎土及合墒平地等多项作业。减少了机具进地次数，减轻对土壤的压实，减少后端农事的投入，具有良好的社会效益。
机手购买旋耕犁需要1.5万元，作业效率按9亩/h计算，作业收费70元/亩，则机手每小时收入可达630元，扣除燃油费、人员工资150元，机手只需30多小时作业，即可收回购机成本；该机具的生产、销售成本约为12 000元，售价为15 000元，每台利润约为3000元。厂家的年产销量按照1000台计算，年利润可达300万元，经济效益非常显著。
2环境效益
该机具为耕整地联合作业机械，节约燃油非常明显。根据BP中国-碳排放计算器提供的资料，1 L的柴油完全燃烧后，可排出2.63 kg的CO2，依次推算每台旋耕犁一年耕作1000亩，可节省柴油1700 L，可减排CO24471 kg，环保效益显著。
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一、项目研究的目的和意义
在20世纪90年代，随着农村经济的蓬勃发展，大中型拖拉机发展迅速，而农村大批劳动力的转移致使农村劳动力紧张。因此，快速、高效、省工的大中型拖拉机旋耕（深度为8～16 cm）作业迅速发展，其作业面积占我市耕地面积95%以上，在我市很少能看到铧式犁耕地作业。土壤是农作物生长、发育的基础，是制约粮食增产的重要因素之一。年复一年的浅耕、旋耕与机组碾压、人畜踩踏，造成土壤团粒结构严重破坏，耕作层变浅，犁底层变厚变硬，密度变大，孔隙度变低，透水性变差，阻碍了土壤上下水气的贯通和天然降水的贮存。特别是连年的旋耕作业，导致土壤中蚯蚓等生物的大量减少甚至绝迹，土壤毛细管遭到破坏，土壤水分输送能力变差，致使地表径流现象严重，土壤蓄水保墒能力明显不足，势必影响现代化农业的粮食增产。
目前使用的旋耕机还存在着以下问题：
1.耕深波动大。大多数旋耕机耕深不到16 cm，35%的作业地块耕深不足10 cm。由于地块多年连续旋耕，已经形成了坚硬的犁底层，致使耕层越来越浅，影响作物根系生长，造成减产。
2.耕作机械安全性能较差。据农机监理部门统计，2008年以来，河南省的耕作机具事故多达300起，对农机操作人员和种植户的安全造成了严重威胁。
3.可靠性较差。国产旋耕机平均无故障使用时间为370 h左右，仅为国外同类产品的2/3。
针对以上缺陷，课题组通过大量的调查研究，反复论证，确定设计一台全新复式中型旋耕犁，能够减少拖拉机的进田次数，具有结构紧凑、功能齐全、机动性和操作灵活等特点。机组一次下地即可完成土壤耕作、旋耕碎土及合墒平地等多项作业。对发展现代化农业生产意义重大。
二、结构特点
1LX-525中型五铧旋耕犁其总体设计为立式联接结构，由三角形犁架、动力输出包、双排滚子链传动组、链传动组防尘密封罩、碎土型犁体、旋刀式碎土器、合墒器及限深轮等零部件组成。其结构创新点：一是每个犁体侧后方加装有旋刀式碎土器，碎土器动力传递端的另一侧焊接一段厚壁无缝钢管，管壁外侧焊有六个刀座，在整段钢管外表面交错排列，在同一平面装有相同的弯刀，装配时确保左右弯刀刃口切土，以达到碎土之目的。二是创新设计了动力输出包，它是由动力输入轴、一副弧形锥齿轮、动力输出轴、变速箱体等零部件组成。动力输入轴通过万向节与拖拉机的动力输出轴连接，通过一副弧形锥齿轮将动力传递到动力输出包的动力输出轴，以驱动双排滚子链传动组正常转动。三是动力传递设计为双排滚子链传动组，它是由主传动链轮、链条、张紧轮、副传动链轮等组成。动力输出包的动力输出轴上端安装主传动链轮，通过双排滚子链条将动力传递到副斜梁斜前方安装第一级碎土器轴端的副传动链轮，以驱动该碎土器转动，与副传动链轮相邻安装的另一个链轮，作为主动链轮由链条将动力逐级向相邻斜后方的碎土器传递，直到动力传递最后一级碎土器为止。在每副链条中间位置装有弹力可调张紧轮总成，以保证双排滚子链传动组正常运转。四是旋刀式碎土器的刀轴设计为单悬臂结构，与安装犁体对应的侧梁位置采用线切割机床切割碎土器单悬臂轴套孔,以焊接高精度定位的旋刀式碎土器轴套，此位置安装碎土器刀轴。五是机具右后侧联接平地合墒器，其工作部件是十一个球面圆盘，正常作业时，合墒器起碎土平地作用，并将部分表土送到右后方，形成土埂，逐渐将土埂填入犁沟。
1LX-525中型五铧旋耕犁主要技术指标：
外形尺寸（长×宽×高):3500 mm×2000 mm×1185 mm；
整机重量：705 kg；
单犁体耕幅：250 mm；
植被覆盖率：≥85%；
稳定性系数：≥90%；
总耕幅：1250 mm；
耕深：21～27 cm；
表面碎土深度：15～21 cm；
生产率：0.6～0.9 hm2/h；
油耗：27～33 kg/hm2（1.8～2.2 kg/亩）；
配套动力：58.8～66.2 kW。
三、 试验结果
根据总体设计的指导思想，对1LX-525中型五铧旋耕犁进行六个耕季的试制和改进，2013年9月对该样机与传统的1L-525中型五铧犁和1GKN-125型旋耕机进行了秋季农田对比试验，试验结果表明：
1. 该机质量较轻，其质量与传统的两个机具质量之和相差95 kg；
2. 效率高，高出传统机具0.4～0.6 hm2/h(6～9 亩/h);
3. 油耗低，较传统机具平均节油25.5 kg/hm2（1.7 kg/亩）；
4. 缠草及挂草极少，平均每亩缠草挂草仅为传统机具的1/10；
5. 秸秆或杂草切断效果好，切断率较传统机具提高60%；
6. 该机具一次农田作业可完成土壤耕作、旋耕碎土及合墒平地等多项作业，作业后地表平整，不需要任何整理即可满足下季作物的播种要求；
7. 该机较传统机具相比，减轻对土壤的压实。
该机具与国内同类机型相比，整机性能达到国内领先水平，2008年6月25日获得国家实用新型专利，2013年12月29日通过了河南省科学技术成果鉴定。
四、效益分析
1社会效益、经济效益
该机具一次下田即可完成土壤耕作、旋耕碎土及合墒平地等多项作业。减少了机具进地次数，减轻对土壤的压实，减少后端农事的投入，具有良好的社会效益。
机手购买旋耕犁需要1.5万元，作业效率按9亩/h计算，作业收费70元/亩，则机手每小时收入可达630元，扣除燃油费、人员工资150元，机手只需30多小时作业，即可收回购机成本；该机具的生产、销售成本约为12 000元，售价为15 000元，每台利润约为3000元。厂家的年产销量按照1000台计算，年利润可达300万元，经济效益非常显著。
2环境效益
该机具为耕整地联合作业机械，节约燃油非常明显。根据BP中国-碳排放计算器提供的资料，1 L的柴油完全燃烧后，可排出2.63 kg的CO2，依次推算每台旋耕犁一年耕作1000亩，可节省柴油1700 L，可减排CO24471 kg，环保效益显著。
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