一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

（一）选题依据和意义

近年来，可持续农业已成为当今世界农业发展的主题，因此世界各国都在研究开发新的耕作技术及配套机具。作为可持续农业发展核心技术的保护性耕作技术，已被广泛地推广和应用。与传统的耕作技术相比，保护性耕作技术有利于土壤有机质的积累和团粒结构的恢复，少(免)动土，既节约了作业成本，又减轻了土壤的有害压实，对于防治水土流失起到了关键性的作用。因此，作为保护性耕作技术系统中的一项关键性技术，复式少耕技术也得到了长足的发展。

土壤耕作实践证明，传统的全虚或全实耕作技术和多次单项作业所产生的土壤耕层结构不能理想地满足农作物生长发育要求，主要存在以下问题：1）动土量过大。首先，造成了土壤水分的大量挥发，影响了作物前期生长所需要的充足水分，其次，松散土壤被翻到地表后，很容易被大风刮走；最后，会大量消耗能源，既提高了作业成本，又加剧了环境污染。2）耕层结构的不合理。传统的单一机具作业所形成的土壤耕层结构过于单一，并不能形成多层结构。

为了解决以上问题，目前我国大功率拖拉机的广泛应用，小型种植箱用翻土机应运而生。目前国际上公认的最适于作物生长和利于土壤保护的耕层结构是3层结构：表层（0-10cm）土壤细碎紧实，并有秸杆残茬覆盖，利于防水保墒和提高播种质量；中层（10-25cm）土壤全面松碎，利于作物根系发育；底层（25-5cm）土壤形成虚实相间的耕层结构，增强了土壤通透性，提高了蓄水能力，抗旱防洪。因此，研制一次作业就能够完成该耕作方法和工艺减少能源消耗、降低作业成本、保护耕作资源和发展可持续农业具有重要的意义。

（二）国内外研究动态

近年来，传统农具在结构上不断创新: 为增加铧式犁的翻土性能，将铧体延拓; 在犁体前加小前犁或 前犁刀，减少整机作业阻力; 用液压油缸调节耕幅及 悬挂架横向位置，以增加其适应性；后一犁体可向上折叠以减少耕幅，翻转机构加销定装置；铧式犁和深松机上装有各种形式的安全装置；圆盘耙偏角的调节 和两翼机架的折叠用液压油缸控制，一些圆盘耙产品 设有侧向运输装置；将深松技术和耕翻技术有机结合，使上层 20 cm 内的土壤上下翻转，下层 20-35 cm 进行间隔深松；为了提高松土性能，在深松柄上增加 一层或两层翼铲，使土壤形成了上层细碎，下层虚实相间，为作物的生长提供了良好的土壤条件，有利于作物生长。

我国大中型拖拉机的功能日趋完善，保有量逐年增加铧式犁、圆盘耙和深松机等传统农具产品朝着与147kW以上的大中型拖拉机配套、结构完善和功能增加方向发展。

耕整机械既要适应各种土壤条件，又要满足不同耕作制度发展的需求，因此必需不断地开发新的工作部件。国外各大公司十分重视工作部件的研究: 在铧 式犁上采用各种类型曲面的犁体及小前犁；圆盘耙上采用各种曲率半径、不同直径和刃口形状的圆盘耙 片; 驱动型耕和整地机具的工作部件更是种类繁多。在同一机具上，通过更换部件来适应变化的工作条件，既扩大了产品的功能，增强了整机的地区适应性，又减少了使用者的购机投入。其工作部件已经标准化、系列化和批量化生产。

西方发达国家在20世纪六七年代先后实现了农业机械化。随着耕作机械的研究和生产，特别是大功率拖拉机的广泛应用，带动了耕作机械向多品种和系列化方向发展，向宽幅、高速和高效低耗方向发展，向电子监控、液压及模块化设计等高新技术方向发展。拖拉机功率范围由原来的 14.7-117.6kW增加到现在的404kW。因此，与其配套的耕整地机械产品也在不断拓宽与拖拉机的配套范围，尽可能减少部件种类和结构型式，通过提高标准化、系列化和通用化的程度来满足市场需求。

由于驱动型机具充分利用拖拉机功率，能控制对土壤的作用强度，可满足多种耕作要求，所以国外各大公司都十分重视驱动型整地机具产品的开发与生产。目前，已有旋转犁、动力锹、旋耕机和动力耙等多种耕整地机具利用拖拉机的动力输出轴，通过机械传动驱动工作部件。同时，还研究生产了由拖拉机动力输出带动液压系统，再由液压马达来驱动工作部件的新型耕整地机具。我国现有的驱动型耕整地机具主要有旋耕机和灭茬机等产品，均由拖拉机动力输出轴提供动力，带动回转工作部件完成机具作业。

少耕深松技术具有减少机具的工作阻力、提高拖拉机作业效率和减轻对土壤的工作强度等特点，形成虚实相间、用养相结合的土壤耕层构造。虚的部分有利于好气性细菌繁殖，为作物提供充足的养分，有利于作物生长，地上水较多时通过虚的部分将地表的水分渗入地下，防止地表径流，属用；实的部分有利于闲气性细菌生长，保持土壤中的养分，属养。干旱时，通过实部分土壤毛细血管的作用，将地下水吸上地表，供给作物水分，实现了用地与养地相结合。因此，以少耕、深松代替犁耕的保护性耕作技术在许多国家得到了大面积推广应用，为保护性耕作的关键技术之一。为适应农业生产的需求，国外各公司十分注重对 深松工作部件和机具的研制。为改善作业质量和降低阻力，研制出了多种形式的杆尺式深松铲。在深松机具总体结构上也不断创新，同时大力发展深松联合作业机具。

目前，国内外研究和生产的联合作业机，从结构上可分为紧密型联合作业机和组合型联合作业机:紧密型联合作业机是将其作业功能进行有机结合，按整机一体的形式进行合理配置，形成一个独立完整的机型，其机组设计合理、结构紧凑、与拖拉机配套合理，有利于拖拉机悬挂作业；组合型联合作业机是用组配方式，将各自独立的机具构成联合作业机具。作业时，根据不同的耕作制度、不同的土壤条件和农艺要求，合理组配，形成不同形式的作业功能，可提高机具利用率50%以上。因此，组合型联合作业机是近年来国外联合作业机具发展的方向，主要作业机具有:耕整地联合作业机具、深松整地联合作业机具、深松耙茬联合作业机和耕整施肥播种联合作业机具等。随着我国大功率拖拉机保有量逐年增加，对联合作业机具的需求也将加大。因此，既要研制多种工作部件组合的联合作业机具，也要研制 可分可合组配式联合作业机具。

机电液一体化技术将在各种耕种机具上广泛采用，如根据土壤条件自动调整机具的工作参数和作业状态、改变机具的总体尺寸以及驱动工作部件等，将更多地运用液压元件。应用电子技术控制耕整地机械的作业深度、平整度，监控播种、施肥机械的排种以及排肥状况等。为减轻机具质量、提高农机具的强度、延长机具使用寿命以及提高产品的外观质量，新材料和新工艺也将更广泛应用。

西方发达国家早在20世纪初就开始了保护性耕作技术及相应配套机具的试验研究，先后提出了最少耕作保护性耕作系统，推广了深松、根茬还田、带状耕作、简化耕作和覆盖耕作等少免耕技术，研制并推广了深松机、带状耕作机和免耕播种机等配套机具。美国到 20世纪80年代末，已经形成了以配套机具为特征的少免耕系统，即松土铲少耕、圆盘耙少耕、旋耕机少耕和垄作犁少耕系统，并制定了推广少免耕技术的补贴法规。到90年代初，少免耕技术的推广面积已占总耕作面积的80% 以上，并形成了一套科学的理论、技术和应用系统。随着大功率拖拉机的应用，目前已开始推广应用大型复式和联合作业机具。前苏联早在50年代初就提出了耙茬与深松轮耕的耕作方法，并研制推广了无壁犁、深松机、旋耕深松机、重型灭茬耙和差速针齿耙等少耕机具；到 80年代末，已研制推广了110多种型号的联合作业机和复式耕作机具。50年代中期，我国在黑龙江省九三农场管理局 就开始了 耙茬耕法的研究和试验工作，并在嫩江黑土地区推广应用。70年代，黑龙江省的农业和农机科 研部门共同协作研究创造了深松耕法，后来又发展提高为虚实并存耕法，已在全国推广，并引起国际土壤耕作组织的重视。进入90年代，随着可持续农业、旱作农业和效益型农业的发展，相继出现了翻耙联合、松耙联合、松旋联合及灭茬深松起垄联合的复式耕作机具。由于复式作业具有减少机组进地次数、减轻土壤有害压实，利于蓄水保墒、减轻水土流蚀、保护土地资源和大幅度降低农业生产成本等优点，在我国北方旱作农业区具有广阔的市场前景。21世纪初，黑龙江省农业机械工程科学研究院也推出了1DF系列小型种植箱用翻土机系列，它们成为黑龙江农垦85kW以上拖拉机及黑龙江省农机试验装备区选配机型。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

（一）研究基本内容

小型种植箱用翻土机是集耙茬、浅松、深松、合墒和碎土于一体，并利用耙茬技术、深松技术，在35cm范围内的土壤耕层进行全面耕作。其主要由牵引架、圆盘耙架、主机架、圆盘耙组件、地轮组件、浅松部件、深松部件、合墒器组件及镇压碎土部件组成。

该机根据配套动力和深松部件工作幅宽可以依次确定浅松部件幅宽、圆盘耙组件幅宽、合墒器组件和镇压碎土部件的工作幅宽。

该机由牵引架和主机架组成主机框架，用于整机各部件的联接。圆盘耙架与牵引架铰接，用液压油缸调整耙架的上下位置。圆盘耙组件安装于圆盘耙架上, 并利用液压油缸调整耙架实现圆盘耙组件的入土深度，以满足不同耕深的农艺要求。地轮组件安装于 主机架上，两个液压油缸用于升降地轮，完成整机的升起和降落。运输时，整机升起，作业时利用地轮陷深，实现整机各工作部件的工作深度要求。深松部件和浅松部件安装于主机架上，完成深松和浅松作业。合墒器组件安装于主机架的后梁上，完成合墒碎土作业。耕深可由主机架与合墒器横梁联接和两个液压油缸进行耕深调节。镇压轮联接于合墒器的横梁上，用于镇压和碎土。镇压强度用安装于镇压顺梁上的弹簧调节。

三、研究步骤、方法及措施：

圆盘与前进方向成18度角, 与组件前梁和后梁组成的耙组框架联接，由耙组框架上方的4个销轴与耙架接，双列对置圆盘将地表的秸秆、根茬及杂草等切断，保证深松部件、合墒和碎土等工作部件的通过性能。同时，对地表以下10cm的土壤进行耕翻，使地表的土壤全面松动，为播种作业提供良好的疏松环境。

浅松部件由浅松铲尖、铲柄、翼铲、耐磨鼻梁和固定架等件组成。为使25cm内的土壤全面松动，增加了双侧翼铲，以提高松土能力。浅松铲为土壤工作部件，作业时磨损严重，为了减少工作阻力，降低机具使用成本，采用带韧角的铸铁鼻梁，磨损后，还可进行更换。

深松部件与主机架铰接，通过弹簧组件给顺梁一定的压力，即保证深松部件的工作稳定。在土壤阻力较大或有石块、树根等障碍物时，由深松部件将弹簧压缩，部件升起；通过障碍物后，部件在弹簧的压力作用下恢复正常作业状态。

四、参考文献

[1] 高艳红. 小型大白菜收获机结构设计[J]. 南方农机, 2021, 52(23):3.

[2] 周绛男, 卢和文, 高志龙,等. 自走式小型玉米穴施肥机设计[J]. 河南科技, 2020(19):3.

[3] 朱朝辉. 一种农业种植用翻土机:, CN112237067A[P]. 2021.

[4] 李光艳, 陈琛. 一种深度可调的农业蔬菜种植用翻土机:, CN213214264U[P]. 2021.

[5] 喻圣林. 一种多功能翻土机械装置:, 2021.

[6] 赵劲飞, 席琳乔, 廖结安,等. 果园行间绿肥碎草机设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2021, 42(7):8.

[7] 陈琛. 一种农业蔬菜种植用翻土机:, CN212463927U[P]. 2021.

[8] 李卓. 烟田小型深耕机设计与研究[D]. 西南大学, 2013.

[9] 黄世醒, 黄燕娟, 周巳圣,等. 圆盘式甘蔗中耕施肥培土机设计[J]. 现代农业装备, 2017(6):4.

[10] 巩芳. 大棚电动爪式松土机的研究设计[J]. 中国科技纵横, 2009(10):1.

[11] 樊桂菊. 温室电动爪式松土机的研制[D]. 山东农业大学, 2004.

[12] 牛文祥.冯玉和.黄海.李喜路.1DF-210/300/380型小型种植箱用翻土机. http://www.cnki.net.2004年.

[13] 于登哲.1DF-300型小型种植箱用翻土机的研究设计.http://www.cnki.net.2006年.

[14] 张晓青.1DF-7760型复式少耕联合整地机的结构特点.http://www.cnki.net.2012.

[15] 许剑平.徐涛.毛俐.1DF-7760型小型种植箱用翻土机的设计.http://www.cnki.net.2011

[16] 毛俐.李德鑫.李晓明.李国林.齐忠军.小型种植箱用翻土机的设计研究.农业科技与装备.2011年10月.第10期.

[17] 毛俐.赵丽平.刘国平.陈宝昌.少耕整地技术的发展与新机具.农机化研究.2010年8月.第8期.

[18]Zhu Y, Zhang S, Rong y. Experimental Study on Stiffness of T-Slot Based Modular Fixure[M]. Transaction of NAM-RI/SME, Volumn X XI,1993.

五、研究工作进度：

第1-2周 收集，调研，熟悉课题

第3周   方案论证，掌握设计任务，对可行方案进行论证，完成开题报告

第4-6周 总体设计，确定总体方案，绘制总体原理图

第7-9周 部件设计及草图绘制

第10-11周 其他：包括翻译和其他工作

第12-14周 撰写说明书，绘制图纸

第15-17周 进行答辩练习，准备答辩

六、教研室评议意见：

教研室主任：

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七、系（院）领导审核意见：

1．通过； 2．完善后通过；　３．未通过

负责人：

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