1LF-640 型翻转栅条犁的研制试验

张鲁云，郑 炫※，孟祥金，何兴村

（新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆石河子832000）

0 引言

伴随着我国80 年代的改革开放与经济发展，农业产业也相应得到了快速发展。2004 年以前，我国农用机械多以20 马力的小型农机具为主[1]，自2004 年国家实行农机购置补贴政策之后，农用机械动力逐步向70 马力提高。近年来，伴随着国家各项惠农政策的实施，新疆团场职工收入逐年提高，自2011 年以来，100马力以上的大型农机具成为了市场产品主角。使用大马力拖拉机虽然提高了作业速度，但是与其相配套高速犁的开发与研究却进展缓慢。大马力拖拉机悬挂普通铧式犁进行高速作业[2]，多数情况下会出现土壤阻力急剧增大，翻耕抛土距离太大，土垡破碎性不好，耕宽和耕深稳定变异系数变大等诸多问题。目前市场上大马力农机具多被国外产品所垄断，价格昂贵，配件短缺，给使用维修带来很大不便。新疆农垦科学院机械装备研究所根据大马力拖拉机的工作特点，研制开发一种新型栅条式液压翻转犁，以适应现代农业的发展需求。

1 机型结构与工作原理

1.1 结构组成

栅条式液压翻转犁采用三点式悬挂装置，由大马力拖拉机牵引作业。主要由悬挂牵引架、翻转油缸、主犁体、副犁体、固定座、主梁、限深轮、调幅装置等部件组成[3]，全犁结构如图1。

该犁的主犁体采用栅条式结构，重量轻、阻力小，翻垡顺利；6 组栅条式主犁体通过犁体支架安装在主梁上；犁体总成通过液压油缸进行180°翻转；耕深可由限深轮调节，限深轮同时兼做运输轮，便于拖拉机运输牵引。

1.2 工作原理

栅条翻转犁由左右两组对称主副犁体组成[4]，工作时，土垡受到犁铲和犁壁的切割作用，土层被松动、破碎、翻转；拖拉机完成单趟犁耕作业之后，通过翻转油缸使犁体翻转180°，使土垡向同一方向翻转，减小表层土壤起伏波动[5]，还可逐年降低坡地的坡度，使条田更有利于机械作业和作物生长。

2 主要部件组成

2.1 犁体结构

为了保证犁体强度和优化制造工艺，犁体大梁选用120×100×8 mm 规格钢管。栅条犁犁体采用主、副梁三角形设计，主梁上安装6 组主犁体，副梁用于调节幅宽。三角形结构增加了犁体强度和工作平稳性，有效减缓犁耕时土壤对犁体的冲击力。主副梁与牵引架之间采用螺栓连接，便于运输组装和拆卸维修，由于没有固定式三角形框架的焊接高温变形，提高了制造和安装精度。

2.2 栅条主犁体

主犁体由犁尖、犁铲、主犁壁、栅条犁壁、支撑杆、犁柱等配件组成，如图2，由∅12 沉头螺栓连接，犁尖、犁铲等易磨损耗件均可快速更换。犁体组件采用高硼钢制作，具有良好的柔韧延展性，犁体曲面不易变形。所有组件均经过完全强化硬化处理，保证其洛氏硬度达到50Hrc 以上。

2.3 悬挂装置

栅条翻转犁由轮式拖拉机后置式三点悬挂装置悬挂牵引，如图3，下牵引板选用20 mm 厚的Q460 板材以加强牵引架整体强度。上牵引板上的螺栓固定孔位，中心间距设定为20 mm 的上中下三组，使用不同孔位可以调节牵引轴与悬挂轴之间的距离，便于根据农艺要求调整耕深范围。

2.4 限深地轮

安装限深地轮的目的是为了调控犁体入土深度，可以对机具起到平衡和支撑作用，并兼做运输轮。选用10.0/75-15.3 型通用农用轮胎，轮胎宽度254mm，轮辋直径389 mm。符合欧美设计标准，坚固耐用，价格适中，便于批量生产。

2.5 调幅装置

在副梁前端使用8根∅18×150 mm 螺栓，套管选用100×80×8mm方管，用于调节限位装置的位置，调整好位置后由锁紧螺栓锁定，即可确定相应犁耕幅宽，如图4。在不同的位置锁定限位装置，即可获得不同的犁体摆动角度，从而完成栅条犁耕幅的调节。根据配套拖拉机的最大功率，耕作土壤的墒情、土质、坚实度，和农艺要求确定合适的犁耕幅宽。通过调节悬挂装置和限位螺栓，改变犁体牵引角度，从而调整犁耕阻力中心和拖拉机牵引瞬心的相互位置。当拖拉机牵引瞬心和后桥中心与犁耕阻力在一条直线上时，即处于最佳工作状态。此时，犁耕的侧向力被完全平衡和消除，拖拉机充分发挥输出功率。

2.6 翻转油缸

翻转栅条犁体所需的油缸最大推力为53 kN，由下式可计算出油缸直径：

式中D—油缸直径（m）；P—拖拉机液压系统工作压力，为10 MPa。

则

查液压油缸工程手册，所选油缸规格型号为：SG1－E90×1250S－E，油缸直径为90 mm，活塞推杆直径为55 mm，额定压力16 MPa（图5）。该型油缸操作简便，翻阀顺利，翻转到位，没有发生任何卡滞现象，表现出很强的适用性。

3 试验测试与结果分析

3.1 试验环境

2019 年10 月在新疆第八师石河子对栅条式液压双向翻转犁进行性能试验检测，试验地为小麦种植收获后条田，面积约为500 hm2，配套动力为凯斯纽荷兰225 型拖拉机，试验地土壤为新疆碱性沙壤土[6]，属旱田熟地。

3.2 主要技术指标

外形尺寸（长×宽×高，mm）配套动力（kW）挂结形式整机质量（kg）主犁体结构形式工作犁体（组）耕深深度（mm）作业速度（km/h）纯小时生产率（hm2）7 400×1 400×850≥140后三点悬挂1 550栅条式6 320 9.56 1.15

通过对栅条犁耕作业后土壤进行现场挖掘测量，翻耕土壤土质疏松、翻垡均匀，给作物根系生长发育创造了良好的自然生态空间。现场测量表明该型犁平均耕深为320 mm，达到了国际上深耕犁的先进水平，该型翻耕犁的研制成功对大马力拖拉机在新疆地区的推广应用有着积极的推动促进作用。

4 结论

在拖拉机牵引力不变的情况下，增加作业速度进行犁耕，作业效率更高、稳定性更好，阻力更小。大马力拖拉机牵引铧式犁高速耕作，能量消耗最少，拖拉机燃油经济效益最大。翻耕犁高速耕作时，不仅可以提高工作效率，而且由于土壤阻力小可以减少犁体的金属磨损、消耗和大梁受力变形[7]，延长了农机具使用寿命，降低维修保养费用，最终以较低的投入获得最大的产出，取得良好的经济效益。该型犁与进口、国产大马力拖拉机配套使用，在田间实地试验中，栅条犁作业速度快、牵引阻力小、行走平稳、翻垡均匀、犁耕深度大，取得了良好效果。伴随着新疆兵团农业领域大马力拖拉机的逐渐普及，栅条式液压翻转犁将会有着广阔的市场前景，产生较好的社会经济效益。