深松铲是安装在深松机等机具上对土壤进行不翻动的深松作业部件,该部件作业是以疏松耕层底部土壤为目的的旱田耕地作业。该种作业有利于蓄水保墒,促进植物生长。但现在所使用的深松铲都是往前探出的单个铲尖,当一次深松到底部耕层、打破犁底层时,深松作业深度应在30～40cm,作业时一次所切的土垡很厚,深松铲受到的阻力很大,向上挤压土层的力也很大,容易在地表形成大的土块,造成隆起、跑墒等问题。为此,笔者开展了分层深松铲的研究,如图1,在一个深松铲柄上设计出上、下层铲尖。

入土角是深松铲的关键参数之一,其对深松铲的作业性能产生重要影响。本文在模拟大田土壤环境的基础上,以箭形深松铲为对象,研究不同入土角对土壤硬度变化的影响。试验结果表明:(1)在垄形中心线位置,浅层(0~250mm)土壤的硬度变化受入土角影响较小,犁底层下部(250~300mm)土壤的硬度减小程度随入土角增大而提高;(2)入土角对土壤硬度变化及其分布状态产生重要影响,当入土角为23°时,土壤硬度变化系数大于入土角为18°与28°,深松铲对土壤的疏松效果最1佳;(3)采用surf函数及cubic插值算法对土壤硬度分布进行可视化,扰动区域土壤的疏松效果及硬度变化趋势与试验结果一致。本研究可以为优化深松铲结构参数、提高深松耕作质量提供决策依据。

铲距是深松机的关键结构参数,其在深松过程中对深松铲表面应力的变化产生重要影响。本研究以箭形深松铲为对象,采用ANSYS软件,研究铲距对深松铲表面应力及其分布状态的影响。结果表明:(1)当载荷相同时,深松铲受到的平均应力随铲距的增大呈先增大后减小的趋势,铲距对深松铲平均应变量的影响较小;降低深松耕作阻力的水平分力有利于减小深松铲的表面应力,延长深松铲的使用寿命;(2)相对于300mm与500mm铲距,当铲距为400mm时深松铲的表面应力分布较为均匀,应力集中区域较少;(3)提高铲柄切土刃、铲尖与铲柄的接合处、螺栓安装孔的材料强度,有利于增加深松铲的使用寿命。本研究可以为提高深松铲使用寿命,优化深松机布局方式提供依据