【原】桁架式作业机组的设想

含风谷 2019-07-13

展开全文

《河北机械》1980年第3期，39～45页

桁架式作业机组的设想

河北省机械研究所刘闻铎

我国劳动人民在农业生产上素有精耕细作传统。近几年北方地区以间作套种为主的耕作

制度改革发展很快。所谓精耕细作就是指因地制宜努力提高复种指数，加强包括灌溉、施肥、

植保、轮作，耕翻及田间管理等内容的综和增产措施。大量的实践说明精耕细作已经对我国

种植业的发展起了重要作用，成为我国农业生产的显著特点之一。

本文试从分析耕作制度与机械化之间的矛盾入手，探讨桁架式作业机组方案的特点和前

途。

一、关于耕作制度的讨论

华北地区光照，热量和降雨条件是比较好的，无霜期在180～220天左右，年平均气温在11℃～14℃之间。从麦收到种麦期间大于10℃的积温达到2100°～3100°，比美国玉米种植带依阿华州要好，构成了“一季有余，二季不足”的特点，这个特点就成为耕作制度改革的基本依据。如果不是“有余”，提高复种指数的意义就不大；正因为“两季不足”才有必要研究如何捉高复种指数的问题。一年两熟，热量不够，往往秋季降雨量大，作物“贪青”，

晚熟，很容易受到低温冷害的威胁造成大幅度减产。培育早熟品种是个解决办法，但需要较

长时间，而且早熟品种毕竟会由于所利用的光热少而低产。麦收之后的一段时间是一年当中

光热条件最好的时期。从割麦开始，经过腾地，整地播种，出苗后并达到一定的叶片面积，

大约需要十五天至三十天。这期间地面裸露，造成光能量的浪费。利用这一部分光热，套种

中早熟品种就可以比接茬直播早熟品种增产20％。由此可见包括套种内容的种植形式从光热利用的角度看是合理的。这里不谈各种间作套种形式的优缺点。只是说精耕细作机械问题必须充分考虑到间套作的问题。

农业机械化是生产条件的重要变革，是农业现代化的不可缺少的手段。不可能设想依靠

手工劳动可以建成现代化的农业。当前的间套作就迫切需要机械化。间套作季节性强，前茬

未收，后茬要种，一环抓不紧就要贻误农时，尤其是“三夏”三秋”两个季节用工量大，劳动强度高，机械化跟不上常常是这一制度受到非议和影响扩大面积的原因之一。实际上近几年关于耕作制度的讨论主要是围绕着精耕细作如何实现机械化问题而展开的。尽管各地总结了不少间套作增产的经验，但在实践中机械化问题困难较大，进展迟缓，影响耕作制度的发展和机械化本身的进程。虽然北方几省在间套作机械化方面做了不少工作，取得了很大成绩，

但就整个间套作机具来讲，成熟定型和大量推广使用的不多，更不配套，从原理上讲还有几

个间套作主要环节无法使用机器。于是就有许多同志主张两茬平作，正像有的同志讲的“不能实现机械化的方法就不是方向。”但两茬平作也确实存在光能浪费和积温不足的问题。坚持间作套种的同志也苦于没有可用的机器，不得不承认搞机械化有困难。虽然一再强调农艺与农机要“互相适应，互相配合”，实践证明恰恰是这个问题难以突破。做为原则反复讲，两者的实际问题仍然解决不了。这样就不能为争论中的一方也就是间套作派提供机器，就不能在“对等”的条件下进行鉴别，选择和发展更有利于高产稳产的耕作制度。

二、应该强调机械化服从耕作制度的基本原则

从耕作制度与机械化之间，特别是精耕细作，间套作与机械化之间的矛盾来看，需要对

以下问题进行分析和讨论。

1．间套作种植形式和规格复杂多样。由于我国幅员广大，自然条件复杂，作物种类繁

多，各地的种植传统和习惯也有差异。这样由作物品种和规格不同搭配就组合出相当多的形

式。这种“百花齐放”的局面，对于需要高度“三化”的农业机械造成了很大困难。就提出一个统一种植规格的问题。多数的意见认为“统一”是实现机械化的先决条件，不统一种植规格就无法实现机械化。然而从问题的另一个方面看，作物品种和自然条件的差异是客观存在。各省之间，地区和县之间都有差异，甚至不同地块也由于地力、水肥条件不一致，也往往需要不同的规格，从这一点上看统一规格也是不尽合理的。当然在种植规格上搞一个系列对栽培的科学管理也是必要的，但做为机械化的“先决条件”提出就强调得过分了。有人认为一旦实现了机械化，也就有了统一规格的基础。这种看法实质是迫使耕作制度“就范”。一旦有了机器．种植形式和规格也就只好“标准化”了，但必然存在着某些地区或地块的规格与其水肥条件不相适的问题。因此，认为机器应该适应耕作制度，尽可能地适应间作套种的形式与规格复杂多样的特点。

2．耕作制度发展快，变化大又是一个与统一规格相关联的问题。因此要求耕作制度相

对稳定的呼声也很强烈。大规模群众性的耕作制度改革是近几年的事。还没有形成完整成熟

的理论，有些资料也常常是两三年有限几个点的资料，有些问题也还有待进一步认识，还不

能得出肯定的规律性的结论。况且目前的争论还很大，还形不成趋于一致的意见。在这种情

况下是不可能稳定下来的。所谓“相对稳定”是根据机械的需要提出来的。一种机具的研制周期要二、三年，多则五年。定型到大批量生产也需要一定时间，加上一代机具的使用寿命十至十五年。这样“稳定期”至少需要十几年到二十年。事实上近几年几乎年年都有变化，机具研制还没有完成，种植规格内容又有所变化了。发展变化是绝对的，稳定是相对的，耕作制度也是如此。不但目前是这样，就是将来争论有了定论，形成了完整的理论，那个理论也必然是要求种植结构和规格不断随着土壤，水肥，种子等条件的变化而发展。今后，在加速农业现代化步伐的时期尤其会是这样。况且理论本身也要不断发展提高。还有一种观点认为当前的问题是没有机器，一旦有了机器，耕作制度也就会在这个基础上发展。这实际是个生产工具的继承性问题。果真如此，当然也会发展。但是这种“发展”是使耕作制度在已有机械的束缚下的“发展”，是不正常的发展。因此要求机器具有适应耕作制度发展变化的能力。

3．目前间套作的几种主要种植形式都有一些主要作业环节用现有方式无法实现机械

化。例如小带距的麦收，间作的秋收。又如不留套种行，在麦垄间套播秋粮，虽然从农艺上

讲很合理，但机械套播解决不了，费工费时作业质量又差。类似这样的问题，按目前的方式

是不会随着时间的推移变得容易解决的。又由于高标准的农田基本建设的发展，园田化和以

畦灌为主的排灌水平的提高。林路纵横，沟埂交错、许多不留地头，给拖拉机进地转弯越沟

过埂造成很多困难。收获物装车和外运等衔接工序也很难解决。评价一个机器系统、一种机

械化方式首先要考虑成套性和配套的合理性。间套作的机器系统中就有几个环节无法解决。

这样整个系统形不成生产能力。同时配套所需的动力农具种类多，利用率低，经济效果不会

好。虽然间套作机器系统还正在形成，应该预计到这个系统可能存在的问题。以尽早改变目

前的机械化方式。

4．间套作用工量大，作业次数多。以三种三收与小麦单作比较，作业项目和作业次数

约增加百分之八十。配套机具及所需要的钢材，资金要增加百分之四十。所需要的拖拉机马，

力数和作业成本也要有较大提高。这也阻碍着机械化的进行。也成为一些同志反对间作套种

的理由。也应看到两茬平作夏收夏种期间，时间相当紧迫，机具配套的峰值也是很高的。

以上问题可以归结为耕作制度改革与机械化之间的矛盾和制约。耕作规格和方法总是受

到留机行道，护苗带，腾茬播种及拖拉机轮距和工作幅宽等问题的约束。除了技术经济和使

用要求之外精耕细作和田间条件逾加复杂化，给拖拉机作业造成的困难也越大。再回到关于

耕作制度的讨论上来。可否这样概括：主张间套作的同志强调农艺的合理性，是以“相对稳定”和“统一规格”为机械化先决条件的，又没有十足把握；主张两茬平作的同志强调推行机械化也没有充足理由否定间套作在农艺上的合理性。两派各自强调一个方面，又各自存在薄弱的一方面。争论的焦点是个耕作制度服从机械还是机械服从耕作制度。诚然农艺向机械让步的例子是不少的。互相迁就折衷的方案也是常有的，但是在可能的条件下首先应该考虑的是机械化服从耕作制度。

三、机器对土壤的压实和破坏已经成了耕作技术发展的限制性因素

拖拉机对土壤的压实与耕作目的之间的矛盾越来越引起人们的关注。土壤紧实度适中，

一般当容重在1．1—1．3克／厘米³时，作物生长良好．当容重超过1．4克／厘米³ 时，就改变了土壤物理机械性质，破坏了土壤微生物活动条件，土壤容重，透气性，孔隙度等指标变坏，影响根系穿插，根系生长受到抑制，产量下降。然而一般轮式及履带式拖拉机一次通过就会使土壤容重增至1．4—1．5克／厘米³。反复作用还影响到深层土壤，耕层以下距地面五十厘米深处的紧实度，容重也比未耕作地段提高10～20％。多年机耕在耕作层以下形成一个坚实的犁底层，透水性差，上层水分不容易渗到底层，蓄水能力降低，加速了水土流失。根系难于穿过犁底层，这样深层土壤的水份和养份得不到利用，影响产量的提高。有二十多年机械耕作历史的三江平原的肥沃草甸黑土地带在20～23厘米耕层以下出现了60—80厘米厚的僵化紧实的死土层，容重在1．4克／厘米³以上，鱼卵状团粒结构被压紧，压扁成为带棱角的小粒状体，结构体间隙也为胶体物质所浇注，使原有的毛细管作用大大降低成为既不耐旱也不耐涝的土体构造类型。出现这种现象的主要原因是由于连年机械耕作，拖拉机每年进地十几次，多至二十几次。往复压实破坏土体结构造成严重风蚀“砂化”。任其发展下去，前景不堪没想。在间作套种中以三种三收为例，对其三十六个作业项目进行逐项分析，假设全部由机器作业，拖拉机一年要进地41—46次。考虑到各种机组的工作幅及接地轮总宽度，计算出一年作业相当于全面压实12次。其中地块内运输，包括运送肥料及收获物造成的压实相当于全面压实8次。这样实行机械化带来的压实问题有可能全部抵消精耕细作的优越性。压实作用及其所产生的犁底层已经成为目前种植业发展的限制性因素，引起了广泛的关注。解决的办法有：采用少耕、免耕、机具联合作业等，以便减少进地次数，但都不能从根本上解决问题。另外采用深松(耕)法破坏犁底层，这种作业消耗的能量很大，而有效时间并不是很长。新的犁底层很快又形成了。

还需要着重提出的是拖拉机以田间土壤支承其重量并赖以产生牵引力与其耕作目的之间的矛盾。拖拉机走在松软的土壤上，产生同样大的牵引力要比走在坚实的土壤上多消耗大约40～70％的能量，主要消耗在土壤压缩，剪切变形和内摩擦上。再耕松这种被压实的土壤要消耗比这部分能量大得多的能量。这是个有害的能量损失的恶性循环。也是影响机械化经济效果的主要原因之一。

列举了以上耕作制度与机械化之间的种种矛盾，是想说明采用桁架式机组的迫切性和必

要性。

四、桁架式作业机组的设想

国外早有人预测农用拖拉机现在处于发展的最后阶段。新形态的拖拉机将要产生。桁架

式(也有称为天车式，台车式)方案的建议多了起来。苏联、1英美等国家已经开始了这方面的研究工作。日本用于水田的“无人驾驶田间作业装置已获初步成功。这些方案各有不同特点，如苏联是侧重大马力高效能，日本是侧重自动化。针对我们所遇到的精耕细作问题，方案应从综合性和经济性两方面来考虑。初步设想的主要结构和工作原理简述如下；机组由桁架、动力头、附架、农具几个部分组成。桁架跨度为二十米至三十米，两端分别装40～50马力的与拖拉机相似的动力头。各种农具通过附架与桁架联接。桁架高度可以根据各种作业要求调节。在田间按桁架跨度修宽度小于一米经过压实的动力头机行道。农具可根据拉力配不同数量，尽量成偶数布置，从“空中”伸下来作业。到地头农具通过附架调向，移到下个工作幅，经过定位、卡紧，再返回作业，往返几次完成一个跨度内的作业后，机组在地头沿桁架方向横移到下个跨度又重复上一个过程。由于机组跨度大，驾驶人员不可能监视伤苗情况，必须有自动准直导向装置，保证机器自动按直线行驶作业。为了防止歪斜，必须有保证两端“同步”的机构和措施。各种田间作业，包括喷灌，地块内运输及耕翻、整地、播种、中耕除草、植保、化学除草、施肥培土、收获等作业都由一套机组完成。通过分析认为，利用我国目前的农机技术和结构有可能实现该设想。自动准直导向，“同步”等关键性技术其它行业中有应用的实例可供借鉴。初步估算当桁架跨度为25米时，最大牵引力为2500公斤(挂两台轻型五铧犁)的情况下，桁架自重方3吨。加上动力头、附架、农具等，田间使用重量约接近东方红－75机组的使用重量。该方案有以下几个特点。