我国水田地区拖拉机的探讨 [复制链接]

第5版()
专栏：

我国水田地区拖拉机的探讨
邓卓荣　冯悟初
水稻生产在我国农业生产中占有重要的地位。我国水稻种植面积占全国粮食作物种植面积的四分之一左右，而产量却约占粮食作物总产量的一半，其中百分之九十以上的稻谷产于我国南方及长江流域。因此，南方水田的机械化，是我国农业机械化的一个重要内容。通过几年来不断的试验研究，目前在我国南方已有几百万亩水田使用拖拉机耕作。本文主要论述我国南方水田地区的拖拉机问题。至于占全国耕地面积很少的没有硬底层的沤田地区用拖拉机，本文不予讨论。
通过对我国南方大面积的调查和重点试验后，发现了水田的特点，一般拖拉机下水田工作时产生的问题以及水田作业对拖拉机的要求。总的可以归纳为以下几点：
1、南方的气候温和，雨量多，在水稻的栽培技术上，都以育秧移栽为主，复种指数较高，因此，水稻的田间作业是在田内蓄水或土壤非常潮湿的条件下进行。水田经蓄水后，土壤的水平和垂直承载能力均大幅度减小，粘着力增加，一般旱地用的拖拉机、特别是轮胎式拖拉机下到水田后，往往下陷、滑转，以致不能很好地正常工作，并且压沟严重，造成田面不平，不能满足农艺上的要求。因此，水田拖拉机必须具有效率高、且能符合农艺要求的行走装置，而且要求拖拉机有较轻的重量。
2、南方山多，地形起伏，河流纵横，水田不但分布在平原，而且在丘陵山区也很多，加上水稻系水生作物，在生长过程中，要求在田间蓄有一定的水量，一般要求田面位差不大于五厘米。由于自然条件的限制，并且为了易于平整田面以及水稻生长期间的田间管理，在水田的四周都筑有二十五至三十厘米高的永久性田埂，使田块面积在平原地区一般为五亩左右，且间有部分更小的田块，在某些地区也有大到十亩以上的。山区丘陵区的田块面积在两亩以下的占多数。由于田块小，拖拉机工作时的转弯倒退次数较多，造成空行时间率大。为了提高生产率和耕作时不留边角地，就要求拖拉机具有良好的操纵性，外廓尺寸小，机动灵活，并要求选择合理的工作速度和良好的起步加速性能。
3、由于拖拉机在泥水交溶的水田中工作，一般拖拉机行走装置及其轴承和开式制动器都受泥水侵蚀，磨损严重，大大降低了其使用寿命。同时，拖拉机行驶时泥水飞溅，使劳动条件恶化。因此，良好的密封性能和防护装置是拖拉机能否适应于水田工作的重要条件。
4、水田地区田块间及田块与道路间经常可遇到三十至五十厘米的位差。田间道路窄，河网地区还需用船渡运，因此要求拖拉机有较好的通过性与稳定性。
5、水田地区的耕作制度及农艺要求十分复杂，有的要求水旱轮作，有的要求旱耕晒垡。可是水田排水后旱耕时，土壤粘重或板结，致使土壤比阻比水耕时增大很多。水耕时的比阻约为每平方厘米零点二五至零点五公斤，而旱耕时则约为每平方厘米零点六至一点一公斤。因此，要求水田拖拉机亦能满足水田旱耕作业的条件。
6、由于水田地区拖拉机实际进行田间作业的时间不长，农村运输和固定作业量却很大，因此要求拖拉机能综合利用。
通过调查和试验，发现轮式拖拉机换装水田用驱动铁轮后，能在水田中较好的工作，而履带拖拉机也能在水田中耕作。一般履带式拖拉机在未耕翻的水田中工作时，由于履带接地面积较大，故下陷较浅，同时具有履刺，故能有较高的附着性，特别是水田旱耕。但当这种拖拉机在已耕翻的水田或久未脱水的未耕翻的水田中工作时，因耕作层土壤的垂直承载能力很小，履带也将很深的陷入土壤中而形成沟辙。尤其是在地头转向时，由于履带刮土，在地头造成很深的坑洼，破坏田面平整，增加平田的困难。同时，这种拖拉机的履带行走装置所需金属甚多，磨损又十分严重，一般一副金属履带使用寿命在六百至一千二百小时左右，这就使制造和使用成本太高。此外，由于水稻生产的季节性很强，水田地区的拖拉机全年利用于耕种的时间很短，一般在三个月左右。而水田地区的运输等作业量很大，故要求拖拉机万能性较高，能很好地担负运输任务。因此在水田中，轮式拖拉机较一般履带拖拉机优越。
关于手扶拖拉机，对南方水田地区道路窄，转移方便有一定的优越性，并对山区很小地块有机动灵活的特点。但是，手扶拖拉机存在着劳动强度大、劳动生产率低和劳动条件差的缺点。
根据上述情况，可以认为在水田地区以轮式拖拉机为主是比较适合的。
为了使轮式拖拉机能在水田工作，首要问题是拖拉机的行走装置必须能适应水田的土壤特性，并能满足农艺要求。具有硬底层的水田土壤在未被耕翻时，因土壤的自然沉积及粘性土壤的不易透水性，故土壤在各分层中的含水量不同，愈接近硬底层愈小。因此，其机械强度虽较旱地小，但具有随深度的增加而呈规律性地增长的特点。此外，水田土壤的粘着力较旱地土壤大，而且随着土壤含水量的增加而增长，但当土壤水分增加到出现自由水时，粘着力开始下降；另一方面，土壤颗粒愈细，粘着力也愈大。
根据水田土壤的特点，进行了多种行走装置在水田中的试验和研究，其中包括有英国制的水田栅格式加宽轮和半履带，法国的笼式铁轮等，得出了叶片式驱动铁轮在水田中有较高的效率，装在拖拉机上牵引效率可达百分之五十，并基本满足农艺要求，解决了轮式拖拉机下水田工作的问题。
叶片式驱动铁轮针对了水田耕作层土壤的垂直和水平承载能力很小的特点，采用了高的轮叶，充分利用轮子沉入土壤的深度以获得较大的土壤反作用力，提高附着性能，同时采用较窄的轮缘减小轮辙的宽度，使滚动阻力减小，并保持田面平整。但是驱动叶轮的下陷深度、滚动阻力以及附着性能，均随水田的土壤性质、驱动叶轮的结构参数、荷重及牵引负荷的大小而异。驱动叶轮的结构参数经试验表明：一、叶轮外径与轮缘直径相差愈大，轮缘的承载效能愈小，因此，只有当增大轮缘直径接近于叶轮外径时，增加轮缘宽度才能更有效地减少叶轮的下陷。二、增加轮叶宽度和叶端厚度以及驱动面与半径的夹角，可以减少下陷深度，但带来滚动阻力增加；而当下陷减少至一定值后，滑转率增加，滚动阻力反有所减小。三、叶轮外径增大或轮缘直径减小，可使叶轮滚动阻力减小，附着性能提高。四、在确定轮叶数量时，应保证两轮叶间不积泥。
由此可见，改变某项参数，对某种性能将有所改善，但又能影响其他性能。因此叶片式驱动铁轮结构参数的确定，应根据土壤的性质和拖拉机的整车参数，谋求在最大牵引效率下各矛盾因素在一定条件下的统一，使拖拉机在水田中有足够需要的牵引力、高的牵引效率、不大的转向倒退阻力和良好的道路行驶的平顺性。
水田的田块面积很小，为了不留地头，转弯时经常要使用倒车，因此，水田拖拉机必须装有悬挂装置以增加拖拉机的机动性，提高生产率。关于悬挂装置的耕深调节方法，经试验表明，用支持轮调节耕深的高度调节法不能很好地满足农艺要求。这主要是由于水田土壤表面的垂直承载能力在同一块田里的差别较大，同时作用于支持轮的垂直压力的变化，引起支持轮下陷深度变化，因此，使耕深的均匀性变坏。例如，当耕深为十六厘米时，相应的耕深变化值为三至五厘米。而水田土壤比阻一般比较均匀，田面比较平整，用牵引力控制耕深的力调节进行工作时，效果较好，耕深的变化范围一般为二至三厘米，沟底亦平。另一方面，由于支持轮的影响，使拖拉机驱动轮特别是左驱动轮的加载量减少，滑转增加，同时由于支持轮下陷很深，使牵引阻力增加，因此用支持轮调节耕深的方法使拖拉机的牵引效率比用牵引力调节耕深的方法要低。所以，对于要求重量轻的水田拖拉机来说，力调节的悬挂装置能有较好的耕地质量和较高的生产率。
水田土壤的机械组成以粘粒为主，但含有不同程度的砂粒。水田拖拉机的重量对附着性能也有所影响，加大拖拉机重量，可使拖拉机的附着能力增大，滑转损失减少；然而，随着拖拉机重量的增大，滚动损失也就随之增大。因此，拖拉机的重量必须合理的选择，才能获得最大的牵引效率。应该指出的是，水田土壤情况复杂，底层土壤坚实程度不一，如拖拉机过重，也容易发生陷车事故。
叶片式驱动铁轮可利用水田粘性土壤的特点，在较轻的重量下有足够的附着能力，这为适当减轻拖拉机重量提供了条件。
因此，为了使拖拉机得到较高的牵引效率和通过性，根据我国水田土壤特点和试验结果，目前水田拖拉机的单位功率使用重量以每马力五十至五十五公斤为宜。
拖拉机在前后轮上的重量分配，影响着水田拖拉机的操纵性、稳定性以及牵引性能。因此，必须综合各方面的因素全面考虑，以确定拖拉机重量在前后轮上的分配比例。拖拉机在水田中的滚动阻力矩较大，引起的反力矩使前轮支承重量减少，同时水田田块较小，要求拖拉机转向灵活，而水田土壤的水平承载能力很小，前轮必须下陷到适当的深度，以便土壤能有足够抵抗前轮侧滑的能力。此外，当拖拉机带大负荷工作时，或在地头拖拉机提起农具时，后轮载荷增加，下陷更深，若前轮重量较小，则往往产生翘头现象。尤其是拖拉机常需跨越田埂，阻力很大，需避免拖拉机翻转。因此，水田拖拉机要求前轮分配重量较大，但前轮重量增加使拖拉机滚动阻力增大。因此，前后轮重量分配应在满足拖拉机操纵性和稳定性条件下，考虑使牵引效率最大值来确定拖拉机在前后轮上的重量分配。
此外，由于水田田块的一般长度不超过一百米，需要经常转弯、倒退、空行。根据试验资料的统计，拖拉机速度在每小时五至九公里时，按田块大小的不同，耕地每分钟转弯、倒退次数在零点五至二次左右。速度愈高，拖拉机手操作次数愈频繁，而且紧张，易于疲劳，稍不注意就有冲撞田埂造成机具损坏的危险。因此，水田拖拉机的工作速度是不宜过高的。但是，速度也不宜过低。由于水田对拖拉机的机动性要求较高，机组尺寸不能太大，耕幅受到限制，速度太低会造成拖拉机生产率减小，同时耕地时垡片不能翻转，影响耕地质量。
根据我国一般水田面积按拖拉机功率的大小，其耕作速度以每小时四点五至七公里为宜，此时耕作质量亦基本能满足农艺要求。
水田拖拉机的地隙应根据田埂高度、耕深及水田土壤的不同性质来决定。目前，我国南方水田的耕深一般要求在十五至十八厘米左右，田埂高度在二十五至三十厘米，因此，水田拖拉机应具有较大直径的前轮及较高的地隙。但是在另一方面，为了避免跨越田埂时的翻车，也应考虑使拖拉机的重心位置力求最低。
关于水田拖拉机的额定牵引力及发动机功率的问题，曾进行了几种外国拖拉机的水田牵引试验和使用试验。根据土壤条件不同和拖拉机性能的不同，对拖拉机的效能有很大影响。根据当前我国水田的耕作制度，田块大小、农艺要求和土壤比阻，水田地区主要使用的拖拉机，其额定牵引力应在五百至一千公斤，而相应的发动机功率为十八至五十马力。
应该指出的是，拖拉机在水田中行驶时，滚动阻力较旱地上行驶要大很多，因此在水田中工作时，拖拉机载荷较在旱地中以同样牵引力工作时的负荷要高。此外，由于要经常起步、转弯、倒退以及跨越田埂，拖拉机各零部件所受的冲击载荷也要比旱地工作时大。拖拉机耕水田时，在各种工作情况下左右驱动轮的扭矩，在发挥同样牵引力条件下，较旱地提高约四分之一倍，而冲击载荷水田比旱地约高零点五至一点二倍。因此，水田拖拉机各零部件强度的设计应考虑这个因素。
根据以上所述，可归纳为下列几点：
一、中国南方水田地区应以轮式拖拉机为主。它应具有牵引力控制耕深的力调节机构的液压悬挂装置，水田用的驱动轮及良好的防止泥水侵蚀的密封性能和防护装置。
二、为了使拖拉机得到较高的牵引效率和通过性，水田拖拉机重量不宜太大，应根据叶片式驱动铁轮的附着性能来选择较轻的重量。
三、水田拖拉机在前轮上的分配重量应比一般旱地用轮式拖拉机大一些，使拖拉机在水田中具有良好的操纵性能和稳定性能，并能满足牵引性能的要求。
四、水田拖拉机的耕作速度，根据一般田块的大小及耕作质量，并力求有较高的生产率，以每小时四点五至七公里为宜。
五、地隙是水田拖拉机通过性的重要指标，它应保证在跨越田埂时，机体不会搁在田埂上，同时要求拖拉机的外廓尺寸小、操纵灵敏，以满足水田田块小、田埂高的特点。
六、水田地区主要使用的拖拉机的额定牵引力应在五百至一千公斤，相应的发动机功率为十八至五十马力。