《河北機(jī)械》1980年第3期，39～45頁
桁架式作業(yè)機(jī)組的設(shè)想
河北省機(jī)械研究所 劉聞鐸
我國勞動人民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上素有精耕細(xì)作傳統(tǒng)。近幾年北方地區(qū)以間作套種為主的耕作
制度改革發(fā)展很快。所謂精耕細(xì)作就是指因地制宜努力提高復(fù)種指數(shù)，加強(qiáng)包括灌溉、施肥、
植保、輪作，耕翻及田間管理等內(nèi)容的綜和增產(chǎn)措施。大量的實踐說明精耕細(xì)作已經(jīng)對我國
種植業(yè)的發(fā)展起了重要作用，成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的顯著特點之一。
本文試從分析耕作制度與機(jī)械化之間的矛盾入手，探討桁架式作業(yè)機(jī)組方案的特點和前
途。
一、關(guān)于耕作制度的討論
華北地區(qū)光照，熱量和降雨條件是比較好的，無霜期在180～220天左右，年平均氣溫在11℃～14℃之間。從麥?zhǔn)盏椒N麥期間大于10℃的積溫達(dá)到2100°～3100°，比美國玉米種植帶依阿華州要好，構(gòu)成了“一季有余，二季不足”的特點，這個特點就成為耕作制度改革的基本依據(jù)。如果不是“有余”，提高復(fù)種指數(shù)的意義就不大；正因為“兩季不足”才有必要研究如何捉高復(fù)種指數(shù)的問題。一年兩熟，熱量不夠，往往秋季降雨量大，作物“貪青”，
晚熟，很容易受到低溫冷害的威脅造成大幅度減產(chǎn)。培育早熟品種是個解決辦法，但需要較
長時間，而且早熟品種畢竟會由于所利用的光熱少而低產(chǎn)。麥?zhǔn)罩蟮囊欢螘r間是一年當(dāng)中
光熱條件最好的時期。從割麥開始，經(jīng)過騰地，整地播種，出苗后并達(dá)到一定的葉片面積，
大約需要十五天至三十天。這期間地面裸露，造成光能量的浪費。利用這一部分光熱，套種
中早熟品種就可以比接茬直播早熟品種增產(chǎn)20％。由此可見包括套種內(nèi)容的種植形式從光熱利用的角度看是合理的。這里不談各種間作套種形式的優(yōu)缺點。只是說精耕細(xì)作機(jī)械問題必須充分考慮到間套作的問題。
農(nóng)業(yè)機(jī)械化是生產(chǎn)條件的重要變革，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不可缺少的手段。不可能設(shè)想依靠
手工勞動可以建成現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)。當(dāng)前的間套作就迫切需要機(jī)械化。間套作季節(jié)性強(qiáng)，前茬
未收，后茬要種，一環(huán)抓不緊就要貽誤農(nóng)時，尤其是“三夏”三秋”兩個季節(jié)用工量大，勞動強(qiáng)度高，機(jī)械化跟不上常常是這一制度受到非議和影響擴(kuò)大面積的原因之一。實際上近幾年關(guān)于耕作制度的討論主要是圍繞著精耕細(xì)作如何實現(xiàn)機(jī)械化問題而展開的。盡管各地總結(jié)了不少間套作增產(chǎn)的經(jīng)驗，但在實踐中機(jī)械化問題困難較大，進(jìn)展遲緩，影響耕作制度的發(fā)展和機(jī)械化本身的進(jìn)程。雖然北方幾省在間套作機(jī)械化方面做了不少工作，取得了很大成績，
但就整個間套作機(jī)具來講，成熟定型和大量推廣使用的不多，更不配套，從原理上講還有幾
個間套作主要環(huán)節(jié)無法使用機(jī)器。于是就有許多同志主張兩茬平作，正像有的同志講的“不能實現(xiàn)機(jī)械化的方法就不是方向。”但兩茬平作也確實存在光能浪費和積溫不足的問題。堅持間作套種的同志也苦于沒有可用的機(jī)器，不得不承認(rèn)搞機(jī)械化有困難。雖然一再強(qiáng)調(diào)農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)要“互相適應(yīng)，互相配合”，實踐證明恰恰是這個問題難以突破。做為原則反復(fù)講，兩者的實際問題仍然解決不了。這樣就不能為爭論中的一方也就是間套作派提供機(jī)器，就不能在“對等”的條件下進(jìn)行鑒別，選擇和發(fā)展更有利于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的耕作制度。
二、應(yīng)該強(qiáng)調(diào)機(jī)械化服從耕作制度的基本原則
從耕作制度與機(jī)械化之間，特別是精耕細(xì)作，間套作與機(jī)械化之間的矛盾來看，需要對
以下問題進(jìn)行分析和討論。
1．間套作種植形式和規(guī)格復(fù)雜多樣。由于我國幅員廣大，自然條件復(fù)雜，作物種類繁
多，各地的種植傳統(tǒng)和習(xí)慣也有差異。這樣由作物品種和規(guī)格不同搭配就組合出相當(dāng)多的形
式。這種“百花齊放”的局面，對于需要高度“三化”的農(nóng)業(yè)機(jī)械造成了很大困難。就提出一個統(tǒng)一種植規(guī)格的問題。多數(shù)的意見認(rèn)為“統(tǒng)一”是實現(xiàn)機(jī)械化的先決條件，不統(tǒng)一種植規(guī)格就無法實現(xiàn)機(jī)械化。然而從問題的另一個方面看，作物品種和自然條件的差異是客觀存在。各省之間，地區(qū)和縣之間都有差異，甚至不同地塊也由于地力、水肥條件不一致，也往往需要不同的規(guī)格，從這一點上看統(tǒng)一規(guī)格也是不盡合理的。當(dāng)然在種植規(guī)格上搞一個系列對栽培的科學(xué)管理也是必要的，但做為機(jī)械化的“先決條件”提出就強(qiáng)調(diào)得過分了。有人認(rèn)為一旦實現(xiàn)了機(jī)械化，也就有了統(tǒng)一規(guī)格的基礎(chǔ)。這種看法實質(zhì)是迫使耕作制度“就范”。一旦有了機(jī)器．種植形式和規(guī)格也就只好“標(biāo)準(zhǔn)化”了，但必然存在著某些地區(qū)或地塊的規(guī)格與其水肥條件不相適的問題。因此，認(rèn)為機(jī)器應(yīng)該適應(yīng)耕作制度，盡可能地適應(yīng)間作套種的形式與規(guī)格復(fù)雜多樣的特點。
2．耕作制度發(fā)展快，變化大又是一個與統(tǒng)一規(guī)格相關(guān)聯(lián)的問題。因此要求耕作制度相
對穩(wěn)定的呼聲也很強(qiáng)烈。大規(guī)模群眾性的耕作制度改革是近幾年的事。還沒有形成完整成熟
的理論，有些資料也常常是兩三年有限幾個點的資料，有些問題也還有待進(jìn)一步認(rèn)識，還不
能得出肯定的規(guī)律性的結(jié)論。況且目前的爭論還很大，還形不成趨于一致的意見。在這種情
況下是不可能穩(wěn)定下來的。所謂“相對穩(wěn)定”是根據(jù)機(jī)械的需要提出來的。一種機(jī)具的研制周期要二、三年，多則五年。定型到大批量生產(chǎn)也需要一定時間，加上一代機(jī)具的使用壽命十至十五年。這樣“穩(wěn)定期”至少需要十幾年到二十年。事實上近幾年幾乎年年都有變化，機(jī)具研制還沒有完成，種植規(guī)格內(nèi)容又有所變化了。發(fā)展變化是絕對的，穩(wěn)定是相對的，耕作制度也是如此。不但目前是這樣，就是將來爭論有了定論，形成了完整的理論，那個理論也必然是要求種植結(jié)構(gòu)和規(guī)格不斷隨著土壤，水肥，種子等條件的變化而發(fā)展。今后，在加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐的時期尤其會是這樣。況且理論本身也要不斷發(fā)展提高。還有一種觀點認(rèn)為當(dāng)前的問題是沒有機(jī)器，一旦有了機(jī)器，耕作制度也就會在這個基礎(chǔ)上發(fā)展。這實際是個生產(chǎn)工具的繼承性問題。果真如此，當(dāng)然也會發(fā)展。但是這種“發(fā)展”是使耕作制度在已有機(jī)械的束縛下的“發(fā)展”，是不正常的發(fā)展。因此要求機(jī)器具有適應(yīng)耕作制度發(fā)展變化的能力。
3．目前間套作的幾種主要種植形式都有一些主要作業(yè)環(huán)節(jié)用現(xiàn)有方式無法實現(xiàn)機(jī)械
化。例如小帶距的麥?zhǔn)?，間作的秋收。又如不留套種行，在麥壟間套播秋糧，雖然從農(nóng)藝上
講很合理，但機(jī)械套播解決不了，費工費時作業(yè)質(zhì)量又差。類似這樣的問題，按目前的方式
是不會隨著時間的推移變得容易解決的。又由于高標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)田基本建設(shè)的發(fā)展，園田化和以
畦灌為主的排灌水平的提高。林路縱橫，溝埂交錯、許多不留地頭，給拖拉機(jī)進(jìn)地轉(zhuǎn)彎越溝
過埂造成很多困難。收獲物裝車和外運等銜接工序也很難解決。評價一個機(jī)器系統(tǒng)、一種機(jī)
械化方式首先要考慮成套性和配套的合理性。間套作的機(jī)器系統(tǒng)中就有幾個環(huán)節(jié)無法解決。
這樣整個系統(tǒng)形不成生產(chǎn)能力。同時配套所需的動力農(nóng)具種類多，利用率低，經(jīng)濟(jì)效果不會
好。雖然間套作機(jī)器系統(tǒng)還正在形成，應(yīng)該預(yù)計到這個系統(tǒng)可能存在的問題。以盡早改變目
前的機(jī)械化方式。
4．間套作用工量大，作業(yè)次數(shù)多。以三種三收與小麥單作比較，作業(yè)項目和作業(yè)次數(shù)
約增加百分之八十。配套機(jī)具及所需要的鋼材，資金要增加百分之四十。所需要的拖拉機(jī)馬，
力數(shù)和作業(yè)成本也要有較大提高。這也阻礙著機(jī)械化的進(jìn)行。也成為一些同志反對間作套種
的理由。也應(yīng)看到兩茬平作夏收夏種期間，時間相當(dāng)緊迫，機(jī)具配套的峰值也是很高的。
以上問題可以歸結(jié)為耕作制度改革與機(jī)械化之間的矛盾和制約。耕作規(guī)格和方法總是受
到留機(jī)行道，護(hù)苗帶，騰茬播種及拖拉機(jī)輪距和工作幅寬等問題的約束。除了技術(shù)經(jīng)濟(jì)和使
用要求之外精耕細(xì)作和田間條件逾加復(fù)雜化，給拖拉機(jī)作業(yè)造成的困難也越大。再回到關(guān)于
耕作制度的討論上來?？煞襁@樣概括：主張間套作的同志強(qiáng)調(diào)農(nóng)藝的合理性，是以“相對穩(wěn)定”和“統(tǒng)一規(guī)格”為機(jī)械化先決條件的，又沒有十足把握；主張兩茬平作的同志強(qiáng)調(diào)推行機(jī)械化也沒有充足理由否定間套作在農(nóng)藝上的合理性。兩派各自強(qiáng)調(diào)一個方面，又各自存在薄弱的一方面。爭論的焦點是個耕作制度服從機(jī)械還是機(jī)械服從耕作制度。誠然農(nóng)藝向機(jī)械讓步的例子是不少的?；ハ噙w就折衷的方案也是常有的，但是在可能的條件下首先應(yīng)該考慮的是機(jī)械化服從耕作制度。
三、機(jī)器對土壤的壓實和破壞已經(jīng)成了耕作技術(shù)發(fā)展的限制性因素
拖拉機(jī)對土壤的壓實與耕作目的之間的矛盾越來越引起人們的關(guān)注。土壤緊實度適中，
一般當(dāng)容重在1．1—1．3克／厘米3時，作物生長良好．當(dāng)容重超過1．4克／厘米3 時，就改變了土壤物理機(jī)械性質(zhì)，破壞了土壤微生物活動條件，土壤容重，透氣性，孔隙度等指標(biāo)變壞，影響根系穿插，根系生長受到抑制，產(chǎn)量下降。然而一般輪式及履帶式拖拉機(jī)一次通過就會使土壤容重增至1．4—1．5克／厘米3。反復(fù)作用還影響到深層土壤，耕層以下距地面五十厘米深處的緊實度，容重也比未耕作地段提高10～20％。多年機(jī)耕在耕作層以下形成一個堅實的犁底層，透水性差，上層水分不容易滲到底層，蓄水能力降低，加速了水土流失。根系難于穿過犁底層，這樣深層土壤的水份和養(yǎng)份得不到利用，影響產(chǎn)量的提高。有二十多年機(jī)械耕作歷史的三江平原的肥沃草甸黑土地帶在20～23厘米耕層以下出現(xiàn)了60—80厘米厚的僵化緊實的死土層，容重在1．4克／厘米3以上，魚卵狀團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被壓緊，壓扁成為帶棱角的小粒狀體，結(jié)構(gòu)體間隙也為膠體物質(zhì)所澆注，使原有的毛細(xì)管作用大大降低成為既不耐旱也不耐澇的土體構(gòu)造類型。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是由于連年機(jī)械耕作，拖拉機(jī)每年進(jìn)地十幾次，多至二十幾次。往復(fù)壓實破壞土體結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重風(fēng)蝕“砂化”。任其發(fā)展下去，前景不堪沒想。在間作套種中以三種三收為例，對其三十六個作業(yè)項目進(jìn)行逐項分析，假設(shè)全部由機(jī)器作業(yè)，拖拉機(jī)一年要進(jìn)地41—46次。考慮到各種機(jī)組的工作幅及接地輪總寬度，計算出一年作業(yè)相當(dāng)于全面壓實12次。其中地塊內(nèi)運輸，包括運送肥料及收獲物造成的壓實相當(dāng)于全面壓實8次。這樣實行機(jī)械化帶來的壓實問題有可能全部抵消精耕細(xì)作的優(yōu)越性。壓實作用及其所產(chǎn)生的犁底層已經(jīng)成為目前種植業(yè)發(fā)展的限制性因素，引起了廣泛的關(guān)注。解決的辦法有：采用少耕、免耕、機(jī)具聯(lián)合作業(yè)等，以便減少進(jìn)地次數(shù)，但都不能從根本上解決問題。另外采用深松(耕)法破壞犁底層，這種作業(yè)消耗的能量很大，而有效時間并不是很長。新的犁底層很快又形成了。
還需要著重提出的是拖拉機(jī)以田間土壤支承其重量并賴以產(chǎn)生牽引力與其耕作目的之間的矛盾。拖拉機(jī)走在松軟的土壤上，產(chǎn)生同樣大的牽引力要比走在堅實的土壤上多消耗大約40～70％的能量，主要消耗在土壤壓縮，剪切變形和內(nèi)摩擦上。再耕松這種被壓實的土壤要消耗比這部分能量大得多的能量。這是個有害的能量損失的惡性循環(huán)。也是影響機(jī)械化經(jīng)濟(jì)效果的主要原因之一。
列舉了以上耕作制度與機(jī)械化之間的種種矛盾，是想說明采用桁架式機(jī)組的迫切性和必
要性。
四、桁架式作業(yè)機(jī)組的設(shè)想
國外早有人預(yù)測農(nóng)用拖拉機(jī)現(xiàn)在處于發(fā)展的最后階段。新形態(tài)的拖拉機(jī)將要產(chǎn)生。桁架
式(也有稱為天車式，臺車式)方案的建議多了起來。蘇聯(lián)、1英美等國家已經(jīng)開始了這方面的研究工作。日本用于水田的“無人駕駛田間作業(yè)裝置已獲初步成功。這些方案各有不同特點，如蘇聯(lián)是側(cè)重大馬力高效能，日本是側(cè)重自動化。針對我們所遇到的精耕細(xì)作問題，方案應(yīng)從綜合性和經(jīng)濟(jì)性兩方面來考慮。初步設(shè)想的主要結(jié)構(gòu)和工作原理簡述如下；機(jī)組由桁架、動力頭、附架、農(nóng)具幾個部分組成。桁架跨度為二十米至三十米，兩端分別裝40～50馬力的與拖拉機(jī)相似的動力頭。各種農(nóng)具通過附架與桁架聯(lián)接。桁架高度可以根據(jù)各種作業(yè)要求調(diào)節(jié)。在田間按桁架跨度修寬度小于一米經(jīng)過壓實的動力頭機(jī)行道。農(nóng)具可根據(jù)拉力配不同數(shù)量，盡量成偶數(shù)布置，從“空中”伸下來作業(yè)。到地頭農(nóng)具通過附架調(diào)向，移到下個工作幅，經(jīng)過定位、卡緊，再返回作業(yè)，往返幾次完成一個跨度內(nèi)的作業(yè)后，機(jī)組在地頭沿桁架方向橫移到下個跨度又重復(fù)上一個過程。由于機(jī)組跨度大，駕駛?cè)藛T不可能監(jiān)視傷苗情況，必須有自動準(zhǔn)直導(dǎo)向裝置，保證機(jī)器自動按直線行駛作業(yè)。為了防止歪斜，必須有保證兩端“同步”的機(jī)構(gòu)和措施。各種田間作業(yè)，包括噴灌，地塊內(nèi)運輸及耕翻、整地、播種、中耕除草、植保、化學(xué)除草、施肥培土、收獲等作業(yè)都由一套機(jī)組完成。通過分析認(rèn)為，利用我國目前的農(nóng)機(jī)技術(shù)和結(jié)構(gòu)有可能實現(xiàn)該設(shè)想。自動準(zhǔn)直導(dǎo)向，“同步”等關(guān)鍵性技術(shù)其它行業(yè)中有應(yīng)用的實例可供借鑒。初步估算當(dāng)桁架跨度為25米時，最大牽引力為2500公斤(掛兩臺輕型五鏵犁)的情況下，桁架自重方3噸。加上動力頭、附架、農(nóng)具等，田間使用重量約接近東方紅－75機(jī)組的使用重量。該方案有以下幾個特點。
1．適應(yīng)耕作制度的發(fā)展和變化。機(jī)組可適應(yīng)多種復(fù)雜的種植形式和規(guī)格。
慮留套種行以及拖拉機(jī)如佃對行距進(jìn)地作業(yè)問題，從而徹底解除這方面的約束，
科學(xué)的更先進(jìn)的耕作制度提供有利條件。
2．不壓實土壤。桁架機(jī)組行走的支承面——機(jī)行道與生長作物的田間土壤徹底分開，
從根本上解決了土壤壓實問題，使土壤常年保持作物所需要的緊實度，可延續(xù)和發(fā)揮深耕效果。耕作的最終目的是為作物創(chuàng)造其生長所需要的土壤環(huán)境。嚴(yán)格說，唯有徹底解決壓實問
題才能說得上具有了實現(xiàn)耕作最終目的的手段。事實上無論何種拖拉機(jī)，即使是手工操作也
都未能創(chuàng)造出理想的土壤環(huán)境。解決壓實問題就會在很大程度上改善農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)條件，為大
幅度提高產(chǎn)量開辟了新途徑。同時，由于土壤保持相對疏松，耕作阻力也會大大減輕，可以
減少耕翻次數(shù)。動力頭走在機(jī)行道上，改善了附加性能，提高了牽引效率，消除了前面提到的有害能量消耗的惡性循環(huán)問題。
3．桁架可配多種農(nóng)機(jī)具完成多種作業(yè)項目。根據(jù)農(nóng)藝的要求，在桁架上可裝上耕、耙、
播、收、灌溉、噴灑農(nóng)藥等農(nóng)機(jī)具，農(nóng)機(jī)具可不受空間限制，向上及橫向發(fā)展，同時可實現(xiàn)
多工序聯(lián)合作業(yè)。
4．簡化作業(yè)程序并使行駛路線單一化。便于集約化，工廠化管理。可以晝夜工作，改
善了雨后適應(yīng)性，減少空行程，提高了時間利用系數(shù)，對搶農(nóng)時十分重要。改善勞動條件，
尤其對噴灑農(nóng)藥，除草劑等可以保護(hù)人身安全。
5．方案的局限性是僅適應(yīng)精耕細(xì)作水平較高，：土地經(jīng)過平整的平原區(qū)，采用噴灌，不
要求地面水平，允許有緩坡。但要求地塊規(guī)劃成條田，在每個跨度內(nèi)要嚴(yán)格操平，需要一定
的田間工程。作業(yè)范圍內(nèi)不能有樹木、電桿、房屋等障礙物。機(jī)組只能在經(jīng)過修整的確定的地塊內(nèi)作業(yè)，機(jī)動性差。另一個問題是機(jī)行道、地頭也要占一定面積，實際上目前地塊中田埂、觀察道和地頭占地面積也是不少的。
五、關(guān)于方案的應(yīng)用前景
方案的應(yīng)用前途如何?許多同志認(rèn)為不符合我國國情，它的應(yīng)用還是遙遠(yuǎn)的事情。誠然
這樣的大型設(shè)備不適應(yīng)隊為基礎(chǔ)的生產(chǎn)體制。但對于國營農(nóng)場、農(nóng)工商聯(lián)合企業(yè)，商品糧基
地是適用的。我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化實際上正在按著兩種形式發(fā)展。一種形式是發(fā)展社隊機(jī)械化，
主要是依靠社隊的自力更生，有選擇的機(jī)械化，分期分批地過渡。另一種形式是有條件的地
區(qū)和單位以全盤機(jī)械化為目標(biāo)，國家重點投放現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備。根據(jù)國家經(jīng)濟(jì)力量和其
它事業(yè)對勞動力的需要程度有計劃地逐步擴(kuò)大，建成一批，見效一批。這代表了我國農(nóng)業(yè)的
方向。對后一種形式大馬力拖拉機(jī)，大型噴灌機(jī)組等先進(jìn)技術(shù)正是用武之地。在滿足全盤機(jī)
械化要求的情況下，桁架式機(jī)組則是比較優(yōu)越的。除了前面所論述的技術(shù)性能之外，投資及
經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)也比現(xiàn)行方法優(yōu)越。一套桁架式機(jī)組與現(xiàn)有方式的全盤機(jī)械化的假想模型裝備水
平的比較可見附表。附表中數(shù)字來源于不同資料可比性較差，僅可供幫助建立一個數(shù)字概念。
可以看出單位面積鋼材，資金，動力投放量大都可以節(jié)省一半以上。可以降低作業(yè)成本，提
高勞動生產(chǎn)率。采用此方案的最大理由是桁架式機(jī)組將成為適應(yīng)耕作制度特點，改善種植業(yè)
基礎(chǔ)條件從而大幅度提高單位面積產(chǎn)量的有力手段。
這里值得回顧一下大型噴灌技術(shù)的發(fā)展過程，圓形噴灌的結(jié)構(gòu)原理前些年不見得沒有人
想過，即使當(dāng)時有人提出，其結(jié)論也無外乎：不合國情脫離實際。當(dāng)國外投入了市場之后，
國內(nèi)幾十家爭相仿效成了“熱門”，幾乎忘記了國情和經(jīng)濟(jì)效果如何。
目前預(yù)言桁架式機(jī)組將優(yōu)于并可取代拖拉機(jī)可能為時尚早，但斷言其不適合我國國情而
沒有前途也無充分根據(jù)。因而目前組織探索性研究是必要的。如果把研究大型噴灌和大馬力
拖拉機(jī)所用的力量抽出一小部分用于桁架機(jī)組的研究開發(fā)，將是有益的。
