引言：开沟机的的使用主要是在工程建设，管道铺设，农田水利等方面。最早开沟操作是通过人工进行开沟操作，但是人力开沟的质量差，速度慢，耗时耗力。国外开沟机研究现状国外开沟机的发展已有六十多年的历史，主要以美国、原苏联、法国、英国和意大利等国家发展较快[1]，美国和原苏联是最早使用开沟机的国家。最早的开沟机为铧式犁开沟机，然后是圆盘式开沟机。圆盘式开沟机是用一种与铧式犁相似的无犁铧的深沟机，开挖窄而深的沟，以圆盘式抛撒机开梯形沟。目前开沟机的主要使用类型有两种：一是链式开沟机具，用于开挖窄深沟；二是立式铣削轮机具，用于开挖深宽沟。

    早在20世纪50年代，我国农田水利建设就已经应用铧式犁开沟。铧式犁主要有悬挂犁及牵引式犁两种。铧式犁开沟机的优点是结构简单、工作可靠、零部件较少，开沟深度30～80cm；主要缺点是效率低、阻力大，有的地层要用两台拖拉机牵引。到了20世纪70年代中期，铧式犁开沟机逐渐被铣抛盘式开沟机取代。铣抛盘式开沟机开沟的沟型断面是上口宽沟底窄的倒梯形，开沟深度为0.5～1.0m，抛土速度为7～15m/s，拖拉机行走速度为50～200m/h；其主要缺点是传动复杂、结构庞大、行走速度太低。由于当时国内拖拉机都没有爬行档，所以在20世纪70年代中期主要采用东方红-75、红旗-100等拖拉机加装减速器、随车变速箱完成拖拉机的改造工作。到了上世纪80年代中期，国家从国外引进了少量挖沟机，主要用于农业暗管排水工程。此后，上海拖拉机厂无锡拖拉机厂和丹东拖拉机厂分别开发了用8-55kW拖拉机改装的挖沟机，但由于技术性能和经济等原因，没有得到广泛应用[4]。自上世纪90年代至今，我国开沟机机型主要以螺旋开沟机与链式开沟机为主。

1开沟机的种类及各自特点 
    每种开沟机都有其各自的特点。铧式犁开沟机和圆盘式开沟机由于机械强度低、拖挂动力输出小的局限，多用于施工条件较恶劣的农田工程中；而链式开沟机以及轮斗式开沟机因为机械强度大、拖挂动力输出大的特点，多用建筑工程中；立式螺旋开沟机具有结构简单，部件紧凑，动力消耗少，行走速度快等特点，主要用于开挖排灌沟、施肥沟等。下面就每种开沟机的结构和特点进行分别的介绍。 
2铧式犁开沟： 
    早在20世纪50年代，铧式犁作为最早开沟的设备就已经被应用于农田建设当中，其形式主要有悬挂犁及牵引式犁两种[5]。这种开沟机结构简单、速度快、效率高、工作可靠、零部件较少，开沟深度为30-50cm，主要缺点是土壤硬度不能太大，否则沟形难以保证，且结构笨重，沟边留下的垫条大且不能分散，需人工修理等。特别是工作时牵引阻力很大，过去常用斯大林80拖拉机才能拖动，有的地方要用两台大拖拉机牵引。 
3圆盘式开沟机 
    20世纪50年代后期，与拖拉机向大马力发展的趋势相适应，旋转开沟机（见图2）得以迅速发展。由于它牵引阻力小，适应性强，能均匀散开沟内土壤，工作效率高，因而获得迅速发展和广泛应用。许多国家，如意大利、苏联、法国、荷兰、日本等，都有不同型号的系列产品。此种开沟机其主要工作部件是一个或两个高速旋转的圆盘，圆盘四周是铣刀，铣下来的土壤可按不同的农艺要求，将土壤均匀地抛掷到一侧或两侧5～15m范围以内的地面上,也可将土壤成条地堆置在沟沿上形成土埂，两圆盘与水平面成45°角，因此开出沟的断面是上口宽沟底窄的倒梯形开挖的沟渠，沟形整齐，无须辅助加工，但行走慢（拖拉机以50~400米/小时的超低速前进），传动复杂，结构庞大，制造工艺要求高，单位功率消耗大，生产率比犁铧式开沟犁低（李金琦1984）。 
    圆盘式开沟机属于旋转式类型开沟机，开沟工作部件为带有弯刀的圆盘，通过传动轴带动旋转开沟，目前国内的开沟机主要选用的是圆盘式开沟机。圆盘式开沟机分为前置式和后置式两种类型。 
    前置圆盘型开沟机主要是与小马力拖拉机配套，在一些小块农田使用方便，有代表性的机型为龙宝开沟机制造厂生产的1K-26型开沟机，该型开沟机动力传动方面带有快速离合装置，同时拥有双滑撬，开沟深度调节装置，使作业更高效、更方便，如图3所示。 
    1K-26型开沟机技术参数如下：纯工作小时生产率（开沟速度）：Ⅰ档480～720（m/h）、Ⅱ档900～1680（m/h）；配套动力：≤13.2KW；开沟深度：10～28cm；沟宽：沟面宽度16～25cm；沟底宽度11～17cm；开沟深度稳定性：≥80％；沟底浮土厚度：≤0.08H（H：开出沟的平均深度）；两侧抛土带宽：左右两侧各≥200cm；开沟后碎土率：≥55％；可靠性：首次故障前作业量不少于10km（或有效度≥90％）；安全装置符合GB10395.1、GB10396标准。 
    后置式圆盘开沟机包括单圆盘开沟机和双圆盘开沟机，其中具有代表性单圆盘开沟机是1KJ-35型圆盘开沟机（图4）。其结构简单、合理、可靠，机架采用槽钢框架结构，刚性好，传动系统采取一级螺旋伞齿轮传动，承载力强，新颖独特的散土罩，抛散土均匀，可开矩形沟和梯形沟，增设限位装置，保证沟的直线型和沟深的稳定性. 
    清旋牌1KJ-35II型双圆盘开沟机是的新一代开沟机产品，具有开沟作畦作业效果好、工作效率高、性能优越、质量可靠、维护保养方便等一系列优特点。该机配套50-70马力轮式拖拉机使用，广泛应用于广大畦作地区旱作物田的开沟作畦，如三麦、油菜、蔬菜、棉花、玉米等作物田的开沟作畦。 
    1KJ-35II型圆盘开沟机传动系统采用中间全齿轮传动，整机刚性好、受力平衡、工作可靠。齿轮和刀具与旋耕机有较高的通用性。 
    该机由于采用双圆盘铣削作业，因而作业质量好，尤其是铣抛土性能好。铣抛土均匀、抛撒土距离远，可达2米，能够满足各种畦面宽的农艺开沟要求。也能适应于各种作物的免耕法作业，即在未经耕耙的土地上实施先播种后开沟的作业顺序，利用开沟机的铣削抛土对种子进行覆盖。 
    美国GASE公司推出的Case 660圆盘式开沟机主要用于铺设通讯电缆与军事用途，该机可同时装配四种不同的作业机具，其中包括前部的推土铲刀和反铲挖掘臂，后部安装的挖壕机和开沟犁。包括在陆军战技术性能指标要求之内的其它作业装置还有岩石切割转盘、电缆盘托架和压实器。该机用由4吨卡车牵引的指定拖车运输。 
4立式螺旋开沟机 
    螺旋式挖沟机，具体地是涉及一种农田排水挖厢沟和围沟用的挖沟机。它是解决已知的农田排水挖沟时，是采用在旋耕耘机上带有利刀进行挖沟，挖沟机是主轴通过轴承固定在外壳内，主轴的一端上固定有动力齿轮盘，另一端通过伞形齿轮与被动轴连接，被动轴的下端固定有螺旋桨，螺旋桨侧面的泥瓦支架上固定有泥瓦。本实用新型不仅可以挖厢沟，也可以挖围沟，由挖沟机代替人工挖沟，因此工作效率大大提高，彻底解放了劳动生产力，挖沟的深浅度可以调整，因此保证了挖沟的质量。 
    20世纪90年代主要以螺旋开沟机为主，江苏省农机局技术中心制的研 1KLZ-27型螺旋开沟机采用立式螺旋开沟刀具，开沟部件为直接安装在一根直立轴管上的两组螺旋刀片，集立铣、周向提升、螺旋叶片惯性抛散等原理于一体，使开沟过程中的切削、提升、抛散一次完成，其结构简图如图7所示。该机工作时土块呈条状沿螺旋线导向两面抛落，以圆锥对数螺线为基础的立锥式刀具，增强了对不同区域、不同土质的适应性，刀片采用组合式结构，刀柄、刀刃选用不同的材料，提高了使用寿命[8]。 
    另外徐州鑫田机械厂生产的K40型螺旋式开沟机也是一个典型的代表。其主要技术参数为：配套动力：20 ~30马力，松沟宽度：宽15 cm - 80 cm，深度：0 - 150 cm，用途：适用于平整土地及丘陵土地开沟，日工作量：1000-3000（米）。 
    美国的RWF Industries公司，该公司的开沟机均为大型机，主要用于农田灌溉，水利工程和管缆的铺设。主要特点是大功率、功耗大、体积也大。 
5链式开沟机 
    20世纪70年代末期，链式开沟机开始兴起，设备简单，组装方便，开出的沟沟壁整齐，沟底不留回土，效率高，沟深和沟宽都易于调节，可用建筑工程中开挖窄而深的地下沟槽埋设地下排水管道、或铁道、邮电、城建等部门用于埋设电缆与管道等，也可用于果园、蔬菜园以及其它农田环境开沟施肥、排水、灌溉。链刀式开沟机的挖掘部件为带刀片的链条，刀齿切割土壤并将其带至地面，有螺旋输送器将土运至沟的一侧或两侧。 
    安阳东升机械有限公司生产的11K-200型链式开沟机是国内比较典型的一款链式开沟机[15]。该机采用链条带刮刀式开沟器，开沟深度可调，最大开沟深度为150厘米，适用于农田水利灌溉地下管道，自来水管道及地下电缆铺设等项工作的开沟作业。也可用于植树开沟。其技术参数如下： 
工作速度：150-300米/小时 
开沟宽度：10-30cm 
开沟深度：50-50cm  
配套拖拉机功率：65马力以上拖拉机 
    1999年由天津工程机械研究所开发研制出的GC65G型链式开沟机。该机的主要主机额定牵引力为18KN，最小转弯半径为4500mm，开沟最深为1800mm，最宽为400mm，宽可通过更换挖掘链节来调节，挖掘链速为1.8m/s，回填铲宽度为1800mm，总体尺寸为长7500mm，宽2230mm，高2860mm。它是由链条带动多片铲高速小厚度切削，主机低速前进，实现连续挖掘作业。该机进行挖土工作时，将土带到沟面上，并挤向两侧，螺旋叶片形状的排土轮由链轮驱动，向两侧分土，清沟器端部设有浮动刮产，可将散土收回刀铲处，刮平沟底。 
    同时在国内进行链式开沟机研究的还有西北农业大学机电学院的杨有刚、刘迎春，他们在2002年研制的在滚子链链板上加链刀附件的开沟机。
    2002年中国农业机械化研究院耕作种植机械研究所的一种1K（Kz）-30型链式开沟机如等组成。可见这种链式开沟机也是在滚子链基础上形成，这种形式的开沟机对土壤的性能要求较高，遇到带有沙石的土壤很难作业，开沟比较宽，消耗功率大，深度也不够，链条易磨损疲劳失效，使用寿命也达不到预期的效果。 
    国外最早生产开沟机的国家主要是美国和前苏联。其发展过程大致也是从犁铧式开始的，目前主要是链式开沟机。它主要由齿轮箱、传动链、开沟切削刀和分土器组成。美国传特公司的65型链式开沟机开沟传动系统采用多级变速器，CAT发动机，型号65型开沟链条驱动，重型机械驱动，高扭矩，低速度以达到最大切割齿、挖掘深度、增强生产力和延长切割齿寿命，具有牢固的组合式开沟臂，独特的可更换的耐磨钢板系统和链轮，方便单双链条的应用，重型独立驱动履带，三段式履带伴侧固定，可升降驾驶室，密封性好，舒适的空调设备控制器、计量表、和感应器及驾驶室的升降应用最新技术，视野好，驾驶舒适安全。 
    美国GASE公司，是世界知名的农机生产厂商，其60系列开沟机有七个机型，功率9.7-57.4KW，最新推出的960机型。
凯斯公司生产的960开沟机功率达到99马力。最高时速可达16.8公里/小时的960拥有四档行驶速度，可以方便地转移于各种工作场地。960开沟机高效、耐用、舒适等特性适合各种严酷的施工环境。根据土壤条件的不同，可配链式挖沟器和岩石轮等挖沟装置。根据土壤硬度和管线直径的大小，可为挖沟器选配杯型齿、岩石和冻土齿等不同种材质和尺寸的链条和齿块。在机器的前部同时装配挖掘装置和六向推土板，可实现开沟、扩宽、回填的连续作业。振动犁、绕线轮、岩石切割轮、六向推土板、挖掘装置等各种可选附件，大大增强了机器性能和应用范围。 
    美国Charles Machine Works公司，该公司生产的Ditch Witch开沟机为典型代表。据称世界上一半以上开沟机使用的是Dich Witch挖沟机。现在该公司74.6KW以下挖沟机有10个机型。
    法国“马莱”公司是一家专门生产、租赁埋地电缆和管线铺设设备的公司。无论是城市道路、公路、铁路、山路、河岸等伴埋电缆或管道，都可以使用马莱的开沟/铺设联合作业机进行快速施工。其铺设速度0.5～2km/h，可以实现正挖，侧挖，低噪音，无扬尘环保作业。它的开沟机宽度窄，最大限度减小对交通的阻碍。有橡胶轮胎式，橡胶履带式和普通履带式，可防止对现有路面的破坏。它的真空吸尘式开沟机，可以边开沟边吸渣土和尘土，是城市环保型的先进作业机器。
结论 
目前从国内外学者对开沟机的研究及其应用分析，开沟机大致有4个发展趋势： 
①专业化。由于国家经济的发展和开沟机工作效率高、沟型好等特点，应用开沟机的领域也越来越多。设计适应煤炭、水利、农田、城建、军事各方面需要的新品种专业化开沟机成为未来开沟机械领域的研究方向之一。针对不同需求设计开发的专业开沟机有其各自的特点。以农用开沟机为例，一般农用开沟机需有良好的切草和入土能力，对土壤的翻动小，并在开沟机上安装种肥分施部件，保证部分土壤自然回落沟底，盖住肥料。如北京农业工程大学于丽娟设计的免耕小麦播种施肥开沟器除开沟器外，还包括输肥管、滑刀、输种管等结构。 
②大型化。为适应我国重大工程项目需要，开发大、中型开沟机是未来挖掘机械领域的发展趋势。目前最大的开沟机功率达到1100kW,质量136t，可开沟深1.8m、宽4.5m。为配合开沟机大型化更好的发展，整车系统驱动是关键技术，目前一般采用液力机械式驱动或柴油电力驱动。 
③节能化。随着国家经济的飞速发展，大量工程机械所消耗的能源和排放污染物也在不断增加。为保护人类赖以生存的环境，实现全球可持续发展的目标，努力达到人、设备、环境和谐统一，开发环保节能型产品已成为工程机械重要发展趋势。针对开沟机的设计研究，可从以下几方面体现节能理念：一是选用低油耗、低排放、低噪声、低公害的发动机，提高液压系统效率和防渗漏，降低整车振动和噪声；二是在设计中尽量采用可再生材料和低环境负荷的材料，使废弃零部件处理的污染最小化和综合成本的最优化；三是应用人机工程学改善工作条件，使开沟机不仅操作简便，而且工作环境舒适、安全，整机的控制和操纵更加趋向于人性化。 
④机电一体化。机电一体化指将机械、电子、信息处理和控制以及软件有机地结合起来，以计算机为主要特征的自动化技术。对开沟机而言，在某些带有危险性作业现场不适宜人工操作，可以采用无线电远程遥控开沟机作业，例如可在开沟机上安装模拟传感器（模拟压力、温度和转向角等）和数字传感器，信号通过分析处理，由控制器控制开沟机完成调速、换档、转向等动作，在坡度作业开沟机可装备带倾斜仪的防倾翻装置。为提高开沟机工作效率，及时对重要部件进行维修检查，可在这些部位配置传感器，通过监控分析传感器信号，进行故障预测，排除潜在故障，保证机器的正常运行，监控的主要部件是：发动机油压、辅助转向泵流量、马达转速及流量、制动油、气压等。此外，运用机电一体化技术，可以使人工操纵作业简单化，能够完成纯机械操纵系统难以实现的精细操纵作业；还可根据负荷条件和开沟地质条件变化，自动调节液压马达转速和发动机油门，使发动机输出功率得以有效利用。