一种小型旋耕起垄机的设计 （结构图请看现代农业装备2010.4）
0前言
旋耕起垄机是一种深受农户欢迎的农机具,广泛应用于蔬菜、花卉、烤烟等经济作物的种植中,它具有一次完成旋耕、开沟和起垄作业任务的特点,作业效率高,应用前景好.本文针对广东地区的实际情况,设计了一种与工农系列手扶拖拉机配套使用的、适合广东地区经济作物种植特点和土壤条件的小型旋耕起垄机.江门市新会区新农机械有限公司生产的金凤牌工农系列手扶拖拉机在广东及海南地区的保有量近25多万台,因此本机具的研制,可充分发挥其保有量的优势,有效减轻农民的劳动强度,同时也可提高农机专业户的农机具的综合使用率.
1旋耕起垄机的整体设计
1.1动力选择
所设计的1GQS 110型旋耕起垄机选择金凤牌工农一18K手扶拖拉机作为动力,其发动机功率为13.3 kW,具有多种工作速度,最高时速可达19.5 km／h,可挂接多种农机具使用.
1.2整机结构和工作原理
1GQS - 110型旋耕起垄机主要由机架、传动系统、旋耕机工作部件、罩盖等部分组成.起垄机通过机架与手扶拖拉机连接在一起,利用高速旋转的起垄刀片作为工作部件,对土壤进行碎土并推土成垄.其传动系统如图1所示,采用侧边链传动方式.工作时,通过拖拉机的动力输出轴带动锥齿轮箱1,经传动轴2将动力传递至链轮箱3,再经链传动,驱使旋耕起垄刀轴4运转,起垄刀片5旋转直接击碎泥土,从而起到旋耕松土的作用.同时,起垄刀片从两边螺旋分布,刀片旋转时将泥土推向中间形成垄畦,从而达到起垄目的.
1.3运动参数选择
在旋耕机的参数中,旋耕速比入和切土节距S是两个重要的参数,决定着旋耕机的作业质量和作业效果.本机的设计参照旋耕机的有关计算公式,其旋耕速比入同样定义为：
式中R为起垄机刀片的回转半径,取为220 ram;∞为起垄刀轴的回转角速度,rad／s,设计中取19.27- 29.22 rad／s；Vm为机组前进速度,m／s.按拖拉机II挡前进速度计算,Vm=0.7333m／s.
代入相关数据,由(1)式可得入=5.78- 8.77.
同理,切土节距S为定义：
式中S为切土节距,cm；Z为同一旋转切削面内刀具数量.
根据起垄刀轴上刀具的排列方式,按Z=2,由(2)式计算得S=7.88 - ll .96 cm.由计算出来的旋耕速比入和切土节距S的数值范围可以看出,旋耕起垄机的参数选择是合理的,符合一般旋耕作业时的农艺要求.
1.4工作幅宽
参考耕整作业机械的有关经验设计公式：
式中B为作业幅宽,m;P为拖拉机的额定功率,kW.拖拉机的额定功率按P= 13.3 kW,由(3)式计算得到：B=0.95- 1.24 m.参考蔬菜等种植时垄面的宽度要求,旋耕起垄机的设计幅宽取为1.1m.
1.5机架
机架部分由锥齿轮箱、左撑板、链轮箱、传动轴及罩壳等组成.锥齿轮箱连接在手扶拖拉机后桥上,链轮箱下端安装起垄刀轴.锥齿轮箱及链轮箱壳体经铸造而成,左撑板材料选用球墨铸铁QT450- 10、传动轴使用40Cr.
1.6起垄刀轴总成
起垄刀轴总成是旋耕起垄机的主要工作部件,由起垄刀片、刀座和起垄刀轴组成.起垄机的刀轴上设计装有12把起垄刀,左刀6把,右刀6把等距离排列.其中中间的4把刀（左2把,右2把）在耕作过程中主要起碎土作用,其联接刀座与刀轴成7.夹角焊接；外面的8把刀（左4把,右4把）除了起碎土作用外,还起着将碎土拨向中间,并通过整形板整形成垄的作用,所以其联接刀座与刀轴成20.夹角焊接.安装起垄刀片的刀盒在刀轴上排列成双螺纹线,以改善刀轴旋转时的平衡,并且左边6把刀排成右旋,右边6把刀排成左旋,两边形成了2个螺旋输送器的形式,耕作时刀片既碎土又将泥土推向中间形成土垄.图2所示为旋耕起垄机的刀轴示意图.
由于起垄机作业时的工作负荷较大,所以刀盒选择较厚的钢板,起垄刀轴的直径也适当加大.经多次试验,起垄刀盒选择12 mm厚的Q235 -A钢板,刀轴选择直径φ60×6mm的无缝钢管.
起垄刀片的作用除了将泥土打碎外,还要将泥土由两边往中间推起,形成垄畦,故刀身设计得较为宽阔,刃口部位微弯,形状则如风扇叶形或螺旋浆叶形.经多次田间试验,刀片的具体尺寸为：刀的高度从根部到刃口顶部约为150 mm,刀的宽度从刀头至刀尾约为160 mm,刃口弯曲部分是从刃口顶部往下60 mm处起弧形,圆弧半径为100 mm,弯曲分左右,向左弯为左刀,向右弯为右刀.由于旋耕起垄刀片在耕作时同时存在较大的径向力和轴向力,比普通的旋耕机刀片所承受的负荷大,故材料上选择6 mm厚65Mn钢板.
2性能指标及试验结果
2.1性能指标
表1所示为设计的1GQS - 110型旋耕起垄机的主要性能指标.
2.2试验结果
所研制的旋耕起垄机由广东省农业机械鉴定站进行了试验,试验环境为晴天,温度16- 26.C,相对湿度40% -60%；土壤为黏土,含水率26.3%,坚实度127 kPa;前茬作物为水稻,主要植被为稻茬、杂草；拖拉机工作档位为II档,作业方式为一次成型.试验结果如表2所示.
3结论
所设计的小型旋耕起垄计具有结构简单紧凑、性能可靠、质量轻等特点.它既能耕耘、碎土,又能开沟起垄,能一次完成翻土、碎土、整畦起垄作业,特别适合烤烟、花生、蔬菜等经拖拉机旋耕机结构图解济作物的耕种作业.
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