1LFQ-325型氣動翻轉(zhuǎn)犁的設(shè)計與試驗

摘要：研制了一種與２５．７～３６．８ｋＷ拖拉機(jī)配套的氣動翻轉(zhuǎn)犁。該機(jī)以氣缸作為左右犁體換向機(jī)構(gòu)，可替代機(jī)械式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。由于該機(jī)采用了氣動式翻轉(zhuǎn)，操作簡單、翻轉(zhuǎn)靈活。田間試驗結(jié)果表明，其性能指標(biāo)均達(dá)到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：氣動；翻轉(zhuǎn)犁；設(shè)計；試驗

中圖分類號：Ｓ２２２．１２；Ｓ２２０．３文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ｂ文章編號：0439－８114（２０11）03－0５９２-03

Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ＭＯＤＥＬ １ＬＦＱ－３２５ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｔｕｒｎｏｖｅｒ Ｐｌｏｗ

ＺＨＥＮＧ Ｘｕａｎ１，ＣＨＥＮ Ｘｕｅ－ｆｅｎｇ２，ＱＩＮ Ｃｈａｏ－ｍｉｎ１，ＪＩＡ Ｌｉ－ｂｏ２

（１． Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｈｉｈｅｚｉ ８３２０００， Ｘｉｎｊｉａｎｇ， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｔｉａｎｚｈｅｎ Ｆａｒｍ ａｎｄ Ｐａｓｔｕｒｅ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ， Ｓｈｉｈｅｚｉ ８３２０００， Ｘｉｎｊｉａｎｇ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｏｎｅ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｐｌｏｗ ｗｈｉｃｈ ｍａｔｃｈｅｄ ｗｉｔｈ ２５．７～３６．８ｋＷ ｔｒａｃｔｏｒ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐｌｏｗ， ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｕｎｉｔ ｗａｓ ｒｅｐｌａｃｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｕｎｉｔ． Ｉｔ ｐｏｓｓｅｓｓｅd ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ａｉｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｕｎｉｔ． Ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｅｘｅｓ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｓｔａｔｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｎｅｕｍａｔｉｃ； ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｐｌｏｗ； ｄｅｓｉｇｎ； ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

目前國內(nèi)１８０°翻轉(zhuǎn)犁的換向機(jī)構(gòu)常見的有兩種：一是機(jī)械式，它以犁在提升時懸掛機(jī)構(gòu)的提升力或犁的重量作為驅(qū)動力，主要用于輕型犁；另一類為液壓式，依靠拖拉機(jī)液壓機(jī)構(gòu)，再配上專用液壓缸、換向閥等部件，其工作可靠，國內(nèi)外大型翻轉(zhuǎn)犁多采用此結(jié)構(gòu)［１］。由于國內(nèi)中小型拖拉機(jī)基本無多路閥液壓輸出，無法直接配帶液壓翻轉(zhuǎn)犁［２，３］，而國內(nèi)中小型拖拉機(jī)上都配有氣動剎車氣泵，為此研制了與２５．７～３６．８ ｋＷ拖拉機(jī)配套的氣動翻轉(zhuǎn)犁。

１總體設(shè)計及工作原理

１．１總體結(jié)構(gòu)

１ＬＦＱ－３２５型氣動翻轉(zhuǎn)犁主要由懸掛架、犁架、犁柱、左右犁體、限深輪、氣缸等部件組成。機(jī)具總體結(jié)構(gòu)如圖１所示，技術(shù)參數(shù)如表１所示。

１．２工作原理與工作過程

拖拉機(jī)與氣動翻轉(zhuǎn)犁采用三點懸掛機(jī)構(gòu)掛接，拖拉機(jī)的兩水平拉桿與懸掛架下拉耳相連，中央拉桿與上懸掛臂相連。拖拉機(jī)的懸掛部分連接完畢后，用高壓氣管將拖拉機(jī)剎車分泵的出氣管與氣動翻轉(zhuǎn)犁上的氣缸氣嘴相連。高壓氣管中間裝有三通開關(guān)，運(yùn)輸時關(guān)閉通向氣缸的管路，以免在行駛中緊急剎車致使犁翻轉(zhuǎn)，造成意外事故。作業(yè)時，將高壓氣管上三通開關(guān)打開，然后操縱拖拉機(jī)分配器手柄，使犁落下，拖拉機(jī)向前行駛，靠自身重量以入土角入土，開始第一行程作業(yè)。耕深可以通過調(diào)整限深輪擋塊螺栓來達(dá)到合適的耕深。犁剛落下時，拖拉機(jī)要緩慢向前行駛，達(dá)到要求的耕深后，再以工作速度行駛。到達(dá)地頭時，升起犁，拖拉機(jī)調(diào)頭，對好犁溝，然后腳踩剎車，氣缸帶動犁架翻轉(zhuǎn)，待犁架略微越過中點，松開剎車，犁靠自重繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，完成整個翻轉(zhuǎn)過程后，將犁落下進(jìn)行下一行程作業(yè)。

２主要設(shè)計參數(shù)的確定［４，５］

２．１總耕幅的確定

犁的總耕幅根據(jù)拖拉機(jī)的有效牽引力、土壤耕作比阻及要求的耕深來確定。計算公式為

Ｂ＝（１）

式中，Ｂ為總耕幅（ｃｍ）；ＰＴ為拖拉機(jī)有效牽引力（ｋＮ）；ηｔ為牽引力利用系數(shù)，取ηｔ＝０．９；ｋ為土壤耕作比阻，?。耄剑福危悖恚?；ａ為耕深，取ａ＝１８～２２ ｃｍ。

經(jīng)計算優(yōu)化，確定機(jī)具總耕幅為７５ ｃｍ，三鏵犁體，根據(jù)動力及土壤情況耕幅可在６０～７５ ｃｍ之間調(diào)整。

２．２犁體間距及犁體配置角的確定

犁體間距是犁的一個重要參數(shù)。間距太小，沒有足夠的空間讓垡片通過，易造成堵塞；間距太大，則將增加犁的長度，不僅浪費(fèi)鋼材，而且影響機(jī)組的縱向穩(wěn)定性。因此，設(shè)計要求在保證垡片能順利通過的前提下，犁體間距盡量減小。如圖２所示，前后犁體縱向間距滿足公式（２）的要求。

式中，Ｓ為犁體縱向間距（ｃｍ）；ｔ為鏵尖至犁側(cè)板末端的距離（ｃｍ）；ｂ為犁體耕寬，取ｂ＝２５ ｃｍ；ａ為耕深，?。幔剑玻?ｃｍ；α為犁體配置角。

經(jīng)計算，取Ｓ＝６０ ｃｍ，α＝２２°３７′。

２．３犁架高度的確定

犁架高度應(yīng)能保證垡片在犁架下面順利翻轉(zhuǎn)，不產(chǎn)生擁土堵草現(xiàn)象。計算公式為

式中，Ｈ為犁架空間高度（ｃｍ）；ｂ為犁體耕寬，?。猓剑玻?ｃｍ；ａｍａｘ為最大耕深，取ａｍａｘ＝２２ ｃｍ；ｈ為割茬高度，?。瑁剑保?ｃｍ。通過計算確定犁架高度為５０ ｃｍ。

３主要工作機(jī)構(gòu)設(shè)計

３．１翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則是能夠使犁架左右翻轉(zhuǎn)１８０°，犁架帶動左翻和右翻犁體換向，主要工作部件是帶動犁架翻轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸和推動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的氣缸。設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖３所示，轉(zhuǎn)軸穿過懸掛架后橫梁中央的轉(zhuǎn)軸套，轉(zhuǎn)軸前軸端固定一偏心臂，氣缸活塞桿與偏心臂銷接，氣缸缸筒拉頭銷接在懸掛架上。懸掛架與拖拉機(jī)相連，工作時懸掛架不動，活塞桿推動偏心臂，帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)犁架翻轉(zhuǎn)。

３．２犁架偏置機(jī)構(gòu)設(shè)計

由于犁的工作幅寬小于拖拉機(jī)的輪距，存在犁不到地邊的問題，因此，設(shè)計有犁架偏置機(jī)構(gòu)。如圖４所示，犁架偏置機(jī)構(gòu)由犁架限位板、夾板固定塊、偏置夾板、連接板組成。偏置夾板沿犁架橫梁移動可以改變犁體相對懸掛中心的橫向位置。

３．３入土角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計

犁體上設(shè)計有入土角調(diào)節(jié)裝置，結(jié)構(gòu)如圖５所示，犁托立板與犁柱通過上下兩螺栓連接，犁托立板上部的螺栓孔為弧形孔，調(diào)整螺栓兩端分別與犁柱和犁托立板相連。通過調(diào)節(jié)調(diào)整螺栓，即可調(diào)節(jié)犁體的入土角，該裝置可根據(jù)每鏵犁的具體情況，進(jìn)行單獨調(diào)節(jié)，使其達(dá)到合適的入土角。

４性能試驗

４．１試驗項目

性能試驗項目包括耕深和耕深穩(wěn)定性、正反行程耕深一致性、耕寬和耕寬穩(wěn)定性、正反行程耕寬一致性、作業(yè)速度、植被和殘茬的覆蓋率、土垡破碎率、入土行程以及翻轉(zhuǎn)到位率。

４．２試驗方法

１）耕深和耕深穩(wěn)定性、耕寬和耕寬穩(wěn)定性、作業(yè)速度、植被和殘茬覆蓋率、土垡破碎率、入土行程測定方法分別按ＧＢ／Ｔ １４２２５的相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行。

２）正反行程耕深、耕寬一致性測定：氣動翻轉(zhuǎn)犁右翻犁體工作時的行程為正行程，左翻犁體工作時為反行程。將按ＧＢ／Ｔ １４２２５進(jìn)行耕深與耕深穩(wěn)定性試驗時所測得的正行程（一、三行程）耕深平均值減去反行程（二、四行程）耕深平均值，所得的差作為正反行程耕深的偏差值；將按ＧＢ／Ｔ １４２２５進(jìn)行耕寬與耕寬穩(wěn)定性測得的正行程（一、三行程）耕寬平均值減去反行程（二、四行程）耕寬平均值，所得的差作為正反行程耕寬的偏差值。

３）翻轉(zhuǎn)到位率測定：由熟練操作人員連續(xù)翻轉(zhuǎn)操作不少于１００次，計算翻轉(zhuǎn)到位次數(shù)占操作次數(shù)的比率。

４．３試驗結(jié)果

１ＬＦＱ－３２５型氣動翻轉(zhuǎn)犁經(jīng)設(shè)計、樣機(jī)試制和小批量生產(chǎn)后進(jìn)行了多次廠內(nèi)翻轉(zhuǎn)試驗及田間性能試驗，試驗結(jié)果各項性能指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

２００９年８月新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)牧機(jī)械試驗鑒定站在石河子市石河子鄉(xiāng)六宮村三隊對１ＬＦＱ－３２５型氣動翻轉(zhuǎn)犁進(jìn)行了性能測試。試驗條件與試驗結(jié)果見表２和表３。

５小結(jié)

１ＬＦＱ－３２５型氣動翻轉(zhuǎn)犁除具有一般翻轉(zhuǎn)犁的優(yōu)點外，在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上利用氣缸作為動力源實現(xiàn)左右翻轉(zhuǎn)，不僅可替代機(jī)械翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)簡單，同時由于犁架具有偏置功能，可以耕到田埂邊、果園靠近株干邊的地方。適于小塊不規(guī)則田地以及果園耕作，有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 劉慶祥． 翻轉(zhuǎn)犁翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的研究設(shè)計［Ｊ］． 農(nóng)機(jī)化研究，１９８９（２）：３２－３８，５２．

［２］ 余泳昌，花恒明，李保謙． 新型氣動翻轉(zhuǎn)雙向犁的設(shè)計［Ｊ］． 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，１９９３，２７（１）：１－５．

［３］ 黃明顯，張繼勛． 拖拉機(jī)配套液壓翻轉(zhuǎn)犁翻轉(zhuǎn)問題原因分析與解決措施［Ｊ］． 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，２００７（１）：３５－３６，４１．

［４］ 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院． 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊（上冊）［Ｍ］． 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，２００７． １７５－２２２．

［５］ 北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)． 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)（上冊）［Ｍ］．第二版． 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，１９９１． ８２－１２８．