車載式施肥機驅(qū)動裝置的設(shè)計研究

(楊凌職業(yè)技術(shù)學院， 陜西 楊凌 712100)

驅(qū)動裝置的功能是為施肥機的肥料施撒裝置提供動力，驅(qū)動其工作進行肥料的施撒。同時，也可為肥量控制系統(tǒng)的控制裝置提供動力來源。

1 驅(qū)動裝置設(shè)計要求

(1)該部分是整個肥料施撒裝置正常工作的保證，因此動力源應(yīng)當可靠，動力傳遞應(yīng)連續(xù)平穩(wěn)；

(2)驅(qū)動裝置應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，簡便易行，便于安裝和實現(xiàn)，傳遞要可靠；

(3)應(yīng)盡量利用拖拉機已有的動力源和傳動裝置，降低成本。

2 動力源的選擇

常用的動力源主要有機械式、液壓式和電動式三種，分別討論如下：

(1)機械式。作為機械傳遞的動力來源可以是拖拉機的動力輸出軸或通過地輪獲取動力并用鏈輪或齒輪進行傳遞。該方式可靠性高，傳遞平穩(wěn)，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

(2)液壓式。采用液壓系統(tǒng)作為動力來源可以直接利用拖拉機已有的液壓油循環(huán)系統(tǒng)作為液壓源，引入液壓泵、液壓馬達和控制閥即可驅(qū)動工作部件。該方案體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，使用壽命長且易于實現(xiàn)自動化。但液壓傳動受管道密封性的影響較大，傳動效率相對較低，出現(xiàn)故障時不易診斷。

(3)電動式。該方案采用電動機驅(qū)動工作部件，工作可靠平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)較簡單，易于實現(xiàn)。但電動機的引入對電源有著更高的要求，拖拉機原有的供電系統(tǒng)可能無法滿足要求，對其進行改造或引入電瓶都會增加成本，且使用壽命有限，部件更新較快。

3 施撒裝置驅(qū)動方案設(shè)計

由于擺桿閥門式施撒裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)不同作業(yè)幅寬的施肥，而且易實現(xiàn)定量控制，撒肥均勻性好，故適合在實際中推廣應(yīng)用[1]。其驅(qū)動裝置示意圖如圖1所示。

圖1 驅(qū)動裝置示意圖

由圖1可知，擺桿的擺動最終是由動力輸出軸驅(qū)動的，其動力傳遞路線如圖2所示：

圖2搖桿的動力傳遞路線圖

搖桿的擺動是通過曲柄搖桿機構(gòu)轉(zhuǎn)化而來。此處也可以通過凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)，但該方案結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且搖桿在擺動的同時會受到復(fù)位彈簧的復(fù)位作用使凸輪的傳動效率降低，因此不采用該方案，而采用曲柄搖桿機構(gòu)。

為了得到不同的擺幅，以適應(yīng)作業(yè)幅寬變化的要求，可以將曲柄或搖桿的長度設(shè)計成可變的。但考慮到曲柄長度受到搖桿及機架的約束，其變化范圍較小，而搖桿長度是一定的，要改變搖桿的長度只需改變滑塊在凹槽內(nèi)的位置即可，改變曲柄長度實現(xiàn)起來要比改變搖桿長度困難，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。因此，采用改變搖桿長度的方式來改變作業(yè)幅寬。由于搖桿向下傾斜與水平面成一α角度，因此用萬向節(jié)連接時應(yīng)使軸1傾斜向下與水平面成一α角，這樣就使曲柄也傾斜向下與水平面成α角，從而使該曲柄搖桿機構(gòu)各部件處于同一平面內(nèi)，便于進行計算和研究。下面對當曲柄、機架、連桿長度不變，搖桿長度變化時，擺幅(即擺角θ)的變化規(guī)律進行討論。

記曲柄、連桿、機架的長度分別為a、b、d，搖桿長度為c，該曲柄搖桿機構(gòu)的示意圖如圖3所示：

圖3 曲柄搖桿機構(gòu)示意圖

C1D和C2D分別為搖桿的兩個極限位置，因此擺角θ=α-β。

(1)

(2)

(3)

當曲柄、連桿、機架的長度保持不變時，搖桿的擺角隨搖桿長度的增大而減小，且對應(yīng)于某一c值有相應(yīng)的θ值，即θ是關(guān)于c的減函數(shù)。

搖桿長度c的變化范圍應(yīng)使該機構(gòu)中桿AB為曲柄，即應(yīng)滿足以下條件：

(1)最短桿長度+最長桿長度≤其余兩桿長度之和；

(2)桿AB的長度a最小[2]。

由此可得：

當c取最大值時，應(yīng)滿足cmax+a≤b+d,對該式取等號可得cmax=b+d-a；

當c取最小值時，應(yīng)滿足cmin+b≥a+d，對該式取等號可得cmin=a+d-b。

由上可得:c的取值范圍為[a+d-b,b+d-a]。

在c的取值范圍內(nèi)，搖桿的擺角θ隨c的增大而減小。當c分別取cmax、cmin時，擺角θ對應(yīng)取θmin、θmax。此時，機構(gòu)的示意圖分別如圖4、5所示：

圖4 當c=cmax時的機構(gòu)示意圖

圖5 當c=cmin時的機構(gòu)示意圖

將c=cmax=b+d-a代入3式可得：

(4)

將c=cmin=a+d-b代入3式可得：

(5)

本文討論的內(nèi)容是在θ的取值范圍內(nèi)，對于給定的θ0值確定出對應(yīng)的搖桿長度c0。為此，可做如下函數(shù)：

顯然，f(cmax)=f(b+d-a)<0,f(cmin=f(a+

d-b)>0

∴f(cmax)·f(cmin)<0

據(jù)此可得，在[a+d-b,b+d-a]內(nèi)必定存在c0滿足f(c0)=0[3]。

考慮到當拖拉機掉頭或需停止作業(yè)時，搖桿的擺動也應(yīng)當停止，此時可切斷動力輸出軸的動力傳遞，使其停止轉(zhuǎn)動，進而使整個搖桿系統(tǒng)停止工作，避免肥料的浪費和搖桿不必要的擺動。

4 小 結(jié)

本文按照要求完成了以下內(nèi)容：

(1)對常用的動力源進行比較，作為選擇的參考和依據(jù)；

(2)對搖桿的驅(qū)動方式進行設(shè)計，采用曲柄搖桿機構(gòu)驅(qū)動；同時進行了擺角與搖桿長度之間關(guān)系的討論，確定了二者之間的關(guān)系式。

參考文獻：

[1] 王兵利.車載式施肥機施撒裝置系統(tǒng)的研究[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學院學報，2010，(1).

[2] 孫 桓，陳作模.機械原理.第六版[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3] 同濟大學應(yīng)用數(shù)學系.高等數(shù)學.第五版，下冊[M].北京：高等教育出版社,2002.