可升降式整地筑埂聯(lián)合作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)

趙麗萍++何新如+++徐杰+++孟祥雨+++崔志英

摘要：設(shè)計(jì)了1種稻田生產(chǎn)用可升降式整地筑埂聯(lián)合作業(yè)機(jī)。該機(jī)采用拖拉機(jī)為動(dòng)力，一次進(jìn)地，能夠完成整地和筑埂作業(yè)。該機(jī)主要由牽引架、機(jī)架、液壓油缸、旋耕部件、傳動(dòng)裝置、集土鏟、筑埂壓實(shí)部件等組成。闡述了其工作原理及各關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，說(shuō)明了機(jī)器的工作狀態(tài)、適應(yīng)范圍和主要技術(shù)指標(biāo)。該機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，為水稻生產(chǎn)過(guò)程中整地、筑埂作業(yè)機(jī)械化提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：可升降式作業(yè)機(jī)；整地；筑埂；設(shè)計(jì)；聯(lián)合作業(yè)

中圖分類號(hào)： S222文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）02-0406-03

收稿日期：2015-02-06

基金項(xiàng)目：吉林省科技廳項(xiàng)目（編號(hào)：20120202）。

作者簡(jiǎn)介：趙麗萍（1969—），女，吉林乾安人，碩士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化方面的研究。Tel：（0431）84532861；E-mail：245042057@qq.com。水稻生產(chǎn)過(guò)程中，在插秧前需要將田地劃為“田”字形的方格，在方格周圍修筑土埂，所筑土埂能夠擋水，并對(duì)土壤進(jìn)行灌溉。筑埂是實(shí)現(xiàn)水田灌溉的關(guān)鍵，堅(jiān)實(shí)合理的田埂不僅能滿足水稻對(duì)水分的需求，還可節(jié)約水資源。水田筑埂屬于水稻機(jī)械化生產(chǎn)過(guò)程中的整地環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來(lái)水田筑埂都依靠人力完成，人工筑埂是一項(xiàng)既繁重又費(fèi)工的勞動(dòng)，即使借助一些專用工具，勞動(dòng)強(qiáng)度依然很大，工作效率很低，成本卻很高，田埂的一致性和均勻性差，且需要人工輔助壓實(shí)，已不適合我國(guó)大面積平原地區(qū)種植水稻的耕作模式，更不利于推進(jìn)水田生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展[1-11]。因此，及時(shí)而優(yōu)質(zhì)地修筑效果令人滿意的土埂是水稻生產(chǎn)的基本條件之一。采用機(jī)器筑埂可以提高工作效率，降低用工成本。但一般的筑埂機(jī)只有筑埂功能，沒(méi)有旋耕功能，功能單一，工作效率較低，對(duì)用于我國(guó)大面積平原水稻生產(chǎn)過(guò)程中整地筑埂的聯(lián)合作業(yè)機(jī)鮮有報(bào)道。為此，本研究設(shè)計(jì)了1種可升降式整地筑埂聯(lián)合作業(yè)機(jī)。該機(jī)可以與現(xiàn)有的58～81 kW輪式拖拉機(jī)直接掛接牽引進(jìn)行作業(yè)，能夠在旋耕土壤的同時(shí)筑出1條土埂。整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，一機(jī)兩用，具有油耗低、作業(yè)效率高、整地和筑埂效果好等特點(diǎn)。該機(jī)能夠有效解決人工筑埂存在的許多問(wèn)題，以滿足水稻生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)本增效的實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)了整地和筑埂作業(yè)全程機(jī)械化，對(duì)我國(guó)水田機(jī)械化的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可為我國(guó)水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化提供技術(shù)支持。

1結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1結(jié)構(gòu)

可升降式整地筑埂聯(lián)合作業(yè)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，該機(jī)器主要由變速箱、旋耕碎土部件、離合器、液壓油缸、集土鏟、推壓成型輥、筑埂裝置機(jī)架和旋耕機(jī)架等部件組成。

1.2工作原理

該機(jī)由拖拉機(jī)通過(guò)萬(wàn)向節(jié)將動(dòng)力傳動(dòng)軸輸出的動(dòng)力傳遞到齒輪減速箱，再由齒輪箱內(nèi)一對(duì)夾角為90°、模數(shù)為8 的錐齒輪，通過(guò)輸出軸將動(dòng)力傳遞到推壓輥；同時(shí)，與錐齒輪同一根軸上，安裝有1個(gè)直齒輪，通過(guò)四級(jí)齒輪傳動(dòng)，將動(dòng)力傳遞到旋耕刀總成上，即形成了一套比較完整的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。變速箱將動(dòng)力傳遞給旋耕刀軸，驅(qū)動(dòng)旋耕刀轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)整地碎土的作用。旋耕碎土裝置打碎的土由一對(duì)集土鏟進(jìn)行初步收集成壟。初步收集成壟的土埂經(jīng)推壓成型輥可將土壤最終壓實(shí)成型，形成1條土埂。

2主要部件的設(shè)計(jì)

2.1傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。工作時(shí)，拖拉機(jī)輸出的動(dòng)力通過(guò)萬(wàn)向節(jié)傳遞給變速箱的動(dòng)力輸入軸Ⅰ，動(dòng)力輸入軸Ⅰ上的主動(dòng)錐齒輪與右側(cè)的從動(dòng)錐齒輪嚙合，帶動(dòng)軸Ⅱ旋轉(zhuǎn)。軸Ⅱ上的動(dòng)力一方面通過(guò)直齒輪嚙合將其向下傳遞到軸Ⅲ、軸Ⅳ，最后將動(dòng)力傳送到2個(gè)半旋耕刀軸，使其旋轉(zhuǎn)，完成旋耕作業(yè)；另一方面，軸Ⅱ上的動(dòng)力通過(guò)安裝在其上的鏈輪，將其水平傳遞到軸Ⅴ、軸Ⅵ上，從而帶動(dòng)筑埂裝置上的推壓成型輥旋轉(zhuǎn)，將土壤壓實(shí)成型。

2.2可升降部件的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)一機(jī)多功能，在此機(jī)器上設(shè)計(jì)了可升降裝置，如圖1所示，采用液壓油缸將旋耕機(jī)架和筑埂機(jī)架連接起來(lái)。液壓油缸伸長(zhǎng)時(shí)，將筑埂部件置于田地上，作業(yè)時(shí)可實(shí)現(xiàn)旋耕筑埂一次成型；當(dāng)不需要筑埂只進(jìn)行整地時(shí)，可以通過(guò)液壓油缸的收縮，使筑埂部件繞旋轉(zhuǎn)軸Ⅴ轉(zhuǎn)動(dòng)90°使其升起，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)式的一機(jī)多功能，又能方便機(jī)器的運(yùn)輸作業(yè)。

2.3離合器的設(shè)計(jì)

旋耕機(jī)架與其后面的筑埂機(jī)架采用鉸接方式相連接。軸Ⅴ與上述鉸接的軸軸心相同，并在其上設(shè)計(jì)安裝一牙嵌式離合器（圖3）。如果只進(jìn)行整地作業(yè)，將撥叉限位塊上的操作手柄移動(dòng)到最右側(cè)限位處，此時(shí)操作手柄帶動(dòng)撥叉將滑移齒輪沿著花鍵軸向右移動(dòng)，與鏈輪齒分離，花鍵軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)動(dòng)力輸出。這時(shí)，采用拖拉機(jī)為動(dòng)力將液壓油缸縮進(jìn)，同時(shí)集土器和筑埂裝置以軸Ⅴ為旋轉(zhuǎn)軸，向上旋起；如果同時(shí)進(jìn)行整地和筑埂作業(yè)，將撥叉限位塊上的操作手柄移動(dòng)到最左側(cè)限位處，此時(shí)操作手柄帶動(dòng)撥叉將滑移齒輪沿著花鍵軸向左移動(dòng)，與鏈輪齒嚙合，花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)鏈輪輸出傳遞到推壓輥成型輥，使其旋轉(zhuǎn)。采用拖拉機(jī)為動(dòng)力將液壓油缸伸長(zhǎng)，將集土器和筑埂裝置向下置于地面，同時(shí)完成整地和筑埂聯(lián)合作業(yè)。

為整地時(shí)能順利地筑出1條土埂，必須在要形成土埂的地方聚集足夠多的土源。為此，采用1對(duì)集土鏟作為集土器。由于其具有半螺旋形犁體曲面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于裝配、升降靈活、易于控制耕深等特點(diǎn)，且其翻垡能力強(qiáng)，適用于黏重多草的稻田地，翻埋雜草、稻稈、殘茬等要求覆蓋性能好的土地耕翻作業(yè)。

聯(lián)合作業(yè)機(jī)的集土器見(jiàn)圖1。它主要由成對(duì)的集土鏟、立柱、集土鏟座等組成。集土鏟與立柱用螺栓固定連接，立柱安裝在鏟座內(nèi)，并用U型螺栓將安裝座與筑埂機(jī)架固定連接。

為保證集土鏟的集土效果能夠滿足筑埂土量要求，集土鏟立柱與安裝座采用可調(diào)節(jié)活動(dòng)連接，即立柱沿鏟座可以垂直上下調(diào)節(jié)，這樣可以使集土鏟入土深淺不同，立柱沿鏟座向下調(diào)節(jié)，鏟尖入土深，集土量大，反之則集土量小，這樣即可實(shí)現(xiàn)根據(jù)需要改變集土量的大小，從而筑出所需田埂尺寸，并使田埂初步成形。

由于在作業(yè)中集土鏟同時(shí)承受較大的徑向力和軸向力，比旋耕刀所承受的負(fù)荷大，所以集土鏟材料選用65 Mn鋼板制造，熱處理硬度要求HRC 45～50[12]。

2.5筑埂裝置的設(shè)計(jì)

如圖1所示，將筑埂部件安裝在集土鏟的后面設(shè)計(jì)成可旋轉(zhuǎn)式。本機(jī)筑埂部件所筑土埂的橫截面形狀為梯形，而且所筑土埂還應(yīng)具有一定的堅(jiān)實(shí)度。為此，將筑埂推壓成型裝置按土埂的輪廓外形，設(shè)計(jì)成由中部推壓成型輥和左、右兩側(cè)圓錐形輪轂組成，其中中部推壓成型輥為圓柱形；左、右兩側(cè)圓錐形輪轂由固定壓片和彈性壓片通過(guò)螺栓連接在一起組成圖4。該機(jī)整地筑埂聯(lián)合作業(yè)時(shí)，當(dāng)左、右兩側(cè)圓錐形輪轂上的彈性壓片隨著推壓成型輥旋轉(zhuǎn)脫離土層時(shí)，彈性壓片恢復(fù)原狀；當(dāng)彈性壓片隨著推壓成型輥旋轉(zhuǎn)接觸到土層時(shí)，彈性壓片由于受到土埂側(cè)表面外力的作用而向兩側(cè)圓錐形輪轂表面收縮，此即完成了對(duì)土埂表面的擠壓和拍打，使筑出的土埂表面既堅(jiān)硬又光滑，筑埂質(zhì)量好。改變固定壓片、彈性壓片和推壓成型輥的尺寸大小，即可改變所筑土埂的寬度和高度，以適應(yīng)不同地區(qū)對(duì)土埂尺寸的要求。

2.6機(jī)架與罩殼的設(shè)計(jì)

如圖1所示，旋耕機(jī)架安裝在旋耕碎土部件的上方，筑埂裝置機(jī)架安裝在集土鏟的上方，機(jī)架與罩殼固定連接，安裝在旋耕碎土部件和集土鏟的上方，主要由支撐桿、左側(cè)板、右側(cè)板、擋土蓋板及后側(cè)蓋板等組成，其中板類部件由鋼板沖壓而成，機(jī)架主梁用8 mm×8 mm的方鋼管制作。機(jī)架起到連接和支撐的作用，罩殼主要起到二次碎土、保護(hù)工作環(huán)境和安全防護(hù)的作用。

3可升降式整地筑埂聯(lián)合作業(yè)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)

可升降式整地筑埂聯(lián)合作業(yè)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。該機(jī)長(zhǎng)、寬、高分別為4 000、2 600、1 300 mm，整機(jī)1 000 kg，動(dòng)力58～81 kW。所筑土埂的斷面為梯形，其高度300 mm，上底頂寬300 mm，下底底寬650 mm。

4結(jié)論

新研制的可升降式整地筑埂聯(lián)合作業(yè)機(jī)，所需配套動(dòng)力為58～81 kW輪式拖拉機(jī)，作業(yè)幅寬2 300 mm，旋耕深度為130～180 mm，筑埂高度為300 mm，筑埂上頂寬300 mm，下底

表1可升降式整地筑埂聯(lián)合作業(yè)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

項(xiàng)目單位參數(shù)外形尺寸（長(zhǎng)、寬、高）mm4 000、2 600、1 300整機(jī)質(zhì)量kg1 000配套動(dòng)力kW58～81左旋耕刀數(shù)把31右旋耕刀數(shù)把31刀輥直徑mm425筑埂數(shù)量行1工作速度m/h1 000～1 500筑埂高度mm300筑埂頂寬mm300筑埂底寬mm650

寬650 mm，作業(yè)速度1 000～1 500 m/h?？稍诖杭舅静逖砬?，土壤的含水率為25%～40%的稻田上整地或整地筑埂聯(lián)合作業(yè)。

該機(jī)將整地與筑埂過(guò)程中的旋耕、集土、整形、拍實(shí)和壓光等多道工序一次完成，而且所筑土埂外形規(guī)則、結(jié)實(shí)、美觀，能夠真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用。使用該機(jī)可減少拖拉機(jī)作業(yè)次數(shù)，既提高了作業(yè)效率又減少了油耗。該機(jī)適合于我國(guó)大面積平原水稻生產(chǎn)的整地筑埂聯(lián)合作業(yè)，具有結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)效率高、油耗低、作業(yè)質(zhì)量好、替代勞動(dòng)力多、作業(yè)成本低、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)，一機(jī)雙功能，符合當(dāng)前水田機(jī)械發(fā)展的節(jié)本增效新方向。

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