溫室大棚動(dòng)力底盤的設(shè)計(jì)

劉麗敏，呂美巧，劉云斌

（1.浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華 321017；3.金華技師學(xué)院，浙江 金華 321017）

溫室大棚動(dòng)力底盤的設(shè)計(jì)

劉麗敏1，呂美巧2，劉云斌3

（1.浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華 321017；3.金華技師學(xué)院，浙江 金華 321017）

隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國(guó)溫室大棚種植面積大幅提高。面對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)人口的老齡化，研制了一款大棚動(dòng)力底盤，解決了傳統(tǒng)溫室大棚缺少動(dòng)力機(jī)械。文章通過懸掛旋耕機(jī)為例進(jìn)行分析，驗(yàn)證了本樣機(jī)的動(dòng)力性能。

溫室大棚；動(dòng)力底盤；旋耕

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，大棚蔬菜、花卉、苗木種植的面積在最近幾年里，有大幅度的增長(zhǎng)，也是我國(guó)農(nóng)業(yè)向高科技農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)邁進(jìn)的重要一步。但由于受成本、技術(shù)等各方面的限制，現(xiàn)階段農(nóng)村較普遍的大棚依然以鋼架或毛竹大棚為主。棚型以棚寬6m、頂高2.2～2.5m，肩高1.2m和棚寬8m、頂高3.2～3.5m，肩高1.8m兩類為主。在這些大棚中，日常的植保和翻耕、中耕還是以最原始的鋤頭為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大。雖然這幾年田園管理機(jī)得到了快速發(fā)展，很多大棚和蔬菜地也采用了田園管理機(jī)的機(jī)械作業(yè)，但市場(chǎng)上的田園管理機(jī)都是手扶式的，且工作輪就是行走輪或只有兩個(gè)輪子支承行走，勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性差、操作性不可靠，每年都有傷人的報(bào)告。隨著我國(guó)人口老齡化的到來，目前在農(nóng)村從事農(nóng)業(yè)勞動(dòng)的以年老者居多。針對(duì)溫室大棚狹小空間、可操作性、安全性高的管理作業(yè)要求，研制了一種針對(duì)溫室大棚管理的高地隙大棚動(dòng)力底盤，合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及動(dòng)力輸出方式，以匹配相關(guān)作業(yè)機(jī)具，完成旋耕、犁地、耙地以及收獲和短途運(yùn)輸?shù)葴厥掖笈锕芾碜鳂I(yè)項(xiàng)目。

1 總體結(jié)構(gòu)方案

（1）基本結(jié)構(gòu)。溫室大棚動(dòng)力底盤主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)架、變速箱、液壓系統(tǒng)和工作機(jī)構(gòu)等組成，如圖1所示。

1.發(fā)動(dòng)機(jī)；2.離合器；3.主變速箱；4.方向盤；5.變速桿；6.液壓操縱桿；7.座椅；8.提升液壓缸；9.后輪；10.工作輸出軸；11.副變速箱；12.機(jī)架；13.傳動(dòng)箱；14.前輪

本動(dòng)力底盤在作業(yè)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過濕式離合器與主變速箱連接，經(jīng)變速箱減速后，分成三路分別輸出。一路通過齒輪傳動(dòng)到前驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)前輪；一路通過萬向節(jié)傳動(dòng)軸輸入副變速箱，通過副變速箱的變速后，驅(qū)動(dòng)后輪軸，驅(qū)動(dòng)后輪，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力底盤的四驅(qū)自走式作業(yè)；一路動(dòng)力通過傳動(dòng)軸輸出，輸送給搭配的作業(yè)機(jī)具使用。在副變速箱中，有空擋位，可隨時(shí)切斷后驅(qū)的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)四驅(qū)與兩驅(qū)之間的切換。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸上加裝了一對(duì)皮帶輪，以帶動(dòng)齒輪泵工作，為液壓轉(zhuǎn)向與液壓提升提供動(dòng)力支持。本動(dòng)力底盤可以掛接旋耕、犁耕、耙、運(yùn)輸斗各種農(nóng)機(jī)具，滿足大棚生產(chǎn)的需要。

（2）技術(shù)參數(shù)。配套動(dòng)力：7.5kW；主機(jī)外形尺寸：1700 ×850×1000mm；動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速：330rpm。旋耕幅寬：600mm；耙地幅寬640mm；運(yùn)輸載重：500kg；離地間隙：

300 mm；輪距：700mm。

2 傳動(dòng)與行走系設(shè)計(jì)

（1）傳動(dòng)系。傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，是本機(jī)的主要特點(diǎn)之一。本機(jī)在傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)了主變速箱和副變速箱兩部分，主要是為了實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)與四驅(qū)的切換。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸入主變速箱，經(jīng)減速后，分成三路輸出，一路驅(qū)動(dòng)前驅(qū)軸，一路驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)，一路驅(qū)動(dòng)后輪軸。驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)的輸出軸為了方便搭配相應(yīng)的農(nóng)機(jī)具，為恒定的輸出速度，以及通用的對(duì)接口。在副變速箱部分，副變速箱上有兩檔位，一檔為空擋，一檔為驅(qū)動(dòng)檔。當(dāng)副變速箱換擋進(jìn)入空擋時(shí)，動(dòng)力底盤成為兩輪前驅(qū)底盤；當(dāng)副變速箱換擋進(jìn)入驅(qū)動(dòng)擋時(shí)，動(dòng)力底盤成為四驅(qū)底盤，以提高動(dòng)力底盤在大棚中的機(jī)動(dòng)性和節(jié)能性。

（2）行走系。行走系主要由機(jī)架、前后橋、前后傳動(dòng)鏈條和懸架等組成。為了在傳統(tǒng)大棚的狹小空間里，實(shí)現(xiàn)中耕管理的需求。本動(dòng)力底盤采用了高地隙的設(shè)計(jì)方案。在機(jī)身總高低于1000mm的情況下，離地地隙為300mm。鏈傳動(dòng)適用環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合使用，而農(nóng)業(yè)機(jī)械由于使用的場(chǎng)合條件較為復(fù)雜，且傳動(dòng)的力矩較大，故采用了鏈條傳動(dòng)，鏈條盒的形式提高離地地隙。

輪距和離地間隙的確定。通過對(duì)傳統(tǒng)鋼架大棚種植模式和農(nóng)戶需求的調(diào)查研究，在大棚棚寬6m以及相應(yīng)的種植農(nóng)藝要求和實(shí)際的加工工藝要求，根據(jù)最小轉(zhuǎn)向半徑公式：

Rmin=Lcotαmax+M/2 （1）

其中：L為拖拉機(jī)軸距（m）；M為左右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷中心線與地面交點(diǎn)間距離（m）；αmax為內(nèi)前輪最大偏轉(zhuǎn)角（°）。

計(jì)算確定輪距為700mm。綜合考慮動(dòng)力底盤行駛穩(wěn)定性和中耕管理、提高農(nóng)機(jī)具使用率等因素后，確定離地間隙為300mm左右。

3 懸掛做業(yè)機(jī)后底盤性能分析

牽引力分析計(jì)算。動(dòng)力底盤配套機(jī)具以質(zhì)量70kg的旋耕機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析。在提供作業(yè)機(jī)具足夠的動(dòng)力前提下，要有足夠的牽引力，以克服農(nóng)具作業(yè)時(shí)的工作阻力，同時(shí)儲(chǔ)備10%～20%的功率，以應(yīng)付使用工作過程中農(nóng)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜情況。但考慮到此試制為試驗(yàn)樣機(jī)，在試制過程中，很多加工工藝未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故留出大約30%～40%的功率，以抵損傳動(dòng)中的功率損耗。

動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)配套農(nóng)具的功率表達(dá)式為：式中：Pdmax為高地隙果園動(dòng)力地盤最大動(dòng)力輸出軸功率（kW）；Pn為配套農(nóng)具平均消耗功率（kW）；Gs為動(dòng)力底盤的使用重量（N）；fv為動(dòng)力底盤的滾動(dòng)阻力系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算得，本高地隙果園動(dòng)力底盤掛接農(nóng)機(jī)具（旋耕機(jī)）工作時(shí)消耗的平均功率占總功率的57%。樣機(jī)中功率分配較合理，但在加工工藝改進(jìn)后，還有進(jìn)一步提升的空間。

4 試驗(yàn)與結(jié)論

在樣機(jī)試制完成后，課題組對(duì)研究進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)情況如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 旋耕試驗(yàn)

圖2 犁耕起壟試驗(yàn)

圖3 試驗(yàn)效果圖

樣機(jī)試驗(yàn)經(jīng)測(cè)試后，其純生產(chǎn)率可達(dá)旋耕：≥667m2/h；耙地：≥667m2/h；犁田（起壟）：≥333m2/h，已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。配套農(nóng)機(jī)具能完成旋耕、起壟、耙地等多項(xiàng)作業(yè)要求。性能試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的大棚動(dòng)力底盤動(dòng)作靈活、操作方便，更換農(nóng)機(jī)具3min左右能完成，一機(jī)多用，適用于鋼架大棚的管理耕種等作業(yè)。

［1］陳志.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）［M］．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［2］范瑤，劉俊峰，李建平.高地隙果園動(dòng)力底盤的設(shè)計(jì)［J］．農(nóng)機(jī)化研究，2013，（4）：94．

Design of Greenhouses Power Chassis

LIU Li-min1，LV Mei-qiao2，LIU Yun-bin3
（1.Zhejiang Economics Vocational and Technical College，Hangzhou，Zhejiang 310018，China；2.Jinhua Vocational and Technical College，Jinhua，Zhejiang 321017，China；3.Jinhua Technician College，Jinhua，Zhejiang 321017，China）

Along with the adjustment of agricultural structure，greenhouses planting area has been improved in China.In the face of the aging population，the paper intends to develop a greenhouse power chassis so as to solve the lack of power machinery in traditional greenhouses.The paper analyzes hanging rotary cultivator and verifies the dynamic properties of this prototype.

greenhouses；power chassis；rotary tillage

S22

A

2095-980X（2016）10-0037-02

2016-09-15

浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013C32016）。

劉麗敏（1979-），女，浙江義烏人，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械及農(nóng)業(yè)車輛工程。