小型水田耕耙平地機輔助機構(gòu)原理分析與方案設(shè)計

范永鋒 崔新德 房燦松

摘 要：小型水田耕耙平地機的輔助機構(gòu)包括懸掛機構(gòu)、罩殼、托平板等部分，本章將小型耕耙平地機輔助機構(gòu)的原理進行分析，進而提出設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：小型水田，機構(gòu)原理，方案設(shè)計

一、 小型水田耕耙平地機輔助機構(gòu)概述

懸掛機構(gòu)是本論文結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要部分，現(xiàn)對以往的旋耕機的懸掛機構(gòu)進行簡單介紹。以往的旋耕機與拖拉機的掛接有三點懸掛、直接連接和牽引三種形式，我國目前采用前兩種連接方式。

1.1 三點懸掛機構(gòu)概述

三點懸掛式旋耕機的懸掛及升降與鏵式犁相同，由拖拉機動力輸出軸驅(qū)動，經(jīng)傳動箱減速后帶動刀軸工作。三點懸掛的機架由懸掛架、左右主梁、齒輪箱、和側(cè)板構(gòu)成。懸掛架式旋耕機和拖拉機三點懸掛機構(gòu)連接的主要部件，由左右懸掛板、懸掛銷、懸掛撐桿等機件組成，用拖拉機的液壓升降機構(gòu)來控制旋耕機的提升、入土和調(diào)節(jié)耕深。

農(nóng)用拖拉機作為一種行走式動力機械，由懸掛機構(gòu)連接農(nóng)機具進行多種田間作業(yè)。多年來有關(guān)拖拉機懸掛機構(gòu)各構(gòu)件的速度特性、力學特性等方面的研究與實踐為其結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)，然而對如何充分發(fā)揮懸掛機構(gòu)提升能力的研究較少雖然懸掛機構(gòu)各桿件的尺寸對機構(gòu)的運動和受力都有很大影響，但提升桿下端與下拉桿的鉸接點位置影響自油缸 到懸掛軸之間的杠桿傳動比，是影響懸掛機構(gòu)最大提升能力（垂直吊重）和提升行程的關(guān)鍵因素目前通常采用“下拉桿中點稍后偏位置作為提升桿與下拉桿鉸接點”的設(shè)計原則，以科學合理地確定提升桿與下拉桿鉸接點位置，最大限度發(fā)揮懸掛機構(gòu)的提升能力及獲得合理的提升行程[1]。

三點懸掛就是第一個鉸鏈點和第二個鉸鏈點將左、右縱拉桿分別固定在下軸的兩個鉸鏈上，第三個鉸鏈點是中央拉桿在上軸的固定點。它只允許農(nóng)具相對于拖拉機行走的軌跡有很小的偏擺，此種連接方式適用于作業(yè)直線度要求較高的農(nóng)具，如中耕機、播種機等。三點懸掛可分為中間齒輪傳動、側(cè)邊齒輪傳動和側(cè)邊鏈條傳動三種形式[2]。

直接連接式旋耕機主要用于與手扶拖拉機配套，一般是將手扶拖拉機的變速箱后蓋取下來，然后將旋耕機減速箱與拖拉機變速箱用螺栓連接在一起，動力由拖拉機變速箱犁的齒輪直接傳給旋耕機的齒輪，以驅(qū)動旋耕機運轉(zhuǎn)。

直接連接式旋耕機根據(jù)傳動形式可分為側(cè)邊齒輪傳動和側(cè)邊鏈條傳動兩種形式。近年來，由于手扶拖拉機的應用逐漸減少，對于與手扶拖拉機配套的耕耘機械的研究也比較少。但是在一些大型輪式拖拉機不宜進入的地段，手扶拖拉機所具有其小巧、輕便的特點就充分的發(fā)揮出來了。因此手扶拖拉機在南方土地較少、不利于輪式拖拉機作業(yè)的地區(qū)和北方的大棚中還有一定的應用價值。

二、小型水田耕耙平地機輔助機構(gòu)原理分析

2.1 小型水田耕耙平地機的原理

根據(jù)以上小型水田耕耙平地機的工作原理的示意圖計算機構(gòu)自由度，機構(gòu)的自由度計算公式為

F=3N-2PL-PH （2.1）

式中：N—活動構(gòu)件的個數(shù)；

PL—低副的個數(shù)；

PH—高副的個數(shù)。

計算得到此機構(gòu)的自由度為

F=3×5-2×7=1

機構(gòu)自由度F、原動件的數(shù)目與機構(gòu)運動特性有著密切的關(guān)系：

（1） F≤0，機構(gòu)蛻化為剛性桁架，構(gòu)件間不能產(chǎn)生相對運動。

（2） F>0時，原動件數(shù)大于機構(gòu)自由度，機構(gòu)遭到破壞；原動件數(shù)小于機構(gòu)自由度，機構(gòu)運動不能確定；只有當原動件數(shù)等于機構(gòu)自由度時，機構(gòu)才具有確定的運動。

小型水田耕耙平地機的原動件為手扶拖拉機的動力輸出軸，原動件數(shù)等于機構(gòu)自由度數(shù)，說明小型水田耕耙平地機的運動確定。

2.2 小型水田耕耙平地機機架的原理

一般要求懸掛裝置應具有：

（1）使農(nóng)具在沒有強制性外力的作用下靠其自重能在較短距離內(nèi)迅速入土，達到預定的耕深。耕深、耕幅能保持穩(wěn)定。

（2）使農(nóng)具在運輸、提升位置時，應有足夠的離地高度，保證拖拉機懸掛機組具有良好的通過性。

（3）保證農(nóng)具在耕作位置時具有必要的橫向擺動量，以滿足拖拉機直線行駛穩(wěn)定性的要求，但在農(nóng)具處于提升位置時則應限制橫向搖動。

但由于手扶拖拉機縱梁下方空間狹小的特殊性，小型水田耕耙平地機的懸掛裝置有其特殊性。懸掛機構(gòu)應該保證耕耙平地機安全、穩(wěn)定地懸吊與手扶拖拉機縱梁的下方，這是設(shè)計本設(shè)計中懸掛機構(gòu)設(shè)計的主要原則。

根據(jù)自由度的計算公式F=3N-2PL-PH得到機架的自由度為

F=3×2-2×4=-2

由于機架的自由度F=-2≤0，機構(gòu)蛻化為剛性桁架，構(gòu)件間不能產(chǎn)生相對運動。因此，小型耕耙平地機機架的設(shè)計原則為保證耕耙機的整體懸掛的穩(wěn)定性。根據(jù)這一設(shè)計原則設(shè)計小型耕耙平地機機架。由于縱梁下方空間狹小，上圖中的各桿件的形狀將有所彎曲，各桿件的彎曲角度將在設(shè)計過程中根據(jù)實際情況進行設(shè)定[3]。

2.3 小型水田耕耙平地機罩殼的原理及設(shè)計方案

罩殼部分由上罩板、側(cè)板、后罩板、壓緊機構(gòu)支臂、壓緊彈簧等部分組成。殼體既是安全部件，又是一個刮平泥漿和掩埋稻茬的工作部件。殼體總成既可以繞懸掛銷左右擺動，又可以繞長軸上下，前后擺動，有效的防止泥漿的拖堆和堵塞。罩殼能起到擋住被刀片拋出的土塊得到再次的破碎，并使耕后的地表平整，改善勞動條件和保證操作安全的作用。壓緊彈簧在受載式能產(chǎn)生較大的彈性變形，把機械能或動能轉(zhuǎn)化為變形能，而載后彈簧的變形消失并回復原狀，將變形能轉(zhuǎn)化為機械功或動能。通過這種能量的轉(zhuǎn)化，保護耕耙平地機其他部分的工作安全。在設(shè)計過程中應該根據(jù)傳動刀軸的大小和耕寬設(shè)計殼體的具體尺寸進行設(shè)計。罩殼的設(shè)計將參考現(xiàn)有旋耕機的設(shè)計，并根據(jù)具體的設(shè)計要求進行修改。

2.4 小型水田耕耙平地機托平板的原理及設(shè)計方案

拖平板系統(tǒng)主要由拖平板、壓茬彈齒、左右小拖平板、控制拖平強度的腳踏管等組成。它可以繞水平的鉸鏈軸上下擺動，由此完成對耙后泥漿的平整作業(yè)。

由于手扶拖拉機沒有液壓系統(tǒng)，導致其沒有自動控制耕耙平地機選掛高度的懸掛系統(tǒng)，無法自動調(diào)節(jié)托平強度。為控制水田耕耙平地機的托平強度，在托平板系統(tǒng)中增加的腳踏管部分，是駕駛員在操作過程中根據(jù)工作經(jīng)驗控制托平強度。

另外由于手扶拖拉機尾輪存在與水田耕耙平地機工作方向的后方，將對托平板的作業(yè)效果產(chǎn)生影響，再設(shè)計過程中也應充分考慮。其中主要是托平板下方形狀的設(shè)計，初步確定為鋸齒形式，鋸齒形狀為梯形，中間位于手扶拖拉機尾輪前方的部分全部掏空。

本文通過對小型水田耕耙平地機輔助機構(gòu)的原理的分析，并根據(jù)手扶拖拉機的特點，確定了基本的設(shè)計方案，即懸掛方式為縱梁后懸掛，同時確定了托平板的形式，輔助機構(gòu)各部分的具體尺寸將根據(jù)設(shè)計要求進行修改。

參考文獻：

[1] 李增宏.耕機的類型和構(gòu)架的研究推廣分析[J].北京：農(nóng)業(yè)機械學報，1985，12：25-26.