環(huán)形土槽綜合試驗(yàn)臺設(shè)計

吳澤全，馬 君，劉俊杰，孫先明

（黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150081）

在室內(nèi)土槽利用土槽試驗(yàn)車進(jìn)行農(nóng)機(jī)整機(jī)或部件的性能與可靠性試驗(yàn)，具有不受季節(jié)、氣候、土壤等復(fù)雜環(huán)境或自然因素的影響，試驗(yàn)條件可控，作業(yè)工況可重復(fù)模擬，測控手段先進(jìn)等特點(diǎn)。目前國內(nèi)農(nóng)業(yè)用土槽一般為直線往復(fù)式，試驗(yàn)對象多為較大型的旱田農(nóng)機(jī)具。對于水田機(jī)具或微耕設(shè)備的室內(nèi)試驗(yàn)，直線式土槽并不完全適用，且這類土槽占地較大，長度為30～100m，限制了實(shí)驗(yàn)室場地局促的研發(fā)單位采用。針對這一現(xiàn)狀，結(jié)合水田和小型農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的試驗(yàn)特點(diǎn)，現(xiàn)擬旱地或水田作業(yè)狀況，為各種不同類型作業(yè)裝置提供試驗(yàn)條件可控的土壤平臺。

1 平臺構(gòu)成

為了減少土槽占地，實(shí)現(xiàn)作業(yè)機(jī)具的連續(xù)耕作，土槽設(shè)計成環(huán)形。試驗(yàn)臺主要由環(huán)形土槽試驗(yàn)車、水稻插秧試驗(yàn)臺、旱地移栽試驗(yàn)臺、土壤整理試驗(yàn)臺、液壓氣動系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等部分構(gòu)成。如圖1所示。在環(huán)形土槽外側(cè)呈圓環(huán)形設(shè)計實(shí)驗(yàn)平臺，所有試驗(yàn)機(jī)具、液壓泵站、氣動系統(tǒng)及相關(guān)附屬配件均安裝在該平臺上，采用多套升降裝置以滿足水田、旱田機(jī)具試驗(yàn)和土壤恢復(fù)、鎮(zhèn)壓。土槽槽體材料做防銹處理，下部設(shè)計滲水、排水結(jié)構(gòu)。綜合控制柜安裝在土槽外，方便試驗(yàn)人員觀察、操作和控制，該操作臺可控制試驗(yàn)平臺上所有試驗(yàn)機(jī)具工作及土槽旋轉(zhuǎn)速度，同時采集各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)、各路傳感器信號等。

試驗(yàn)臺主要技術(shù)指標(biāo)為①外徑：5 m；②土槽寬度：0.4 m；③深度：0.4 m；④轉(zhuǎn)速：0～8.7 r/min，無級可調(diào)；⑤驅(qū)動電機(jī)功率：5.5 kW。

1.1 環(huán)形土槽試驗(yàn)車

試驗(yàn)臺由同圓心和等直徑上、下兩層圓形工字鋼軌道和中間尼龍輪組成運(yùn)動副，由變頻電機(jī)驅(qū)動。下層圓形工字鋼軌道固定在地基之上，環(huán)形土槽與上層圓形工字鋼軌道結(jié)合為一剛體，通過中間尼龍輪沿下軌道做圓周運(yùn)動。采用變頻電機(jī)驅(qū)動小齒輪與大內(nèi)齒圈嚙合來驅(qū)動環(huán)形土槽旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速無級可調(diào)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)不丟轉(zhuǎn)，并避免了采用摩擦傳動引起的轉(zhuǎn)數(shù)不穩(wěn)定的弊端。同時針對突發(fā)情況設(shè)計了緊急制動裝置。

圖1 環(huán)形土槽綜合試驗(yàn)臺總體結(jié)構(gòu)

1.2 水稻插秧試驗(yàn)臺

為適應(yīng)我國水稻生產(chǎn)存在類型品種多、土壤水肥條件差異大的特點(diǎn)，插秧機(jī)需要實(shí)現(xiàn)插秧行距可調(diào)，該試驗(yàn)臺可滿足插秧機(jī)設(shè)計中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究需要。試驗(yàn)臺采用0.75kW變頻調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)分插機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)數(shù)的無級調(diào)整。分插機(jī)構(gòu)通過滑座實(shí)現(xiàn)相對于秧箱秧門的前后、上下在規(guī)定范圍無級調(diào)整。秧箱橫向移箱次數(shù)：12、16、18、20、24可調(diào)，縱向送秧量：8～17mm 可調(diào)。箱傾斜角度：45o～65o無級可調(diào)。秧門寬度：14～23mm，可調(diào)。通過為水稻插秧部件研究提供了良好的試驗(yàn)平臺見圖2。

1.3 旱地移栽試驗(yàn)臺

移栽機(jī)特別是缽苗移栽機(jī)將是大幅度提高糧食單產(chǎn)的農(nóng)機(jī)裝備，這方面的機(jī)具已成為當(dāng)前農(nóng)機(jī)研發(fā)熱點(diǎn)。為滿足旱地移栽機(jī)具或作業(yè)部件的系統(tǒng)研究，在土槽平臺上設(shè)計并配備了旱地移栽試驗(yàn)臺，采用1.5kW變頻調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)栽植機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)數(shù)的無級調(diào)整。橫向取苗次數(shù)：6、8、10 可調(diào)。取苗針夾角 20～40°，連續(xù)可調(diào)。為旱地移栽部件研究提供良好的試驗(yàn)平臺，如圖3所示。

圖2 水稻插秧試驗(yàn)臺

圖3 旱地移栽試驗(yàn)臺

1.4 土壤整理試驗(yàn)臺

該試驗(yàn)臺用來實(shí)現(xiàn)土壤條件的恢復(fù)，采用3 kW變頻調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動，通過傳動機(jī)構(gòu)使刀輥旋轉(zhuǎn)，帶動旋耕刀片轉(zhuǎn)動，完成對環(huán)形土槽試驗(yàn)車內(nèi)土壤的切削，通過試驗(yàn)臺后部的鎮(zhèn)壓板進(jìn)行鎮(zhèn)壓，從而完成打碎土塊、均勻摻和、表面平整，達(dá)到旱地移栽或水田栽秧試驗(yàn)的要求，旋耕深度 150～200 mm，耕幅 250～300 mm，轉(zhuǎn)速 200～400 r/min，無級調(diào)速。如圖4所示。

圖4 土壤整理試驗(yàn)臺

1.5 液壓泵站

泵站配套功率37 kW，采用變頻啟動。流量100 L/min，額定壓力16MPa。設(shè)有4路輸出。

1.6 壓縮空氣系統(tǒng)

空壓機(jī)配套功率1.5 kW，配有汽水分離器。流量：160 L/min，額定壓力：0.8 MPa。設(shè)有4路輸出。同時為環(huán)形土槽試驗(yàn)車制動器、齒輪副脫離氣缸提供氣源。

2 結(jié)論

（1）試驗(yàn)臺的環(huán)形設(shè)計形式，結(jié)構(gòu)緊湊，占地小，可重復(fù)模擬旱地或水田作業(yè)狀況，進(jìn)行各種不同類型農(nóng)機(jī)整機(jī)或工作部件的性能試驗(yàn)和連續(xù)作業(yè)可靠性試驗(yàn)。

（2）可方便的實(shí)現(xiàn)水田向旱田作業(yè)模式轉(zhuǎn)換，并設(shè)置三級過濾排水系統(tǒng)，保證排水快速通暢。

（3）針對水田或旱田作業(yè)模式，可進(jìn)行紅壤、黑土等不同土壤的更換。