中型水田耕耙平地機(jī)旋耕刀系統(tǒng)原理分析及方案設(shè)計(jì)

崔新德 房燦松 范永鋒

摘 要：本文主要對中型水田耕耙平地機(jī)旋耕刀系統(tǒng)進(jìn)行原理分析，對應(yīng)用在中間傳動(dòng)及側(cè)邊傳動(dòng)兩種典型的水田耕耙平地機(jī)傳動(dòng)方式下的旋耕刀系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，分析了各自旋耕刀排列的優(yōu)缺點(diǎn)并對不足之處提出了改進(jìn)，為得到合理的設(shè)計(jì)方案做好準(zhǔn)備。

中型水田耕耙平地機(jī)是應(yīng)用40馬力拖拉機(jī)進(jìn)行水田耕、耙和平整地一體的農(nóng)業(yè)機(jī)械。在水稻原茬泡田地上作業(yè)兩遍即可完成耕喧、碎土、打漿、壓茬、平地聯(lián)合作業(yè)（在以翻泡田地上作業(yè)一次即可），作業(yè)質(zhì)量可達(dá)到水田插秧前的精細(xì)整地的要求[1]。

本旋耕刀系統(tǒng)的工作原理是依靠中間傳動(dòng)的齒輪箱輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)連接在它兩端的刀軸帶動(dòng)并旋轉(zhuǎn)，使得刀軸上的刀片不停旋轉(zhuǎn)以連續(xù)不斷地切削土壤，并將切下的土塊向后拋擲與擋泥罩板及平土拖板相撞擊，使土壤進(jìn)一步破碎后再落到地面。

刀輥的組成：刀輥主要由刀片，刀座，刀軸組成。它是旋耕機(jī)的主要工作部件，刀片形狀及其排列形式直接影響了旋耕機(jī)的工作性能。

1、刀軸

是指帶動(dòng)刀座上安裝的刀片旋轉(zhuǎn)的軸，包括了左右軸頭和中間的刀輥軸。刀輥半徑是指刀軸回轉(zhuǎn)中心到刀片端點(diǎn)的距離。刀輥半徑的確定主要根據(jù)旋耕作業(yè)作業(yè)要求達(dá)到的最大耕深；也要考慮到根據(jù)刀的排列以及每把刀的受力分析確定刀軸危險(xiǎn)截面以確定刀軸的最小尺寸，該最小尺寸為刀軸軸頭最小尺寸。根據(jù)現(xiàn)有的旋耕機(jī)刀軸設(shè)計(jì)，通常是一根軸的兩端為兩個(gè)實(shí)心軸頭，焊接彎刀的部分為空心軸，該設(shè)計(jì)在下面的第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有更細(xì)致的說明。這樣，在滿足耕深要求和結(jié)構(gòu)允許的前提下，刀輥半徑應(yīng)設(shè)計(jì)的盡量小些，使刀片端點(diǎn)的圓周速度不致過大，避免增加旋耕功率的消耗，同時(shí)也可使整個(gè)旋耕機(jī)的結(jié)構(gòu)比較緊湊，減輕整機(jī)重量[2]。

2、刀片

刀片是用螺栓固定在刀座上，刀座是按螺旋線排列，焊接在刀軸上，隨刀軸一起旋轉(zhuǎn)，起著切碎土垡的作用。刀片有鑿型和“L”形兩類。由于鑿形刀易纏草故適用于無草莖的疏松土壤和熟地上耕作。“L”形刀有直角刀、沼澤刀和彎刀等幾種。由于彎刀刃口有較大的滑切角τ，所以不易纏草，有關(guān)于滑切角τ會在下文有介紹。

兩種彎刀分別為 R245系列的左右彎刀，它們適用于馬力較小的小型拖拉機(jī)的旋耕機(jī)，而本設(shè)計(jì)所需要的彎刀需要更大的彎折角度，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，采用 R260系列彎刀。

3、刀的排列

現(xiàn)有的刀片排列都是按照如下原理排列：

（1）在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，若配置兩把以上的刀片，要求每切割小區(qū)內(nèi)幾把彎刀的切土量相近，以保證碎土質(zhì)量好，耕后溝底平整。

（2）刀軸回轉(zhuǎn)一周過程中，刀軸每轉(zhuǎn)過一個(gè)相等的角度，在同一相位角，必須是一把彎刀入土，使扭矩較為均衡、減少扭矩波動(dòng)幅度，保證工作穩(wěn)定性和刀軸負(fù)荷均勻。

（3）軸向相鄰刀齒間距，以不產(chǎn)生漏耕帶為原則，一般均大于單刀幅寬。

（4）左彎刀片和右彎刀片應(yīng)交替入土，使刀軸兩端的軸承所受的側(cè)壓力平衡，以減少旋耕刀對旋耕機(jī)重心的轉(zhuǎn)矩，保持旋耕機(jī)組工作時(shí)的直線型。

（5）相繼入土的刀片在刀軸上的軸向距離越大越好，盡可能地增大軸向相鄰兩彎刀之間的夾角，以避免發(fā)生干擾或堵塞。為滿足以上要求，現(xiàn)有的旋耕機(jī)刀片一般采用雙螺旋線規(guī)則排列，還必須是相鄰兩刀片在軸向距離和徑向的角度差（也叫相位差）方面，保持一個(gè)適宜的數(shù)值，同時(shí)還應(yīng)使左右彎向刀片的入土順序交錯(cuò)進(jìn)行，對稱地入土。圖就表示刀片在軸上相互錯(cuò)開的角度及刀軸旋轉(zhuǎn)時(shí)刀片的入土順序[3]。

該旋耕刀系統(tǒng)是應(yīng)用在側(cè)邊傳動(dòng)的旋耕機(jī)上，而且只有一根刀軸，這種設(shè)計(jì)方法適用于較小馬力的拖拉機(jī)上，該設(shè)計(jì)能夠承受較小的載荷，安裝刀數(shù)較少因此安裝方法較為簡單，但是由于單根軸的設(shè)計(jì)會因軸向受力不均勻，而導(dǎo)致緒論中涉及到的耕后土表不均勻和機(jī)器抖動(dòng)等現(xiàn)象。

本設(shè)計(jì)由于應(yīng)用在40馬力拖拉機(jī)上，而且有較大耕幅，所以初步設(shè)計(jì)為兩根刀軸并應(yīng)用于中間傳動(dòng)系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)提供了可靠性參考，這樣的設(shè)計(jì)由于雙根軸刀片的對稱排列使得機(jī)器減少抖動(dòng)，避免了土表耕后不均的現(xiàn)象。

除此之外，每根刀軸上有兩條螺旋線，并且彼此是不連續(xù)的，左右彎刀分別安裝在螺旋線上。通過兩根刀軸對稱分布的兩條螺旋線，使得刀軸每旋轉(zhuǎn)一周能有兩把刀入土，大大提高了原來一把刀入土的工作效率。但由于刀數(shù)增加，因此需要通過計(jì)算確定刀的最合理數(shù)量。

4、漏耕

中間傳動(dòng)旋耕機(jī)的傳動(dòng)箱設(shè)在刀軸中間，有一定寬度，刀片旋轉(zhuǎn)工作室要讓開箱體，為保證安全，還要求刀片與箱體之間保留一定的間隙。因此，箱體寬度和這個(gè)間隙就構(gòu)成了耕地時(shí)的漏耕地段。因此需安裝消除漏耕的裝置。消除漏耕裝置有兩類，一種是在箱體下部安裝犁鏟之類的工作部件，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但消除漏耕的質(zhì)量不夠理想。犁鏟類的的消除漏耕裝置有多種不同形式的結(jié)構(gòu)，其中以竄垡犁的結(jié)構(gòu)形式較好。

另一種是在刀軸上安裝特殊結(jié)構(gòu)的刀座和刀片，當(dāng)?shù)遁S旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀片既能切割箱體下部的土壤又能讓開箱體，不和箱體相碰。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造較困難。

本設(shè)計(jì)采用了類似第一種防止漏耕的方法，即將防止漏耕裝置焊接或者用螺栓固定在中間的箱體下端，由于現(xiàn)在的竄垡犁設(shè)計(jì)已經(jīng)成型，所以無需改進(jìn)，只需對它的加工工藝分析注意，即可投入正常使用中。

結(jié)論

本章通過對中型水田耕耙平地機(jī)旋耕刀系統(tǒng)的原理分析，可以看到單根軸側(cè)邊傳動(dòng)排列方式與兩根軸中間傳動(dòng)排列方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)應(yīng)用在40馬力的拖拉機(jī)上，耕幅要求更是為2.6米，因此中間傳動(dòng)的旋耕刀排列方式要比側(cè)邊傳動(dòng)的排列方式更貼近課題，除此，還要改進(jìn)現(xiàn)有的旋耕刀排列缺陷，采用雙軸雙螺旋線旋耕刀不對稱式排列，改變現(xiàn)有的同一時(shí)刻同一相位角入土刀數(shù)，提高工作效率和減少耕作中出現(xiàn)的一些問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孔令德 張認(rèn)成.旋耕刀研究的現(xiàn)狀與展望[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào).1997.18（3）.6

[2] 旋耕機(jī)[M].江蘇科學(xué)技術(shù)出版社.1979.6

[3] 高麗紅.旋耕刀的設(shè)計(jì)及排列淺析[J].機(jī)械管理開發(fā).2007.2