一種液壓翻轉(zhuǎn)犁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

徐立偉 翟滕子

摘要：介紹國(guó)內(nèi)外液壓翻轉(zhuǎn)犁的研究與發(fā)展現(xiàn)狀，分析液壓翻轉(zhuǎn)犁在應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出一種新型的液壓翻轉(zhuǎn)犁。闡述液壓翻轉(zhuǎn)犁的工作原理與結(jié)構(gòu)組成，對(duì)主要部件進(jìn)行分析與計(jì)算，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。該設(shè)計(jì)為液壓翻轉(zhuǎn)犁的發(fā)展提供了新思路。

關(guān)鍵詞：液壓翻轉(zhuǎn)犁；結(jié)構(gòu)；原理；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：S222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2018）04-0019-03

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械中耕地機(jī)械種類(lèi)繁多，包括犁、旋耕機(jī)、機(jī)耕船、深松機(jī)等。其中，犁的類(lèi)型很多，按用途可分為通用犁、復(fù)式犁、雙向犁、開(kāi)溝犁等，按動(dòng)力可分為半懸掛式、懸掛式、牽引式犁等。相比于普通鏵式犁只可向一個(gè)方向翻垡，液壓翻轉(zhuǎn)犁可以向左右兩個(gè)方向翻土。翻轉(zhuǎn)犁具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、作業(yè)效率高、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。國(guó)外對(duì)翻轉(zhuǎn)犁的研究已經(jīng)成熟，美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家在翻轉(zhuǎn)犁的設(shè)計(jì)及應(yīng)用方面居于世界前列，早在1905年德國(guó)雷肯農(nóng)機(jī)公司就獲得了世界上第一個(gè)犁具的專(zhuān)利，而我國(guó)對(duì)液壓翻轉(zhuǎn)犁的研究相對(duì)落后。本課題結(jié)合國(guó)內(nèi)外液壓翻轉(zhuǎn)犁的設(shè)計(jì)思路，研制出一種新型的液壓翻轉(zhuǎn)犁裝置。

1 新型液壓翻轉(zhuǎn)犁的結(jié)構(gòu)組成與工作原理

新型液壓翻轉(zhuǎn)犁主要由犁架、犁體、犁柱、限深輪、翻轉(zhuǎn)液壓缸、牽引架等組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

新型液壓翻轉(zhuǎn)犁與拖拉機(jī)配套使用。由雙聯(lián)分配器控制犁的翻轉(zhuǎn)，通過(guò)油缸中活塞桿的伸長(zhǎng)和縮短來(lái)帶動(dòng)犁架上正反向犁體作水平面內(nèi)的垂直翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，來(lái)回交換直至更換到工作位置。工作前，由拖拉機(jī)和行走輪將翻轉(zhuǎn)犁懸空運(yùn)到農(nóng)田，進(jìn)入農(nóng)田后可以卸下行走輪。工作時(shí)，機(jī)組在往返行程中，土垡均朝一個(gè)方向翻轉(zhuǎn)，耕作之后地表干凈整齊，沒(méi)有普通犁耕地時(shí)形成的溝和梗，在地頭轉(zhuǎn)彎時(shí)空行少，工作效率高，對(duì)于小地塊和不規(guī)則地塊也具有優(yōu)越性。

2 主要部件的設(shè)計(jì)

2.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是一個(gè)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，其翻轉(zhuǎn)角度在0～180 °之間。當(dāng)犁處于向左翻垡的工作位置時(shí)，活塞桿處于最大的伸長(zhǎng)狀態(tài)。當(dāng)犁在地頭拐彎時(shí)，操縱分配器閥會(huì)使活塞桿縮短，并帶動(dòng)犁梁向上翻轉(zhuǎn)。當(dāng)犁梁連同犁體轉(zhuǎn)至近90 °時(shí)，活塞縮至最短，滾柱進(jìn)入換向叉內(nèi)，同時(shí)帶動(dòng)分配閥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，直至犁梁銷(xiāo)稍轉(zhuǎn)過(guò)90 °后，油路即改變方向，活塞桿開(kāi)始伸長(zhǎng)，犁梁繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)觸及到止動(dòng)螺釘時(shí)即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就使犁處于向右翻垡的工作位置。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理如圖2所示。

2.2 犁架

犁架通過(guò)翻轉(zhuǎn)軸與懸掛裝置相連接，其主要作用是使犁體固定、傳遞動(dòng)力，以保證犁體的正常工作。選用梯形整體、采用低合金鋼高頻焊接的矩形薄壁管框架式犁架，材料為16Mn，用材少、質(zhì)量輕，可以承受液壓翻轉(zhuǎn)犁的外載荷，抗彎性能好，抗扭能力強(qiáng)。犁架的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.3 掛接裝置

翻轉(zhuǎn)犁與拖拉機(jī)通過(guò)懸掛機(jī)構(gòu)結(jié)成一個(gè)懸掛犁機(jī)組，進(jìn)行耕地作業(yè)。采用三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)，懸掛參數(shù)包括下懸掛軸至犁體支持面的距離、上下懸掛點(diǎn)的距離即犁架立柱的長(zhǎng)度、懸掛軸的長(zhǎng)度及兩下懸掛點(diǎn)與犁梁的相對(duì)位置。掛接裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.4 犁體

犁體是液壓翻轉(zhuǎn)犁的主要工作部件，其作用是松動(dòng)土壤，使土壤翻轉(zhuǎn)破碎，覆蓋地表面上的殘留和雜草。犁體由犁柱、犁壁、犁側(cè)板、犁壁支柱組成（如圖5所示），根據(jù)各部分在工作中的受力情況，犁壁選用軋制的40Cr材料，犁柱、犁側(cè)板及犁壁支桿選用45鋼材料。

提高犁的生產(chǎn)率一般采取提高犁耕速度或增加耕作幅寬的方式。在拖拉機(jī)功率相同的條件下，提高耕作速度比增加耕作幅寬更加有益。因?yàn)樘岣咚俣瓤梢圆捎谜?，使成本降低；同時(shí)，可以選擇配套輕型的拖拉機(jī)來(lái)降低輪胎的下陷量，使?jié)L動(dòng)阻力大大降低，也使土壤的壓實(shí)和破壞力大大減?。淮送?，窄幅犁機(jī)組有較好的機(jī)動(dòng)性和對(duì)不平地表的配合性能。犁耕速度與阻力關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式為：

=0.83+0.007V2

式中：V為犁耕速度；PV為速度為V時(shí)的牽引阻力；P為額定速度（4.83 km/h）時(shí)的牽引阻力。

由經(jīng)驗(yàn)公式可以看出：隨著速度的提高，平均牽引阻力逐漸增大；當(dāng)速度超過(guò)額定速度后，平均牽引阻力增大幅度增長(zhǎng)很快。因此，對(duì)犁體有兩點(diǎn)要求：一是犁的牽引力不可以急速增大過(guò)多；二是犁溝的狀態(tài)應(yīng)接近作業(yè)質(zhì)量好的犁溝形狀，側(cè)拋距離不能過(guò)遠(yuǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

在介紹國(guó)內(nèi)外液壓翻轉(zhuǎn)犁技術(shù)現(xiàn)狀和分析已有液壓翻轉(zhuǎn)犁應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種新型的液壓翻轉(zhuǎn)犁，可為液壓翻轉(zhuǎn)犁在我國(guó)的發(fā)展及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供參考。

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