割臺(tái)折疊攪龍的雙軸離合器設(shè)計(jì)

蔣春平

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830026）

0 前言

4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機(jī)的折疊玉米割臺(tái)展開寬度達(dá)到4.43 m，超過道路通行寬度（3.5 m），為此將割臺(tái)設(shè)計(jì)為可折疊結(jié)構(gòu)，分為左、右折疊單元、固定單元3部分。在道路行駛和轉(zhuǎn)場時(shí)機(jī)手操作按鈕，左、右折疊單元可折疊在固定單元上，使總寬度小于3.5 m，滿足道路通行條件。收割時(shí)機(jī)手操作可使割臺(tái)展開，滿足收割要求。

攪龍又叫螺旋推運(yùn)器，是玉米割臺(tái)的輸送機(jī)構(gòu)，將物料軸向推運(yùn)到出口處。

由于攪龍需要在整個(gè)割臺(tái)寬度范圍內(nèi)輸送物料，故割臺(tái)折疊攪龍也分成與折疊割臺(tái)匹配的3段：左、右折疊單元、固定單元，分別固定在折疊割臺(tái)相應(yīng)部位。展開后的3段攪龍成一個(gè)整體，要求3段攪龍上的螺旋葉片銜接處協(xié)調(diào)，旋向相位一致，三段軸可靠結(jié)合傳遞動(dòng)力，和普通不折疊的攪龍功能一樣，能夠可靠完成物料推運(yùn)。

離合器是用于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中將傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)合與分離的一種裝置，在機(jī)械系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用。常用的機(jī)械式離合器有牙嵌式、轉(zhuǎn)鍵式、輪齒式、圓盤摩擦式和圓錐摩擦式等多種。

研究開發(fā)一種割臺(tái)折疊攪龍的雙軸牙嵌式離合器，攪龍展開過程折疊單元的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓周運(yùn)動(dòng)，所以離合器動(dòng)盤定盤結(jié)合時(shí)，靠近旋轉(zhuǎn)中心處先接觸，然后整個(gè)端面逐漸接觸，接觸過程如果牙嵌沒有正好嚙合，需要?jiǎng)颖P有一定的縮回位移量，待轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)到合適位置動(dòng)盤在彈簧力作用下再次伸出，動(dòng)盤定盤的牙嵌嚙合，需要?jiǎng)颖P與軸是間隙配合，動(dòng)盤在軸上能輕松移動(dòng)。

常見的牙嵌離合器又分為矩形牙嵌、三角形牙嵌和梯形牙嵌三種，考慮到結(jié)合的平順性，自鎖可靠，安裝結(jié)構(gòu)和制造方便，選用矩形牙嵌式離合器。

1 折疊攪龍結(jié)構(gòu)及雙軸離合器工作原理 （圖1、2）

圖1 折疊攪龍示意

本割臺(tái)折疊攪龍適用于折疊割臺(tái)，也可根據(jù)需要適當(dāng)改動(dòng)后用于其它超長超大幅寬需要折疊的機(jī)構(gòu)上，攪龍分成三段：左、右折疊單元、固定單元，分別固定在折疊割臺(tái)相應(yīng)部位，跟隨割臺(tái)折疊或者展開。右折疊單元裝有鏈輪，與割臺(tái)體通過鏈條傳遞動(dòng)力。每個(gè)單元都由骨架、托架、牙盤等組成。托架、牙盤、軸承、彈簧等全都安裝在直徑?165攪龍中心管里面，結(jié)構(gòu)非常緊湊，雙軸離合器的可靠性決定了折疊攪龍的性能。

圖2 雙軸攪龍離合器示意

折疊攪龍參數(shù)：

寬度（mm） 展開4 190（折疊后3 120）

直徑（mm）365×165（葉片直徑×中心管直徑）

螺距（mm）370

轉(zhuǎn)速（r/min）184

喂入量（kg/s）10

展開時(shí)，折疊單元與固定單元的主從動(dòng)牙盤同軸對(duì)正，不一定凸起正對(duì)凹陷形成正確牙嵌嚙合關(guān)系，這需要轉(zhuǎn)到唯一合適的位置才能嚙合。相應(yīng)的凹陷比凸起寬，便于實(shí)現(xiàn)嚙合。由圖2主從動(dòng)壓盤正視圖可知，壓盤凸起凹陷不是圓周均布，而是從動(dòng)盤凸起1對(duì)應(yīng)主動(dòng)盤凹陷1，其余的凸起與凹陷也是一一對(duì)應(yīng)，這樣保證了相鄰兩段攪龍螺旋葉片螺旋起止銜接協(xié)調(diào)，相位一致，可靠完成物料推運(yùn)。

展開時(shí)如果主從動(dòng)牙盤凸起對(duì)凸起，這時(shí)需要主動(dòng)盤有一個(gè)軸向縮回移動(dòng)，避免整個(gè)折疊單元頂死不能展開到位，影響工作。同時(shí)展開完成后，攪龍轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)縮回的牙盤在凸起對(duì)準(zhǔn)合適的凹陷時(shí)能夠伸出，完成嚙合。這就需要主動(dòng)牙盤后面有彈簧，在彈簧力作用下伸出，牙盤和軸的聯(lián)接用“六方”間隙配合結(jié)構(gòu)，軸頭六方，牙盤內(nèi)孔六方，這樣牙盤就可以在軸上方便滑動(dòng)，而且傳動(dòng)可靠。這種連接結(jié)構(gòu)加工方便廉價(jià)，比花鍵加工成本低，傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)的可靠性也有保證。折疊是展開的逆向動(dòng)作，離合器隨著折疊單元?jiǎng)幼?，徹底脫開。

由于折疊或展開都是停機(jī)時(shí)操作，不考慮離合器結(jié)合力和脫開摩擦力，而且牙盤為矩形牙嵌，本身就具備自鎖性能，所以僅需計(jì)算校核離合器的轉(zhuǎn)矩是否滿足即可。

2 牙嵌式離合器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

2.1 離合器最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算

離合器最大理論轉(zhuǎn)矩計(jì)算，割臺(tái)攪龍功率P為0.6kW，轉(zhuǎn)速n為183r/min。

由離合器最大理論轉(zhuǎn)矩可求得離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩Tc：

式中，kA為工作情況系數(shù)，考慮到離合器轉(zhuǎn)矩變化較小，故取kA=1.4。

2.2 離合器能傳遞的最大扭矩

式中Zp—— 軸的抗扭截面模量（m3），Zp＝0.2d3；d——軸直徑（m），考慮到需要合適尺寸的軸承裝入攪龍筒內(nèi)，設(shè)計(jì)的軸直徑為0.03 m；［τ］—— 軸材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa），軸需要與材質(zhì)Q235的攪龍筒焊接，故采用 30號(hào)鋼，?。郐樱?30 MPa。

Ta（129.6）＞Tc（43.8），可見，離合器能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩大于最大計(jì)算轉(zhuǎn)矩，并有很大的儲(chǔ)備值。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）三段攪龍連接成整體，與普通攪龍性能相同，能完成物料推運(yùn)。攪龍推運(yùn)物料依靠的是螺旋葉片，螺旋葉片在推運(yùn)方向必須連續(xù)一致，這就要求三段攪龍的螺旋葉片必須保證一致性，離合器主從動(dòng)牙盤唯一正確的嚙合關(guān)系保證了螺旋葉片的一致性。

（2）折疊或展開時(shí)主從動(dòng)牙盤能夠輕松脫開和可靠結(jié)合，依靠主從動(dòng)牙盤的牙嵌嚙合關(guān)系和彈簧的位移補(bǔ)償滿足結(jié)合傳動(dòng)需求。

4 使用情況

2017年9月27日至11月10日，該割臺(tái)樣機(jī)在新疆伊犁清水河鎮(zhèn)間歇工作20余天，收割約135 hm2玉米，收割工作穩(wěn)定，攪龍折疊展開可靠，滿足使用要求，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，國家項(xiàng)目組驗(yàn)收合格，并獲得當(dāng)?shù)厝罕娬J(rèn)可。