GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)工作部件的研究設(shè)計(jì)

公衍峰 張媛媛 曹海峰

摘 要：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)馬鈴薯中耕機(jī)械，大多存在的碎土效果不理想、易纏繞堵塞的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)，該機(jī)為馬鈴薯整地和中耕兩用機(jī)械，中耕作業(yè)時(shí)能夠一次性完成壟間松土、碎土、除草及培土。對(duì)中耕機(jī)的傳動(dòng)路線(xiàn)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和碎土刀的排列進(jìn)行分析，也為馬鈴薯中耕機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)與優(yōu)化提供了參考。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)式 ;馬鈴薯 ;中耕

中圖分類(lèi)號(hào)：S224.2 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.003

0 引言

隨著馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略不斷深化， 我國(guó)馬鈴薯種植面積日益擴(kuò)大，但其機(jī)械化程度還不高。馬鈴薯機(jī)械化主要是以機(jī)械化種植和機(jī)械化收獲為主，在馬鈴薯中耕管理方面，是制約馬鈴薯全程機(jī)械化的短板。為了解決此項(xiàng)技術(shù)瓶頸，設(shè)計(jì)研究了GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)，并對(duì)其工作部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 總體方案

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)采用三點(diǎn)懸掛式的掛接方式，整機(jī)左右對(duì)稱(chēng)，重心居中，主要由機(jī)架、主變速箱、驅(qū)動(dòng)箱、工作部件、懸掛系統(tǒng)及扶土裝置等構(gòu)成。一次進(jìn)地可完成動(dòng)力松土、扶壟及拖平等作業(yè)環(huán)節(jié)。

2 傳動(dòng)路線(xiàn)

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)動(dòng)力傳遞如圖1所示。

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸經(jīng)錐齒副變速并改變傳動(dòng)方向，動(dòng)力由二軸輸出，經(jīng)二軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)箱二軸，經(jīng)過(guò)花鍵帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)箱二軸齒輪，動(dòng)力經(jīng)介輪1、介輪2傳遞到輸出齒輪，并由接盤(pán)驅(qū)動(dòng)工作部件，完成動(dòng)力傳遞。

3 工作部件運(yùn)動(dòng)參數(shù)

拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速

nλ=1000 r·min-1

主變速箱傳動(dòng)比

i主=Z1Z2=0.542

式中 Z1=13，Z2=24。

驅(qū)動(dòng)箱傳動(dòng)比

i驅(qū)=Z3Z4=0.654

式中 Z3=17，Z4=26。

總傳動(dòng)比

i=i主×i驅(qū)=0.354

工作部件最終轉(zhuǎn)速

n2=nλi=1000×0.354=354 r·min-1

4 工作部件的設(shè)計(jì)

4.1 工作部件組成

工作部件為松土刀軸，主要由刀軸焊合、松土刀、卡瓦等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示?？ㄍ邽榻M合式設(shè)計(jì)，在整地時(shí)將卡瓦安裝上，刀軸全刀工作。如中耕松土扶壟作業(yè)時(shí)，則需拆掉卡瓦，以避免傷苗。

4.2 工作部件排列

松土刀為工作的關(guān)鍵部件，松土刀的排列為螺旋式排列，其排列為雙頭螺旋且間隔排列。同一條螺旋線(xiàn)上相鄰松土刀間隔18°，相鄰的奇數(shù)序號(hào)和偶數(shù)序號(hào)的松土刀間隔90°在刀軸同一截面有相隔180 °布置兩把松土刀，這就形成奇數(shù)刀為兩條相間180°螺旋線(xiàn)，偶數(shù)刀為兩條相間180°的螺旋線(xiàn)，其目的是整個(gè)工作部件松土刀的排列間隔均勻。工作時(shí)，入土順序依次沿螺旋線(xiàn)進(jìn)行，有效地分散了負(fù)載，整個(gè)工作部件同時(shí)入土的松土刀數(shù)量均勻且數(shù)量較少，這樣便有效地減小了工作部件的阻力，實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻的負(fù)載，避免出現(xiàn)負(fù)載突變現(xiàn)象。

卡瓦為選裝部件，在整地作業(yè)時(shí)，應(yīng)將卡瓦安裝上，實(shí)現(xiàn)全耕幅作業(yè)。在中耕松土扶壟作業(yè)時(shí)則要拆掉卡瓦，去除壟臺(tái)工作部件，實(shí)現(xiàn)壟溝松土。培土作業(yè)時(shí)，每個(gè)卡瓦上的松土刀呈雙螺旋線(xiàn)排列且首刀與相鄰工作部件刀軸上的刀成螺旋線(xiàn)排列。

4.3 松土刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.3.1 總體設(shè)計(jì)

松土刀采用整體焊接式設(shè)計(jì)，即在刀體上焊有合金刀頭，以增加刀的耐磨性和硬度。刀身則為65Mn材質(zhì)，這樣有效降低了成本，優(yōu)化了工藝，既滿(mǎn)足刀身的工藝要求，又滿(mǎn)足刀頭的工藝要求。

4.3.2 刀身

刀身采用65Mn鋼板切割而成，具有很強(qiáng)的耐磨能力和抗彎能力，具有較強(qiáng)的韌性，遇到過(guò)載時(shí)不易折斷，其入土角度在入土之初設(shè)為40°～ 45°是較為理想的入土角度，既便于入土，又對(duì)土壤有一個(gè)理想的分切效果，土壤被割裂后，隨著快速旋轉(zhuǎn)的刀身完成二次破碎及向后拋撒運(yùn)動(dòng)，土壤中未破碎的小土塊，由于慣性，以較大的速度碰撞到置板及托板上，達(dá)到破碎的效果。

5 工作部件連續(xù)取土條件

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)工作部件與驅(qū)動(dòng)軸采用花鍵接盤(pán)連接。因此它的轉(zhuǎn)速為驅(qū)動(dòng)箱的輸出轉(zhuǎn)速，n=354 r·min-1，工作部件刀軸中同一螺旋線(xiàn)兩刀相距α=18°。

工作部件松土刀每秒轉(zhuǎn)過(guò)的角度為ω

ω=n×36060=2124°

式中 n—工作部件轉(zhuǎn)速，n=354 r·min-1。

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)工作時(shí)，工作部件連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，整機(jī)則由拖拉機(jī)帶動(dòng)向前行進(jìn)，此時(shí)工作部件松土刀的最小工作時(shí)間，即兩刀入土?xí)r間間隔為t

t=αω=182124=0.008 5 s

式中 α—同一螺旋線(xiàn)兩松土刀相距角度;

ω—松土刀角速度。

拖拉機(jī)的前進(jìn)速度：v拖拉機(jī)=3～5 km·h-1。

松土刀在單位時(shí)間取土距離：Lmax=0.012 m;Lmin=0.007 m。

機(jī)具作業(yè)時(shí)，工作部件松土刀的取土距離為0.007～0.012 m，即7～12 mm，該頻率完全可以將土壤打松。

因此，工作部件的參數(shù)設(shè)計(jì)是合理的。

6 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)式馬鈴薯中耕機(jī)關(guān)鍵部件， 安裝在旋轉(zhuǎn)刀軸兩側(cè)的松土刀，排列方式為雙頭螺旋且間隔排列，可拆卸卡瓦的設(shè)計(jì)符合馬鈴薯的壟距， 滿(mǎn)足馬鈴薯中耕作業(yè)所需耕作深度;松土刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 能夠增加切削土壤時(shí)的切削應(yīng)力， 達(dá)到更好的碎土效果， 滿(mǎn)足馬鈴薯中耕作業(yè)松土率的要求。

（2）通過(guò)對(duì)GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)工作部件的傳動(dòng)路線(xiàn)、傳動(dòng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了校核。各部分的結(jié)構(gòu)及參數(shù)都設(shè)計(jì)合理，因此，工作部件的設(shè)計(jì)是合理的。

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