四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁設(shè)計與研制

候小云，李建峰

（石嘴山市農(nóng)業(yè)綜合執(zhí)法支隊，寧夏 石嘴山 753000）

1 項目背景及意義

寧夏耕地面積達129.9×104hm2，由于包產(chǎn)到戶經(jīng)營幾十年，地塊大小不一，長期的不合理耕作，使土壤品質(zhì)惡化，犁底層逐漸加厚、透氣性能變差、蓄水作用下降，嚴重影響糧食產(chǎn)量及農(nóng)民收入，為了推廣作物秸稈還田，改善土壤結(jié)構(gòu)，需要對土壤進行深松深翻，打破犁底層，深翻深度一般在30cm以上，起到固水、蓄水、透氣作用，利于作物秸稈深埋腐化。但目前生產(chǎn)使用的耕地用犁，因縱向尺寸較大，在耕地時地頭殘留未耕地多，需由人工完成翻耕，每天勞動效率低且成本高，加之壯勞力又不斷去務(wù)工，嚴重制約生產(chǎn)的發(fā)展，廣大農(nóng)民急盼生產(chǎn)效率高、地頭殘留少、結(jié)構(gòu)合理、適宜小塊田作業(yè)的耕地機械。經(jīng)多年生產(chǎn)實踐，研制了一部適合寧夏土壤特點的四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁，對促進寧夏機械化耕地作業(yè)具有積極的意義。

四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁設(shè)計研制，用各種名牌的900-954型拖拉機作為動力，四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁懸掛于拖拉機后方組成作業(yè)機組，機組前進作業(yè)時，拖拉機的液壓懸掛機構(gòu)下降使四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁入土達到要求耕深，機組耕地到了地塊另一端時，拖拉機的液壓懸掛機構(gòu)上升使四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁升起，并在四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁上的液壓缸作用下翻轉(zhuǎn)180°，另一組犁在拖拉機的液壓懸掛機構(gòu)下降使四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁入土達到要求耕深，實現(xiàn)同向翻垡，達到地表平整，四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁犁架采用方鋼焊接而成，結(jié)構(gòu)合理，強度較高，結(jié)實耐用。

通過大量調(diào)研，國內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域還沒有同類結(jié)構(gòu)的犁，尤其對小地塊的作業(yè)發(fā)展趨勢，隨勞動力缺乏而迫切需求機械化作業(yè)程度高的機械。國際方面，主要用大地塊的大型雙向翻轉(zhuǎn)犁，不適應(yīng)我國部分地區(qū)小地塊的作業(yè)國情。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

四梁雙向向翻轉(zhuǎn)犁設(shè)計申報實用新型專利，結(jié)構(gòu)與工作原理如圖1所示，四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁結(jié)構(gòu)主要它由懸掛架總成、犁架總成、鏵式犁、犁柱、液壓系統(tǒng)組成，犁架總成（30）是四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁的基礎(chǔ)，在犁架總成（30）的前端安裝犁架橫梁（35），在犁架橫梁（35）中部安裝翻轉(zhuǎn)犁旋轉(zhuǎn)滾筒（43），犁架橫梁（35）與翻轉(zhuǎn)犁旋轉(zhuǎn)滾筒（43）交角處安裝三角加強筋（39、40、46），翻轉(zhuǎn)犁旋轉(zhuǎn)滾筒（43）中安裝翻轉(zhuǎn)犁中心軸（42），翻轉(zhuǎn)犁中心軸（42）后端安裝翻轉(zhuǎn)犁中心軸調(diào)整螺母（49）前端安裝翻轉(zhuǎn)犁中心軸端蓋（41），在翻轉(zhuǎn)犁旋轉(zhuǎn)滾筒（43）前端右側(cè)安裝液壓缸下吊環(huán)支承座（44）、（45），在翻轉(zhuǎn)犁旋轉(zhuǎn)滾筒（43）右邊安裝第一梁（47），在翻轉(zhuǎn)犁旋轉(zhuǎn)滾筒（43）左后邊安裝第二梁（50），在第一梁（47）與第二梁（50）之間安裝第一梁加強板（48），在翻轉(zhuǎn)犁旋轉(zhuǎn)滾筒（43）左邊安裝第二梁（50）的第二梁加強筋（38），在第二梁（50）左邊安裝第三梁（52），在第二梁（50）與第三梁（52）之間安裝第二梁加強板（51），在第二梁加強筋（38）左邊安裝第三梁加強筋（36），在第二梁加強筋（38）與第三梁加強筋（36）、犁架橫梁（35）之間安裝三角加強筋（37），在第三梁（52）左邊安裝第四梁（54），在第三梁（52）與安裝第四梁（54）之間安裝第三梁加強板（53），在第四梁（54）前邊與犁架橫梁（35）之間安裝第四梁加強筋（33），在第三梁加強筋（36）與第四梁加強筋（33）、犁架橫梁（35）之間安裝三角加強筋（34）。犁架四梁結(jié)構(gòu)如圖2

圖1 四梁雙向向翻轉(zhuǎn)犁結(jié)構(gòu)與工作原理

懸架總成如圖3，是由懸架底梁（56）、懸架立柱（2）及上下懸掛座組成，在懸架底梁（56）的左前端安裝左懸掛點外支座（1）與左懸掛點內(nèi)支座（55），在懸架底梁（56）的左后端安裝 左側(cè)縱向耕深調(diào)節(jié)螺栓支座（32）與左側(cè)縱向耕深調(diào)節(jié)螺栓（31），在懸架底梁（56）中部加工有翻轉(zhuǎn)犁中心軸（42）的軸承安裝孔（64），在懸架底梁（56）上邊安裝懸架立柱（2），在懸架底梁（56）與懸架立柱（2）之間安裝三角加強板（57、59），在懸架立柱（2）上邊安裝上懸掛點支座（3），在懸掛點支座（3）上安裝上懸掛銷（58），在懸架底梁（56）的右前端安裝右懸掛點外支座（61）與右懸掛點內(nèi)支座（60），在懸架底梁（56）的右后端安裝右側(cè)縱向耕深調(diào)節(jié)螺栓支座（62）與右側(cè)縱向耕深調(diào)節(jié)螺栓（63）；犁柱（8）用犁柱固定板（24）與犁柱固定螺栓（15）安裝在第一梁（47）上，在犁柱（8）的兩端分別安裝右犁鏵總成（7）與左犁鏵總成（25）；犁柱（10）用犁柱固定板（22）、（24）與犁柱固定螺栓（15）安裝在第二梁（38）上，在犁柱（10）的兩端分別安裝右犁鏵總成（9）與左犁鏵總成（23）；犁柱（12）用犁柱固定板（20）、（21）與犁柱固定螺栓（15）安裝在第三梁（52）上，在犁柱（12）的兩端分別安裝右犁鏵總成（11）與左犁鏵總成（19）；犁柱（14）用犁柱固定板（16）、（17）與犁柱固定螺栓（15）安裝在第四梁（54）上，在犁柱（14）的兩端分別安裝右犁鏵總成（13）與左犁鏵總成（18）；翻轉(zhuǎn)犁中心軸（42）由軸承安裝孔（64）的前端裝入，翻轉(zhuǎn)犁中心軸（42）穿過軸承安裝孔（64）中的圓錐滾子軸承（65）裝入翻轉(zhuǎn)犁旋轉(zhuǎn)滾筒（43）中，翻轉(zhuǎn)犁中心軸（42）的后端用翻轉(zhuǎn)犁中心軸調(diào)整螺母（49）緊固定位，翻轉(zhuǎn)犁中心軸（42）的前端由翻轉(zhuǎn)犁中心軸端蓋（41）定位；液壓缸（6）的上吊環(huán)（4）用銷（5）安裝在上懸掛點支座（3）的后端支承孔上，液壓缸（6）的下吊環(huán)用銷安裝在液壓缸下吊環(huán)支承座（44、45）上；限深輪總成（26、28）安裝在限深輪總成固定支座（27）上，限深輪總成固定支座（27）用限深輪總成固定支座U形螺栓（29）固定在第四梁加強筋（33）上，限深輪立柱（70）安裝限深輪總成固定支座（27）上，限深輪軸（69）安裝在限深輪立柱（70）上，限深輪輪轂（68）安裝在限深輪軸（69）上，在限深輪輪轂（68）與限深輪軸（69）之間安裝軸承（72），限深輪輪轂（68）上安裝限深輪輪輻（67），限深輪輪輻（67）上安裝限深輪輪體（66），限深輪軸（69）軸端安裝緊固螺母（72），限深輪輪轂（68）端面安裝密封蓋（73）。

圖2 四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁犁架總成結(jié)構(gòu)圖

圖3 四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁懸掛架結(jié)構(gòu)圖

2.2 工作原理

2.2.1 工作的基本原理

四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁工作的基本原理，是利用拖拉機作為動力，四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁的懸掛架總成懸掛于拖拉機后方組成作業(yè)機組，機組前進作業(yè)時，拖拉機的液壓懸掛機構(gòu)使四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁入土，使右犁鏵總成（7、9、11、13）切入土壤到規(guī)定耕深，耕深可由限深輪總成（26、28）調(diào)節(jié)，機組前進，使土壤向右側(cè)翻轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)降仡^時，拖拉機的液壓懸掛機構(gòu)上升使四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁升起，并在四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁的液壓缸（6）的作用下使犁架總成（30）的前端犁架橫梁（35）中部安裝的翻轉(zhuǎn)犁旋轉(zhuǎn)滾筒（43）繞翻轉(zhuǎn)犁中心軸（42）轉(zhuǎn)180°，使左犁鏵總成（18、19、23、25）進入工作狀態(tài)，左犁鏵總成（18、19、23、25）在拖拉機的液壓懸掛機構(gòu)下降力作用下，入土耕作達到要求耕深，實現(xiàn)同向翻垡，達到地表平整，機組在田間往復(fù)移動，實現(xiàn)向一側(cè)翻垡的耕地。

四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁的液壓缸（6）的液壓力由拖拉機液壓系統(tǒng)（液壓油泵）提供，它們之間用液壓油管連接。

四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁的耕深可由限深輪總成（26、28）調(diào)節(jié)，縱向耕深由左側(cè)縱向耕深調(diào)節(jié)螺栓（31）與右側(cè)縱向耕深調(diào)節(jié)螺栓（63）調(diào)節(jié)。

2.2.2 試制優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)與工作基本原理

按照四梁雙向向翻轉(zhuǎn)犁申報專利設(shè)計的結(jié)構(gòu)，采用CA D工程設(shè)計并進行機構(gòu)動作模擬，各部機構(gòu)運轉(zhuǎn)良好，無干涉后按這一方案制做樣機，樣機在田間試驗中發(fā)現(xiàn)了幾個問題，一是縱向調(diào)平；二是限深輪達不到設(shè)計要求；三是農(nóng)民反饋結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高。為解決以上問題，在樣機的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化設(shè)計，試制的二代樣機經(jīng)過田間試驗，解決了第一代樣機存在的問題，滿足了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，各項性能都達到了設(shè)計要求。

圖4 四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁三維結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 主要參數(shù)與樣機

（1）樣機：樣機 如圖5所示。

圖5 樣機

（2）主要參數(shù)：長2.116m，寬1.595m可調(diào)，高1.6m；單程完成4鏵，耕深可在30～40Cm之間可調(diào)。

2.4 性能試驗

項目組在兩塊各50畝地塊進行了試驗，結(jié)論如下：

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，安裝、調(diào)試、維護方便，安全措施完善。

（2）耕深可調(diào)，且調(diào)節(jié)方便準確，適應(yīng)不同地塊。

（3）機組作業(yè)質(zhì)量滿足設(shè)計要求。下圖6為機組作業(yè)情況及數(shù)據(jù)測試。

（4）所達到的技術(shù)參數(shù)：

①單程耕寬120cm。

②耕深可在30～40cm之間可調(diào)。

③翻土均勻，無漏耕重耕。

④生產(chǎn)效率高，可達4000～4666.67m2/h（2000m2以下地塊）。

犁鏵 耕深數(shù)據(jù)A1 A2 A3 A4 A5 A6 1 31.5 31 32 32 30 29 2 32 32 32 32 31 30 3 32 31 31.5 31 30.5 31 4 32 30 31.5 29 30.5 29

⑤試驗數(shù)據(jù) 試驗數(shù)據(jù)如下表，耕深達到設(shè)計要求，能滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝要求。A1...A6為每鏵犁在同一地塊選擇的六個點。

3 使用與維護

3.1 與拖拉機的安裝

（1）本機與拖拉機采用三點懸掛，組成全懸掛式機組。

（2）掛接時，傳動軸的兩萬向節(jié)叉必須處在一個平面內(nèi)，上下掛點必須鎖定。

圖6 機組作業(yè)中

3.2 作業(yè)中的操作

（1）機組進入工作點后，在本機運轉(zhuǎn)正常時，先使機具下降并起步，然后掛上作業(yè)檔行進。

（2）犁入土由液壓裝置實現(xiàn)，地頭液壓控制翻轉(zhuǎn)，操作簡便。

（3）若出現(xiàn)犁被雜草堵塞，應(yīng)及時停車，并使機械升起，然后切斷動力傳輸，使發(fā)動機熄火，再去清理堵塞雜草。嚴禁在未切斷動力和使發(fā)動機未熄火的情況下清理雜草。

3.3 地頭轉(zhuǎn)彎或倒車

（1）地頭轉(zhuǎn)彎時，要使本機升起，盡可能減少轉(zhuǎn)急彎，應(yīng)在不碾壓已耕地的情況下，轉(zhuǎn)彎盡量大一些。

（2）在倒車時，要使本機升起，盡量直倒，減少彎道倒車，防止犁因重而搖擺損壞機件造成事故。

3.4 維護

（1）每天出車前，必須檢查機械各部連接是否松曠，必要時緊固。

（2）檢查軸承是否緊固，有無松曠，必要時更換。

（3）作業(yè)中應(yīng)定時察看機器運轉(zhuǎn)情況，若有問題，應(yīng)及時停車并切斷動力（必須使發(fā)動機熄火）再排除故障。

（4）作業(yè)期結(jié)束的維護，每一個作業(yè)期結(jié)束后，必須對機械做全面的清理維護，清除工作部件間的雜草及泥土，涂機油防銹；加注潤滑油；對所有緊固件進行緊固及防銹處理（涂機油即可）。

4 結(jié)語

基于拖拉機動力的四梁雙向翻轉(zhuǎn)犁設(shè)計合理、工作性能滿足設(shè)計要求且造價低廉，操作維護方便。適于寧夏的需要，若有資金扶持并在寧夏及及地塊較小的地區(qū)推廣，將及大的推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展。