1LFQ-325型氣動翻轉犁的設計與試驗

摘要：研制了一種與２５．７～３６．８ｋＷ拖拉機配套的氣動翻轉犁。該機以氣缸作為左右犁體換向機構，可替代機械式翻轉機構。由于該機采用了氣動式翻轉，操作簡單、翻轉靈活。田間試驗結果表明，其性能指標均達到國家有關標準要求。

關鍵詞：氣動；翻轉犁；設計；試驗

中圖分類號：Ｓ２２２．１２；Ｓ２２０．３文獻標識碼：Ｂ文章編號：0439－８114（２０11）03－0５９２-03

Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ＭＯＤＥＬ １ＬＦＱ－３２５ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｔｕｒｎｏｖｅｒ Ｐｌｏｗ

ＺＨＥＮＧ Ｘｕａｎ１，ＣＨＥＮ Ｘｕｅ－ｆｅｎｇ２，ＱＩＮ Ｃｈａｏ－ｍｉｎ１，ＪＩＡ Ｌｉ－ｂｏ２

（１． Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｈｉｈｅｚｉ ８３２０００， Ｘｉｎｊｉａｎｇ， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｔｉａｎｚｈｅｎ Ｆａｒｍ ａｎｄ Ｐａｓｔｕｒｅ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ， Ｓｈｉｈｅｚｉ ８３２０００， Ｘｉｎｊｉａｎｇ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｏｎｅ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｐｌｏｗ ｗｈｉｃｈ ｍａｔｃｈｅｄ ｗｉｔｈ ２５．７～３６．８ｋＷ ｔｒａｃｔｏｒ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐｌｏｗ， ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｕｎｉｔ ｗａｓ ｒｅｐｌａｃｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｕｎｉｔ． Ｉｔ ｐｏｓｓｅｓｓｅd ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ａｉｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｕｎｉｔ． Ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｅｘｅｓ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｓｔａｔｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｎｅｕｍａｔｉｃ； ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｐｌｏｗ； ｄｅｓｉｇｎ； ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

目前國內１８０°翻轉犁的換向機構常見的有兩種：一是機械式，它以犁在提升時懸掛機構的提升力或犁的重量作為驅動力，主要用于輕型犁；另一類為液壓式，依靠拖拉機液壓機構，再配上專用液壓缸、換向閥等部件，其工作可靠，國內外大型翻轉犁多采用此結構［１］。由于國內中小型拖拉機基本無多路閥液壓輸出，無法直接配帶液壓翻轉犁［２，３］，而國內中小型拖拉機上都配有氣動剎車氣泵，為此研制了與２５．７～３６．８ ｋＷ拖拉機配套的氣動翻轉犁。

１總體設計及工作原理

１．１總體結構

１ＬＦＱ－３２５型氣動翻轉犁主要由懸掛架、犁架、犁柱、左右犁體、限深輪、氣缸等部件組成。機具總體結構如圖１所示，技術參數如表１所示。

１．２工作原理與工作過程

拖拉機與氣動翻轉犁采用三點懸掛機構掛接，拖拉機的兩水平拉桿與懸掛架下拉耳相連，中央拉桿與上懸掛臂相連。拖拉機的懸掛部分連接完畢后，用高壓氣管將拖拉機剎車分泵的出氣管與氣動翻轉犁上的氣缸氣嘴相連。高壓氣管中間裝有三通開關，運輸時關閉通向氣缸的管路，以免在行駛中緊急剎車致使犁翻轉，造成意外事故。作業時，將高壓氣管上三通開關打開，然后操縱拖拉機分配器手柄，使犁落下，拖拉機向前行駛，靠自身重量以入土角入土，開始第一行程作業。耕深可以通過調整限深輪擋塊螺栓來達到合適的耕深。犁剛落下時，拖拉機要緩慢向前行駛，達到要求的耕深后，再以工作速度行駛。到達地頭時，升起犁，拖拉機調頭，對好犁溝，然后腳踩剎車，氣缸帶動犁架翻轉，待犁架略微越過中點，松開剎車，犁靠自重繼續翻轉，完成整個翻轉過程后，將犁落下進行下一行程作業。

２主要設計參數的確定［４，５］

２．１總耕幅的確定

犁的總耕幅根據拖拉機的有效牽引力、土壤耕作比阻及要求的耕深來確定。計算公式為

Ｂ＝（１）

式中，Ｂ為總耕幅（ｃｍ）；ＰＴ為拖拉機有效牽引力（ｋＮ）；ηｔ為牽引力利用系數，取ηｔ＝０．９；ｋ為土壤耕作比阻，取ｋ＝８Ｎ／ｃｍ２；ａ為耕深，取ａ＝１８～２２ ｃｍ。

經計算優化，確定機具總耕幅為７５ ｃｍ，三鏵犁體，根據動力及土壤情況耕幅可在６０～７５ ｃｍ之間調整。

２．２犁體間距及犁體配置角的確定

犁體間距是犁的一個重要參數。間距太小，沒有足夠的空間讓垡片通過，易造成堵塞；間距太大，則將增加犁的長度，不僅浪費鋼材，而且影響機組的縱向穩定性。因此，設計要求在保證垡片能順利通過的前提下，犁體間距盡量減小。如圖２所示，前后犁體縱向間距滿足公式（２）的要求。

式中，Ｓ為犁體縱向間距（ｃｍ）；ｔ為鏵尖至犁側板末端的距離（ｃｍ）；ｂ為犁體耕寬，取ｂ＝２５ ｃｍ；ａ為耕深，取ａ＝２０ ｃｍ；α為犁體配置角。

經計算，取Ｓ＝６０ ｃｍ，α＝２２°３７′。

２．３犁架高度的確定

犁架高度應能保證垡片在犁架下面順利翻轉，不產生擁土堵草現象。計算公式為

式中，Ｈ為犁架空間高度（ｃｍ）；ｂ為犁體耕寬，取ｂ＝２５ ｃｍ；ａｍａｘ為最大耕深，取ａｍａｘ＝２２ ｃｍ；ｈ為割茬高度，取ｈ＝１５ ｃｍ。通過計算確定犁架高度為５０ ｃｍ。

３主要工作機構設計

３．１翻轉機構設計

翻轉機構的設計原則是能夠使犁架左右翻轉１８０°，犁架帶動左翻和右翻犁體換向，主要工作部件是帶動犁架翻轉的轉軸和推動轉軸旋轉的氣缸。設計結構如圖３所示，轉軸穿過懸掛架后橫梁中央的轉軸套，轉軸前軸端固定一偏心臂，氣缸活塞桿與偏心臂銷接，氣缸缸筒拉頭銷接在懸掛架上。懸掛架與拖拉機相連，工作時懸掛架不動，活塞桿推動偏心臂，帶動轉軸轉動，實現犁架翻轉。

３．２犁架偏置機構設計

由于犁的工作幅寬小于拖拉機的輪距，存在犁不到地邊的問題，因此，設計有犁架偏置機構。如圖４所示，犁架偏置機構由犁架限位板、夾板固定塊、偏置夾板、連接板組成。偏置夾板沿犁架橫梁移動可以改變犁體相對懸掛中心的橫向位置。

３．３入土角調節機構設計

犁體上設計有入土角調節裝置，結構如圖５所示，犁托立板與犁柱通過上下兩螺栓連接，犁托立板上部的螺栓孔為弧形孔，調整螺栓兩端分別與犁柱和犁托立板相連。通過調節調整螺栓，即可調節犁體的入土角，該裝置可根據每鏵犁的具體情況，進行單獨調節，使其達到合適的入土角。

４性能試驗

４．１試驗項目

性能試驗項目包括耕深和耕深穩定性、正反行程耕深一致性、耕寬和耕寬穩定性、正反行程耕寬一致性、作業速度、植被和殘茬的覆蓋率、土垡破碎率、入土行程以及翻轉到位率。

４．２試驗方法

１）耕深和耕深穩定性、耕寬和耕寬穩定性、作業速度、植被和殘茬覆蓋率、土垡破碎率、入土行程測定方法分別按ＧＢ／Ｔ １４２２５的相應規定進行。

２）正反行程耕深、耕寬一致性測定：氣動翻轉犁右翻犁體工作時的行程為正行程，左翻犁體工作時為反行程。將按ＧＢ／Ｔ １４２２５進行耕深與耕深穩定性試驗時所測得的正行程（一、三行程）耕深平均值減去反行程（二、四行程）耕深平均值，所得的差作為正反行程耕深的偏差值；將按ＧＢ／Ｔ １４２２５進行耕寬與耕寬穩定性測得的正行程（一、三行程）耕寬平均值減去反行程（二、四行程）耕寬平均值，所得的差作為正反行程耕寬的偏差值。

３）翻轉到位率測定：由熟練操作人員連續翻轉操作不少于１００次，計算翻轉到位次數占操作次數的比率。

４．３試驗結果

１ＬＦＱ－３２５型氣動翻轉犁經設計、樣機試制和小批量生產后進行了多次廠內翻轉試驗及田間性能試驗，試驗結果各項性能指標均達到標準要求。

２００９年８月新疆維吾爾自治區農牧機械試驗鑒定站在石河子市石河子鄉六宮村三隊對１ＬＦＱ－３２５型氣動翻轉犁進行了性能測試。試驗條件與試驗結果見表２和表３。

５小結

１ＬＦＱ－３２５型氣動翻轉犁除具有一般翻轉犁的優點外，在翻轉機構上利用氣缸作為動力源實現左右翻轉，不僅可替代機械翻轉機構，使結構簡單，同時由于犁架具有偏置功能，可以耕到田埂邊、果園靠近株干邊的地方。適于小塊不規則田地以及果園耕作，有廣闊的應用前景。

參考文獻：

［１］ 劉慶祥． 翻轉犁翻轉機構的研究設計［Ｊ］． 農機化研究，１９８９（２）：３２－３８，５２．

［２］ 余泳昌，花恒明，李保謙． 新型氣動翻轉雙向犁的設計［Ｊ］． 河南農業大學學報，１９９３，２７（１）：１－５．

［３］ 黃明顯，張繼勛． 拖拉機配套液壓翻轉犁翻轉問題原因分析與解決措施［Ｊ］． 農業裝備與車輛工程，２００７（１）：３５－３６，４１．

［４］ 中國農業機械化科學研究院． 農業機械設計手冊（上冊）［Ｍ］． 北京：中國農業科學技術出版社，２００７． １７５－２２２．

［５］ 北京農業工程大學． 農業機械學（上冊）［Ｍ］．第二版． 北京：中國農業出版社，１９９１． ８２－１２８．