農(nóng)機(jī)具多功能萬向輪的研制

河南一拖（洛陽）中成機(jī)械有限公司 王永亮 朱月青 屈曉瑋 銀廣

1 研究背景

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，這是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀經(jīng)濟(jì)規(guī)律。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展的水平和農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率決定了農(nóng)業(yè)為其他部門提供剩余產(chǎn)品和勞動力的數(shù)量，進(jìn)而制約著這些部門的發(fā)展規(guī)模和速度[1]。只有農(nóng)業(yè)發(fā)展了，國民經(jīng)濟(jì)其他部門才能得以進(jìn)一步的發(fā)展。據(jù)中國農(nóng)機(jī)工業(yè)協(xié)會對21家拖拉機(jī)主要企業(yè)（約占拖拉機(jī)行業(yè)產(chǎn)量產(chǎn)值的85%以上）和18家主要收獲機(jī)械企業(yè)（約占收獲機(jī)行業(yè)產(chǎn)量產(chǎn)值的80%以上）的統(tǒng)計(jì)，1-5月份，110hp以下拖拉機(jī)銷售出現(xiàn)較大負(fù)增長，而110hp以上拖拉機(jī)銷售情況較好，其中110～119hp段拖拉機(jī)同比增長26.2%，120～139hp段同比增漲141.18%；5kg/s以下輪式自走式谷物聯(lián)合收割機(jī)同比負(fù)增長，而5kg/s以上輪式自走式谷物聯(lián)合收割機(jī)銷售情況較好。大型農(nóng)業(yè)機(jī)械市場景氣度明顯高于中小型機(jī)械。

大型農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)具是未來農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的必然趨勢，國外農(nóng)機(jī)廠家大舉進(jìn)軍中國市場也證明了這點(diǎn)。但中國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀和國外有很大出入，所以不能直接把國外的農(nóng)機(jī)具完全引用過來，要根據(jù)自身的實(shí)際情況開發(fā)出適合國內(nèi)需求的自主產(chǎn)品，本文就大型農(nóng)機(jī)具使用過程中出現(xiàn)的諸多問題進(jìn)行了研究。

大型農(nóng)機(jī)具的推廣和大量使用，給農(nóng)民朋友帶來了很大的收益，同時也出現(xiàn)了一系列的問題，在解放勞動力、提高生產(chǎn)效率的同時也給用戶到來了很多煩惱。

2 解決方法

以旋耕機(jī)為例，150hp以上拖拉機(jī)所配套的旋耕機(jī)幅寬為3m左右，由于這些大型農(nóng)機(jī)具的寬度遠(yuǎn)比拖拉機(jī)的寬度大，這就使得拖拉機(jī)在駛向田間的路上運(yùn)輸很成問題，如圖1所示。

圖1 大型農(nóng)機(jī)具的運(yùn)輸

由于機(jī)具幅寬較大，運(yùn)輸途中問題眾多，如遇到行駛車輛無法讓車，容易撞到路邊樹木或其他障礙物，轉(zhuǎn)角拐彎困難，這些問題給大型機(jī)具的運(yùn)輸帶來很大煩惱，這就使得研究一種運(yùn)輸裝置顯得尤為重要。解決方法有：（1）將大幅寬的旋耕機(jī)做成折疊式的，此方法技術(shù)要求較高，傳動不太穩(wěn)定，造價較高。目前此方法不容易被農(nóng)民接受的主要原因是價格問題。（2）給旋耕機(jī)加裝運(yùn)輸輪，此方法簡單易實(shí)現(xiàn)，造價低，農(nóng)民容易接受，如圖2所示。

圖2 加裝運(yùn)輸輪運(yùn)輸

3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該運(yùn)輸裝置主要由懸掛組件、支撐組件、萬向輪組件和機(jī)具連接、收起組件組成。這些組件和農(nóng)機(jī)具的連接采用螺栓連接，便于拆卸運(yùn)輸和檢修。隨著綠色設(shè)計(jì)思想的興起，可拆性設(shè)計(jì)作為綠色設(shè)計(jì)的一個重要組成部分，已被接受和應(yīng)用，并取得長足發(fā)展[2]。

4 工作原理

運(yùn)輸時將懸掛組件連接到拖拉機(jī)上，萬向輪裝置放下并固定，將支撐組件收起便可，萬向輪裝置可保證運(yùn)輸途中機(jī)具的自由轉(zhuǎn)向，并保證倒車時不受機(jī)具影響。待運(yùn)輸至工作地點(diǎn)時，只需將支撐件放下，讓支撐件和萬向輪組件支撐機(jī)具，卸下拖拉機(jī)懸掛并連接至機(jī)具工作懸掛點(diǎn)，然后將支撐組件和萬向輪組件收至待用狀態(tài)即可不影響機(jī)具工作，如圖3所示。

圖3 運(yùn)輸裝置工作原理示意圖

5 關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

5.1 萬向輪的作用

目前大部分旋耕機(jī)都沒有設(shè)置地輪、運(yùn)輸輪、限深輪，萬向輪的設(shè)計(jì)可以同時實(shí)現(xiàn)上述3種輪子的作用。該萬向輪有運(yùn)輸、限深等功能，實(shí)現(xiàn)了一輪多用，滿足作業(yè)要求的同時，簡化了整機(jī)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)同樣適用于播種機(jī)械、動力驅(qū)動耙、秸稈機(jī)、雙軸滅茬、聯(lián)合整地機(jī)械等幅寬較大的農(nóng)機(jī)具。

5.2 萬向輪結(jié)構(gòu)的確定

5.2.1 萬向輪結(jié)構(gòu)類型的確定

在這次設(shè)計(jì)中，考慮到行駛過程中需要轉(zhuǎn)彎、倒車等，輪體的結(jié)構(gòu)采用帶傾斜角度的設(shè)計(jì)，以滿足轉(zhuǎn)彎或倒車時能保證輪子可以360°自由轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)‘萬向’。同時考慮到不在運(yùn)輸時需將輪子收起，而設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和需要用于限深的可上下調(diào)整結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一輪多功能的設(shè)計(jì)。

5.2.2 輪胎直徑的確定

設(shè)計(jì)要求萬向輪具有多功能性，輪胎直徑太小，會出現(xiàn)機(jī)具拖地、無法運(yùn)輸?shù)痊F(xiàn)象，直徑太大會出現(xiàn)調(diào)節(jié)困難，資源浪費(fèi)等問題。為滿足各項(xiàng)工作要求，在本次設(shè)計(jì)中，輪胎外徑選擇550mm，寬度為230mm。

5.3 萬向輪的功能

5.3.1 萬向輪的限深功能

該設(shè)計(jì)用于需要限深的農(nóng)機(jī)具時，如聯(lián)合整地機(jī)、動力驅(qū)動耙等，可將農(nóng)機(jī)具另外一端也設(shè)計(jì)相同輪體結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)上下銷軸孔便可實(shí)現(xiàn)限深功能。

5.3.2 萬向輪的運(yùn)輸功能

對于大多數(shù)幅寬較大、運(yùn)輸困難的農(nóng)機(jī)具都可運(yùn)用此結(jié)構(gòu)，如機(jī)具本身需要限深功能，可按限深功能里的設(shè)計(jì)方法；如對于一些不需限深輪的機(jī)具而言，只需按前面圖示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即可。運(yùn)輸時可將萬向輪放下固定，連接另外一端的懸掛組件即可實(shí)現(xiàn)。機(jī)具到達(dá)田間，只需將萬向輪組件旋轉(zhuǎn)至機(jī)具工作時的狀態(tài)即可。

6 實(shí)驗(yàn)情況和前景

該結(jié)構(gòu)經(jīng)過試驗(yàn)和改進(jìn)，結(jié)構(gòu)性和功能性良好。試驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能夠解決運(yùn)輸、限深等問題。目前國家對農(nóng)業(yè)的扶持政策和對大型農(nóng)機(jī)具的補(bǔ)貼力度，充分證明該裝置的多功能性具有很好的推廣應(yīng)用前景。

[1]陳麗英.對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的思考[N].福州大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),1997年04.

[2]雷文斌.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的可拆卸性設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2013年06上,139-140.