旋耕機刀軸的設計及刀片排列

河南一拖（洛陽）中成機械有限公司　　朱月青　　王永亮　　王柱　　孫棟梁　　范曉燕

旋耕機刀軸的設計及刀片排列

河南一拖（洛陽）中成機械有限公司朱月青王永亮王柱孫棟梁范曉燕

本設計主要論述了旋耕機刀軸的合理設計及刀片在刀軸上的合理排列，針對現有旋耕機刀軸設計中的多種問題提出了相應的解決辦法。本文重點論述了旋耕機刀片如何快速準確排列，用以解決旋耕機刀軸帶來的整機震動、耕作效果差等多發問題。

旋耕機；刀軸；刀片排列；快速排法

1　引言

旋耕機的刀軸是旋耕機直接入土的工作部件，刀軸的設計直接影響到旋耕機的工作性能。我國市場上現有的旋耕機結構形式幾近相同，但是其工作性能及工作質量卻有著巨大差異。旋耕機的刀軸在工作過程中會出現入土困難、整機震動大、耕地不平、刀軸斷裂、碎土效果差等一系列問題。而刀軸的合理設計及刀片排列卻能有效地避免上述現象的發生。

2　刀軸的整體布局

傳統的刀軸設計為整體焊接式，即刀軸花鍵套與刀座軸管直接焊為一體。這種情況下，一旦刀軸花鍵套的花鍵部分磨損，則需要更換整根刀軸，造成維修成本大、材料浪費的現象。因此，現將刀軸整體布局改為分體螺栓連接式，刀軸花鍵套與軸管分別用法蘭盤進行連接，兩端法蘭通過凸凹止口與光潔配合平面保證連接與同軸度。花鍵套與法蘭煅為一體，軸管與法蘭通過內外圓壁面保證同軸度后焊接。為避免刀軸在焊接處斷裂開焊，應盡可能地增加軸管的壁厚，同時在焊接處增加加強筋。

圖1　

3　刀片的合理排列

旋耕刀的排列安裝是一項重要的工作，應使旋耕機作業時受到的阻力小、耕作質量好、刀軸受力均勻、避免漏耕和堵塞現象的發生。安裝不當，將嚴重影響作業質量，并因刀片旋轉不平衡，導致機件損壞和機組震動增大。刀片在刀軸上的排列配置，具有以下基本要求［1］：

（1）在同一回轉平面內，配置兩把以上的刀片，應保證切土量相等，以達到碎土質量好，耕后溝底平整的目的。

（2）在刀軸回轉一周過程中，刀軸每轉過一個相等的角度，在同一相位角，必須是一把彎刀入土，使扭矩較為均衡，減少扭矩波動幅度，保證工作穩定性和刀軸負荷均勻。

（3）軸向相鄰刀齒間距，以不產生漏耕帶為原則，一般均大于單刀幅寬。

（4）左彎刀片和右彎刀片應交替入土，使刀軸兩端的軸承所受的側壓力平衡，以減少旋耕刀對旋耕機重心的轉矩，保持旋耕機組工作時的直線性［2］。

（5）相繼入土的刀片在刀軸上的軸向距離越大越好，盡可能地增大軸向相鄰兩彎刀之間的夾角，以避免發生干擾或堵塞。

在實際排刀的操作中，遵循以上基本要求的前提下，還要必須知曉其經驗參數：

α-允許的軸向相鄰同向刀的最小夾角（度），一般取54°≤α＜85°［3］。

β-允許的軸向同一截面上安裝的2刀的最小夾角（度），一般取130°≤β≤180°。

s-軸向相鄰回轉面的間距，一般取58mm≤s≤78mm（不漏耕、不堵塞）。

為使刀軸在工作過程中受力均勻，將刀軸上的刀片按照標準螺旋線進行排列。如圖2所示：

圖2　

旋耕機半軸上左、右彎刀數量相差1，機具最外側各布置一把刀片并使刀片彎向機具中心，這樣可以防止機具在工作過程中兩端刀片朝側后方拋土，造成拋出土量不能回收。左右彎刀沿各自螺旋線以相等的螺旋角向兩側排布，最終在圓周范圍內均勻的散布Z把刀片。那么問題出現了，如何能讓Z把刀片沿著螺旋線而又均勻散布呢？

4　螺旋線的快速排列

螺旋線上的螺旋角α、同一回轉面的刀片夾角β、刀片數量Z是刀片排列的三個重要參數。以圖2中半軸上29把刀數為例，右彎刀15把，左彎刀14把。則此螺旋線的相位角是360°/Z=12°24′50″，螺旋角54°≤α＜85°，為4～6個相位角，即4、5、6三個解；回轉面的刀片夾角130°≤β≤180°，為10～14個相位角，即10、11、12、13、14五個解，如果將以上兩組解一一試驗求解，將耗費大量的時間與精力，現針對此問題講解一種螺旋線的快捷排法。從圖2中分析可得如下公式：

（Z-1）/2*x=Zy+t式（1）

Z-刀片數量；

x-螺旋角α的整數解值；

y-刀片沿刀軸轉過的圈數n；

t-回轉面刀片夾角的整數解值；

取x=4，代入公式（1），得t=2，不可取。

同理，最終解得x=5，t=12，即螺旋角α=62°4′8″，回轉面刀片夾角β=148°57′56″。

在上述表達式的求解過程中，還需特別注意以下兩點：

（1）以上三個參數x、t和刀數Z中任何兩個參數之間的取值不能含有公約數，不然會造成螺旋線在行進過程中回到起點的情況，即同一時刻產生多把刀片同時入土。例如刀數為35把時，通過公式（1）求解得x=7，t=14，但7、14、35三者中7、14和7、35之間含有公約數，因此不可取。所以35把的刀數在螺旋線的排列中沒有合適解值，在刀片排布的時候應當予以避免。

（2）在刀片數量數值較大時，應盡可能的是t與x的倍數差值增大，即t-nx的值換算后大于18°，否則將會造成間隔兩個回轉面中相向的兩把左、右彎刀之間夾土。盡可能地使t-nx值接近α/2，這樣可使得刀片在刀軸回轉面上彎刀刀頭的布置更加均勻。

5　結論

刀軸的合理可靠設計能有效地避免刀軸的斷裂、脫焊、傳動精度差等問題，刀片的合理均勻排布能使刀軸在工作過程中有效地減小整機的震動，減少主機具的動力消耗，并使耕作后地表平整，碎土率高。排刀的快速簡便方法為刀軸排列設計者提供了便捷有效的快速通道。

［1］Phoency Lai，Ken Yuon Li.Phytochem icals and antioxidant porperties of solvent extracts fromJaponica rice bran［J］.Food Chemistry，2009（3）：538-544.

［2］楊玉棟，徐浩.旋耕機的刀片怎樣排列和安裝［J］.河北農機，2008（4）：24.

［3］張孝安.農業機械設計手冊［M］.北京，中國農業科學技術出版社2007，11：244.

朱月青，1986年出生，山東菏澤人，本科，助理工程師，研究方向：農業機械設計。