可升降式整地筑埂聯合作業機的設計

趙麗萍++何新如+++徐杰+++孟祥雨+++崔志英

摘要：設計了1種稻田生產用可升降式整地筑埂聯合作業機。該機采用拖拉機為動力，一次進地，能夠完成整地和筑埂作業。該機主要由牽引架、機架、液壓油缸、旋耕部件、傳動裝置、集土鏟、筑埂壓實部件等組成。闡述了其工作原理及各關鍵部件的設計，說明了機器的工作狀態、適應范圍和主要技術指標。該機結構設計合理，為水稻生產過程中整地、筑埂作業機械化提供了技術支持。

關鍵詞：可升降式作業機；整地；筑埂；設計；聯合作業

中圖分類號： S222文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0406-03

收稿日期：2015-02-06

基金項目：吉林省科技廳項目（編號：20120202）。

作者簡介：趙麗萍（1969—），女，吉林乾安人，碩士，副教授，主要從事農業機械化方面的研究。Tel：（0431）84532861；E-mail：245042057@qq.com。水稻生產過程中，在插秧前需要將田地劃為“田”字形的方格，在方格周圍修筑土埂，所筑土埂能夠擋水，并對土壤進行灌溉。筑埂是實現水田灌溉的關鍵，堅實合理的田埂不僅能滿足水稻對水分的需求，還可節約水資源。水田筑埂屬于水稻機械化生產過程中的整地環節。長期以來水田筑埂都依靠人力完成，人工筑埂是一項既繁重又費工的勞動，即使借助一些專用工具，勞動強度依然很大，工作效率很低，成本卻很高，田埂的一致性和均勻性差，且需要人工輔助壓實，已不適合我國大面積平原地區種植水稻的耕作模式，更不利于推進水田生產機械化的發展[1-11]。因此，及時而優質地修筑效果令人滿意的土埂是水稻生產的基本條件之一。采用機器筑埂可以提高工作效率，降低用工成本。但一般的筑埂機只有筑埂功能，沒有旋耕功能，功能單一，工作效率較低，對用于我國大面積平原水稻生產過程中整地筑埂的聯合作業機鮮有報道。為此，本研究設計了1種可升降式整地筑埂聯合作業機。該機可以與現有的58～81 kW輪式拖拉機直接掛接牽引進行作業，能夠在旋耕土壤的同時筑出1條土埂。整機結構設計合理，一機兩用，具有油耗低、作業效率高、整地和筑埂效果好等特點。該機能夠有效解決人工筑埂存在的許多問題，以滿足水稻生產過程中節本增效的實際需要，實現了整地和筑埂作業全程機械化，對我國水田機械化的發展具有重要的現實意義，可為我國水稻生產全程機械化提供技術支持。

1結構及工作原理

1.1結構

可升降式整地筑埂聯合作業機結構如圖1所示。

由圖1可見，該機器主要由變速箱、旋耕碎土部件、離合器、液壓油缸、集土鏟、推壓成型輥、筑埂裝置機架和旋耕機架等部件組成。

1.2工作原理

該機由拖拉機通過萬向節將動力傳動軸輸出的動力傳遞到齒輪減速箱，再由齒輪箱內一對夾角為90°、模數為8 的錐齒輪，通過輸出軸將動力傳遞到推壓輥；同時，與錐齒輪同一根軸上，安裝有1個直齒輪，通過四級齒輪傳動，將動力傳遞到旋耕刀總成上，即形成了一套比較完整的機械傳動系統。變速箱將動力傳遞給旋耕刀軸，驅動旋耕刀轉動，以實現整地碎土的作用。旋耕碎土裝置打碎的土由一對集土鏟進行初步收集成壟。初步收集成壟的土埂經推壓成型輥可將土壤最終壓實成型，形成1條土埂。

2主要部件的設計

2.1傳動系統的設計

傳動系統的結構如圖2所示。工作時，拖拉機輸出的動力通過萬向節傳遞給變速箱的動力輸入軸Ⅰ，動力輸入軸Ⅰ上的主動錐齒輪與右側的從動錐齒輪嚙合，帶動軸Ⅱ旋轉。軸Ⅱ上的動力一方面通過直齒輪嚙合將其向下傳遞到軸Ⅲ、軸Ⅳ，最后將動力傳送到2個半旋耕刀軸，使其旋轉，完成旋耕作業；另一方面，軸Ⅱ上的動力通過安裝在其上的鏈輪，將其水平傳遞到軸Ⅴ、軸Ⅵ上，從而帶動筑埂裝置上的推壓成型輥旋轉，將土壤壓實成型。

2.2可升降部件的設計

為實現一機多功能，在此機器上設計了可升降裝置，如圖1所示，采用液壓油缸將旋耕機架和筑埂機架連接起來。液壓油缸伸長時，將筑埂部件置于田地上，作業時可實現旋耕筑埂一次成型；當不需要筑埂只進行整地時，可以通過液壓油缸的收縮，使筑埂部件繞旋轉軸Ⅴ轉動90°使其升起，從而實現可調節式的一機多功能，又能方便機器的運輸作業。

2.3離合器的設計

旋耕機架與其后面的筑埂機架采用鉸接方式相連接。軸Ⅴ與上述鉸接的軸軸心相同，并在其上設計安裝一牙嵌式離合器（圖3）。如果只進行整地作業，將撥叉限位塊上的操作手柄移動到最右側限位處，此時操作手柄帶動撥叉將滑移齒輪沿著花鍵軸向右移動，與鏈輪齒分離，花鍵軸停止轉動，無動力輸出。這時，采用拖拉機為動力將液壓油缸縮進，同時集土器和筑埂裝置以軸Ⅴ為旋轉軸，向上旋起；如果同時進行整地和筑埂作業，將撥叉限位塊上的操作手柄移動到最左側限位處，此時操作手柄帶動撥叉將滑移齒輪沿著花鍵軸向左移動，與鏈輪齒嚙合，花鍵軸轉動，動力經鏈輪輸出傳遞到推壓輥成型輥，使其旋轉。采用拖拉機為動力將液壓油缸伸長，將集土器和筑埂裝置向下置于地面，同時完成整地和筑埂聯合作業。

為整地時能順利地筑出1條土埂，必須在要形成土埂的地方聚集足夠多的土源。為此，采用1對集土鏟作為集土器。由于其具有半螺旋形犁體曲面、結構簡單、易于裝配、升降靈活、易于控制耕深等特點，且其翻垡能力強，適用于黏重多草的稻田地，翻埋雜草、稻稈、殘茬等要求覆蓋性能好的土地耕翻作業。

聯合作業機的集土器見圖1。它主要由成對的集土鏟、立柱、集土鏟座等組成。集土鏟與立柱用螺栓固定連接，立柱安裝在鏟座內，并用U型螺栓將安裝座與筑埂機架固定連接。

為保證集土鏟的集土效果能夠滿足筑埂土量要求，集土鏟立柱與安裝座采用可調節活動連接，即立柱沿鏟座可以垂直上下調節，這樣可以使集土鏟入土深淺不同，立柱沿鏟座向下調節，鏟尖入土深，集土量大，反之則集土量小，這樣即可實現根據需要改變集土量的大小，從而筑出所需田埂尺寸，并使田埂初步成形。

由于在作業中集土鏟同時承受較大的徑向力和軸向力，比旋耕刀所承受的負荷大，所以集土鏟材料選用65 Mn鋼板制造，熱處理硬度要求HRC 45～50[12]。

2.5筑埂裝置的設計

如圖1所示，將筑埂部件安裝在集土鏟的后面設計成可旋轉式。本機筑埂部件所筑土埂的橫截面形狀為梯形，而且所筑土埂還應具有一定的堅實度。為此，將筑埂推壓成型裝置按土埂的輪廓外形，設計成由中部推壓成型輥和左、右兩側圓錐形輪轂組成，其中中部推壓成型輥為圓柱形；左、右兩側圓錐形輪轂由固定壓片和彈性壓片通過螺栓連接在一起組成圖4。該機整地筑埂聯合作業時，當左、右兩側圓錐形輪轂上的彈性壓片隨著推壓成型輥旋轉脫離土層時，彈性壓片恢復原狀；當彈性壓片隨著推壓成型輥旋轉接觸到土層時，彈性壓片由于受到土埂側表面外力的作用而向兩側圓錐形輪轂表面收縮，此即完成了對土埂表面的擠壓和拍打，使筑出的土埂表面既堅硬又光滑，筑埂質量好。改變固定壓片、彈性壓片和推壓成型輥的尺寸大小，即可改變所筑土埂的寬度和高度，以適應不同地區對土埂尺寸的要求。

2.6機架與罩殼的設計

如圖1所示，旋耕機架安裝在旋耕碎土部件的上方，筑埂裝置機架安裝在集土鏟的上方，機架與罩殼固定連接，安裝在旋耕碎土部件和集土鏟的上方，主要由支撐桿、左側板、右側板、擋土蓋板及后側蓋板等組成，其中板類部件由鋼板沖壓而成，機架主梁用8 mm×8 mm的方鋼管制作。機架起到連接和支撐的作用，罩殼主要起到二次碎土、保護工作環境和安全防護的作用。

3可升降式整地筑埂聯合作業機的主要技術指標

可升降式整地筑埂聯合作業機的主要技術參數見表1。該機長、寬、高分別為4 000、2 600、1 300 mm，整機1 000 kg，動力58～81 kW。所筑土埂的斷面為梯形，其高度300 mm，上底頂寬300 mm，下底底寬650 mm。

4結論

新研制的可升降式整地筑埂聯合作業機，所需配套動力為58～81 kW輪式拖拉機，作業幅寬2 300 mm，旋耕深度為130～180 mm，筑埂高度為300 mm，筑埂上頂寬300 mm，下底

表1可升降式整地筑埂聯合作業機的主要技術參數

項目單位參數外形尺寸（長、寬、高）mm4 000、2 600、1 300整機質量kg1 000配套動力kW58～81左旋耕刀數把31右旋耕刀數把31刀輥直徑mm425筑埂數量行1工作速度m/h1 000～1 500筑埂高度mm300筑埂頂寬mm300筑埂底寬mm650

寬650 mm，作業速度1 000～1 500 m/h。可在春季水稻插秧前，土壤的含水率為25%～40%的稻田上整地或整地筑埂聯合作業。

該機將整地與筑埂過程中的旋耕、集土、整形、拍實和壓光等多道工序一次完成，而且所筑土埂外形規則、結實、美觀，能夠真正實現一機兩用。使用該機可減少拖拉機作業次數，既提高了作業效率又減少了油耗。該機適合于我國大面積平原水稻生產的整地筑埂聯合作業，具有結構合理、生產效率高、油耗低、作業質量好、替代勞動力多、作業成本低、經濟效益好等特點，一機雙功能，符合當前水田機械發展的節本增效新方向。

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