一種基于微型耕作機的開溝機研制

羿洪福

摘要：為減輕秸稈生物反應堆作業的強度，研制基于微型棚室耕作機的棚室開溝機。詳細介紹開溝機的總體設計方案、關鍵部件的設計思路及主要技術參數。樣機作業試驗表明，作業深度最大可達400 mm，可達到生物秸稈反應堆的技術要求。

關鍵詞：開溝機；微型耕作機；設計；溫室

中圖分類號：S222.5+2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）09-0014-03

日光溫室是在我國興起的，且具有一定鮮明中國特色的園藝栽培設施。目前，我國設施農業面積已超過150萬hm2，其中遼寧省的設施農業面積達50.5萬hm2，年總產量高達2400萬t，年產值為680億元。隨著科技的進步和社會的發展，高產、高效、優質、安全的農業種植模式逐漸成為農業產業結構調整的主要內容。根據我國設施農業生產的新技術——秸稈生物反應堆技術推廣應用的實際需要，研制基于微型棚室耕作機的棚室開溝機十分必要。

1 開溝機總體方案研究

1.1 作業條件與機具操作方式分析

在棚室內進行生物秸稈反應堆開溝作業時，秸稈反應堆順壟布置，橫向于溫室大棚方向，因此，機具作業也必須順著秸稈反應堆的布置方向作業。考慮到棚室橫向長度較小，機具采用往復運動實現開溝作業。同時，由于棚室橫向長度小，為進一步提高機具的作業效率和操作人員的安全性，機具作業時的方向控制手柄可調整到與機具前進方向成90°布置，且操縱部件位于手柄位置，便于隨時控制機具的啟動、停止、前進和倒退。

基于上述原因，設計操縱手柄放到倒退位置，啟動離合裝置，機具運動，開始開溝器作業，向外拋送土壤；到達棚一側時，分離離合裝置，操縱手柄置于前進位置，啟動離合裝置，機具退至作業初始位置，分離離合裝置，完成一次開溝作業。通常，根據開溝深度的要求， 1～2次開溝作業即可達到生物秸稈反應堆掩埋時所需要的開溝深度。

1.2 開溝機技術要求和總體方案

立足于我國農村目前棚室配套機具的現有情況，利用現有機具作為動力，減少農民的機具投入成本。經過多地調研，選用動力為3.3～5.88 kW的微型耕作機作為配套動力。微型耕作機能滿足棚室內狹小的作業要求，且具有轉彎靈活的特點。

充分利用微型耕作機的動力、傳動和行走系統，在保證原有功能不受影響的情況下，通過更換工作部件增加開溝功能，增加機具的作業功能。

根據農藝對生物秸稈反應堆開溝的要求和目前保有量較大的微型耕作機的技術性能，確定機具的主要技術指標為：

溝寬：400 mm；

溝深：350 mm；

效率：3 000 m/日；

汽油機額定功率：5 kW；

操作人數：1人。

整機總體技術方案為：充分利用棚室微耕機的底盤、汽油機、皮帶傳動（主離合器）、主變速箱、副變速箱、行走機構、鏈傳動（高低速裝置）、工作離合器、工作鏈傳動、輸出軸等，增加開溝裝置和剪土鏟。整機結構如圖1所示。

2 微型棚室開溝機的設計

2.1 動力系統采用微型耕作機

為適應在棚內工作要求，動力系統和底盤結構必須緊湊，回轉半徑小，故微型耕作機的扶手設計為360°自如旋轉式，同時高低可以自如調整；輪距設計為可調式，調整范圍為390～530 mm。為使整機重量輕、強度好，地盤使用鐵板取型焊接制造，變速箱殼體為鑄鋁。變速箱和行走系統利用原機系統，將倒擋作為機具的工作檔位。

2.2 動力選擇

為突出輕巧實用，選用汽油機為動力，手拉式啟動，啟動方便，結構緊湊。經過計算與試驗，選用5 kW汽油機，能夠較好的滿足所有作業的動力要求。

2.3 剪土鏟設計

在開溝裝置前面增加剪土鏟，利用其特有的鑿形結構破壞土壤的原有結構，使挖開溝裝置在松軟的土壤上作業，減小挖溝阻力，提高工作速度，降低能耗。經過測算平均提高效率在20%以上。剪土鏟如圖2所示。

剪土鏟柄截面為矩形，鏟柄的入土部分采用弧形，以減小阻力。圓弧入土部分的橫截面設計成雙面楔形，夾角為60°，起碎土和減少阻力的作用。剪土鏟刀頭模仿老鼠在土壤中行走方式，按照仿生學原理設計。剪土鏟刀頭工作時，在土壤下部向前運動，利用楔子原理使土體受剪切、彎曲、掀起和向上及兩側的擠壓等綜合作用，當擠壓力大于土體剪切強度時，土體被剪切破壞，經過圓弧過渡達到疏松土壤的目的。測算結果表明，剪土鏟平均提高效率20%以上。

2.4 開溝裝置設計

參考多種開溝裝置結構，經過理論分析和部分試驗，最終設計全新的結構。經過不斷改進，基本上達到溝型斷面為矩形、溝底平整的要求。

刀盤由大開溝刀、小開溝刀、拋土板和刀盤組成，結構如圖3所示。

開溝刀。利用該刀特殊的結構對土壤進行滑切，入土性能好，工作阻力小，能有效切斷作物殘茬及雜草的莖根特點，減小工作阻力。開溝刀型為特殊曲線的彎刀，按照一定的角度通過螺栓固定于刀盤上，保證工作平穩、阻力小、節約動力。刀片形狀如圖4所示。

拋土板。拋土板是均勻布置于刀盤的三角型板，其與刀盤呈一定角度焊接于刀盤上，如圖5所示。

開溝刀在刀盤上的布置為：每個刀盤安裝小開溝刀4把和大開溝刀4把，大開溝刀與小開溝刀背靠背安裝在刀盤兩側，構成一組，每組大開溝刀和小開溝刀的切削刃部分在一條直線上；大小開溝刀方向相反布置。在兩刀盤面向微型耕作機動力輸出部分的內側安裝4個拋土鏟，其結構如圖6所示。

2.5 開溝裝置工作原理

在開溝裝置前面安裝剪土鏟。剪土鏟為鑿式，入土性能好，工作阻力小。利用其先入土破壞土壤結構，使開溝裝置工作在較松軟的土壤中，減小機具功率消耗，提高機具工作效率。

大開溝刀與小開溝刀背靠背安裝在刀盤兩側，構成一組，每組大開溝刀和小開溝刀的切削刃部分在一條直線上；相鄰開溝刀組與大小開溝刀方向相反布置，目的是實現刀盤逐漸進入土壤，減小具瞬間負荷。大開溝刀和小開溝刀的工作面上開有刃口，且刃口有一定角度，使刀切削土壤時為滑切，較大地減少其切削土壤時的阻力，進而節約動力。微型耕作機軸的兩側動力輸出盤呈對稱布置，能夠確保切削力的連續性，同時避免對傳動和動力系統的沖擊。拋土板與大開溝刀和小開溝刀分開布置，避免拋土板參與切削土壤工作，造成動力浪費。開溝裝置的動力來源于微型耕作機的動力輸出軸，動力輸出軸帶動刀盤旋轉，刀盤帶動開溝裝置旋轉，完成切削和拋送土壤工作。

3 棚室開溝機樣機試驗

該樣機完成后，先后在遼寧省多地不同土壤條件下進行作業試驗，均作業效果良好。

作業試驗結果表明，挖掘的秸稈生物反應堆溝型基本呈矩形，溝型整齊，溝底浮土少，作業深度最大可達400 mm，可達到生物秸稈反應堆的技術要求。該機工作效率高，是人工作業的14倍以上，操作簡便、制作簡便、作業成本低廉，具有良好的推廣前景。

參考文獻

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