微耕機的結構設計與動力學研究

摘 要：隨著中國農(nóng)業(yè)事業(yè)的革新與發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械設備得到了創(chuàng)新發(fā)展與普及應用。微耕機作為一種新興農(nóng)業(yè)機械設備，以其所具有的體積小、靈動性強、質(zhì)量輕、可運用于不同環(huán)境的特征，受到人們普遍的認可，微耕機的需求量在不增加。但是，現(xiàn)階段我國微耕機仍處于不斷完善的過程，關于微耕機的設計與工藝技術有待進一步研究與完善。對此，本文對微耕機的結構設計與受力情況進行了分析，以期為微耕機的優(yōu)化提供有益參考。

關鍵詞：微耕機；結構設計；動力學

中圖分類號：S222 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170632066

近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、政策、組織結構的發(fā)展與調(diào)整，農(nóng)業(yè)機械設備的發(fā)展與應用得到了迅速提升。在此發(fā)展背景下，質(zhì)量輕、體積小、作業(yè)能力強、靈活性高的微耕機，得到了貴州廣大農(nóng)村村民的認可與重視，其需求量逐年增加?；诳茖W技術、自動化技術、工業(yè)機械技術在農(nóng)業(yè)領域中的應用與創(chuàng)新，為更好地滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，微耕機整體性能設計趨向于一機多用，制造工藝以及配套設施呈現(xiàn)了多元化的設計趨勢。因此，明確微耕機的整體機構設計于動力學，對微耕機的優(yōu)化、創(chuàng)新與應用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 微耕機的結構設計

1.1 微耕機整體結構設計

微耕機整機結構的構成主要分為工作部件、傳動系統(tǒng)、機架與動力部系統(tǒng)4個部分[1]。在此基礎上進行細分，微耕機又可分為機架、發(fā)動機、離合器、變速箱、手把組合、限深裝置與旋耕部件等結構。

動力系統(tǒng)是微耕機的核心組成，動力系統(tǒng)中發(fā)動機的運行功率對微耕機工作速度、耕深以及幅度具有直接影響作用。

工作部件的主要構成是旋耕刀，面臨的耕地條件與耕地環(huán)境不同，旋耕刀刀片的設計也不同，常用的旋耕刀刀具類型主要有旱地刀、深耕鋤、防纏刀及水田輪等，刀片半徑通常在24～26cm；微耕機工作部件的機組，在設計過程中，其前進速度主要是根據(jù)農(nóng)藝需求以及田間行走速度進行設計的，刀滾的旋轉(zhuǎn)速度則是遵循低刀軸轉(zhuǎn)速與最高機組前進速度相結合的設計要求進行設計的[2]。

微耕機傳動系統(tǒng)通常是采用齒輪傳動和皮帶傳動2種傳動方式進行設計的。其中，齒輪傳動的安全與穩(wěn)定性相對較高，動力學原理主要是利用法蘭盤將發(fā)動機與傳動箱進行有效連接，利用摩擦離合器裝置實現(xiàn)動力傳遞；而皮帶傳動方式的發(fā)動機與變速箱，則是經(jīng)由皮帶進行連接與動力傳遞，具有成本低、質(zhì)量輕、價格便宜等優(yōu)勢。

微耕機機架則是嚴格按照《微型耕耘機技術條件》以及使用性能進行設計，用以實現(xiàn)對微耕機工作方向的控制以及對動力部分、傳動部分和操作部分的有效連接。

1.2 微耕機工作原理設計

目前，貴州省農(nóng)機市場中銷售最多的一類微耕機是，以旱地刀為工作部件，以柴油機為配套動力系統(tǒng)，通過利用齒輪傳動方式作為傳動系統(tǒng)，適用于多種耕種環(huán)境與農(nóng)業(yè)種植的微耕機[3]。其工作原理主要是，微耕機利用動力輸出軸（發(fā)動機）通過變速器控制旋耕刀刀軸，刀軸驅(qū)使旋耕刀刀片經(jīng)由地面并從上向下對耕地進行處理。旋耕刀片隨著旋耕機機組向前工作，刀片不斷對耕地土壤進行切入、細碎處理，用以實現(xiàn)微耕機對耕地碎土、松土的作用。

2 微耕機主要工作部件的受力分析

微耕機在作業(yè)過程中，其工作部件會受到一定的動力影響，因此進行微耕機設計與制作時，除明確微耕機工作原理中存在的動力學理論外，也應對微耕機工作部件的受力情況進行分析與處理。

微耕機刀片的受力分析：微耕機在進行作業(yè)時，其旋耕刀的刀片在對耕田進行工作時，為實現(xiàn)對切割的土壤進行切割、碎化、拋擲、松土的作用，其刀片與土壤之間具有一定的刃緣，且刀片的正切部分、側切部分會與土壤形成反作用力，從而使得旋耕刀在耕田作業(yè)時受土壤阻力（空間力系）。在設計過程中，為避免刀具的應力變形，需對刀具進行設計處理，如刀具網(wǎng)格劃分設計、刀柄打孔加固設計、施加受力點等。

微耕機刀滾的受力分析：在微耕機在對耕田進行作業(yè)時，微耕機刀輥在一定程度上會受到來自微耕機各旋耕刀的阻力合力。由于旋耕阻力的受力點、受力大小、受力方向與土壤、微耕機組前進速度、耕深、刀片旋轉(zhuǎn)角度以及刀軸運行速度具有關聯(lián)性，因此微耕機刀滾所受的阻力具有不確定性。所以，在對微耕機刀耕部件進行設計時，應基于其所具有的變化，計算出微耕機工作過程中所承受的最大阻力值，并根據(jù)最大阻力值對微耕刀刀輥所受的最大力矩進行計算與校對，用以保證微耕機工作的安全性與穩(wěn)定性。

3 結論

微耕機在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，本文通過對微耕機的整機機構系統(tǒng)以及工作原理的分析，探索并闡述了微耕機主要構成部分的動力因素。而這在一定程度上為微耕機的設計與創(chuàng)新，提供了理論支持，有利于我國農(nóng)機市場的優(yōu)化發(fā)展，促進農(nóng)業(yè)收益的提升。

參考文獻

[1]許洪斌，梁舉科，徐濤金，等.微耕機旋轉(zhuǎn)耕作部件土槽試驗臺設計[J].中國農(nóng)機化學報，2016（9）：1-5，19.

[2]楊望，路宏，楊堅，等.微耕機水田旋耕刀片切土作業(yè)過程動力學仿真[J].農(nóng)機化研究，2016（6）：74-77.

[3]牛坡，楊玲，張引航，等.基于ANSYSWorkbench的微耕機用旋耕彎刀有限元分析[J].西南大學學報（自然科學版），2015（12）：162-167.

作者簡介：楊冰（1973-），男，貴州貴陽人，工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)機械推廣。