1GZMN—350A型三軸滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)的設(shè)計(jì)

王志遠(yuǎn)

摘 要：介紹了1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)設(shè)計(jì)背景、總體結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)以及工作原理和主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)能夠滿足板結(jié)耕地的整地要求，具有較好的使用價(jià)值和市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞：旋耕聯(lián)合整地機(jī)；總體設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：S222.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.08.006

1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)主要完成玉米根茬粉碎、旋耕、起壟等播前整地作業(yè)。三軸設(shè)計(jì)主要是針對(duì)大型機(jī)械化收獲作業(yè)使土壤壓實(shí)板結(jié)而設(shè)計(jì)的，傳統(tǒng)的前滅后旋雙軸聯(lián)合整地機(jī)作業(yè)時(shí)土塊多、大，作業(yè)后地塊影響播種作業(yè)質(zhì)量。

1 總體設(shè)計(jì)及技術(shù)性能參數(shù)

1.1 總體設(shè)計(jì)

1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)主要由主傳動(dòng)箱總成、邊箱總成、滅茬部件總成、旋耕部件總成、碎土箱總成、碎土部件總成、起壟部件總成組成（如圖所示）。其中滅茬、旋耕和碎土部件采用正轉(zhuǎn)工作方式，起壟鏵采用翼鏟式。工作時(shí)，拖拉機(jī)動(dòng)力由傳動(dòng)軸傳遞到主傳動(dòng)箱總成，經(jīng)邊箱總成帶動(dòng)旋耕部件總成、滅茬部件總成轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行旋耕與滅茬作業(yè)，再由旋耕部件總成經(jīng)碎土箱總成帶動(dòng)碎土部件總成旋轉(zhuǎn)工作 。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)

配套動(dòng)力：110～132.3 kW；

工作幅寬：350 cm；

旋耕深度：16～20 cm；

滅茬深度：6～10 cm；

碎土深度：14～18 cm；

根茬粉碎率：≥90%；

耕深穩(wěn)定性：≥85%；

土壤粉碎率：≥80%；

工作速度：5～7 km/h；

工作效率：2.1～2.5 hm2/h。

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 配套動(dòng)力計(jì)算

1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)所需動(dòng)力主要包括滅茬部分、旋耕部分、碎土部分以及牽引阻力。

2.1.1 滅茬、旋耕所需動(dòng)力T1

利用土壤比阻法計(jì)算旋耕機(jī)所需功率

T1=0.1KλDvmB

=0.1×5.67×18×1.67×3.5=59.66 kW

式中 Kλ—旋耕比阻，

Kλ=KgK1K2K3K4

=9×1.1×0.95×0.9×0.67=5.67

D—耕深（cm），取機(jī)具最大耕深18 cm；

vm—前進(jìn)速度（m/s），取作業(yè)速度6 km/h，轉(zhuǎn)化為1.67 m/s；

B—作業(yè)幅寬（m），按機(jī)具作業(yè)幅寬區(qū)3.5 m。

2.1.2 碎土所需動(dòng)力T2

根據(jù)土壤比阻法計(jì)算旋耕機(jī)復(fù)耕所需功率

T2=0.1KλDvmB

=0.1×1.63×16×1.67×3.5=15.25kW

式中 Kλ—旋耕比阻，

Kλ=KgK1K2K3K4

=4.5×0.8×0.75×0.9×0.67=1.63

D—耕深（cm），取機(jī)具最大復(fù)耕耕深16 cm；

vm—前進(jìn)速度（m/s），取作業(yè)速度6 km/h，轉(zhuǎn)化為1.67 m/s。

2.1.3 機(jī)組空行所需動(dòng)力T3

根據(jù)機(jī)器特點(diǎn)將機(jī)組空行所需動(dòng)力按機(jī)器工作所需功率的30%即

T3=（T1+T2）×30%=22.47 kW

由以上計(jì)算可確定配套拖拉機(jī)功率為

T=T3+T1+T2=97.38 kW

由于實(shí)際工況的復(fù)雜性取配套動(dòng)力為110 kW以上的大型拖拉機(jī)。

2.2 刀軸轉(zhuǎn)數(shù)及傳動(dòng)比的確定

大型拖拉機(jī)動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速為1000 r/min和540 r/min兩種，為了有效發(fā)揮拖拉機(jī)的功率優(yōu)勢(shì)，選擇動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速為1000 r/min，根據(jù)作業(yè)質(zhì)量要求選擇滅茬刀軸的轉(zhuǎn)速為520 r/min，旋耕刀軸的轉(zhuǎn)速為224 r/min，復(fù)耕刀軸的轉(zhuǎn)速為260 r/min，由此確定總傳動(dòng)比。

I旋總≤N1/N2=1000/220=4.46

I滅總≤N1/N3=1000/520=1.923

I碎土總≤N1/N4=1000/260=3.85

主傳動(dòng)箱為圓錐齒輪傳動(dòng)和圓柱齒輪組成的二級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比：

I1=Z2/Z1×Z4/Z3=34/14×24/13=4.483

滅茬箱為圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比：

I2=Z6/Z5=24/30=0.8

碎土箱為雙排鏈輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比：

I3=Z8/Z7=18/21=0.857

各軸傳動(dòng)比如下：

I旋總= I1=4.483

I滅總=Z2/Z1×I2=2.428×0.8=1.9424

I碎總= I旋總×I3=4.483×0.857=3.84

各工作刀軸轉(zhuǎn)速：

N旋=N1/I旋總=1000/4.483=223 r/min

N滅= N1/I滅總=1000/2.07=514.8 r/min

N碎=N1/ I碎總=1000/3.84=260.4 r/min

式中 I旋總—旋耕總傳動(dòng)比；

I1—主箱傳動(dòng)比；

I2—滅茬箱傳動(dòng)比；

I3—碎土箱傳動(dòng)比。

Z1、Z2、Z3、Z4為主箱傳動(dòng)齒齒數(shù)，Z5、Z6為滅茬箱傳動(dòng)齒齒數(shù)，Z7、Z8為碎土箱鏈輪齒數(shù)。

2.3 各刀軸間距的界定及罩板與刀軸間隙的選擇

旋耕刀軸與滅茬刀軸間距過(guò)小，滅茬過(guò)程中拋出的土壤與秸稈的混合物容易在兩刀軸間推積，造成拖堆，阻力增大，影響工作效率；間距過(guò)大，加長(zhǎng)了機(jī)器的縱向長(zhǎng)度，使機(jī)器的重心后移，影響機(jī)組的操作穩(wěn)定性。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：在相同情況下，當(dāng)兩刀輥間距超過(guò)100 mm時(shí)造成拖堆的情況明顯減輕，工作功率變化不大，機(jī)組空行的功率消耗始終隨著間距的加大而增高的。考慮到1GZMN-350A機(jī)型配套動(dòng)力充足，選擇旋耕刀軸與滅茬刀軸之間的距離為110 mm。同理，罩板與刀軸間隙取設(shè)計(jì)上限90 mm。由于碎土刀軸的轉(zhuǎn)速高于旋耕刀軸，土壤輸送能力較旋耕刀軸強(qiáng)，為減少機(jī)具的縱向長(zhǎng)度，所以旋耕刀軸與碎土刀軸距離定為30 mm，罩板與碎土刀軸間隙取70 mm利于碎土。

3 主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由主傳動(dòng)箱、邊箱和碎土箱組成。主傳動(dòng)箱內(nèi)有一對(duì)圓錐齒輪，主要作用是改變傳動(dòng)方向并為整個(gè)機(jī)具工作提供動(dòng)力接口；邊箱由依次嚙合的圓柱齒輪組成，由二軸與主傳動(dòng)箱體連接，通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)滅茬刀軸與旋耕刀軸工作；碎土箱由主動(dòng)鏈輪、被動(dòng)鏈輪及雙排鏈條組成，主動(dòng)鏈輪與旋耕刀軸連接，被動(dòng)鏈輪與碎土刀軸連接，工作時(shí)通過(guò)旋耕刀軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)碎土刀軸工作。

3.2 旋耕刀軸與滅茬刀軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了方便安裝與維護(hù)，1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)旋耕刀軸和滅茬刀軸與傳動(dòng)箱連接采用接盤連接結(jié)構(gòu)；碎土刀軸與旋耕刀軸漏耕處交錯(cuò)布置，有效地解決了漏耕問(wèn)題。

旋耕刀采用了多區(qū)段雙螺旋線形排列，克服了旋耕刀按常規(guī)排列存在的耕后地表不平、一邊土多一邊土少的缺點(diǎn)；而且適當(dāng)增加了旋耕刀的間隔，利用旋耕過(guò)程中土壤的互相碰撞進(jìn)行碎土；刀軸管采用89×8優(yōu)質(zhì)無(wú)縫圓管，旋耕刀采用T245型旋耕刀，從而保證刀軸強(qiáng)度及機(jī)具的有效耕深。

滅茬刀軸采用全刀盤結(jié)構(gòu)，在壟體部分采用六把滅茬刀，非壟體部分采用三把滅茬刀，既達(dá)到根茬粉碎又做到不留茬的效果。旋耕刀與滅茬刀的排列均以機(jī)器中心對(duì)稱，保證機(jī)器受力均勻。

碎土刀軸采用六道螺旋排列，旋耕刀選用T225，刀褲距離適當(dāng)加密為65 mm，以提高碎土效果。

4 結(jié)論

通過(guò)上述計(jì)算和設(shè)計(jì)，研制生產(chǎn)的1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)，從田間實(shí)驗(yàn)看，較雙軸滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)細(xì)化效果明顯，該機(jī)能夠滿足因大型機(jī)械化收獲造成的土壤壓實(shí)板結(jié)地塊的滅茬、旋耕作業(yè)要求，作業(yè)效果超出了滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)作業(yè)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求，為后續(xù)播種作業(yè)創(chuàng)造了很好的條件。該機(jī)型的設(shè)計(jì)研制，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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