小型水田耕耙平地機輔助機構原理分析與方案設計

范永鋒 崔新德 房燦松

摘 要：小型水田耕耙平地機的輔助機構包括懸掛機構、罩殼、托平板等部分，本章將小型耕耙平地機輔助機構的原理進行分析，進而提出設計方案。

關鍵詞：小型水田，機構原理，方案設計

一、 小型水田耕耙平地機輔助機構概述

懸掛機構是本論文結構設計的主要部分，現對以往的旋耕機的懸掛機構進行簡單介紹。以往的旋耕機與拖拉機的掛接有三點懸掛、直接連接和牽引三種形式，我國目前采用前兩種連接方式。

1.1 三點懸掛機構概述

三點懸掛式旋耕機的懸掛及升降與鏵式犁相同，由拖拉機動力輸出軸驅動，經傳動箱減速后帶動刀軸工作。三點懸掛的機架由懸掛架、左右主梁、齒輪箱、和側板構成。懸掛架式旋耕機和拖拉機三點懸掛機構連接的主要部件，由左右懸掛板、懸掛銷、懸掛撐桿等機件組成，用拖拉機的液壓升降機構來控制旋耕機的提升、入土和調節耕深。

農用拖拉機作為一種行走式動力機械，由懸掛機構連接農機具進行多種田間作業。多年來有關拖拉機懸掛機構各構件的速度特性、力學特性等方面的研究與實踐為其結構設計提供了重要的理論依據，然而對如何充分發揮懸掛機構提升能力的研究較少雖然懸掛機構各桿件的尺寸對機構的運動和受力都有很大影響，但提升桿下端與下拉桿的鉸接點位置影響自油缸 到懸掛軸之間的杠桿傳動比，是影響懸掛機構最大提升能力（垂直吊重）和提升行程的關鍵因素目前通常采用“下拉桿中點稍后偏位置作為提升桿與下拉桿鉸接點”的設計原則，以科學合理地確定提升桿與下拉桿鉸接點位置，最大限度發揮懸掛機構的提升能力及獲得合理的提升行程[1]。

三點懸掛就是第一個鉸鏈點和第二個鉸鏈點將左、右縱拉桿分別固定在下軸的兩個鉸鏈上，第三個鉸鏈點是中央拉桿在上軸的固定點。它只允許農具相對于拖拉機行走的軌跡有很小的偏擺，此種連接方式適用于作業直線度要求較高的農具，如中耕機、播種機等。三點懸掛可分為中間齒輪傳動、側邊齒輪傳動和側邊鏈條傳動三種形式[2]。

直接連接式旋耕機主要用于與手扶拖拉機配套，一般是將手扶拖拉機的變速箱后蓋取下來，然后將旋耕機減速箱與拖拉機變速箱用螺栓連接在一起，動力由拖拉機變速箱犁的齒輪直接傳給旋耕機的齒輪，以驅動旋耕機運轉。

直接連接式旋耕機根據傳動形式可分為側邊齒輪傳動和側邊鏈條傳動兩種形式。近年來，由于手扶拖拉機的應用逐漸減少，對于與手扶拖拉機配套的耕耘機械的研究也比較少。但是在一些大型輪式拖拉機不宜進入的地段，手扶拖拉機所具有其小巧、輕便的特點就充分的發揮出來了。因此手扶拖拉機在南方土地較少、不利于輪式拖拉機作業的地區和北方的大棚中還有一定的應用價值。

二、小型水田耕耙平地機輔助機構原理分析

2.1 小型水田耕耙平地機的原理

根據以上小型水田耕耙平地機的工作原理的示意圖計算機構自由度，機構的自由度計算公式為

F=3N-2PL-PH （2.1）

式中：N—活動構件的個數；

PL—低副的個數；

PH—高副的個數。

計算得到此機構的自由度為

F=3×5-2×7=1

機構自由度F、原動件的數目與機構運動特性有著密切的關系：

（1） F≤0，機構蛻化為剛性桁架，構件間不能產生相對運動。

（2） F>0時，原動件數大于機構自由度，機構遭到破壞；原動件數小于機構自由度，機構運動不能確定；只有當原動件數等于機構自由度時，機構才具有確定的運動。

小型水田耕耙平地機的原動件為手扶拖拉機的動力輸出軸，原動件數等于機構自由度數，說明小型水田耕耙平地機的運動確定。

2.2 小型水田耕耙平地機機架的原理

一般要求懸掛裝置應具有：

（1）使農具在沒有強制性外力的作用下靠其自重能在較短距離內迅速入土，達到預定的耕深。耕深、耕幅能保持穩定。

（2）使農具在運輸、提升位置時，應有足夠的離地高度，保證拖拉機懸掛機組具有良好的通過性。

（3）保證農具在耕作位置時具有必要的橫向擺動量，以滿足拖拉機直線行駛穩定性的要求，但在農具處于提升位置時則應限制橫向搖動。

但由于手扶拖拉機縱梁下方空間狹小的特殊性，小型水田耕耙平地機的懸掛裝置有其特殊性。懸掛機構應該保證耕耙平地機安全、穩定地懸吊與手扶拖拉機縱梁的下方，這是設計本設計中懸掛機構設計的主要原則。

根據自由度的計算公式F=3N-2PL-PH得到機架的自由度為

F=3×2-2×4=-2

由于機架的自由度F=-2≤0，機構蛻化為剛性桁架，構件間不能產生相對運動。因此，小型耕耙平地機機架的設計原則為保證耕耙機的整體懸掛的穩定性。根據這一設計原則設計小型耕耙平地機機架。由于縱梁下方空間狹小，上圖中的各桿件的形狀將有所彎曲，各桿件的彎曲角度將在設計過程中根據實際情況進行設定[3]。

2.3 小型水田耕耙平地機罩殼的原理及設計方案

罩殼部分由上罩板、側板、后罩板、壓緊機構支臂、壓緊彈簧等部分組成。殼體既是安全部件，又是一個刮平泥漿和掩埋稻茬的工作部件。殼體總成既可以繞懸掛銷左右擺動，又可以繞長軸上下，前后擺動，有效的防止泥漿的拖堆和堵塞。罩殼能起到擋住被刀片拋出的土塊得到再次的破碎，并使耕后的地表平整，改善勞動條件和保證操作安全的作用。壓緊彈簧在受載式能產生較大的彈性變形，把機械能或動能轉化為變形能，而載后彈簧的變形消失并回復原狀，將變形能轉化為機械功或動能。通過這種能量的轉化，保護耕耙平地機其他部分的工作安全。在設計過程中應該根據傳動刀軸的大小和耕寬設計殼體的具體尺寸進行設計。罩殼的設計將參考現有旋耕機的設計，并根據具體的設計要求進行修改。

2.4 小型水田耕耙平地機托平板的原理及設計方案

拖平板系統主要由拖平板、壓茬彈齒、左右小拖平板、控制拖平強度的腳踏管等組成。它可以繞水平的鉸鏈軸上下擺動，由此完成對耙后泥漿的平整作業。

由于手扶拖拉機沒有液壓系統，導致其沒有自動控制耕耙平地機選掛高度的懸掛系統，無法自動調節托平強度。為控制水田耕耙平地機的托平強度，在托平板系統中增加的腳踏管部分，是駕駛員在操作過程中根據工作經驗控制托平強度。

另外由于手扶拖拉機尾輪存在與水田耕耙平地機工作方向的后方，將對托平板的作業效果產生影響，再設計過程中也應充分考慮。其中主要是托平板下方形狀的設計，初步確定為鋸齒形式，鋸齒形狀為梯形，中間位于手扶拖拉機尾輪前方的部分全部掏空。

本文通過對小型水田耕耙平地機輔助機構的原理的分析，并根據手扶拖拉機的特點，確定了基本的設計方案，即懸掛方式為縱梁后懸掛，同時確定了托平板的形式，輔助機構各部分的具體尺寸將根據設計要求進行修改。

參考文獻：

[1] 李增宏.耕機的類型和構架的研究推廣分析[J].北京：農業機械學報，1985，12：25-26.