中型水田耕耙平地機旋耕刀系統原理分析及方案設計

崔新德 房燦松 范永鋒

摘 要：本文主要對中型水田耕耙平地機旋耕刀系統進行原理分析，對應用在中間傳動及側邊傳動兩種典型的水田耕耙平地機傳動方式下的旋耕刀系統進行了詳細的描述，分析了各自旋耕刀排列的優缺點并對不足之處提出了改進，為得到合理的設計方案做好準備。

中型水田耕耙平地機是應用40馬力拖拉機進行水田耕、耙和平整地一體的農業機械。在水稻原茬泡田地上作業兩遍即可完成耕喧、碎土、打漿、壓茬、平地聯合作業（在以翻泡田地上作業一次即可），作業質量可達到水田插秧前的精細整地的要求[1]。

本旋耕刀系統的工作原理是依靠中間傳動的齒輪箱輸出動力驅動連接在它兩端的刀軸帶動并旋轉，使得刀軸上的刀片不停旋轉以連續不斷地切削土壤，并將切下的土塊向后拋擲與擋泥罩板及平土拖板相撞擊，使土壤進一步破碎后再落到地面。

刀輥的組成：刀輥主要由刀片，刀座，刀軸組成。它是旋耕機的主要工作部件，刀片形狀及其排列形式直接影響了旋耕機的工作性能。

1、刀軸

是指帶動刀座上安裝的刀片旋轉的軸，包括了左右軸頭和中間的刀輥軸。刀輥半徑是指刀軸回轉中心到刀片端點的距離。刀輥半徑的確定主要根據旋耕作業作業要求達到的最大耕深；也要考慮到根據刀的排列以及每把刀的受力分析確定刀軸危險截面以確定刀軸的最小尺寸，該最小尺寸為刀軸軸頭最小尺寸。根據現有的旋耕機刀軸設計，通常是一根軸的兩端為兩個實心軸頭，焊接彎刀的部分為空心軸，該設計在下面的第三章結構設計中有更細致的說明。這樣，在滿足耕深要求和結構允許的前提下，刀輥半徑應設計的盡量小些，使刀片端點的圓周速度不致過大，避免增加旋耕功率的消耗，同時也可使整個旋耕機的結構比較緊湊，減輕整機重量[2]。

2、刀片

刀片是用螺栓固定在刀座上，刀座是按螺旋線排列，焊接在刀軸上，隨刀軸一起旋轉，起著切碎土垡的作用。刀片有鑿型和“L”形兩類。由于鑿形刀易纏草故適用于無草莖的疏松土壤和熟地上耕作。“L”形刀有直角刀、沼澤刀和彎刀等幾種。由于彎刀刃口有較大的滑切角τ，所以不易纏草，有關于滑切角τ會在下文有介紹。

兩種彎刀分別為 R245系列的左右彎刀，它們適用于馬力較小的小型拖拉機的旋耕機，而本設計所需要的彎刀需要更大的彎折角度，按照國家標準，采用 R260系列彎刀。

3、刀的排列

現有的刀片排列都是按照如下原理排列：

（1）在同一回轉平面內，若配置兩把以上的刀片，要求每切割小區內幾把彎刀的切土量相近，以保證碎土質量好，耕后溝底平整。

（2）刀軸回轉一周過程中，刀軸每轉過一個相等的角度，在同一相位角，必須是一把彎刀入土，使扭矩較為均衡、減少扭矩波動幅度，保證工作穩定性和刀軸負荷均勻。

（3）軸向相鄰刀齒間距，以不產生漏耕帶為原則，一般均大于單刀幅寬。

（4）左彎刀片和右彎刀片應交替入土，使刀軸兩端的軸承所受的側壓力平衡，以減少旋耕刀對旋耕機重心的轉矩，保持旋耕機組工作時的直線型。

（5）相繼入土的刀片在刀軸上的軸向距離越大越好，盡可能地增大軸向相鄰兩彎刀之間的夾角，以避免發生干擾或堵塞。為滿足以上要求，現有的旋耕機刀片一般采用雙螺旋線規則排列，還必須是相鄰兩刀片在軸向距離和徑向的角度差（也叫相位差）方面，保持一個適宜的數值，同時還應使左右彎向刀片的入土順序交錯進行，對稱地入土。圖就表示刀片在軸上相互錯開的角度及刀軸旋轉時刀片的入土順序[3]。

該旋耕刀系統是應用在側邊傳動的旋耕機上，而且只有一根刀軸，這種設計方法適用于較小馬力的拖拉機上，該設計能夠承受較小的載荷，安裝刀數較少因此安裝方法較為簡單，但是由于單根軸的設計會因軸向受力不均勻，而導致緒論中涉及到的耕后土表不均勻和機器抖動等現象。

本設計由于應用在40馬力拖拉機上，而且有較大耕幅，所以初步設計為兩根刀軸并應用于中間傳動系統。

設計提供了可靠性參考，這樣的設計由于雙根軸刀片的對稱排列使得機器減少抖動，避免了土表耕后不均的現象。

除此之外，每根刀軸上有兩條螺旋線，并且彼此是不連續的，左右彎刀分別安裝在螺旋線上。通過兩根刀軸對稱分布的兩條螺旋線，使得刀軸每旋轉一周能有兩把刀入土，大大提高了原來一把刀入土的工作效率。但由于刀數增加，因此需要通過計算確定刀的最合理數量。

4、漏耕

中間傳動旋耕機的傳動箱設在刀軸中間，有一定寬度，刀片旋轉工作室要讓開箱體，為保證安全，還要求刀片與箱體之間保留一定的間隙。因此，箱體寬度和這個間隙就構成了耕地時的漏耕地段。因此需安裝消除漏耕的裝置。消除漏耕裝置有兩類，一種是在箱體下部安裝犁鏟之類的工作部件，結構簡單，制造容易，但消除漏耕的質量不夠理想。犁鏟類的的消除漏耕裝置有多種不同形式的結構，其中以竄垡犁的結構形式較好。

另一種是在刀軸上安裝特殊結構的刀座和刀片，當刀軸旋轉時，刀片既能切割箱體下部的土壤又能讓開箱體，不和箱體相碰。但結構較復雜，制造較困難。

本設計采用了類似第一種防止漏耕的方法，即將防止漏耕裝置焊接或者用螺栓固定在中間的箱體下端，由于現在的竄垡犁設計已經成型，所以無需改進，只需對它的加工工藝分析注意，即可投入正常使用中。

結論

本章通過對中型水田耕耙平地機旋耕刀系統的原理分析，可以看到單根軸側邊傳動排列方式與兩根軸中間傳動排列方式各自的優缺點。本設計應用在40馬力的拖拉機上，耕幅要求更是為2.6米，因此中間傳動的旋耕刀排列方式要比側邊傳動的排列方式更貼近課題，除此，還要改進現有的旋耕刀排列缺陷，采用雙軸雙螺旋線旋耕刀不對稱式排列，改變現有的同一時刻同一相位角入土刀數，提高工作效率和減少耕作中出現的一些問題。

參考文獻：

[1] 孔令德 張認成.旋耕刀研究的現狀與展望[J].江蘇理工大學學報.1997.18（3）.6

[2] 旋耕機[M].江蘇科學技術出版社.1979.6

[3] 高麗紅.旋耕刀的設計及排列淺析[J].機械管理開發.2007.2