GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)工作部件的研究設(shè)計(jì)

公衍峰 張媛媛 曹海峰

摘 要：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)馬鈴薯中耕機(jī)械，大多存在的碎土效果不理想、易纏繞堵塞的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)，該機(jī)為馬鈴薯整地和中耕兩用機(jī)械，中耕作業(yè)時(shí)能夠一次性完成壟間松土、碎土、除草及培土。對(duì)中耕機(jī)的傳動(dòng)路線、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和碎土刀的排列進(jìn)行分析，也為馬鈴薯中耕機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)與優(yōu)化提供了參考。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)式 ;馬鈴薯 ;中耕

中圖分類號(hào)：S224.2 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.003

0 引言

隨著馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略不斷深化， 我國(guó)馬鈴薯種植面積日益擴(kuò)大，但其機(jī)械化程度還不高。馬鈴薯機(jī)械化主要是以機(jī)械化種植和機(jī)械化收獲為主，在馬鈴薯中耕管理方面，是制約馬鈴薯全程機(jī)械化的短板。為了解決此項(xiàng)技術(shù)瓶頸，設(shè)計(jì)研究了GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)，并對(duì)其工作部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 總體方案

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)采用三點(diǎn)懸掛式的掛接方式，整機(jī)左右對(duì)稱，重心居中，主要由機(jī)架、主變速箱、驅(qū)動(dòng)箱、工作部件、懸掛系統(tǒng)及扶土裝置等構(gòu)成。一次進(jìn)地可完成動(dòng)力松土、扶壟及拖平等作業(yè)環(huán)節(jié)。

2 傳動(dòng)路線

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)動(dòng)力傳遞如圖1所示。

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸經(jīng)錐齒副變速并改變傳動(dòng)方向，動(dòng)力由二軸輸出，經(jīng)二軸萬(wàn)向傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)箱二軸，經(jīng)過(guò)花鍵帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)箱二軸齒輪，動(dòng)力經(jīng)介輪1、介輪2傳遞到輸出齒輪，并由接盤驅(qū)動(dòng)工作部件，完成動(dòng)力傳遞。

3 工作部件運(yùn)動(dòng)參數(shù)

拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速

nλ=1000 r·min-1

主變速箱傳動(dòng)比

i主=Z1Z2=0.542

式中 Z1=13，Z2=24。

驅(qū)動(dòng)箱傳動(dòng)比

i驅(qū)=Z3Z4=0.654

式中 Z3=17，Z4=26。

總傳動(dòng)比

i=i主×i驅(qū)=0.354

工作部件最終轉(zhuǎn)速

n2=nλi=1000×0.354=354 r·min-1

4 工作部件的設(shè)計(jì)

4.1 工作部件組成

工作部件為松土刀軸，主要由刀軸焊合、松土刀、卡瓦等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。卡瓦為組合式設(shè)計(jì)，在整地時(shí)將卡瓦安裝上，刀軸全刀工作。如中耕松土扶壟作業(yè)時(shí)，則需拆掉卡瓦，以避免傷苗。

4.2 工作部件排列

松土刀為工作的關(guān)鍵部件，松土刀的排列為螺旋式排列，其排列為雙頭螺旋且間隔排列。同一條螺旋線上相鄰松土刀間隔18°，相鄰的奇數(shù)序號(hào)和偶數(shù)序號(hào)的松土刀間隔90°在刀軸同一截面有相隔180 °布置兩把松土刀，這就形成奇數(shù)刀為兩條相間180°螺旋線，偶數(shù)刀為兩條相間180°的螺旋線，其目的是整個(gè)工作部件松土刀的排列間隔均勻。工作時(shí)，入土順序依次沿螺旋線進(jìn)行，有效地分散了負(fù)載，整個(gè)工作部件同時(shí)入土的松土刀數(shù)量均勻且數(shù)量較少，這樣便有效地減小了工作部件的阻力，實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻的負(fù)載，避免出現(xiàn)負(fù)載突變現(xiàn)象。

卡瓦為選裝部件，在整地作業(yè)時(shí)，應(yīng)將卡瓦安裝上，實(shí)現(xiàn)全耕幅作業(yè)。在中耕松土扶壟作業(yè)時(shí)則要拆掉卡瓦，去除壟臺(tái)工作部件，實(shí)現(xiàn)壟溝松土。培土作業(yè)時(shí)，每個(gè)卡瓦上的松土刀呈雙螺旋線排列且首刀與相鄰工作部件刀軸上的刀成螺旋線排列。

4.3 松土刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.3.1 總體設(shè)計(jì)

松土刀采用整體焊接式設(shè)計(jì)，即在刀體上焊有合金刀頭，以增加刀的耐磨性和硬度。刀身則為65Mn材質(zhì)，這樣有效降低了成本，優(yōu)化了工藝，既滿足刀身的工藝要求，又滿足刀頭的工藝要求。

4.3.2 刀身

刀身采用65Mn鋼板切割而成，具有很強(qiáng)的耐磨能力和抗彎能力，具有較強(qiáng)的韌性，遇到過(guò)載時(shí)不易折斷，其入土角度在入土之初設(shè)為40°～ 45°是較為理想的入土角度，既便于入土，又對(duì)土壤有一個(gè)理想的分切效果，土壤被割裂后，隨著快速旋轉(zhuǎn)的刀身完成二次破碎及向后拋撒運(yùn)動(dòng)，土壤中未破碎的小土塊，由于慣性，以較大的速度碰撞到置板及托板上，達(dá)到破碎的效果。

5 工作部件連續(xù)取土條件

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)工作部件與驅(qū)動(dòng)軸采用花鍵接盤連接。因此它的轉(zhuǎn)速為驅(qū)動(dòng)箱的輸出轉(zhuǎn)速，n=354 r·min-1，工作部件刀軸中同一螺旋線兩刀相距α=18°。

工作部件松土刀每秒轉(zhuǎn)過(guò)的角度為ω

ω=n×36060=2124°

式中 n—工作部件轉(zhuǎn)速，n=354 r·min-1。

GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)工作時(shí)，工作部件連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，整機(jī)則由拖拉機(jī)帶動(dòng)向前行進(jìn)，此時(shí)工作部件松土刀的最小工作時(shí)間，即兩刀入土?xí)r間間隔為t

t=αω=182124=0.008 5 s

式中 α—同一螺旋線兩松土刀相距角度;

ω—松土刀角速度。

拖拉機(jī)的前進(jìn)速度：v拖拉機(jī)=3～5 km·h-1。

松土刀在單位時(shí)間取土距離：Lmax=0.012 m;Lmin=0.007 m。

機(jī)具作業(yè)時(shí)，工作部件松土刀的取土距離為0.007～0.012 m，即7～12 mm，該頻率完全可以將土壤打松。

因此，工作部件的參數(shù)設(shè)計(jì)是合理的。

6 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)式馬鈴薯中耕機(jī)關(guān)鍵部件， 安裝在旋轉(zhuǎn)刀軸兩側(cè)的松土刀，排列方式為雙頭螺旋且間隔排列，可拆卸卡瓦的設(shè)計(jì)符合馬鈴薯的壟距， 滿足馬鈴薯中耕作業(yè)所需耕作深度;松土刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 能夠增加切削土壤時(shí)的切削應(yīng)力， 達(dá)到更好的碎土效果， 滿足馬鈴薯中耕作業(yè)松土率的要求。

（2）通過(guò)對(duì)GF-360型馬鈴薯動(dòng)力中耕機(jī)工作部件的傳動(dòng)路線、傳動(dòng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了校核。各部分的結(jié)構(gòu)及參數(shù)都設(shè)計(jì)合理，因此，工作部件的設(shè)計(jì)是合理的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊帥， 閔凡祥， 高云飛， 等.新世紀(jì)中國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問(wèn)題[J].中國(guó)馬鈴薯， 2014， 28 （5） ：311-316.

[2] 呂金慶， 田忠恩， 楊穎， 等.馬鈴薯機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究， 2015， 37 （12） ：258-263.