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下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 双轴旋耕机的设计1双轴旋耕机的设计摘要旋耕机是机械化整地的作业的主要农具之一，但目前多数旋耕机翻地以后，还需进行一次耙地作业才能达到农作物生长环境要求。因此，工作效率不高，拖拉机对土壤的二次压实作用也不利于农作物生长。基于国内现有旋耕机技术，提出采用双轴旋耕机技术来解决这个问题。在本次设计中，具体设计了双轴旋耕机总体结构、传动系统、旋耕刀片、四点悬挂装置等。由于幅宽、功率较大，本设计整体采用双侧边齿轮传动，转动平稳、结构基本对称，提高了使用寿命。双轴旋耕机由前后两根旋耕刀刀轴同时工作，一次即可达到耕作要求，从而减少拖拉机对土地的压实次数，提高了工作效率和能源利用率。关键词旋耕机；双轴；双侧边传动；设计下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 双轴旋耕机的设计2The Design of biaxial rotary cultivatorABSTRACTRotary cultivator is one of the main tools in mechanization preparation work. However, the majority of rotary cultivator cant meet the requirement for crops to grow, the cultivator needs to harrow the soil. Therefore, the working efficiency is not high, the tractor will run on the grand twice, compaction is not conducive to the growth of crops. Based on the domestic rotavator technology, then work out the biaxial rotary cultivator technology to solve this problem. I select the Design of biaxial rotary cultivator as my graduation design topic . In this design program, I Designed the overall structure of the rotary cultivator, transmission system, rotary blade, the four point suspension device , etc . As the width and the power needed are large. By the use of double side gear, the rotation is smooth , the basic structure is symmetric, which can improve the service life. When biaxial rotary cultivator works, the two rotary blade cutter axle rotate at the same time, once to meet the cultivation requirements, which can reduce the times of the tractor compact the grand, improve work efficiency and energy utilization simultaneously.KEY WORDSRotary cultivator；Biaxial；Drive by double side gear；Design双轴旋耕机的设计3目 录摘要 .II关键词 .IIABSTRACT .IIIKEY WORDS .III1 前言 .11.1 课题要求 .11.2 旋耕机的研究现状与发展趋势 .11.2.1 国内研究现状 .11.2.2 国外研究现状 .22 旋耕机的总体设计 .22.1 旋耕机的总体结构设计 .22.2 传动方式的选择 .22.3 限深装置的设计 .33 旋耕刀工作参数的确定 .43.1 旋耕机的工作原理 .43.2 旋耕刀刀型的选用 .43.3 旋耕机刀轴速度的确定 .63.4 刀座间距 b 和弯刀总数 Z 的确定 .73.4 弯刀的排列设计 .84 旋耕机的工作参数 .94.1 旋耕机的功率消耗 .94.2 传动参数的确定 .105 侧边齿轮箱的参数设计 .105.1 齿轮的设计校核 .105.1.1 齿轮的材料 .105.1.2 圆柱直齿轮的参数设计 .115.2 齿轮轴系设计校核 .145.2.1 齿轮轴结构设计 .145.2.2 齿轮轴上结构配置 .185.3 刀辊轴的设计计算说明 .186 设计结论 .197 设计心得 .19参考文献 .21致谢 .23双轴旋耕机的设计11 前言张之洞曾说， “凡民俊秀皆入学，天下大利必归农” ，农业是一个国家赖以发展的根基，农业的发展制约着其他产业的发展，其他产业反过来往往又反过来促进农业的发展，我国是一个农业大国， 同时又是一个农业相对落后的国家，农村人口占全人口的 70%左右。解决“三农”问题是我国现代化建设的重中之重。经过几十年的发展，农业生产水平虽然在一定程度上有了较大提升，但是与发达国家之间还有较大的差距。中国农业正处于从传统农业向现代农业转变的关键时期，农业机械化是建设现代农业的重要物质基础，是先进生产力的代表，是提高农业劳动生产率的主要手段。农业机械化是农业科学技术推广应用的重要载体，是农业现代化的必然过程，加快发展农业机械化是推进城镇化建设，全面建设农村小康社会的重要举措，加快发展农业机械化也是保护和提高粮食综合生产能力，增加农民收入的重要措施。播前平整土地是农业的关键一环。其中，土壤耕作机械主要用于农田栽植、播种前的作业，对农作物的生长起着至关重要的作用，对粮食产量起着举足轻重的影响。在一些播种前对土壤有严格要求的农作物而言，播种前，需要进行多次辅助性的整平、耙地作业。机耕作业次数多，既浪费能源，又压实和板结土壤 。一般整地机具（如铧式犁、普通单轴旋耕机）不可能一次作业达到平整土地的技术要求，既使是熟地也不能将垫片粉碎到规定程度。而双轴旋耕机一次作业能使各种土质的土地达到高质量的待播状态。旋耕机作业后，地表平整、松软、细碎，能够满足精耕细作的农艺要求，机耕作业次数少，节约资源，减少对土壤的压实和板结，降低作业成本，减少机具投资，提高机具利用率。因此，高性能、低功耗、多功能适应我国国情的旋耕机具有广阔的发展前景。1.1 课题要求为提高大型拖拉机的使用范围，提高工作效率，减少拖拉机对土壤的压实次数，本课题要求设计一种与 45Kw 以上的轮式拖拉机配套，作业幅宽 2400mm，作业深度 18cm，作业速度大于 5Km/h 的双轴旋耕机。1.2 旋耕机的研究现状与发展趋势旋耕机的发展至今已有 150 多年的历史，最初在英、美国家由 34kW 内燃机驱动，主要用于庭院耕作，直到 L 型旋耕刀研制成功后， 旋耕机才进入农田作业。20 世纪初，日本从欧洲引进旱地旋耕机后，经过大量的试验研究工作，研制出适用于水田耕作要求的弯刀，解决了刀齿和刀轴缠草的问题，旋耕机得到了迅速发展(孔令德等， 1997)。目前，旋耕机主要采用中间传动和侧边传动，水平轴旋耕部件与地轮转向一致，并且旋耕工作部件结构相当完善。耕作配套机械有手扶拖拉机和轮式拖拉机两种类型，而对整地机的主体部分旋耕机国内外已经有了相当成熟的理论研究和实践研究。1.2.1 国内研究现状我国近年来旋耕机的保有量增加很快，普通单轴旋耕机发展已经较为成熟，双轴旋耕机的应用时间较短，还没有大面积推广。现在我国已能生产与 132kw 拖拉机配套的耕作农具，大型机具开始向宽幅高速发展，但是从整体技术水平来看，我双轴旋耕机的设计2们还与国际水平有很大的差距。我国现在生产双轴旋耕机的企业主要有连云港春飞、河北神耕、北京华春翔农、南昌旋耕机厂等。型号主要有 1GKN 系列、1GQN 系列、1GHL 系列、STG 系列等几种。工作幅宽 1.25m 至 2.8m。由于受拖拉机技术条件的制约和配套机具本身的研究水平限制，一些国际先进结构还未能得到完全使用：快速挂接器、耕深和水平自控调节、短尺寸广角万向节传动轴、宽幅工作部件液压折叠装置、快速换刀结构等。同时多功能整地机还在一定程度上还不能很好的满足农艺和农业生产的需要，而且我国的耕整技术发展缓慢，电子、自动控制、智能化技术还处于刚刚起步的阶段，还有很大的提升空间。 （孔祥莹等，2000）1.2.2 国外研究现状在国外，旋耕机发展较早，旋耕机耕作技术已经非常成熟，作业性能稳定，功能齐全。美国和一些欧洲国家、日本、以色列等发达国家在旋耕机上处于国际领先水平，生产双轴旋耕机的有约翰迪尔、久保田、克拉斯、安格科等知名企业。由于国外田间拖拉机的功率达到了 360kw 以上，使得与之配套的整地机也随之大型化，宽幅机械的生产率高，单位幅宽的成本低，能便于采用先进的生产技术，提高田间作业速度和效率、改善作业性能。大型整地机具已达 20m 以上，为便于其行走，采用机架折叠或纵向运输，实现宽幅作业窄幅运输。并且耕地速度为815km/h，整地达到 1020km/h，播种达到 815km/h。国外整地机的产品功能相比国内更加完善，材料和制造工艺水平较高，外观漂亮，平均使用寿命比我国高出 1/3 以上，但是而且配件难，维修服务各个方面跟不上，对我国国土 70%的丘陵土地的情况十分不适用，价格相对较贵，为国产的 10 倍左右。 （李滨等，2006）随着农业机械化程度的增强，工作效率和效益的提高，现有的旋耕机已满足不了农艺要求和生产规模扩大的需要。故对旋耕机的研究有了进一步的深化，出现如下几个方向的发展趋势：（1）向宽幅，高速型旋耕机发展；（2）向操作简单、自动化、智能化方向发展；（3）向节能高效方向发展。 （张维安等，2008） 2 旋耕机的总体设计2.1 旋耕机的总体结构设计现在与拖拉机配套工作的双轴旋耕机悬挂方式主要有三点悬挂和四点悬挂两种，按其工作部件的作业和配置方式有卧式与立式两种，传动方式有中间传动和侧边传动。经过参考学校工科基地现有的旋耕机，结合课题要求，仔细分析各种方案的利弊与适用条件，本设计采用双轴卧式、与拖拉机四点悬挂的结构方式。整体上，前后采用两根横梁与左右的支撑板焊接的框架结构。2.2 传动方式的选择对四点悬挂式旋耕机有中间传动和侧边传动两种形式。中间传动采用中间全齿轮传动，利用万向节传动轴将拖拉机动力输出轴的动力传递给圆锥齿轮轴，减速并改变方向后，向下最后传递到前后刀辊轴。这种方案一个缺点时中间齿轮箱处不能安装弯刀，如不设置特殊工作部件，将出现漏耕。为此需要在齿轮箱的下方增设犁体总成以消除漏耕现象。侧边传动利用万向节传动轴将拖拉机动力输出轴的动力传递给圆锥齿轮轴，减速并改变方向后，再次经过两边的万向节将动力传输至两边齿双轴旋耕机的设计3轮箱，最后传递到刀辊轴。对双轴旋耕机而言，侧边传动也还有两种方案备选：单边侧边传动和双边侧边传动。单侧边传动方式是动力经过减速器后，通过万向节输出到一边的齿轮箱，再次分配给前后两根刀轴。因此结构简单，但是平衡性较差，一般容易偏置，使得动力集中于刀辊一侧，使用寿命和安全性得不到保证。双侧边传动的传动方案是：动力经过减速器后，通过万向节输出到两边的齿轮箱，然后经过两边的齿轮箱分配给前后两根刀轴。这种传动结构特点是结构对称性好、工作时受力均匀、左右平衡、布局合理同时可以节省材料、减轻整机的重量机架牢固，适用于宽幅旋耕机。在选定两边的齿轮箱内的动力传递方案时，有链传动、带传动、齿轮传动三种预备方案可供选择。由于链传动虽然可以传递较大的功率，但是具有较强的震动性，工作时，噪音非常大，所以不选用。而旋耕机切削土壤的阻力较大，如果选用带传动的话，需要多条带。最终选用齿轮传动。齿轮传动受力均衡，结构简单紧凑，有利于机构的对称布置和平衡，降低功耗，改善工艺。本设计要求旋耕机的耕幅为 2.4m，经思考最后确定采用双侧边齿轮传动方式。整体传动结构如下图（图 2-1）所示。2.3 限深装置的设计旋耕机是一种作业范围广的农用机械，根据不用的土壤条件和工作要求，需要有不同的旋耕深度。对于拖拉机带动的旋耕机工作时，如果和具有调节液压悬挂机构的拖拉机配套时,利用位调节手柄在不同位置的定位调整耕深，与具有分置式液压悬挂机构的拖拉机配套时,利用活塞杆上定位卡箍的不同位置调整耕深。本设计中的旋耕机所选动力源的功率为 60kw，根据设计任务书的要求，要求旋耕机的耕深为 18cm，所以该机的设计旋深最大为 20cm，严禁旋耕机超限作业，否则将导致某些零部件的损坏和早期磨损，还将严重影响整体的作业效率，故需设计耕深限制装置。此设计运用的是限深板，限深板安装在齿轮箱的下端，与齿轮箱之间采用螺栓连接，它由一块弧状的钢板和一块扇形的钢板焊接而成。简单实用，通过限深板图 2-1 旋耕机传动方式Fig.2-1 The drive structure of biaxial rotary cultivator双轴旋耕机的设计4与土壤之间的接触从而限制耕作深度。3 旋耕刀工作参数的确定3.1 旋耕机的工作原理旋耕机是一种由动力驱动工作部件以切碎土壤的耕作机械。兼有耕翻和碎土功能，一次作业即能达到土碎地平的效果，而犁耕很难一次造成土壤松碎、地表平整而满足播种或插秧的要求，必须再经过整地才能进行种植作业。因此，用旋耕机耕地可大大缩短耕整地的时间，有利于抢农时和提高功效。 （李宝筏等，2003）旋耕机工作时，其刀片随着刀轴由拖拉机动力输出轴驱动作回转运动，同时又随机组前进作等速直线运动（如图 3-1 所示） 。刀片切削土壤时，刀片的绝对运动是由机组的前进运动与刀轴的回转运动所合成。为了使机组能正常工作，刀片在整个切土过程中不能产生推土现象，要求其绝对运动的轨迹为余摆线。在这一余摆线绕圈最大横弦以下任意一点的水平分速度的方向与机组前进方向相反。这样刀片将切下的土块向后抛掷与挡泥罩以及平土拖板相撞击，使土块进一步破碎再落到地面。由于机组不断前进，刀片就连续不断地对未耕地进行松碎。 图 3-1 旋耕刀工作图Fig.3-1 The Working principle diagram of biaxial cultivator在机组前进速度不变的情况下，旋耕机所需功率随刀轴转速的增加而增加，较理想的配合是低刀轴转速和较高的前进速度，虽然功耗要增加些，但因生产率提高了，仍可降低单位面积的能耗。近年来，刀轴转速降低的趋势较为明显。另外旋耕机的刀轴转速一般在 200-285r/min，随着土壤比阻不同，旋耕机的刀轴转速也不同，粘性重的土壤比阻大，转速应偏低，砂性土壤比阻小，转速可偏高。在本设计中，要求旋耕机的作业速度大于 5Km/h（约为 1.4m/s） 。3.2 旋耕刀刀型的选用常见的旋耕刀刀片有弯刀、凿型和直角刀片（如图 3-2） 。弯形刀片（分左弯和右弯）切削工作时，先由侧切刃沿纵向切削土壤，并且是先由离轴心较近的刃口开始切割，由近及远，最后由正切刃横向切开土壤，这种切削过程，可把草茎及残茬双轴旋耕机的设计5压向未耕地，进行有支持切割。这样，草茎及残茬较易切断，即使不被切断，也可利用刃口曲线的合理形状，使其滑向端部离开弯刀，不易缠草，具有松碎土嚷和翻土覆土能力，国内生产的旋耕机大多配用弯形刀片。凿型刀片碎土能力较强，但易缠草，适用于土质较硬、杂草较少的土地的耕作。直角刀片与凿型刀性能相近，国内生产使用较少。 （李宝筏等，2003）图 3-2 旋耕刀的类型Fig.3-2 The type of rotary blade弯刀的结构：弯刀主要有侧切面、正切面、过渡面组成，见图 3-2。侧切面具有切开土垡，切断或推开草茎及残茬的功能；正切面除了切土外还具有翻土、碎土、抛土等功能。图 3-3 弯刀的结构简图双轴旋耕机的设计6Fig.3-3 The sketch of acinaciformed blade刀片正切刃幅宽 b( 工作幅宽)： b 的大小影响旋耕机的工作质量及功率消耗，若 b 增大， 旋耕刀滚的刀片数减少， 则相邻刀片间距增大， 有利于减少堵塞现象， 功率消耗不变， 但碎土质量差， 为了保证碎土质量，就要减小机器的行进速度， 故 b 不宜过大。为了保证耕深及适宜的刃口长度， 刀片切削半径 R0 的大小可由下式确定：(3-1)220RSRa式中：a最大设计耕深。弯刀回转半径，的确定与设计耕深和传动箱结构有关， 耕深增大， 要求 增大， 切削扭矩也随之增大，耕深越大，要求 就越大。 因此在满足耕深R的要求及传动箱结构尺寸允许的情况下， 应尽量取小值。 常取240260mm，本设计取 =260mm RS切土节距：在同一纵向平面内切土的旋耕刀， 在其相继切土的时间间隔内，机组前进的距离称为切土节距。根据试验， 旱耕熟地(含水量 20%30% ) ， S 取 10 12 cm 左右; 耕轻、中粘度土壤(含水量大于 35% ) ， S 取 6 9 cm; 粘重土壤、多草地，S 取 4 6 cm。 查农业机械设计手册 ，得刀片最大进给量（3-2）60mVnz式中: 旋耕机的前进速度 取 mV=5 hK/刀轴转速z同一切割小区内的弯刀 取 z=2计算得 S= 6058.2=6.c从而可以计算出 R0= mm2 2.826017.8本设计选用的弯刀，参数已经标准化，目前弯刀已经有了国家统一标准：旋耕机械 GB/T 5669-2008 。根据 R0 值，查阅GB/T 5669-2008 ，结合耕深要求，选用T245 弯刀，它的回转半径为 245mm。(袁栋等， 2008)3.3 旋耕机刀轴速度的确定旋耕机刀刃的运动是由拖拉机向前的直线运动和弯刀旋转的复合运动，前进速度为 1.4m/s，轨迹为余摆线，可用下式表示：X=Vm t+R (3-3)costY=R (3-4)in式中: R旋耕刀端点转动半径；到轴旋转角速度；Vm旋耕机前进速度；t时间双轴旋耕机的设计7绝对速度： （3-3） 2200sinmVtV根据文献，轻型和中型土壤的平均切削速度约为 3-4m/s，针对我国华中地区的土壤多为沙土， ，所以选定平均切削速度为 4-5 m/s 左右。 由于耕深 18cm，刀辊半径 R=245mm，如图 3-3 所示：切削土壤时相应的转动角： =arcsin(1 一 HR)= 15，m切人点 A1 的绝对速度大小： 带入数值得：221 0sinAmmVV2 2100.51.sinAmV取 =5.5m/s ，解得 =5.7m/s弯刀转速计算：旋耕刀的速度 ，得 =224r/min，确定选用0=/VR=220r/min，此时，弯刀的转速 =5.6m/s。3.4 刀座间距 b 和弯刀总数 Z 的确定弯刀端部对土壤适当的撕裂挤压作用可以降低功耗。但撕裂过大又使土块均匀性较差，并使同一截面相继入土刀片的切土节距加大和功耗增加。适当提高刀座间距和选用刀幅较宽的刀齿，可以减少刀齿总数和降低功耗。本方案中选用的T245弯刀，单刀幅宽 b=50mm，在旋耕刀刀轴同一径向上，安装左右弯刀各一把，在旋耕机前进方向上，有效工作距离为 100mm。在一根刀轴上，安装的左弯刀数量=2400/100=24，在刀轴两端，因为有支撑板的影响，取 =23。1Z 1Z图 3-3 旋耕刀运动示意图Fig.3-3 The schematic diagram of rotary bladeR=245双轴旋耕机的设计0双轴旋耕机的设计摘要旋耕机是机械化整地的作业的主要农具之一，但目前多数旋耕机翻地以后，还需进行一次耙地作业才能达到农作物生长环境要求。因此，工作效率不高，拖拉机对土壤的二次压实作用也不利于农作物生长。基于国内现有旋耕机技术，提出采用双轴旋耕机技术来解决这个问题。在本次设计中，具体设计了双轴旋耕机总体结构、传动系统、旋耕刀片、四点悬挂装置等。由于幅宽、功率较大，本设计整体采用双侧边齿轮传动，转动平稳、结构基本对称，提高了使用寿命。双轴旋耕机由前后两根旋耕刀刀轴同时工作，一次即可达到耕作要求，从而减少拖拉机对土地的压实次数，提高了工作效率和能源利用率。关键词旋耕机；双轴；双侧边传动；设计双轴旋耕机的设计1The Design of biaxial rotary cultivatorABSTRACTRotary cultivator is one of the main tools in mechanization preparation work. However, the majority of rotary cultivator cant meet the requirement for crops to grow, the cultivator needs to harrow the soil. Therefore, the working efficiency is not high, the tractor will run on the grand twice, compaction is not conducive to the growth of crops. Based on the domestic rotavator technology, then work out the biaxial rotary cultivator technology to solve this problem. I select the Design of biaxial rotary cultivator as my graduation design topic . In this design program, I Designed the overall structure of the rotary cultivator, transmission system, rotary blade, the four point suspension device , etc . As the width and the power needed are large. By the use of double side gear, the rotation is smooth , the basic structure is symmetric, which can improve the service life. When biaxial rotary cultivator works, the two rotary blade cutter axle rotate at the same time, once to meet the cultivation requirements, which can reduce the times of the tractor compact the grand, improve work efficiency and energy utilization simultaneously.KEY WORDSRotary cultivator；Biaxial；Drive by double side gear；Design双轴旋耕机的设计2目 录摘要 .II关键词 .IIABSTRACT .IIIKEY WORDS .III1 前言 .11.1 课题要求 .11.2 旋耕机的研究现状与发展趋势 .11.2.1 国内研究现状 .11.2.2 国外研究现状 .22 旋耕机的总体设计 .22.1 旋耕机的总体结构设计 .22.2 传动方式的选择 .22.3 限深装置的设计 .33 旋耕刀工作参数的确定 .43.1 旋耕机的工作原理 .43.2 旋耕刀刀型的选用 .43.3 旋耕机刀轴速度的确定 .63.4 刀座间距 b 和弯刀总数 Z 的确定 .73.4 弯刀的排列设计 .84 旋耕机的工作参数 .94.1 旋耕机的功率消耗 .94.2 传动参数的确定 .105 侧边齿轮箱的参数设计 .105.1 齿轮的设计校核 .105.1.1 齿轮的材料 .105.1.2 圆柱直齿轮的参数设计 .115.2 齿轮轴系设计校核 .145.2.1 齿轮轴结构设计 .145.2.2 齿轮轴上结构配置 .185.3 刀辊轴的设计计算说明 .186 设计结论 .197 设计心得 .19参考文献 .21致谢 .23双轴旋耕机的设计01 前言张之洞曾说， “凡民俊秀皆入学，天下大利必归农” ，农业是一个国家赖以发展的根基，农业的发展制约着其他产业的发展，其他产业反过来往往又反过来促进农业的发展，我国是一个农业大国， 同时又是一个农业相对落后的国家，农村人口占全人口的 70%左右。解决“三农”问题是我国现代化建设的重中之重。经过几十年的发展，农业生产水平虽然在一定程度上有了较大提升，但是与发达国家之间还有较大的差距。中国农业正处于从传统农业向现代农业转变的关键时期，农业机械化是建设现代农业的重要物质基础，是先进生产力的代表，是提高农业劳动生产率的主要手段。农业机械化是农业科学技术推广应用的重要载体，是农业现代化的必然过程，加快发展农业机械化是推进城镇化建设，全面建设农村小康社会的重要举措，加快发展农业机械化也是保护和提高粮食综合生产能力，增加农民收入的重要措施。播前平整土地是农业的关键一环。其中，土壤耕作机械主要用于农田栽植、播种前的作业，对农作物的生长起着至关重要的作用，对粮食产量起着举足轻重的影响。在一些播种前对土壤有严格要求的农作物而言，播种前，需要进行多次辅助性的整平、耙地作业。机耕作业次数多，既浪费能源，又压实和板结土壤 。一般整地机具（如铧式犁、普通单轴旋耕机）不可能一次作业达到平整土地的技术要求，既使是熟地也不能将垫片粉碎到规定程度。而双轴旋耕机一次作业能使各种土质的土地达到高质量的待播状态。旋耕机作业后，地表平整、松软、细碎，能够满足精耕细作的农艺要求，机耕作业次数少，节约资源，减少对土壤的压实和板结，降低作业成本，减少机具投资，提高机具利用率。因此，高性能、低功耗、多功能适应我国国情的旋耕机具有广阔的发展前景。1.1 课题要求为提高大型拖拉机的使用范围，提高工作效率，减少拖拉机对土壤的压实次数，本课题要求设计一种与 45Kw 以上的轮式拖拉机配套，作业幅宽 2400mm，作业深度 18cm，作业速度大于 5Km/h 的双轴旋耕机。1.2 旋耕机的研究现状与发展趋势旋耕机的发展至今已有 150 多年的历史，最初在英、美国家由 34kW 内燃机驱动，主要用于庭院耕作，直到 L 型旋耕刀研制成功后， 旋耕机才进入农田作业。20 世纪初，日本从欧洲引进旱地旋耕机后，经过大量的试验研究工作，研制出适用于水田耕作要求的弯刀，解决了刀齿和刀轴缠草的问题，旋耕机得到了迅速发展(孔令德等， 1997)。目前，旋耕机主要采用中间传动和侧边传动，水平轴旋耕部件与地轮转向一致，并且旋耕工作部件结构相当完善。耕作配套机械有手扶拖拉机和轮式拖拉机两种类型，而对整地机的主体部分旋耕机国内外已经有了相当成熟的理论研究和实践研究。1.2.1 国内研究现状我国近年来旋耕机的保有量增加很快，普通单轴旋耕机发展已经较为成熟，双轴旋耕机的应用时间较短，还没有大面积推广。现在我国已能生产与 132kw 拖拉机配套的耕作农具，大型机具开始向宽幅高速发展，但是从整体技术水平来看，我双轴旋耕机的设计1们还与国际水平有很大的差距。我国现在生产双轴旋耕机的企业主要有连云港春飞、河北神耕、北京华春翔农、南昌旋耕机厂等。型号主要有 1GKN 系列、1GQN 系列、1GHL 系列、STG 系列等几种。工作幅宽 1.25m 至 2.8m。由于受拖拉机技术条件的制约和配套机具本身的研究水平限制，一些国际先进结构还未能得到完全使用：快速挂接器、耕深和水平自控调节、短尺寸广角万向节传动轴、宽幅工作部件液压折叠装置、快速换刀结构等。同时多功能整地机还在一定程度上还不能很好的满足农艺和农业生产的需要，而且我国的耕整技术发展缓慢，电子、自动控制、智能化技术还处于刚刚起步的阶段，还有很大的提升空间。 （孔祥莹等，2000）1.2.2 国外研究现状在国外，旋耕机发展较早，旋耕机耕作技术已经非常成熟，作业性能稳定，功能齐全。美国和一些欧洲国家、日本、以色列等发达国家在旋耕机上处于国际领先水平，生产双轴旋耕机的有约翰迪尔、久保田、克拉斯、安格科等知名企业。由于国外田间拖拉机的功率达到了 360kw 以上，使得与之配套的整地机也随之大型化，宽幅机械的生产率高，单位幅宽的成本低，能便于采用先进的生产技术，提高田间作业速度和效率、改善作业性能。大型整地机具已达 20m 以上，为便于其行走，采用机架折叠或纵向运输，实现宽幅作业窄幅运输。并且耕地速度为815km/h，整地达到 1020km/h，播种达到 815km/h。国外整地机的产品功能相比国内更加完善，材料和制造工艺水平较高，外观漂亮，平均使用寿命比我国高出 1/3 以上，但是而且配件难，维修服务各个方面跟不上，对我国国土 70%的丘陵土地的情况十分不适用，价格相对较贵，为国产的 10 倍左右。 （李滨等，2006）随着农业机械化程度的增强，工作效率和效益的提高，现有的旋耕机已满足不了农艺要求和生产规模扩大的需要。故对旋耕机的研究有了进一步的深化，出现如下几个方向的发展趋势：（1）向宽幅，高速型旋耕机发展；（2）向操作简单、自动化、智能化方向发展；（3）向节能高效方向发展。 （张维安等，2008） 2 旋耕机的总体设计2.1 旋耕机的总体结构设计现在与拖拉机配套工作的双轴旋耕机悬挂方式主要有三点悬挂和四点悬挂两种，按其工作部件的作业和配置方式有卧式与立式两种，传动方式有中间传动和侧边传动。经过参考学校工科基地现有的旋耕机，结合课题要求，仔细分析各种方案的利弊与适用条件，本设计采用双轴卧式、与拖拉机四点悬挂的结构方式。整体上，前后采用两根横梁与左右的支撑板焊接的框架结构。2.2 传动方式的选择对四点悬挂式旋耕机有中间传动和侧边传动两种形式。中间传动采用中间全齿轮传动，利用万向节传动轴将拖拉机动力输出轴的动力传递给圆锥齿轮轴，减速并改变方向后，向下最后传递到前后刀辊轴。这种方案一个缺点时中间齿轮箱处不能安装弯刀，如不设置特殊工作部件，将出现漏耕。为此需要在齿轮箱的下方增设犁体总成以消除漏耕现象。侧边传动利用万向节传动轴将拖拉机动力输出轴的动力传递给圆锥齿轮轴，减速并改变方向后，再次经过两边的万向节将动力传输至两边齿双轴旋耕机的设计2轮箱，最后传递到刀辊轴。对双轴旋耕机而言，侧边传动也还有两种方案备选：单边侧边传动和双边侧边传动。单侧边传动方式是动力经过减速器后，通过万向节输出到一边的齿轮箱，再次分配给前后两根刀轴。因此结构简单，但是平衡性较差，一般容易偏置，使得动力集中于刀辊一侧，使用寿命和安全性得不到保证。双侧边传动的传动方案是：动力经过减速器后，通过万向节输出到两边的齿轮箱，然后经过两边的齿轮箱分配给前后两根刀轴。这种传动结构特点是结构对称性好、工作时受力均匀、左右平衡、布局合理同时可以节省材料、减轻整机的重量机架牢固，适用于宽幅旋耕机。在选定两边的齿轮箱内的动力传递方案时，有链传动、带传动、齿轮传动三种预备方案可供选择。由于链传动虽然可以传递较大的功率，但是具有较强的震动性，工作时，噪音非常大，所以不选用。而旋耕机切削土壤的阻力较大，如果选用带传动的话，需要多条带。最终选用齿轮传动。齿轮传动受力均衡，结构简单紧凑，有利于机构的对称布置和平衡，降低功耗，改善工艺。本设计要求旋耕机的耕幅为 2.4m，经思考最后确定采用双侧边齿轮传动方式。整体传动结构如下图（图 2-1）所示。2.3 限深装置的设计旋耕机是一种作业范围广的农用机械，根据不用的土壤条件和工作要求，需要有不同的旋耕深度。对于拖拉机带动的旋耕机工作时，如果和具有调节液压悬挂机构的拖拉机配套时,利用位调节手柄在不同位置的定位调整耕深，与具有分置式液压悬挂机构的拖拉机配套时,利用活塞杆上定位卡箍的不同位置调整耕深。本设计中的旋耕机所选动力源的功率为 60kw，根据设计任务书的要求，要求旋耕机的耕深为 18cm，所以该机的设计旋深最大为 20cm，严禁旋耕机超限作业，否则将导致某些零部件的损坏和早期磨损，还将严重影响整体的作业效率，故需设计耕深限制装置。此设计运用的是限深板，限深板安装在齿轮箱的下端，与齿轮箱之间采用螺栓连接，它由一块弧状的钢板和一块扇形的钢板焊接而成。简单实用，通过限深板图 2-1 旋耕机传动方式Fig.2-1 The drive structure of biaxial rotary cultivator双轴旋耕机的设计3与土壤之间的接触从而限制耕作深度。3 旋耕刀工作参数的确定3.1 旋耕机的工作原理旋耕机是一种由动力驱动工作部件以切碎土壤的耕作机械。兼有耕翻和碎土功能，一次作业即能达到土碎地平的效果，而犁耕很难一次造成土壤松碎、地表平整而满足播种或插秧的要求，必须再经过整地才能进行种植作业。因此，用旋耕机耕地可大大缩短耕整地的时间，有利于抢农时和提高功效。 （李宝筏等，2003）旋耕机工作时，其刀片随着刀轴由拖拉机动力输出轴驱动作回转运动，同时又随机组前进作等速直线运动（如图 3-1 所示） 。刀片切削土壤时，刀片的绝对运动是由机组的前进运动与刀轴的回转运动所合成。为了使机组能正常工作，刀片在整个切土过程中不能产生推土现象，要求其绝对运动的轨迹为余摆线。在这一余摆线绕圈最大横弦以下任意一点的水平分速度的方向与机组前进方向相反。这样刀片将切下的土块向后抛掷与挡泥罩以及平土拖板相撞击，使土块进一步破碎再落到地面。由于机组不断前进，刀片就连续不断地对未耕地进行松碎。 图 3-1 旋耕刀工作图Fig.3-1 The Working principle diagram of biaxial cultivator在机组前进速度不变的情况下，旋耕机所需功率随刀轴转速的增加而增加，较理想的配合是低刀轴转速和较高的前进速度，虽然功耗要增加些，但因生产率提高了，仍可降低单位面积的能耗。近年来，刀轴转速降低的趋势较为明显。另外旋耕机的刀轴转速一般在 200-285r/min，随着土壤比阻不同，旋耕机的刀轴转速也不同，粘性重的土壤比阻大，转速应偏低，砂性土壤比阻小，转速可偏高。在本设计中，要求旋耕机的作业速度大于 5Km/h（约为 1.4m/s） 。3.2 旋耕刀刀型的选用常见的旋耕刀刀片有弯刀、凿型和直角刀片（如图 3-2） 。弯形刀片（分左弯和右弯）切削工作时，先由侧切刃沿纵向切削土壤，并且是先由离轴心较近的刃口开始切割，由近及远，最后由正切刃横向切开土壤，这种切削过程，可把草茎及残茬双轴旋耕机的设计4压向未耕地，进行有支持切割。这样，草茎及残茬较易切断，即使不被切断，也可利用刃口曲线的合理形状，使其滑向端部离开弯刀，不易缠草，具有松碎土嚷和翻土覆土能力，国内生产的旋耕机大多配用弯形刀片。凿型刀片碎土能力较强，但易缠草，适用于土质较硬、杂草较少的土地的耕作。直角刀片与凿型刀性能相近，国内生产使用较少。 （李宝
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