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复式耕整机的设计【2张CAD图纸和说明书】

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资源描述：

摘要

为了解决传统整地机所不能完成的多项作业的问题，在研究分析传统整地机的基础上，研制出可与大马力拖拉机配套的新型复式耕整机。复式耕整机是一种多功能的土壤耕作机械，与大功率拖拉机配套作业时，首先对根茬进行粉碎还田，然后对垄顶位置进行深松，其后进行镇压等多项作业，从而可以打破犁底层，提高土壤透气、透水性能，提高土壤抵抗自然灾害能力，一次耕整地作业使田面达到待播状态，机具应用领域广泛。

关键词：复式耕整机；灭茬；深松；

Abstract

In order to solve a number of operations of traditional tillage machine can finish the problem, based on analysis of traditional tillage machine, developed a new type of compound can be matched with a large horsepower tractor tillage machine. Combined tillage machine is a multifunctional tillage machine, and operation supporting large power tractor, first on the stubble crushing returning, and then deep loosening of the ridge top position, followed by repression and many other operations, which can break the plow pan, improve soil permeability, water permeability, improve soil resistance natural disaster ability once the tillage and soil preparation, the surface reach to broadcast state, equipment widely used.

Keywords: multiple tillage machine; stubble; subsoiling;

摘要 I

Abstract II

目录 III

前言 V

1开发复式耕整机的目的和意义 1

2国内外复式耕整机的发展动态、存在问题及发展方向 2

3总体方案的确定及主要参数的选择 4

3.1总体结构设计 4

3.2主要技术参数 5

4主要结构部件设计 6

4.1圆盘耙组件 6

4.1.1圆盘耙片的结构形式 7

4.1.2圆盘耙片的主要参数 8

4.2深松部件 10

4.2.1铲柄受力分析及校核 12

4.2.2土壤比阻的确定 13

4.2.3深松铲水平力和垂直力的测定 13

4.2.4铲柄的校核 14

4.3镇压碎土部件 15

4.3.1镇压辊宽度的确定 16

4.3.2镇压辊直径的确定 17

4.4其他部件的设计 18

4.4.1支撑轮的设计 18

4.4.2机架的设计 18

5结论 19

参考文献 20

致谢 21

附录 22

前言

复式耕整机是一种由多功能的土壤耕作机械。它的耕作部件为灭茬部件，圆盘耙的切土、碎土能力强，一次耕作能够达到一般犁耙作业几次的碎土效果，耕后地表平整、松软，能满足精耕细作要求，且缩短工序间隔，有利于抢农时抗旱保墒，减少拖拉机进地次数，减轻对土壤压实，减少能源消耗，降低作业成本，减少机具投资，提高机具利用率，加之近年来国内还田技术和免耕少耕技术的推广应用，复式耕整机得到了迅猛发展，已成为拖拉机的主要配套机具之一。

到目前为止，复式耕整机产品在理论上可以配套58.8－73.5kw的拖拉机，但实际上因受传动系统强度及结构尺寸、机架结构强度的限制，配套合理范围仅达有所减小；耕深亦局限在旱耕12－16cm。20世纪90年代以来，为适应市场需要，有些企业试图开发大型耕整机，但因水平有限，仅采用原有产品外延放大和堆砌材料的方法，没有着重结构的改进和参数的优化，因而走了弯路。因此，现有复式耕整机产品在品种上尚有大型和深耕型的空缺。随着水稻集约化、规模化生产的发展，水田耕整用宽幅高速型复式耕整机成为发展方向。水田土壤含水率高，抗剪切、抗压强度特别低，附着力、外摩擦力也接近为零，切土部件与土壤之间存在润滑水膜。因此，大块水田使用大型拖拉机旋耕机组水耕时，为充分发挥其功率，实现高效率、高效益，需要工作幅宽3m以上的宽幅旋耕机。但宽幅又受到道路行驶和入库停机不便的制约。解决途径有二：一是采用宽度伸缩或折叠式结构；二是采用适中的幅宽，提高作业速度，从现有的2－5km/h提高到4－8km/h。为满足以上要求，需要改进复式耕整机结构和参数，研制宽幅高速耕整机及灭茬、深松、镇压和深施化肥的复式作业机械。

大功率拖拉机以其强劲的功率，可以配套大型农机具，配套机具范围广，机动灵活强；性能可靠，低故障率；与履带拖拉机比较，具有油耗低、工作效率高的特点；标准化的耕整地作业质量，为培肥土壤创造了良好的基本条件，在农业生产机械化中扮演重要角色。预计到 2012 年，黑龙江省将新增大功率拖拉机 1 万台，保有量达到 2.73 万台。为大功率拖拉机研制配套的宽幅大型联合整地机，可以充分发挥大功率拖拉机的作业效率。因此，为了确保粮食生产安全，发挥大功率拖拉机的作用，尽快研发与大功率拖拉机配套的宽幅大型耕整地机具，提高农业机械化耕整地的作业效率迫在眉睫。

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内容简介：: 摘要为了解决传统整地机所不能完成的多项作业的问题，在研究分析传统整地机的基础上，研制出可与大马力拖拉机配套的新型复式耕整机。复式耕整机是一种多功能的土壤耕作机械，与大功率拖拉机配套作业时，首先对根茬进行粉碎还田，然后对垄顶位置进行深松，其后进行镇压等多项作业，从而可以打破犁底层，提高土壤透气、透水性能，提高土壤抵抗自然灾害能力，一次耕整地作业使田面达到待播状态，机具应用领域广泛。关键词：复式耕整机；灭茬；深松；VIAbstract In order to solve a number of operations of traditional tillage machine can finish the problem, based on analysis of traditional tillage machine, developed a new type of compound can be matched with a large horsepower tractor tillage machine. Combined tillage machine is a multifunctional tillage machine, and operation supporting large power tractor, first on the stubble crushing returning, and then deep loosening of the ridge top position, followed by repression and many other operations, which can break the plow pan, improve soil permeability, water permeability, improve soil resistance natural disaster ability once the tillage and soil preparation, the surface reach to broadcast state, equipment widely used.Keywords: multiple tillage machine; stubble; subsoiling;目录摘要IAbstractII目录III前言V1开发复式耕整机的目的和意义12国内外复式耕整机的发展动态、存在问题及发展方向23总体方案的确定及主要参数的选择43.1总体结构设计43.2主要技术参数54主要结构部件设计64.1圆盘耙组件64.1.1圆盘耙片的结构形式74.1.2圆盘耙片的主要参数84.2深松部件104.2.1铲柄受力分析及校核124.2.2土壤比阻的确定134.2.3深松铲水平力和垂直力的测定134.2.4铲柄的校核144.3镇压碎土部件154.3.1镇压辊宽度的确定164.3.2镇压辊直径的确定174.4其他部件的设计184.4.1支撑轮的设计184.4.2机架的设计185结论19参考文献20致谢21附录22前言复式耕整机是一种由多功能的土壤耕作机械。它的耕作部件为灭茬部件，圆盘耙的切土、碎土能力强，一次耕作能够达到一般犁耙作业几次的碎土效果，耕后地表平整、松软，能满足精耕细作要求，且缩短工序间隔，有利于抢农时抗旱保墒，减少拖拉机进地次数，减轻对土壤压实，减少能源消耗，降低作业成本，减少机具投资，提高机具利用率，加之近年来国内还田技术和免耕少耕技术的推广应用，复式耕整机得到了迅猛发展，已成为拖拉机的主要配套机具之一。到目前为止，复式耕整机产品在理论上可以配套58.873.5kw的拖拉机，但实际上因受传动系统强度及结构尺寸、机架结构强度的限制，配套合理范围仅达有所减小；耕深亦局限在旱耕1216cm。20世纪90年代以来，为适应市场需要，有些企业试图开发大型耕整机，但因水平有限，仅采用原有产品外延放大和堆砌材料的方法，没有着重结构的改进和参数的优化，因而走了弯路。因此，现有复式耕整机产品在品种上尚有大型和深耕型的空缺。随着水稻集约化、规模化生产的发展，水田耕整用宽幅高速型复式耕整机成为发展方向。水田土壤含水率高，抗剪切、抗压强度特别低，附着力、外摩擦力也接近为零，切土部件与土壤之间存在润滑水膜。因此，大块水田使用大型拖拉机旋耕机组水耕时，为充分发挥其功率，实现高效率、高效益，需要工作幅宽3m以上的宽幅旋耕机。但宽幅又受到道路行驶和入库停机不便的制约。解决途径有二：一是采用宽度伸缩或折叠式结构；二是采用适中的幅宽，提高作业速度，从现有的25km/h提高到48km/h。为满足以上要求，需要改进复式耕整机结构和参数，研制宽幅高速耕整机及灭茬、深松、镇压和深施化肥的复式作业机械。大功率拖拉机以其强劲的功率，可以配套大型农机具，配套机具范围广，机动灵活强；性能可靠，低故障率；与履带拖拉机比较，具有油耗低、工作效率高的特点；标准化的耕整地作业质量，为培肥土壤创造了良好的基本条件，在农业生产机械化中扮演重要角色。预计到 2012 年，黑龙江省将新增大功率拖拉机 1 万台，保有量达到 2.73 万台。为大功率拖拉机研制配套的宽幅大型联合整地机，可以充分发挥大功率拖拉机的作业效率。因此，为了确保粮食生产安全，发挥大功率拖拉机的作用，尽快研发与大功率拖拉机配套的宽幅大型耕整地机具，提高农业机械化耕整地的作业效率迫在眉睫。1开发复式耕整机的目的和意义土壤耕作是种植业生产过程中的重要一环，对于农作物增产具有重要作用。因此，土壤耕作机械的发展一直受到人们的关注。由于土壤耕作是一项能耗很大的作业，传统的旋耕、灭茬等是由好几种机型来完成的,多次耕作会对土壤造成破坏，不利于水土保持，消耗较大。这样既增加了作业成本又增加了农民的负担。长期以来，人们一直在探讨新的工作制度，松土和局部松土，不耕和少耕。在这种形势下，研究一种一次作业可完成灭茬、深松、镇压作业的新型联合作业机, 实现用一种机型解决深松、灭茬等几种机型的通用问题, 对于减轻农民购买机具的投资负担, 便于使用与维修, 提高机具利用率, 都具有极其重要的意。于是复式耕整机械诞生了。这种机械之所以引人注目，一是强化土壤耕作过程，可以满足不同条件下的不同土壤类型；二是一次耕作可以联合作业；三是有动力驱动，质量好；四是作业时几乎不需要牵引功率，减少了功率的消耗。目前广泛使用的，应用前景最好的就是复式耕整机。耕机切土、碎土能力强，一次耕作能够达到一般犁耙作业几次的碎土效果，耕后地表平整、松软，能满足精耕细作要求，且缩短工序间隔，有利于抢农时抗旱保墒，减少拖拉机进地次数，减轻对土壤压实，减少能源消耗，降低作业成本，减少机具投资，提高机具利用率，加之近年来国内还田技术和免耕少耕技术的推广应用，复式耕整机得到了迅猛发展，已成为拖拉机的主要配套机具之一。复式耕整机用于未耕或已耕地上的耕整作业，一次进地可完成深松、灭茬、镇压等多项作业。其中深松作业要求深松的范围一般在250mm-350mm之间。具有蓄水保墒、改善土壤结构、优化土壤成分、提高作物产量,实现耕地的可持续利用的作用。旋耕灭茬部分全幅旋耕作业一般用于平作地，耕深要求一般为 100-160mm。其次对于复式耕整机的开发主要以在满足农业要求的前提下尽可能的选取简单轻便的结构，在原有的结构上要有创新和改进。322国内外复式耕整机的发展动态、存在问题及发展方向目前，水平轴旋耕部件与地轮转向一致的耕整机，在国内外在实际生产中得到广泛的应用，并且旋耕工作部件结构相当完善。复式耕整机的保有量也增加的很快，为了适应当前的生产规模，为不同机型拖拉机配套，生产了作业幅：为1.25m-28m多种型号的复式耕整机。如南昌旋耕机厂的IGN系列多种型号复式耕整机，连云港旋耕机集团公司生产的IGE2210型复式耕整机，1C-N-250S型复式耕整机等。在黑龙江省农业生产中，使用的机型还有1GHL一280型松旋起垄机、1GSZ-210280型组合式旋耕多用机、1GZJ一210型旋耕灭茬联合整地机、1GLT-4型松旋灭茬起垄通用机等。对于北方旱田垄作地区气温低，春秋整地时间短，多采用单一灭茬或旋耕和灭茬旋耕联合整地为主，机具的耕作幅宽一般在 1.42.1 m，配套拖拉机多以中小功率拖拉机为主。随着我国的经济状况的不断提高，支农的力度不断加大，农村拖拉机的整体水平也由中小型向大型转变，进口拖拉机也进行了大量引进，拖拉机的整体水平得到了显著提高，但是与之配套的大型机具还很缺少，急需加大力度研制和开发。宽幅灭茬、旋耕联合整地机就是专为 88.2kW 以上的大型拖拉机配套使用的，因此，从近几年国产的旋耕机配套推广应用情况来看，存在一些问题：（1）、拖拉机动力输出轴容易损坏：（2）、十字万向传动轴使用寿命短：（3）、旋耕作业性能不稳定和容易缠草的问题；（4）、缺少与大功率拖拉机配套的复式耕整机；（5）、作业性能满足不了当今的农艺要求；这些问题的解决有待于进行更深入的研究。机具通过实际生产应用，其作业效率明显优于其它小型联合整地机，提高工作效率在 20%以上，为农业生产赢得农时。深松装置可以打破多年来因用小型机具整地形成的犁地层，改良土壤、增强土壤活力，提高土壤抵抗自然灾害的能力。拖拉机一次进地就可以使田面达到待播状态，节约作业环节，减少成本投入，节约能源消耗随着农业机械化程度的增强，工作效率和效益的提高，现有的复式耕整机的弊端日益突出，已满足不了农艺要求和生产规模扩大的需要。故对复式耕整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，高速型复式耕整机发展；（2）、向联合作业机组方向发展；（3）、向多功能机方向发展；（4）、向可持续发展战略型发展；（5）、大型复式耕整机需求量有所增加。3总体方案的确定及主要参数的选择3.1总体结构设计复式耕整机按照工作要求需要完成灭茬碎土、底层深松、及镇压碎土等作业，本机主要是由牵引架、圆盘耙架、主机架，圆盘耙组件，地轮组件，深松部件及镇压碎土部件组成。如图3-1所示。 1牵引架；2圆盘耙组件；3圆盘耙架；4主机架；5深松部件；6地轮组件；7镇压碎土部件图3-1 复式耕整机结构示意图由牵引架和主机架组成主机框架，用于整机各部件的联接。圆盘耙架与牵引架铰接，用液压油缸调整耙架的上下位置，圆盘耙组件安装于圆盘耙架上，利用液压油缸调整耙架实现圆盘耙组件的入土深度，以满足不同耕深的农艺要求。地轮组件安装于主机架上，两个液压油缸用于升降地轮，完成整机的升起和降落，运输时整机升起，作业时利用地轮陷深，实现整机各工作部件的工作深度要求。深松部件安装于主机架上，完成深松作业。镇压轮采用牵引的形式与主机架铰接，用于镇压和碎土。镇压强度用安装于镇压顺梁上的弹簧调节。是将三角形牵引架、X形圆盘耙架、深松机架、和门形镇压器梁架按工艺程序要求进行合理组配, 实现各种工作部件的最佳配置, 同时既可以根据不同的土壤条件进行整机耕深液压调节, 又可以进行不同工作部件耕深单独液压调节, 液压折叠以实现宽幅作业、窄幅道路运输的要求, 提高了土壤条件的适应性和工作性能。3.2主要技术参数根据作业速度、效果和防止拖堆堵塞等因素考虑, 配置8个深松铲, 并按俩排错位排练，总作业幅宽3.6m。该机的工作阻力主要来自于双排圆盘和深松铲入土后土壤的反作用力。参考国外试验数据,双排圆盘每米耕幅消耗动力810kW,该机幅宽为3.6m, 每个深松铲消耗动力1015kW，深松铲8个,共需消耗动力150kW左右,加上自身行走及辅助部件,按动力系数1.3计算,共需要动力195kW,按拖拉机动力配置范围定为195kW 以上拖拉机配套使用。该机主要技术参数如表3-1所示。配套动力整机量/kg：外形尺寸(长宽高)/mm作业幅宽/m耙地深度/mm深松深度/mm18222040509400400010003.6 80 125(可调)250 350(可调)表3-1 主要技术参数4主要结构部件设计4.1圆盘耙组件耙是农业生产中传统的翻地农具，曾经是农家必备的农具之一。也是中国武术器械之一，由农具演化而来。铁齿钉耙，耙齿锋利似钉，攻击性强，也兼有兵器的作用。因耙可击，可耙，一度成为军中最利的武器之一圆盘耙是根据耙耕作的原理以成组的凹面圆盘为工作部件，耙片刃口平面同地面垂直并与机组前进方向有一可调节的偏角。作业时在拖拉机牵引力和土壤反作用力作用下耙片滚动前进，耙片刃口切入土中，切断草根和作物残茬，并使土垡沿耙片凹面上升一定高度后翻转下落。作业时能把地表的肥料、农药等同表层土壤混和，普遍用于作物收获后的浅耕灭茬、早春保墒和耕翻后的碎土等作业，也可用作飞机播种后的盖种作业。圆盘耙按耙的重量除耙片数的平均机重分为重型、中型和轻型三种。按耙组的配置方式，圆盘耙又分为单列，双列；对置式和偏置式等。单列圆盘耙目前已很少使用。对置式圆盘耙的侧向力由左右耙组互相平衡，调整方便，工作平稳，便于左右转弯。但由于后列耙组都向内翻土，耙后中间有埂，俩侧有沟。偏置式圆盘耙耙后地面平整，无沟埂，目前应用日益增多。所以该机第1道工序采用双列单圆盘耙灭茬碎土, 切碎秸秆残茬, 防止拖堆堵塞, 并减少了深松阻力。双列单圆盘耙与前进方向夹角18对称配置, 采用弹性U型联接柄与X形耙架相连, 具有很好的越障保护作用,而耙架又通过平行四杆机构与牵引架联接, 工作深度为010cm。圆盘耙结构如图4-1。双列对置圆盘将地表的秸秆、根茬及杂草等切断，保证深松部件和碎土等工作部件的通过性能，同时对地表以下10cm的土壤进行耕翻，使地表的土壤全面松动，为播种作业提供良好的疏松环境。 1.圆盘耙 2.弹性柄图4-1 圆盘耙组件结构图4.1.1圆盘耙片的结构形式圆盘耙片采用球面圆盘，按其外形分为无缺口耙片和有缺口圆盘耙片两种。无缺口耙片制造简单、磨刃方便。缺口耙片在外缘有612个三角形、梯形或半圆形缺口。入土性能好，切碎土块和作物残株的能力较强，多用于重型圆盘耙上。耙片凸面周边磨刃，缺口耙片的缺口部分也磨刃。缺口耙片易于切断残茬，这是因为缺口能将残茬拉入切断而不向前推移。圆盘耙片的凹面一般为球面，也有锥面，耙片的中心孔一般为方孔，也有圆孔。4.1.2圆盘耙片的主要参数圆盘耙片的主要参数有耙片直径D，球面曲率半径R、扇形中心角2耙片刃角i、隙角刃面角(刃面锥底角) 、耙片厚度等(如图4-2)。图4-2耙片的主要参数为偏角，即圆盘面与前进方向线所成的角；为锥底角，即圆盘面与磨刃面所成之角；为切角，在断面上过A点作球面的切线与前进方向所成的角；i为刃角，过A点的球面的切线与刃面线所成之角，为隙角，刃面线与前进方向所成之角；为圆盘球心角的一半。(1)耙片直径D根据耙深要求，按下列经验公式计算：（4-1）式中为耙深(mm)；K-径深比系数，对于一般圆盘耙取46，重型耙取36，浅耕灭茬耙取56。在满足作业质量的条件下，应尽量取下限，以缩小圆盘的尺寸。根据作业需求耙深取100mm。故耙片直径还要满足下述结构要求：（4-2）式中 d间管最大外径(2)耙片刃角i如图4-2，过A点(刃尖)的球面切线与刃面线所成之角，即为耙片的刃角i。刃角i的大小视圆盘的工作情况而定，刃角大时，刃角强度较好，不易损坏，但切土性能较差。刃角小时，切土性能较好，但刃口小圆盘薄，容易磨损。在保证刃口强度条件下，应尽量取小值，以减少切土阻力，通常i为14.522。系列圆盘耙中重型为22；中型为20；轻型为14.5。(3)耙片的曲率半径R R值小的耙片翻土性能较强，但工作阻力增加。R值的选取与耙片直径D、径深比K和耙组偏角r等有关，可按下式公式计算：（4-3）或按经验数值选取。故可得683mm(4)耙片的工作隙角a 。工作隙角是在地表平面与圆盘的截面上，刃面线与前进方向所成之角。工作隙角a 对工作质量有直接影响，a较大时，圆盘人土容易；过小时入土性能较差。但在一般圆盘耙上，由于圆盘的刃口甚薄，人土不困难，故在松软的已耕地上工作时，有时可以小于零，因（4-4）则当圆盘耙的偏角a发生变化时，会引起的变化，a较小时，a常为负值，此时产生圆盘背刃与沟壁的作用，刃面将承受一部分土壤支反力，从而使刃口对土壤的作用减少，这时圆盘的入土性能将变差，从而影响了耙地的深度。(5)耙片的厚度值根据工作负荷的大小选取，或用下列经验公式计算： =(O008O012)D在粘重土壤上作业时 =0.008D+1 （mm）一般常用=3.56mm。(6)耙片的间距b从图43中可以看出，在ABB中：（4-5）式中Dc为圆盘耙片在凸起高度c处的弦长。因Dc是(DC)和C的比例中项，故（4-6）即（4-7）由此可知，间距b与a偏角、耙片直径D及沟底凸起高度c有关。但由此计算出的b值往往太小，工作时容易发生堵塞，故为了既使沟底平坦又不发生拥土现象，圆盘耙常配置成前后两列，并使前后列耙片相互交错，这样耙片间的间距就可以增大。耙片的关系如图4-3。图4-3 耙片的间距b与c、 a、d的关系图4.2深松部件土壤深松作为一项重要的农业保护性耕作技术,已经在国内外农业生产中得到了广泛的应用。深松的范围一般在230mm-350mm之间。实践证明,深松作业在不改变土壤耕层情况下对蓄水保墒、改善土壤结构、优化土壤成分、提高作物产量,实现耕地的可持续利用是十分有效的。目前国内外已有的土壤深松模式分全方位深松和局部深松,全方位深松动力消耗大,适于大地块和无种植作物的条件下进行。局部深松用于作物行间,相对消耗动力少,适用于一年多季种植,土地空置时间少的农业区。两种深松模式作业机具所采用的深松铲结构区别较大,深松铲是深松机械的关键部件,对于局部深松目前常用的深松铲基本都是设计为圆弧形铲柄,双翼型铲刀,圆弧形铲柄自身不能调节深度,双翼型铲制造工艺相对复杂。本设计中深松铲是深松部分的工作部件，深松部件由深松铲尖、铲柄和顺梁组成（如图4-4）。耕深为30 cm。因经常在坚硬的土壤中工作，故应具有较强的松碎土壤能力，足够的强度、刚度和耐磨性能。铲尖是入土工作部分，铲尖形式很多，我们采用铲尖与铲柄宽度相近的深松铲。深松铲为土壤工作部件，作业时磨损严重，是整机的主要磨损部件。为了提高部件的使用寿命，深松铲尖采用呈双翼形，铲尖的表面采用焊熔耐磨合金的工艺，增加其耐磨性。深松铲与深松铲柄采用螺栓连接的方法，磨损后可进行更换。深松铲铲尖的起土角一般为 20左右。该角过大，阻力将增大。实验表明：起土角从45左右减小到20时，牵引阻力随减小而降低。当 50时，铲尖将粘结上由压实土壤构成的固定锥体（土楔）。深松铲铲柄采用弯形铲柱，铲柄为矩形断面，入土部分的前面制成尖菱形，有碎土和减少阻力的作用。铲柄的结构对工作阻力有很大影响。当它的倾角大于6075时，深松铲的入土能力降低，甚至达不到所要求的深度，故起土角和铲柱倾角均不宜过大。但深松铲的铲柄如果都按20倾角向前伸出，则显得太长而不适用，故通常是将铲柱作成弯曲形，以便从下向上掀动土壤并减少阻力。1铲柄；2铲尖图4-4 深松部件4.2.1铲柄受力分析及校核铲柄的截面形状一般可视为双楔面受力，如图4-5所示。则水平阻力可表示为：（4-8）式中楔面上正压力产生的阻力分布；为楔面上剪力产生的阻力分布；为侧面上剪力产生的阻力分布。图4-5 深松铲铲面受力分析普通状态下铲面的受力如图4-5所示，工作时，机具以速度V前进，与水平面成角的斜面AB相当于一个单楔面。土壤对其作用力N垂直于AB面，近似作用于AB段中点行进中除阻力N外，尚有一个沿AB面指向后方的摩擦力F，力N与力F合成阻力P，阻力可以分解为水平分力Px。和垂直分力Pz，垂直分力Pz是作业时工作部件抬起耕层土壤，起到松动耕层的有用阻力，从图2中的分析可以看出，工作阻力Px=Pcos，而作用力Px。的大小随着耕地的土质、含水量及前茬作物的种类的不同而变化，在保证Px一定的情况下，角越大，牵引阻力P越大，且有关系式：（4-9）式中为起土角；为合作用角；为摩擦角。4.2.2土壤比阻的确定深松铲所受到的土壤阻力，一般通过试验测定才能得到准确值，设计时按照经验公式进行计算，有（4-10）式中K为土壤比阻；A为深松铲作用的土壤截面积。土壤比阻如下表所示。本机具主要是为黑龙江地区设计试验，而该地区土壤类型为黑钙土(属黏方土)，根据下表土壤比阻取K=8。（表4-1）表4-1 土壤比阻土壤类型K（N）轻松土23一般土壤45粘土68重粘土9124.2.3深松铲水平力和垂直力的测定（1）深松铲水平力计算深松铲的横截面积S。已知起土角a=32，摩擦角=25，B=40，L=180，K=8，则（4-11）（2）深松铲的垂直阻力深松铲的垂直阻力由公式Pz=Pxtan确定。其中为合力作用角，在20左右，黑钙土属沙砾黏土，取25；则（4-12）4.2.4铲柄的校核以铲柄与机架连接点为支点进行受力和力矩分析，如图4-6所示。图4-6 铲柄受力及力矩假设深松铲以匀速状态工作，则有：X=0 Fx+Px=0Y=0 Fz+Pz=0M=0 Mo+PxD1+PzD2=0通过计算得：Fx=2175N，Fz=1012.15N，Mo=1281.1Nm抗弯截面系数为：（4-13）式中 b=铲柄横截面厚度；h=铲柄横截面宽度。截面面积为：A=bh=0.16+0.02=410-3m2则截面应力为：（4-14）为了加强刚度，材料可选锰钢，查表可知: ,安全系数，因为804147，通过以上校核，深松铲铲柄材质和结构选用合理，由上述可知，铲柄中部刚度薄弱，因此连接架应采用双面结构。4.3镇压碎土部件镇压器能起到对起垅地的扶正、压实、保墒、保苗的良好效果，特别是能使喷洒的封闭农药得以完全吸收。常用的镇压器有一个良好的镇压轮必须转动灵活，不粘土，不奎土，镇压力可适当调整，镇压后地表不产生鳞状裂纹。常用的镇压装置主要有:1.圆柱镇压轮由薄钢板制成。有光面圆柱形和网面圆柱形两种，其镇压轮面较宽，压力分布均匀。2.凹面和凸面镇压轮是整体形空心铸铁轮，靠本身重量或在其空腔内灌入适量的沙土产生镇压力。凹面轮对种子上层土壤不如两侧的土壤被压得紧实，有利于种子幼苗出土。3.圆锥复合镇压轮由两个钢板冲制成的锥形轮组合而成。可根据需要来改变两锥形轮间距，成为宽窄不同的圆锥复合轮，其镇压力可由附加弹簧调节。4.胶圈镇压轮由于胶圈具有弹性，在镇压轮与土壤紧压时，胶圈变形;而当它滚动到上方，无外力时，胶圈复原。因此，镇压轮胶圈在滚动过程中变形与复原交替作用，使湿土难以粘结在胶圈表面上。即使少部分土壤粘上，由于湿土与胶圈的附着力较小，稍有震动，粘土很容易脱落。该镇压轮结构复杂，镇压效果较好。5.宽型橡胶镇压轮由于橡胶内腔是空腔，并通过小孔与外界大气相通，故又称为零压镇压轮，在其滚动镇压土壤时，橡胶轮变形与复原相互交替反复，因此，粘土少，脱土容易，镇压质量好，压后地表产生鳞片状裂纹较少，有的表面花纹可增加镇压轮的附着力。镇压碎土部件主要由牵引架、镇压辊和支撑轮等件组成（如图4-7）。加压部件可调节镇压辊的镇压强度，即保证镇压辊有一定的工作压力，在土壤阻力较大时也具有越障性能。镇压辊的作用是将圆盘耙组件、深松部件等耕翻的土壤进行细碎、滚压，进一步破碎土壤，使之达到播种前的土壤农艺要求。1牵引架；2镇压辊3支撑轮图4-7 镇压碎土部件4.3.1镇压辊宽度的确定镇压辊宽度的大小，应该视开沟宽度而确定。若小于开沟宽度易造成苗带下沉，形成沟状。若大于一定宽度，在同样的轮重情况下，压强减小，难以达到农艺要求。对于尖角型开沟器的开沟宽度可以通过下面的方法来确定。首先，在沟形上找到5个点A、B、C、D、E(见图4-8)，其中A点横坐标最小，B点横坐标最大，D点纵坐标最大，H点是满足条件的点中夕值最小的点。以为分界点，在图象中沿x轴的左右方向寻找y的最小值，可得到C、E两点()。回土深度：（4-15）我们把在1/2沟深处测量的宽度定义为沟宽，则F、G两点的横坐标为：（4-16）按照此条件，即可找到F、G两点。若多于两点，则x值最小点为F点，x值最大点为G点。沟宽：（4-17）因此，镇压辊的宽度应大于，在此基础上根据作业情况去镇压辊宽度为0.4m。图4-8 沟形参数图4.3.2镇压辊直径的确定镇压辊的直径对镇压效果影响很大。一般在辊重相等的情况下，辊径愈小，其碎土效果与拉力愈增大。其受力分析如图4-9所示。图4-9 沟形参数图则：（4-18）式中H为牵引力，G为辊重，r为辊半径，s为下陷2.64cm辊子前进的长度，R为支撑力。然而，当牵引力，轮重一定时，在相应的速度下，轮径越小，镇压时间越短，土壤压实效果就越不理想，同时滑移系数增大，易拖土奎土。研究结果表明，辊径10一30cm为宜。在此根据作业要求镇压辊的直径取28cm。4.4其他部件的设计4.4.1支撑轮的设计支承轮的主要作用是在运输时支承整机质量和作业时限制整机耕深，因此高度要求可调。本机支承轮组件设计了单支臂铰接结构、液压高度调节机构及具有较好通过性能的橡胶充气轮胎。4.4.2机架的设计根据机具的总体结构配置需要，并保证各组件之间保持足够间隔距离和各工作部件前后距离，保证机具的通过性能。因此，本机设计了框架式和三角形机架结构。1) 牵引架的设计。牵引架承担整机前进方向的力量，因此要求牵引架有足够强度和刚度。本机采用2001006、1501006(210型)的矩形管、摇臂、牵引板焊合而成的三角形机架结构。2) 深松铲机架的设计。深松铲机架联接深松铲，并承担着联接后面各个组件，因此要求此架有足够的强度和刚度。本机采用1501006的矩形管与18mm 钢板焊合而成的框架式结构。5结论该机具与大功率拖拉机配套作业时，首先对根茬进行粉碎还田，然后对垄顶位置进行深松，其后进行镇压等多项作业，一次耕整地作业使田面达到待播状态。该机具应用领域广泛, 适宜在东北三省旱田垄作地区的耕整地作业。深松装置可以打破多年来因使用小型机具整地形成的犁地层，改良土壤、增强土壤活力，提高土壤抵抗自然灾害的能力。拖拉机一次进地就可以使田面达到待播状态，节约作业环节，减少成本投入，节约能源消耗。该机具为大功率拖拉机提供了一种新型的配套机具，机具适宜在各种地块作业，提高耕整地作业效率，缩短作业周期，用较少的作业时间，使田面达到待播状态。减少了机车对土壤的压实程度，提高作业质量，减少了生产成本的投入，具有明显的综合技术经济效益。参考文献1国农业机械化科学研究所.农业机械设计手册M.北京: 中国工业出版社1988，23-892濮良贵，纪名刚.机械设计M.（第七版），北京：高等教育出版社, 2001，13-1933吴宗泽, 罗圣国. 机械设计课程设计手册M.（第二版），北京：高等教育出版社， 1999，11-2474董国耀，机械制图M. 北京：北京理工大学出版社, 1998，1-505孔令德, 张认成. 旋耕刀的研究现状与展望J. 江苏理工大学学报, 1997.18(3):88-92.6叶新跃，对我国复式耕整机机研究现状及发展方向的探讨J. 山东农机, 1995.7（5）：1213.7 Ping-Kun Chang,Yaw-Nan Peng. Influence of mixing techniques on propertiesof high performance concrete. J Cement and Concrete Research. 20018王伯平，互换性与测量技术基础M. 北京：机械工业出版社，2008,23-56.9Zhu Y, Zhang S, Rong y. Experimental Study on Stiffness of T-Slot Based Modular FixureM. Transaction of NAM-RI/SME, Volumn X XI,1993.10涂建平, 秸杆还田机刀片优化排列软件的开发研究J. 江西农业大学学报(自然科学版), 2002, 24(4): 556-558.11贾洪雷,东北垄作蓄水保墒耕作体系与配套机具J. 农业机械学报, 2006, 36(7): 32-37.12贾洪雷, 陈忠亮, 刘昭辰, 孙裕晶, 王长生. 耕整联合作业工艺及配套机具的研究J. 农业机械学报, 2001, 32(5): 40-43.13桑正中.，农业机械学(上册)M. 北京: 机械工业出版社, 1987，114-136.14周建来, 李源知, 焦巧凤. 国内外旋耕机的技术状况J. 农机化研究,2000(2): 49-51. 致谢经过3个多月的设计，终于完成了这次的毕业设计，其中有辛苦，有迷茫，但更多的还是成功后的喜悦。我是从3月份开始准备设计的，首先到老师那报到然后就开始正式设计，我们作的第一步就是广泛的收集资料，从书馆的网站上还有许多的别的网站上了解到国内外复式耕整机的发展状况，对复式耕整机有了大致的了解和认识。寒假期间我还有机会到农户家中，了解农民的使用情况，通过广泛的调研和大量的阅读相关资料，我认识到了复式耕整机是一种应用很广泛，也很重要的农机器具之一，而且也了解了现阶段存有的问题和目前发展的方向。通过本次设计，使我人对以前所学的知识有了系统的回顾，还学到了好多新的知识。当然，由于水平有限及实践条件的限制，在设计中存在一些问题、错误也是难免的，希望老师们批评指正。在今后的工作和学习中我一定会加倍努力，把所学的理论知识与实际结合起来，发挥自己的才能。在本次毕业设计中，由于指导老师细心指导，耐心地解答设计中遇到的各种问题，所以我的设计进行得比较顺利。在此，我要衷心地感谢我的指导老师李玉清老师。最后，我更要感谢我们工程学院的老师们，四年来对我们的严格要求和细心教导，使我掌握了许多专业知识。我即将参加工作，在以后的工作中，我将继续发扬黑龙江八一农垦大学工程学院吃苦耐劳的优良传统，在工作中继续进步，继续发展。附录 The research status and development trend of subsoiling machinery in ChinaAbstract：The subsoiling machinery is one kind of effective machines and tools for nature cultivation of conservation tillage on dry land. Its development is having direct impact to our countrys development very much.For this purpose， by analyses the development Situation of subsoiling machinery， it has carried out classification on subsoiling machinery of our country， summed up various virtue and shortcoming，and has brought forward several suggestion to our country development of subsoiling machinery in the future.Key words：subsoilingmachinery；conserration tillage；development trend Based on tilling the soil deep loosening technology is summed up an adaptation to drought homework conservation tillage method. Deep loosening cultivation can promote soil physical improvement, since the restoration of soil fertility, improve for a long time due to the weight gain due to the large fertilizer production. So deep loosening technology has been widely applied in wheat, cotton, sugar cane, tobacco, crops such as corn, soybean production test and practice. The essence of mechanical deep loosening technology is: through mechanical tillage, loose and not flip soil, breaking plough bottom, compared to adjust the soil solid, liquid, gas, improving the structure of the top layer of soil, reduce soil erosion and improve soil water storage ability. Western developed countries has been made in the 1930 s and deep tillage research, and has started to use this technology, achieved good effect. Due to many years of practical experience as well as the rapid development of science and technology, the United States, Western Europe and other countries for deep pine machinery research has been quite perfect, and form a series, and according to the different needs of the development and production of a variety of deep loosening machine. The digging ways mainly include the extrusion and vibration digging dirt comes in two forms. Abroad at present, the existing power tractor matching with deep loosening machine mainly, its characteristic is deep loosening deep, operation speed, good quality and suitable for deep loosening in an all-round way. Its main have mechanical the deep loose plough and the vibrating deep loose machine two. Mechanical deep plough sort is more, among them, the representative has two: John Deere 900 v scarifier and west Germanys hanging deep loosening machine produced by our company. Hanging deep loosening machine deep loosening shovel handle face for arc, of which the parts similar to straight lines, blade, pointed to the shovel handle inside the distance is longer than Deere deep loosening shovel. The shovel handle this structure makes it has better cutting performance, no hanging grass phenomenon. Vibrating deep loosening function to solve the work resistance of the deep loose plough is big, the problem of large energy consumption. Its working principle is the tractor power output shaft to drive the eccentric vibrator make the plough produces vibration, reduce the traction resistance, thus improve the power efficiency. At the same time, along with the deep pine technology constantly improve, the development of deep loosening machine, also in order to adapt to the requirement of joint operations, on the basis of the deep loosening machine, overseas has developed a variety of deep loose joint rig. For deep loosening technology research, started late in our country. In the early 1960 s began to realize the importance of deep loosening technology, and has carried on the corresponding research. In design and manufacture of deep loosening shovel has many colleges and universities, research institutes and farms and other units to do a lot of research work, created the actual deep loosening shovel, and through the experiment and actual production applications, good results have been achieved. A single deep breath a sigh of single machine function, it is mainly on the soil deep loosening operations, its structure is simple, articulated way is given priority to with three-point suspension. Again, according to the scope of the deep loose a single deep breath a sigh of machine can be divided into local deep loosening and all-round deep loosening machine two kinds of models. Local deep loosening machine according to the way of working can be divided into two categories, type mechanical and vibration. Mechanical is deep loosening machine driven directly by tractor traction machines, extrusion, cutting and breaking up the soil was carried out on the soil. Its specific forms are various, such as: chisel type, winged type, rod type deep loosening machine, airfoil rod tooth deep loosening machine, single column with vane, hanging light turn the deep loose plough, tilting the bidirectional shallow deep loose plough, etc. , it had a tail deep loosening shovel can effectively increase the soil disturbance range, reduce resistance, increase the tillage depth and improve the quality of the deep loosening. The vibrating deep pine machine is using vibration method, soil tillage machine produce the vibration of a certain frequency, make the soil loose, achieve the purpose of reducing resistance, has been many researchers to study and prove this method. Developed by heilongjiang province water conservancy science research institute of multi-functional vibrator soil change opportunity, this machine adopts self-excited reciprocating inertial vibration source, created a precedent of mechanical vibrating tillage soil preparation operation in our country, deep loosening vibration than other types of deep loosening save energy over 20%. All-round deep loosening machine is a kind of brand-new of deep pine for farmland Industry machine, it is suitable for dry land wheat or rice two areas. All-round deep loosening soil coefficient is big, has a good effect on cultivating. There are three common: China agricultural university, the development and production of V shape all-round deep loosening machine, production in heilongjiang province L shape all-round deep loosening machine cut tooth and all-round deep loosening. China agricultural university to develop all-round deep loosening machine, use V type deep loose parts, cut off from soil out of the V shaped cross section twenty-nine-inch rows from trapezoid framework, and then falling on the surface, make soil subjected to shear, bending, stretching and get efficient breaking up. Heilongjiang province production 1 sq - 340 comprehensive deep loosening machines working parts like L shape, its working principle is similar to V. Chisel type all-round deep loosening is improvement of small and medium-sized all-round deep loosening machine, the omni-directional depth it loose with the traditional chisel plough be combined in one machine, one-way operation can achieve a comprehensive energy saving effect of the deep loose, loose the whole joint. Deep loose joint rig is done in deep loosening and fertilization, planting, cultivating, ridging, stubble, spraying pesticide or herbicide, etc. More than two kinds of operation equipments. Around, according to the actual production, on the basis of the deep loosening added other functions, to develop all kinds of deep loose joint rig. Some this kind of machine can reach before sowing time into soil preparation requirement, so that it can reduce labor consumption, reduce pressure to times, save time, improve the utilization rate of power tractor, thus reducing operating costs. Common models include: deep pine fertilizer applicator, 1 FFSL - shallow over deep loose type 5 flip plow, corn no-till seeding fertilizer deep loose joint rig, SGTN - 180, type 200 biaxial stubble rotary tillage ridging joint machine, deep loosening soil preparation machine, frame type deep loose joint rig rotary tillage, deep ploughing joint rig, 3 gz - 6 type hanging LBZ combined seeder and 2-5 - a type of ridge sowing seeds under the machine, and henan agricultural university institute of electrical and mechanical engineering to develop SQS - type 2 deep loosening, ridging, applying fertilizer, the rig and the yunnan agricultural university and qujing city tobacco companies develop 1 GQQSN - 200 rotary tillage, deep loosening ridging joint rig, etc. Deep loosening machine chisel type of deep loosening and pole tooth deep loosening machine structure is simple, the price is low, but the pulverizing effect is bad, digging range is limited, only 0.2 0.2, the consumed power is larger. Airfoil pole tooth deep loosening machine absorbed the pole tooth deep loosening and all-round deep loosening machine advantage of the two, four, five plough plough column assembly landed, installed on the airfoil stem deep loosening shovel teeth, working depth more than 35 cm, deep loosening coefficient of 0.437, compared with previous machine, the function and efficiency improved obviously. The vibrating deep pine machine pulverizing effect is better, depth of digging deep, can be up to 50 60 cm, less power consumption. But the structure is more complex, some parts of material demand is higher, the cost relative to other deep loosening machine is much higher. Single column type, suspension type shallow turn over the deep loose plough is hanging furrow plough, with wings chisel type deep loosening shovel plough body instead of the original huasheng type, relatively simple structure, wide applicability, a job can complete turn of shallow and deep loosening soil. Tilting two-way light turn over the deep loose plough with wings carved deep loosening shovel and shallow parts combination, combined with a deep sigh of shallow turn hydraulic flip, a one-time deep subsoil, light stubble etc many homework, working efficiency is high, the broken soil ability strong, but the adaptation of a narrow, only suitable for dry farming areas of northern China stubble, hemp crop and pasture improvement of deep shallow over homework. All-round deep loosening machine has large range of digging, deep tillage depth, coefficient of high working efficiency, digging big wait for a characteristic, but with the high-power tractor kit, and this kind of machine operation when higher requirements on the surface. Deep loose joint rig variety is less, cant satisfy the need of agricultural production. Many areas according to the requirements of the regional agricultural technology, even though converted some of the deep loose joint rig, but generally have large energy consumption, low efficiency and high operation cost, not easy popularization and application. With the development of dryland farming soil conservaton agricultural new technology in our country, must be to develop new type of deep loosening and joint operation deep loosening soil preparation machine. Tillage soil conservaton technology is a five-year period and 2010 years ago, one of the main measures of rainfed agriculture in our country, deep loosening machine is the realization of agronomic measures of main machinery and equipment. At present, the domestic molding combined soil preparation machine, are mainly small and medium-sized, structure form are all horizontal. Along with the expansion of large power tractor also needs a large number of new high efficiency combined soil preparation machine to match. Our country is an agricultural big country, now many places still to use it in rural is a small mechanical, not only the production efficiency is low, also delay the season. So large efficient joint research and development of soil preparation machine is necessary, and has a broad market space. So we must to improve the existing agricultural machines from multiple aspects. For technical innovation. Change the deep loosening shovel working face structure parameters and working mode, adopting appropriate deep loose parts, reasonable decorate the relative position between the deep loosening shovel, make machine to save energy consumption, to reduce working resistance. At present, the measures to reduce the cultivation resistance deep loosening machine mainly has two kinds: one is to change machine working face parameter, the second is with the method of vibration. According to overseas for deep loosening shovel handle working surface of the test show that the shovel handle work surface is parabola, the minimum needed traction, the grave performance is best. Circular arc second, straight blade is the largest. Plough blade thickness, operating quality and operating effect of different types of soil are also different. Method of vibration of the drag reduction, make the plough shovel and spade pointed produces a certain vibration frequency, loose soil, so as to achieve the goal of reduced tillage resistance. In recent years the development of bionic drag reduction technology for deep loose parts of drag reduction technology research put forward a new way of thinking. In addition, we should focus on the latest research results, digesting and absorbing the advanced technology for drag reduction, and improve the existing agricultural machinery. Raise the level of products manufacturing process. Soil tillage machine work load big, the seasonally strong, high reliability requirements of machine work. , therefore, we should improve the level of product manufacturing process, improve and guarantee the quality of the machine and the working parts, ensure machine work reliability, and better meet market demand. Machines for agriculture standardization, standardized management, strengthen the promotion of the machine. For existing domestic joint rig deep pine machinery and comprehensive investigation, and according to soil conditions around, agricultural technical requirements, to develop a deep loosening machine technical classification, manufacturing standards and acceptance criteria. At present, deep loosening mechanical varieties of many, but more is developed according to the regions agricultural production condition, has certain limitation, does not have the management requirement of standardization and seriation, brought some difficulties to promotion, hindered the development of agriculture in our country. Accelerating the development of high-power tractor promotion efforts, multi-use of the deep loose joint rig. Joint rig is the development direction of Chinas agricultural machinery industry. Over the next few years, we should sum up the experiences of deep loose joint rig use, according to the requirements in different parts of the agricultural technology, seriation, standardization of developed to adapt to the different parts of the deep loose joint rig. Change according to different season different working parts at the same time, the real achieve multi-usage, improve the utilization rate of large power tractor. General less deep loose joint operation of machinery, agricultural technical requirements adapted according to the region in many parts of some deep loose joint rig but poor versatility should be developed according to the requirements in different parts of the agricultural technology is used in different parts of the series of standardized mechanical deep loose joint operations according to the different working parts of different seasons change achieve multi-usage.In order to strengthen the management of agricultural machinery information, reasonable allocate machine, increasing NongJiHu income. To rational allocation of regional agricultural machinery, agricultural machinery avoid idle time is too long, affect agricultural machinery utilization, thus indirectly improving NongJiHu income. At the same time, the area of agricultural machinery are temporarily lack of farm machinery deployment guide, implement the inter-district homework, increase NongJiHu income.我国深松机械的研究现状和发展趋势摘要：深松机械是旱地保护性耕作的一种有效机具，它的发展直接影响着我国的农业发展。为此，对深松机械的发展情况进行了分析，对我国深松机械进行了分类，总结了我国各种深松机械的优缺点，并针对我国深松机械未来的发展提出了进行技术创新和提高产品制造工艺水平等建议。关键词：深松机械；保护性耕作；发展趋势土壤深松技术是在翻耕基础上总结出来的一种适应干旱地作业的保护性耕作法。深松耕作能促进土壤物理改良，有利于土壤肥力的自恢复，改善长期以来由于施用大量化肥造成的增肥不增产现象。因此深松技术已被广泛应用于小麦、棉花、甘蔗、烟草、玉米、大豆等农作物的生产试验和实践中。机械深松技术的实质是：通过机械耕作，疏松而不翻转土层，打破犁底层，达到调节土壤固、液、气三相比、改善耕层土壤结构、减轻土壤侵蚀和提高土壤蓄水抗旱能力。西方发达国家己经在上世纪30 年代就作了深松耕作法的研究，并且己经开始使用这项技术，取得了很好的效果。由于多年的实践经验以及科技的迅速发展，美国、西欧等国家对于深松机具的研究己经相当完善，并形成系列，并且已经根据不同的需要研制和生产了多种深松机具。其松土方式主要有挤压松土和振动松土两种形式。目前，国外现有深松机具主要与大功率拖拉机相配套，其特点是深松深度大、作业速度快、质量好、适用于全面深松。其种类主要有机械式深松犁和振动式深松机两种。机械式深松犁种类较多，其中，有代表性的有两个：约翰迪尔公司生产的900V 型松土机和西德劳公司生产的悬挂式深松机。悬挂式深松机深松铲柄的工作面为弧形

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