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本科毕业论文 设计 本科毕业论文 设计 文献综述 题 目 旋耕机械的研究现状及发展趋势 姓 名 学 号20041107002 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 职 称教 授 中国 武汉 二 八 年 三 月 本科毕业论文 设计 文献综述 旋耕机械研究现状及发展趋势 摘 要 本文综合叙述了旋耕机械的发展历史和国内外旋耕技术发展状况 对旋耕机械存在的问题及研 究发展方向进行了分析 在此基础上介绍了一种新型旋耕机械 旋耕耙 关键词 旋耕机械 旋耕技术 研究现状 发展方向 旋耕耙 旋耕机械在土壤耕作中应用十分广泛 丁为民等 2003年 水稻田中 旋耕机可 以将土壤打成泥浆 并且也用于其它农田的耕作 Satit Karoonboonyanan et al 2006 年 具有耕地和耙地的双重作用 一次作业能完成翻土 碎土和平整的要求 其切 土 碎土能力强 旋耕后地表平整 松软 能满足精耕细耕作的要求 且又不破坏深 层土壤结构 在耕地机械中占有重要的地位 使用较为普遍 夏俊芳等 2005年 1 国内外旋耕机械的发展进程 悬耕机的发展至今已有 150多年的历史 最初在英 美国家由 3 4kW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 李滨和崔 东 2006年 1 1国外旋耕机械的进程 随着拖拉机功率的提高 国外旋耕机普遍采用水平轴旋耕部件的旋耕机 旋耕机 单位能耗高达 280 700kJ m3 大约高于翻耕整地机械能耗的 3 6倍 为了降低旋耕 机的单位能耗 采用了改进工作部件的几何参数 选用适应旋耕机工作条件的运动参 数等方法进行优化设计 已达到降低能耗的目的 此外 为了提高旋耕机的工作效 率 在满足农艺要求的前提下 采用了旋耕与松土相结合的适当分层作业工艺 设计 上强下弱的松土工作部件 Batchelder and J G Porterfield 1966 在日本 旋耕机械主要用于耕地操作 Jeyong Lee et al 1998 日本已生产了表面 渗有硬质粉末的自磨刃旋耕弯刀 可长期使用 日本生产的与 手扶 配套的旋耕 机 设有自动挂钩和能保证倒退时刀轴自动停转的安全离合器及防止缠草的搅刀轴辅 助装置 鲍秉启等 2002年 日本 美国 韩国等国家的小型耕耘机多以 2 2 8kW的汽油机为动力 为减少棚 室内的空气污染 出现了用电动机作动力的小型自走式旋耕机 樊桂菊等 2003年 1 2国内旋耕机械的进程 旋耕机在我国的发展主要始于 50年代中后期 先后从国外引进了少量旋耕机样 机 其中主要是 1957 1958年从日本引进了耕耘机 此后 许多省市对这些样机进行 了试验和试制 1958年我国开始生产工农 7 手扶拖拉机时 就有随机的旋耕机 并于 60年代初形成生产能力 同时 部分省市也开始根据各地情况研制和自行设计悬挂式 旋耕机 但直到 1963年后才出现了比较成熟的机型用于农业生产 部分机型达到成批 生产 根据八机部关于要发展系列产品的精神 1966年在南方组织了第一次旋耕机系 列设计歼灭战 在各地比较成熟机型的基础上 设计了旋耕机系列 1970年前后 按 不完全统计 全国有 14个省市研制 生产 推广的旋耕机型号有 21种 大部分式提 供南方地区水旱整地用 主要是与 14 7 29 4千瓦拖拉机配套 1971年召开的第二次全 1 本科毕业论文 设计 文献综述 国农业机械化会议决定 要加快农业机械化的步伐 一机部下达了新产品研制项目 1972年 10月 在江苏召开了旋耕机系列设计协调工作座谈会 系列旋耕机自 1974年 鉴定后 全国有 25各省 市 自治区的 65个厂进行研制 试验和推广 为了贯彻国 家标准计量局 1976年颁布的国家标准 做好系列旋耕机产品图纸技术资料的管理工 作 提高三化程度 江苏省农机所受一机部委托 于 1977年 6月组织了系列旋耕机产 品图纸整理 整理后的旋耕机的三化程度达 80 以上 为部分非系列旋耕机制造厂的 转产创造了条件 秋梅贞和李金生 1993年 目前批量生产和推广使用地 2 2kW 74 6kW的拖拉机相配套的 3大系列 145种旋耕机产品 系 20世纪 80年代末的 更新换代产品 20世 纪 90年代以来又研制一批旋耕复式作业机具新产品 逐步投放 市场 现在 我国与大中型拖拉机配套的旋耕机保有量约 15万台 与手扶拖拉机和小 四轮拖拉机配套的旋耕机约为 200万台 北方的水稻生产 蔬菜种植和旱地灭茬整地 20 采用了旋耕机 车忠明和石成秀 2005年 2 国内旋耕技术研究现状 2 1反转旋耕机 旋耕机按刀辊的旋转方向的不同 可分为正转和反转旋耕机两种 1980年之前大 田里使用的主要是正转旋耕机 近年来 随着大中型联合收割机在收割季节已形成由 南向北的收割态势 反转旋耕机作为其主要配套耕作机具得到了迅速发展 联合收割 机收割后 地表留茬高度一般为 30cm左右 秸杆还田已成为改善土壤有机质 提高土 壤肥力的重要措施 反转旋耕机耕作时 旋耕刀从沟底向地表切割土壤 土壤毁于 拉 功耗较小 同时土块和留茬通过刀轴上方向后方抛出 撞击旋耕机后方的栅栏 后 留茬在栅栏内落地 小土块通过栅栏间隙覆盖在留茬上 形成耕后埋茬的土壤 现在大田里广泛使用的是反转旋耕机 如连云港旋耕机厂和上海松江农机厂都以生产 反转旋耕机为主 同时也生产刀辊可调整的正反转旋耕机 2 2潜土反转旋耕机 反转旋耕机目前主要存在的问题是切削土前方抛掷所形成的刀轴前方壅土现象 造成已耕土重耕 反而导致旋耕功耗比正转旋耕机还大 桑正中针对此问题率先在国 内成功地研制了刀辊位于地表以下的潜土反转旋耕机 该机不但可以实现深耕 耕深达 30cm 50cm 而且有效地解决了刀辊前方壅土问题 另一种解决方法是因为目前反转 旋耕机使用的仍是正转旋耕刀 不能使土壤充分后抛 正转旋耕刀的设计目的是顺利 切削 反转旋耕刀的设计目的是充分抛土 因此抛土型反转旋耕刀是目前研究的热点 孔祥莹等 2000年 2 3斜置旋耕机 为达到降低能耗 提高耕作质量的目的 吸取铧式犁 驱动圆盘犁 旋耕机的优 点 对旋耕工作部件在水平面内斜置 旋耕刀回转平面与机组前进方向成一角度的斜 置旋耕方式进行了试验 初步研究表明 由于斜置角的存在 旋耕刀能顺利切削土壤 刀辊受力均匀 土壤破碎基本依靠拉力作用 从而降低了旋耕功耗 孔令德等 2000 年 2 4其他方面 2 本科毕业论文 设计 文献综述 我国近年来旋耕机的保有量增加很快 为了适应当前的生产形式 规模 为不 同机型拖拉机配套 生产了作业幅 1 25m 2 8m多种型号的旋耕机 南昌旋耕机厂的 1GN系列和 1G系列多种旋耕机 连云港旋耕机集团公司生产的 1GE2 210型旋耕机 1GQN 250S型旋耕机等 在黑龙江省农业生产中 使用的机型还有 1GHL 280型松旋 起垄机 1GSZ 210 280型组合式旋耕多用机 1GZJ 210 型旋耕灭茬联合整地机 1GLT 4 型松旋灭茬起垄通用机及 1GQH 280D型灭茬旋耕多用机等 很多机型为了适 应黑龙江农艺要求 在旋耕机后部安装了起垄犁铧 为了装配各种不同的工作件组合 设计了专门的基架 以提高旋耕机的应用水平 周建来等 2000年 由黑龙江省水 利科学研究院独家研制成功的 1SZX 280 型振动深松旋耕机已通过黑龙江省农业机械试 验鉴定站的检测鉴定 投入批量生产并获国家专利 专利号为 ZL200620021644 X 该机与 58 8kW以上的拖拉机配套使用 节省牵引力 15 20 可一次完成深松改土 旋耕碎土 起垄镇压等联合作业及各个单项作业 其既适用于旱田和草地的深松及碎 土 也适用于盐碱地改良 孙彦君等 2006年 3 国内旋耕机械存在的问题 3 1 缺少与大功率拖拉机配套的旋耕机 我国现有旋耕机产品虽然在理论上实现了与 58 8 73 5kW拖拉机相配套 但实际 上因受传动系统强度 结构形式等因素的限制 还存在着一些问题 在合理配套的范 围内仅可与 48kW以下的拖拉机相配套 而国外与旋耕机配套的拖拉机功率在 58 8 73 6kW 3 2 作业性能满足不了当今农艺要求 目前 我国现有的旋耕机作业深度一般在 12 18cm 旋耕旱田在 12 16cm 旋耕水 田在 14 18cm 满足不了当今农艺深耕 深松的要求 为了改善深层土壤透气性 满 足栽培薯类 根茎类作物需要深耕的农艺要求 国外提出了全幅深耕的耕作制度 同 时也开发出了全幅深旋耕机和间隔窄幅深旋耕机 耕深为 30 60cm最大耕深为 90 120cm 为了降低旋耕机的单位能耗 国外采用了改进部件的几何参数 选用符合 旋耕工作部件作业的运动参数等方法来优化设计 以达到降低能耗的目的 此外 在 满足农艺要求的前提下 还采用了分层作业的方法和将旋耕机松土部件设计成上强下 弱的方式也是降低能耗 提高旋耕机工作效率的有效途径 表 2列出了几种分层耕作 旋耕机的主要技术参数 3 3 其它方面的问题 由于设计 材质及生产工艺等方面的原因 国产的旋耕机械在作业时易发生十字 万向传动轴损坏 拖拉机动力输出轴容易损坏 整机作业性能不稳定和易缠草堵泥等 问题 这些都有待于今后在设计和制造过程中去解决 李理和霍春明 2004年 4 旋耕机械研究现状和发展方向 4 1增加旋耕机耕深的研究 耕深型旋耕机耕深一般不超过 20cm 为了满足增厚土壤熟化层 改善深层透气 性 增大持水能力以及栽培薯类 根茎类作物需要耕深的农艺要求 近年来国外开发 了全幅深旋耕机和间隔窄幅深旋耕机 耕深达到 30 60cm和 90 120cm 国内该类型产 3 本科毕业论文 设计 文献综述 品的开发刚起步 王秋菊等 2006年 要研究新型的深耕旋耕方式 一般卧式旋耕 机 旋耕时耕耘轴位于地表之上 采用向下切削的方式耕耘土壤 耕深大时 回转半 径大 耕耘功率的小号与耕深成正比 消耗功率大 在耕深大时 如何使功率消耗的 增加率最小呢 试验结果表明 采用小回转半径 旋耕时耕耘轴位于表面之下 耕深 为回转直径的 70 90 时 耕耘功率的增加功率最小 近年来国外开发了全幅深旋 耕机和间隔窄幅深旋耕机 耕深分别达到 30 60厘米和 90 120厘米 于晓军 1998 年 4 2智能化与自动化方向的发展 近几年来 一些发达国家不断将高 新 尖技术应用到农业机械上来 使农业机 械不断向智能化发展 赵永满和王维新 2005年 日本采用微电脑技术 实现了耕深 的预调节和自动控制 保持横刀轴水平姿态的自动控制 升降位置和速度的预选以及 自动控制 倒车时自动提升的安全保障等 操作十分简便 意大利 CELLI 公司 ALV ALF 和 HV HF 型产品 刀滚相对于机架可以被液压油缸推动进行横向偏移伸 缩 适合于果园的耕作 机架前主装有触杆 在作业过程中当触杆碰到果树而产生偏 转时 液压系统动作 使刀滚向机架内缩回避让果树 当触杆越过复位时 液压油缸 又推动刀滚伸出 这样反复进行 旋耕机组就可自动地将果树行间和株间的土地全部 耕遍 不会损伤果树的根系和树干 李锦泽等 2007年 4 3微型旋耕机的发展 在实施农业产业结构调整中 从事果园 园林 花卉设施农业生产的农户将迅速 增加 这为微型旋耕机的发展提供了良好契机 微耕机的最大特点就是配套农机具 多 适用范围广 国外管理机的配套农机具一般达 20多种 时玲等 2004年 具有结 构简单紧凑 性能可靠 重量轻 操作灵活等特点 工作部件采用短弯刀成功解决了 缠草和粘土问题 结构强度大 碎土能力强 采用侧边传动 克服了中间传动作业中 间漏耕问题及链条传动链条易磨损传动效率低等问题 改善了旋耕机的工作性能和延 长了旋耕机的使用寿命 余海明等 2007年 4 4联合作业机组方向的发展 大中型拖拉机具有强劲的动力输出系统 牵引力和悬挂能力 为配套旱田联合耕 作机械提供了条件 旋耕机作为驱动型耕作机具 易于通过更换或附加工作部件 可 完成灭茬 深松 碎土 做畦 起垄 开沟 精量或半精量播种 深施化肥 铺膜 镇压和喷药等联合作业 可大幅度提高生产效率 降低作业成本 国外发达国家已推 广使用了以作业工序排列组合 以旋耕机为主体的联合作业机组 如加拿大的万能旋 耕机 日本的联合耕耙犁和旋耕播种机等 李理和霍春明 2004年 4 5减少旋耕机功率消耗的研究 由于旋耕机工作效率高 易于操作 以及能碎和土产生几乎平整的土壤表层 旋 耕机在水稻田的工作情况非常的好 但是能量消耗相对较高使旋耕机的广泛使用受到 限制 V M Salokhe N Ramalingam 2003 因而对减少旋耕功耗的研究一直时各 国科研工作者研究的重中之重 归纳起来主要时开展以下几个方面的研究 4 5 1 对旋耕刀片的结构参数和运动参数进行深入研究 4 本科毕业论文 设计 文献综述 目前旋耕机上使用的刀片主要有弯形 沟形和直角形 3种 试验表明 设计刃口 曲线应选用适中的滑切角 侧切刃采用阿基米德螺旋线或与其逼近的偏心圆弧曲线 正切刃采用与侧切刃光滑过渡的偏心圆弧弯折为空间刃口曲线 调整安装角或磨刃角 或取合适的正切面高度 以保证降低切土阻力 避免无效功耗 单面磨刃的旋耕刀片 比双面磨刃的旋耕刀片在相同的试验条件下 耕耘功率少 10 30 旋耕刀片切削土地的厚度 即进给量的大小 不仅直接影响生产率和工作质量 而且对功率消耗也有很大的影响 实验表明 进刀量大 生产率高 但土块大 功率 增加很快 因而限制了拖拉机的前进速度 4 5 2 合理地配置旋耕刀片 在刀轴上如何安装旋耕刀片 直接影响着旋耕机的作业性能 功率消耗和拖拉机 本身的性能 根据试验研究合理排列旋耕刀片 使其刀片尽量工作在少侧向约束条件 下均匀 按顺序切土 可明显降低能耗 4 5 3 探讨新的旋耕方式 传统的旋耕机是采用向下切削的方式进行旋耕作业 耕耘轴位于地表面之上 许 多国家试验表明 旋耕时将轴位于地表面之下 采用向上切削的方式比向下切削方式 其功率消耗可见少 1 3 1 2 尤其是深耕时更为明显 叶新跃 1999年 4 6向可持续发展的战略型发展 降低污染和资源重用已成为当前农业机械化设计的最终目的 能完成秸秆还田作 业的反转灭茬旋耕机等新的机型将成为今后旋耕机械重要的研究方向 另外 随着现 代科学技术的迅速发展 一些新技术也将在旋耕机上得到广泛应用 如信号系统等 李 理和霍春明 2004年 5 一种新型旋耕机械 旋耕耙 目前 国家提倡农业机具的联合作业 复式作业 以提高机具的利用率 从环境 保护方面考虑 提倡保护性耕作 秸秆还田等农艺 而旋耕耙就是从这些方面考虑 在旋耕机的基础上设计的机具 它是一新机具 集耕耙 镇压于一体 能够达到上下 层土的翻转 能使植被覆盖率提高 实现上松下实土表细碎的种床基础 有利于农作 物的蓄水保墒和发育生长 提高产量和效益 由于使用该机具能够同时完成耕耙 镇 压 因而可省去整地作业工序 提高机具的工效 节省作业成本 同时由于新型的旋 刀设计 解决了传统耕作不能旋耕硬地的问题 可明显降低拖拉机的负荷 从而降低 了作业成本和能耗 张艳菊 2002 因而 它是节能环保的新型农机具 具有广阔 的应用前景 它可以降低农民的耕作成本 将具有广阔的市场 参考文献 1 鲍秉启 安龙哲 胡文英 我国和日本等国水田机械发展概况 农业化研究 2002 3 23 25 2 车忠明 石成秀 从北方看旋耕机械的推广发展趋势 实验研究 2005 3 3 丁为民 王耀华 彭嵩植 正 反转旋耕不同耕作性能的比较 J 南京农业大学 学报 2003 3 105 109 5 本科毕业论文 设计 文献综述 4 樊桂菊 李汝梓 杜辉 国外设施农业机械的发展 农业装备技术 2003 29 2 5 孔令德 桑正中 王国林 斜置旋耕试验研究 农业机械学报 2000 31 2 30 32 6 孔祥莹 袁文旭 孔令德 旋耕机研究综述 山西机械 2000 3 46 48 7 李滨 崔东 小型农用旋耕机的设计 林业机械与木工设备 2006 3 30 32 8 李理 霍春明 我国旋耕机研究现状及发展方向 现代化农业 2004 10 37 38 9 李锦泽 李志红 侯桂凤等 耕作机械现状及发展对策 农业化研究 2007 5 238 240 10 邱梅贞 李金生 中国农业机械技术发展史 北京 机械工业出版社 1993 57 60 11 时玲 张海东 翟兆斌等 我国微耕技术与发展方向 农业化研究 2004 4 1 3 12 孙彦君 司振红 周宙 1SZX 280 型振动深松旋耕机 林业机械与木工设备 2007 10 50 13 王秋菊 金海洋 周宏伟 浅谈旋耕机械推广发展的趋势 农机使用与维修 2006 2 20 14 夏俊芳 许绮川 1GF 2 5 型施肥旋耕联合作业机的改进设计 农机化研究 2006 5 117 118 15 叶新跃 对我国旋耕机研究现状及发展方向的探讨 山东农机 1995 5 12 13 16 于海明 张雪 李连豪等 微型旋耕机设计 黑龙江八一农垦大学学报 2004 19 2 33 35 17 于晓军 旋耕深松整地法的试验应用 J 农机化研究 1998 2 114 121 18 张艳菊 新型机具 旋耕耙 农机具之友 2003 2 36 19 赵永满 王维新 国外农业机械的现状及发展态势 农业化研究 2005 4 10 12 20 周建来 李源知 焦巧凤 国内外旋耕机的技术状况 农机化研究 2000 2 49 51 21 Batchelder J G Porterfield Zone tillage machines and methods for cotton Trans ASAE 1966 9 1 98 99 22 Jeyong Lee M Yamazaki A Oida H Nakashima H Shimizu Electro hydraulic tillage depth control system for rotary implements mounted on agricultural tractor Design and response experiments of control system Journal of Terramechanics 1998 35 229 238 23 Satit Karoonboonyanan Vilas M Salokhe Panadda Niranatlumpong Wear resistance of thermally sprayed rotary tiller blades Wear 2007 263 604 608 24 V M Salokhe N Ramalingam Effect of direction of rotary tiller on draft and power requirements in a Bangkok clay soil Journal of Terramechanics 2003 39 195 205 6 本科毕业论文 题 目 悬挂式耕整作业机的设计 姓 名 学 号20041107002 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 职 称教 授 中国 武汉 二 八 年 六 月 本科毕业论文 设计 目 录 目 录 I 摘 要 III 关键词 III ABSTRACT IV KEY WORDS IV 1 前言 1 1 1课题的背景及科学意义 1 1 2国内外耕作机械的发展状况 1 1 2 1 国外耕作机械的发展现状 1 1 2 2国内耕作机械的发展现状 1 1 3设计的主要内容 2 2 总体设计计算 2 2 1配套动力的选用 2 2 2悬挂连接机构的设计 2 2 2 1悬挂装置的功能与特点 3 2 2 2悬挂装置设计要求 3 2 2 3悬挂参数的确定 3 2 2 4悬挂式耕整作业机与拖拉机的连接 3 2 3耕整作业机总体方案设计 4 2 3 1设计原则 4 2 3 2基本结构 4 2 3 3工作原理 5 2 4技术参数 5 3 传动系统设计 6 3 1中间齿轮箱参数的确定 6 3 2刀轴上的功率 转速和扭矩 6 4 土壤工作部件运动分析 6 4 1 刀片入土条件 6 4 2 弯刀运动方程 7 4 3 耕作深度 8 4 4 切土节距 8 4 5沟底凸起高度 8 4 6刀辊受力的近似计算 9 5 整机功率分配 10 5 1功率消耗的组成 10 I 本科毕业论文 设计 5 2旋耕作业的功率消耗 11 6 耕整作业部分设计 11 6 1刀盘几何参数的确定 11 6 1 1刀盘间距L 12 6 1 2刀盘厚度 和直径D 12 6 1 3刀盘安装孔的设计 12 6 2土壤工作部件的设计 12 6 2 1弯刀的设计 12 6 2 2甩刀的设计 13 6 2 3开沟铲刀的设计 13 6 3刀轴的设计计算 14 6 3 1材质的选择 14 6 3 2初步估算轴的直径 14 6 3 3刀轴零部件的选择 14 6 4刀轴的受力分析 15 6 5按弯扭合成应力校核轴的强度 15 6 6刀轴花键套强度计算 16 6 6 1花键轴扭矩强度的计算 16 6 6 2花键挤压强度计算 16 6 6 3花键剪切强度计算 17 6 7消除漏耕装置 窜垡型小犁的设计 17 7 镇压器的选型设计 18 7 1设计要求 18 7 2结构设计 18 7 3镇压器直径的确定 18 8 限深装置的选型设计 19 8 1限深轮的作用 19 8 2限深轮结构设计 19 8 3限深轮直径D和轮缘宽度B的确定 19 9 罩壳和拖板的选型设计 19 9 1罩壳的结构参数及技术条件 20 9 2拖板的设计 20 10 结论和建议 21 10 1 结论 21 10 2 创新之处 21 10 3 建议 21 附录 22 参考文献 23 致谢 24 II 本科毕业论文 设计 悬挂式耕整作业机的设计 摘 要 农业机具的联合作业 复式作业和多功能化作业可提高机具的利用率并降低生产成本 该文提出一 种集耕耙 灭茬 埋草 镇压于一体并适用于农田苗间管理的悬挂式耕整作业机 在设计过程中 笔者 对作业机土壤工作部件进行运动和受力分析 在满足农艺技术的基础上 对该机的耕整作业 悬挂 镇 压和限深等装置进行设计 并根据土壤旋耕比阻计算了机组的功率分配 该机具有以下特点 1 该机能与大中型拖拉机配套使用 总体配置合理 一次作业 可完成耕耙 灭茬 深松 开 沟 镇压等多道工序 减少了田间作业工序 提高了作业效率 工作可靠 性能优良 作业质量满足农 艺要求 2 该文设计单体式组合刀盘作为主要工作部件 可以根据农艺要求与开沟铲刀 松土弯刀或其他 土壤工作部件组合进行作业 也可按照农田苗间管理的要求 调节单体式组合刀盘之间间距与分体镇压 辊之间的间距来完成农田苗间的土壤整理与土壤保墒作业 3 悬挂式耕整作业机可进行复式作业 适用范围广 动力消耗少 且结构合理 功能多样 调节 简便 能一机多用 满足保护性耕作和农田苗间管理等农艺要求 具有广阔的应用前景 同时为耕整作 业增添了一种新型适用机具 关键词 耕整作业机 总体设计 运动分析 受力分析 刀盘设计 III 本科毕业论文 设计 Design of a Hanging tillage machine Abstract According to the joint operations duplex operations and multi functional operations of agricultural equipment which can increase the utilization of machine and reduce production costs This thesis advances a set of aircraft Hanging tillage machine which have raking stubble cutting buried grass and repression function in the one integration It can be used in the strains management on the farmland In the design process the author have carried on movement analysis mechanical analysis of the soil working components to meet the agronomic technology the author also designed tillage operation three point hitch linkage repression and depth wheel devices and on the basis of the soil resistance of a unit sectional area of rotary cultivation I have calculated unit s power distribution There are many characteristics of this aircraft 1 The aircraft supports the use of large and medium sized tractor the fundamental allocation is reasonable It can finish all kinds of field works including raking stubble cutting subsoiling suppression and etc The tillage machine reduces working procedure in field improves working efficiency and has reliable working good performance and the working quality can meet the agriculture request 2 The aircraft used single disc combinated knife wheel as the main working parts According to agronomic requirements it can be portfolioed with the ditching spade knives rotary blade or other soil working components In accordance with the strains management requirements it can adjusted the distance of the composition of single knife disc and separated the spacing between separated repression rollers to complete the cultivation of soil and soil moisture 3 Hanging tillage machine can be carried on duplex operation be used universally has less power consumption and a rational structure versatile and can be regulated conveniently you can use a machine to meet the protection of farmland and farming strains agronomic management and other request have good prospects This design adds to a new available machine for the rotary cultivation Key words Tillage machine System design Movement analysis Mechanical analysis The design of the knife rollers IV 本科毕业论文 设计 1 前言 1 1课题的背景及科学意义 土壤耕作是整个农业生产过程中的一个重要环节 耕作的目的是疏松土壤 恢复土壤的团粒结构 以 便积蓄水分和养分 覆盖杂草 肥料 防止病虫害 为作物 蔬菜 果树的生长发育创造良好的条件 土壤耕作机械的种类较多 根据耕作的深度和用途不同 可把土壤耕作机械分为两大类 一是耕地机 械 二是整地机械 李宝筏 2005 年 旋耕机械在土壤耕作中应用十分广泛 丁为民等 2003 年 农业机械化已经是农业现代化的重要标志 李锦泽等 2007 年 在我国 许多耕地处于干旱与半 干旱地区 其中旱地面积约有hm 占总耕地面积的 51 9 有 40 的耕地正在不同程度地退 化 再加上传统的铧式犁翻地 土壤裸露休闲的耕作方法 使农田不能得到合理有效的保护 于洪斌 等 2006 年 目前 我国农业正处于战略转折的重要阶段 为了切实解决好 三农 问题 要搞好农 业产业结构调整 研制 引进 吸收及推广等工作力度 以提高劳动生产率 降低农民劳动强度 合理 调整农村劳动力就业结构 李锦泽等 2007 年 传统的农业耕作技术正面临新的挑战和历史性转 变 研究高效 节能 少耕免耕 联合机械化作业成为现代农业化的发展方向 贾宏雷等 2004 年 11 107 2 农业机械化提倡农业机具的联合作业 复式作业 这样可提高机具的利用率 另外从环境保护方面考 虑 则提倡保护性耕作 秸秆还田等农艺 该文设计一种适合于保护性耕作和农田苗间管理的悬挂式农 田耕整作业机 该机具是在旋耕机的基础上设计的新机具 使机具在传统的耕耙功能基础上 能与大中 型拖拉机配套 集耕耙 灭茬 埋草 镇压于一体的耕整作业机械 能一次完成耕耙 土壤整理等复 式农艺作业 还可以完成农田苗间管理的耕整作业与除草保墒作业 以提高作业效率和利用率 扩展作 业功能并降低功率消耗 1 2国内外耕作机械的发展状况 1 2 1 国外耕作机械的发展现状 随着旋耕机的推广使用 旋耕机的作用越来越被人们认识 使用较为普遍 但旋耕机的功能较单 一 近年来世界上许多农业机械化发达的国家已推广使用复式作业机具 如加拿大的万能旋耕机 日本 的联合耕耙犁和旋耕播种机 德国的耕播机等 这些国家推广使用的复式作业机具的共同特点 一是按 作业工序顺序排列组合而成 二是均采用以旋耕机为主体的复式结构 叶新跃 1999 年 耕作机械向智能化与自动化方向发展 由于先进的制造技术 新材料的涌现 电子技术 通讯技术 等的进步 电子监控 液压和自动控制等技术在耕作机械上广泛应用 在美国 加拿大等国家应用液压控制圆盘耙 圆盘耙组偏角的调整由液压油缸 或丝杆机构 来实 现 同时可根据农艺要求 土壤条件在作业时无级调节偏角 减轻了劳动强度 日本采用微电脑技术 实现了耕深的预调节和自动控制 保持横刀轴水平姿态的自动控制 升降位置和速度的预选以及自动控 制 倒车时自动提升的安全保障等 操作十分简便 意大利 CELLI 公司 ALV ALF和 HV HF型产品 其刀滚相对于机架可以被液压油缸推动进行横 向偏移伸缩 适合于果园的耕作 机架前主装有触杆 在作业过程中当触杆碰到果树而产生偏转时 液 压系统动作 使刀滚向机架内缩回避让果树 当触杆越过复位时 液压油缸又推动刀滚伸出 这样反复 进行 旋耕机组就可自动地将果树行间和株间的土地全部耕遍 不会损伤果树的根系和树干 李锦泽 等 2007 年 1 2 2 国内耕作机械的发展现状 1 大中型与小型机具并存 小型机具占主导地位 目前 我国微型耕整机 水田耕整机 手扶拖 拉机配套农机具 18 4kW以下四轮拖拉机配套的小型耕整机具 在水田 山区以及北方广大农村的耕 整地机械化中起着重要作用 驱动型耕作机械产品产量比较大且形成小行业的主要是旋耕机 20 世纪 1 本科毕业论文 设计 80 年代末的更新换代产品与老产品比较 具有作业质量好 生产效率高 能耗低和可靠性高等优点 旋耕机在南方水稻生产机械化应用中已占 80 在北方的水稻生产 蔬菜种植和旱地灭茬 整地中也 广泛得到应用 2 联合作业机发展较快 联合作业机具因具有抢农时 省能耗 减少机具对土壤压实等优点 在 国内得到了较快的发展 全国各地结合当地的农艺要求研制以旋耕机为主体的联合作业机 如浅旋耕条 播机 少耕条播机及旋耕播种施肥机等 已有 60多种规格不同型号的产品 年产量在 1 5 万 2 万台 左右 国内采用驱动工作部件的联合作业机 多数是以旋耕机刀辊为主要工作部件 可实现旋耕 深 松 起垄 灭茬等作业工序中的两个以上项目的联合作业 其产品有深松旋耕机 松旋起垄机 灭茬起 垄机 碎土整地机等 多数产品动力在 36 8kW以上 驱动式圆盘犁自 20 世纪 80年代后期开始研制 现在也有较好的使用效果 3 农业技术的发展促进了农具的开发与生产 为了适合北方地区推广的少耕深松耕作制度 开发 了以齿杆为深松部件的深松机产品 并在一部分地区应用 为适应旱作节水农业的需要 开发了全方位 的深松机并形成了系列产品 为了适应秸秆粉碎还田 根茬粉碎还田的农业生产需要 秸秆还田机 根 茬粉碎还田机成为推广使用最快的产品之一 为了满足大棚 温室内耕整地作业的需要 一些小型耕整 机具已经生产并且得到推广使用 李锦泽等 2007 年 1 3设计的主要内容 1 工作原理与工艺过程分析 2 总体方案的确定与总体结构的设计 机构运动图以及配套动力的确定 3 主要工作部件的设计 包括旋耕耙 起垄装置 开沟装置 覆膜机构 传动机构及机架等的设 计 2总体设计计算 2 1配套动力的选用 根据我国目前所拥有的拖拉机实际情况和对机组所消耗功率的初步估算 拟采用上海 50 型轮式拖 拉机或功率相近的拖拉机 上海 50 轮式拖拉机的主要参数如下 外形尺寸 mm 3100 1670 2300 发动机型号 495A 标定功率 kW 36 8 50 马力 额定转速 r min 2000 动力输出轴转速 r min 766 离合器形式 单片 干式 双作用 常接合碟形弹簧 制动器 盘式 理论前进速度 km h 如表 2 1 表表 2 1 理论前进速度理论前进速度 各挡理论速度 km h 16 86 2 15 3 54 6 71 8 58 14 13 2 2悬挂连接机构的设计 为了提高动力机械的通用性和利用率 田间作业机械一般与拖拉机配套使用 拖拉机与农具的连接 机构通称为挂接装置 其连接方式可分为 悬挂式 半悬挂式和牵引式等几种 该文采用悬挂式连接方 2 本科毕业论文 设计 式 将耕整作业机与拖拉机连接在一起 机具的耕深由拖拉机液压系统控制 也可以由限深轮控制 本 设计采用限深轮 即高度调节法 2 2 1 悬挂装置的功能与特点 悬挂装置不仅起传递牵引力的作用 而且还有升降农具 控制工作耕作深度的作用 这种连接方式已 得到广泛应用 并且与牵引式机具相比有以下特点 1 机动性好 2 结构简单 质量轻 3 改善拖拉机的牵引性能 4 机具整体尺寸和工作幅宽不能过大 2 2 2 悬挂装置设计要求 农机具悬挂参数的合理性对机组性能影响很大 农具悬挂装置设计时应满足以下条件 1 农机具有良好的入土性能 2 具有良好的耕深稳定性和对不平地表的适应性 3 机组工作时 具有良好的操纵性和牵引性能 4 机组行驶时 具有良好的通过性和稳定性 5 机组工作时 能保证直线行驶性和耕作的稳定性 6 装卸 操纵和调节轻便 视野良好 2 2 3 悬挂参数的确定 拖拉机的三点悬挂装置与悬挂式耕整作业机的悬挂架连接 动力由拖拉机的动力输出轴通过万向节伸 缩传动轴传递给作业机的第一轴驱动作业机作业 耕整作业机的悬挂参数主要根据拖拉机的三点悬挂装 置参数 万向节伸缩轴与拖拉机动力输出轴 作业机第一轴的夹角和机组得的田间通过性等约束条件来 确定 田间通过性的约束条件 1 要求耕作时夹角不超过 10 2 地头转弯提升作业机离地 100 250mm 夹角不超过 30 3 切断输出轴动力时 提升作业机到最高位置时 机下的通过高度一般不小于 400mm 万向节伸缩 轴与轴套至少应有 40mm的重叠量 4 还应考虑到最大耕深和提升到最高位置时 机架和土壤工作部件不碰到拖拉机 悬挂参数的确定 通常参照配套拖拉机牵引力 或功率 相近的同类产品之间的悬挂参数进行初 选 该文设计的机具拟选配套动力是上海 50轮式拖拉机 参考 农业机械设计手册 上册 中国农 业科学技术出版社 悬挂装置主要参数如下 上拉杆长 l 462mm 上悬挂点 H 515mm 下悬挂点 h 610mm 2 2 4 悬挂式耕整作业机与拖拉机的连接 三点悬挂式耕整作业机与拖拉机配套 挂接方便 图 2 1 为作业机与拖拉机的配套的机动图 3 本科毕业论文 设计 作业机运输状态时 作业机工作时 1 拖拉机 2 上拉杆 3 下拉杆 4 限深轮 5 耕整作业装置 6 镇压轮 图图 2 1 作业机与拖拉机配套的机动图作业机与拖拉机配套的机动图 2 3耕整作业机总体方案设计 2 3 1 设计原则 总体方案拟将传动装置 限深装置 耕整作业装置 悬挂装置 镇压装置与选用拖拉机融为一体 力争使机组结构简单可靠 并使整体尺寸合理 能同时完成耕整过程中的耕耙 灭茬 埋草 镇压 保 墒等农艺复式作业 悬挂机构要有效的控制工作部件作业时的耕深以及运输时的通过性 镇压效果好 作业后地面平整 2 3 2 基本结构 悬挂式耕整作业机由传动装置 限深装置 耕整作业装置 镇压装置等几大部分组成 齿轮传动箱 2 设置在机架 3 的中部 动力输入轴 14在齿轮传动箱 2 的前方 悬挂架 1 安装在机架 3 的前部并与齿轮 传动箱 2 上部联接 机架侧板 11 安装在机架的两侧 碎土拖板 4 链接在机架 3 的后部并通过拉伸弹簧阻 尼器 7与机架侧板 11 连接 分体式镇压辊 5 通过镇压辊轴 6挂接在碎土拖板 4 下部的后方 耕深调节机 构 13 固定在机架 3前部的两侧 限深轮 12 安装在耕深调节机构 13 下部 轴承座 9 固定在机架侧板 11 上 单体式组合刀盘 8 安装在刀轴上 刀轴 10 的两端分别安装在轴承座 9内与齿轮传动箱 2 下部的传动 输出孔内 其基本结构如图 2 2 所示 4 本科毕业论文 设计 1 悬挂架 2 齿轮传动箱 3 机架 4 碎土拖板 5 分体式镇压辊 6 镇压辊轴 7 拉伸弹簧阻尼 器 8 单体式组合刀盘 9 轴承座 10 刀轴 11 机架侧板 12 限深轮 13 耕深调节装置 图图 2 2 悬挂式耕整作业机总体结构悬挂式耕整作业机总体结构 2 3 3 工作原理 本机通过三点悬挂与拖拉机相连 首先通过耕深调节机构将限深轮按农艺要求调整为规定的工作深 度 当拖拉机牵引悬挂式耕整作业机做等速直线运动时 拖拉机通过动力输出轴将动力传给耕整作业机 驱动刀轴作同机组前进相同方向的回转运动 刀轴带动按照农艺要求排列的单体式组合刀盘将翻垡的土 块向后抛出 撞击在碎土拖板上而被粉碎 碎土拖板与分体式镇压辊在拉伸弹簧的带动下 通过仿形运 动将耕耘过的土壤进行平整与镇压 2 4技术参数 1 外形尺寸 长 宽 高 2020 1670 1160 2 配套动力 上海 50 型轮式拖拉机 36 8Kw 3 工作幅宽 1600 mm 4 旋耕深度 8 16cm 5 碎茬深度 8 10cm 6 深松深度 25 30cm 7 作业行数 6行 8 作业行距 280mm 9 作业速度 2m s 10 土壤工作部件 弯刀 甩刀 开沟铲刀 11 联接方式 插销铰接 5 本科毕业论文 设计 12 镇压器 分体式镇压轮 3传动系统设计 1 万向节总成 2 第一轴 3 锥齿轮箱 4 中间链轮 5 齿轮箱 6 刀轴 图图 3 1 动力传递示意图动力传递示意图 图 3 1 是动力传递示意图 拖拉机的输出动力经万向节伸缩轴传动圆锥齿轮减速并改变方向 经中 间链轮 齿轮箱 传递给输出轴 带动刀辊旋转 刀辊分左右两段安装在齿轮箱两侧 这种齿轮箱结构 紧凑合理 传动路径短 以其核心部件形成作业机的对称机架 刚性较强 适合宽幅作业 缺点是箱体 宽度内不能布置土壤工作部件 如不设置特殊工作部件将会出现漏耕 因而在传动箱前下部安装垡型小 犁 其具体分析参看 6 7 消除漏耕装置 窜垡型小犁的设计 3 1中间齿轮箱参数的确定 该文设计的耕整作业机的中间传动齿轮箱选自连云港华旋机械有限公司生产的 1GQN 系列中的 1GQN 180S框架式传动齿轮箱 已知 1GQN 180S旋耕机的型号如表 3 1 表表 3 1 1GQN 180S 的型号参数的型号参数 配套动力 kw 耕幅 mm 动力输出轴转速 r min 锥齿轮速比刀轴转速 r min 36 8 44 1 180 540 21 35235 根据表 3 1 可以计算出中间齿轮箱的总速比为 180 67 540 235 21 n iiii 其中 35 19 1 i 3 2刀轴上的功率 转速和扭矩 已知中间传动齿轮箱为三齿轮传动 若取每级齿轮的传动效率 包括轴承效率在内 94 0 57 3094 0 8 36 33 1 kWpp kW 180 67 766 1 ninr min 285 12r min 12 285 57 30 95509550 1 n p Me N m 1023 932N m 4 土壤工作部件运动分析 现以弯刀为例进行具体运动的分析 4 1 刀片入土条件 刀片是否能正常切削土壤 与机组前进速度vm和刀轴回转角速度 的选择有密切的关系 在整个工 作过程中 刀片端点绝对运动的水平分速度应与作业机前进方向相同 其运动轨迹为余摆线 弯刀才能 6 本科毕业论文 设计 够向后切削土壤 只有刀片在开始切土时 0 整个切土过程刀刃上切土部分各点的运动轨迹都是余 摆线 x v 故使刀片端点绝对水平速度vx1 时 刀片能正常切 削土壤 mm v Rn v Rw 1 2 4 1 式中 R 刀片端点转动半径 刀轴旋转角速度 1 n 刀轴转速 vm 机组前进速度 刀片端点转动半径 R 设计成 R 245mm 根据拖拉机的前进速度 选定机组速度vm 6 71km h 1 864m s 由式 4 1 计算 1922 3 864 1 60 212 28510245 3 所以 选择的机组前进速度vm和刀轴回转角速度 满足入土条件 4 2 弯刀运动方程 悬挂式耕整作业机工作时 弯刀一面旋转 一面随作业机前进 因此刀片的绝对运动是刀轴旋转和 作业机前进两种运动的合成 其运动轨迹是摆线 设刀轴旋转中心为坐标系原点 x 轴正向与作业机前 进方向一致 y轴正向垂直向下 如