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机械毕业设计全套
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NJ01-028@复式少耕整地机总体设计,机械毕业设计全套
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I 摘要 该复式少耕整地机是结合配套动力及旱作农业的实际情况，改制创新的新型耕整地机具。它与大功率拖拉机配套使用，一次作业可完成灭茬碎土、中层浅松、底层深松、整平合墒及镇压碎土等作业，有效地实现了复式少耕技术，是土壤保护性耕作的理想配套机具。为此，阐述了复式少耕整地机的设计原则和设计思想，介绍了其技术参数及结构特点和设计过程。该机具在作业时能够充分发挥大马力拖拉机的作业效率，减少拖拉机的功率消耗，节能约 14.3%；该机属于高效节能型机具，为研究大型农机具提供了参考。 关键词 ：整地机；少耕；复式； nts II Abstract Compound minimal tillage land preparation technique is a key part of protective cultivation technology system.This articlepresents the design of a compound minimal tillage land preparation machine,including its structure and working principle.In particular,the author examines the structures and functions of the machines major parts.Practice shows that the newly designed machine cannot only meet the requirements of farming but also protect the environment.It is worthwhile to be promoted and applied practically.In order to meet the needs of agricultural implements matched with high-powered tractors, a broad width combined cultivating machine was design based on single and combined work of cultivating machines. The combined cultivating machine had the functions of stubble-breaking, rotary tillage and subsoiling. Single works and combined work were carried out. The experimental results showed that the machine could give full play to a operation efficiency of high-power tractor when working. The designed machine could reduce power consumption of tractor, and energy saving was about 14.3%.The designed machine belongs to energy saving of high efficiency machinery, and provides reference for studying on large agricultural implements. Key words： soil preparation machine ; soil preparation machine; compound； nts III 目录 摘要 . I Abstract . II 前言 . V 1 设计目的及意义 . 1 1.1复式少耕整地机的主要技术特点 . 1 1.2复式少耕整地机效益分析 . 2 2 总体方案的确定及主要参数 选择 . 3 2.1结构形式 . 3 2.2工作原理 . 4 2.3作业速度确定 . 4 2.4作业幅宽确定 . 4 2.5配套动力参数 . 4 2.6各部件结构组成 . 5 3 关键部件设计 . 7 3.1圆盘耙组件 . 7 3.1.1 圆盘耙片的结构形式 . 8 3.1.2 圆盘耙的主要参数 . 8 3.1.3 耙组设计 . 10 3.1.4 轴承的选用 . 10 3.1.5 间管和方轴 . 10 3.1.6 耙组横梁和刮泥板 . 10 nts IV 3.1.7 耙架 . 11 3.2浅松部件 . 11 3.2.1 浅松铲的选用 . 12 3.2.2 铲柄的类型及设计 . 13 3.3深松部件 . 13 3.3.1 深松铲的主要尺寸和技术要求 . 13 3.3.2 深松铲柄的设计 . 14 3.3.3 铲柄受力分析及校核 . 15 3.3.4 土壤比阻的确定 . 16 3.3.5 深松铲水平力和垂直力的测定 . 17 3.3.6 铲柄的校核 . 17 3.4合墒器组件 . 18 3.4.1 合墒器工作原理 . 18 3.4.2 合墒器主要参数 . 19 3.5镇压碎土部件 . 23 3.6地轮组件设计 . 24 3.7机架的设计 . 24 3.8液压缸的选用 . 25 结论 . 26 参考文献 . 27 致谢 . 28 附录 . 错误 !未定义书签。 nts V 前言 近年来 , 可持续农业已成为当今世界农业发展的主题 , 因此世界各国都在研究开发新的耕作技术及配套机具。作为可持续农业发展核心技 术的保护性耕作技术 , 已被广泛地推广和应用。与传统的耕作技术相比 , 保护性耕作技术有利于土壤有机质的积累和团粒结构的恢复 , 少 (免 )动土 , 既节约了作业成本 , 又减轻了土壤的有害压实 , 对于防治水土流失起到了关键性的作用。因此 , 作为保护性耕作技术系统中的一项关键性技术 , 复式少耕技术也得到了长足的发展。 整地的目的是改善土壤的物理性质和调节自然条件为农作物生长提供适宜的土壤环境，我国 50 年代从前苏联引进的机械整地技术曾为农业增产增收做出了很大贡献，进入 90 年代后农机化新技术有了长足的发展特别是机械整地技 术发展迅速打破了过去翻耙起单一整地方式的旧格局，建立起以深松为主体松旋灭茬相结合的耕作体制，为农业的稳产高产提供了先决条件。 传统的土壤耕作技术主要由单项的翻、松、耙、旋、压等耕作方法组成，机组多次进地，土壤被机械压实严重，水土流失加剧，耕作成本高，其所产生的土壤耕层结构不能理想地满足农作物生长发育要求。因此，各国都在研究开发新的耕作技术及配套机具。保护性耕作技术是可持续农业发展的核心技术，已被广泛推广和应用到农业生产中。与传统的耕作技术相比，保护性耕作技术有利于土壤有机质的积累和团粒结构的恢复，少（免）动 土，既降低了作业成本，又减轻了土壤的有害压实，对防治水土流失起到了关键性的作用。 作为保护性耕作技术系统中的一项关键性技术，复式少耕技术得到了长足的发展。本研究设计了一种复式少耕整地机，使用该机具作业可减少机组进地次数、减轻土壤有害压实，利于蓄水保墒、减轻水土流蚀、保护土地资源，可大幅度降低农业生产成本，在我国北方旱作农业区具有广阔的市场前景。 保护性耕作是相对于传统常规土壤耕作的新型旱地耕作法，是对农田实行免耕、少耕，尽可能减少土壤耕作次数，并利用作物秸秆和残茬覆盖地表，减少土壤风蚀、水蚀，提高土 壤肥力和抗旱能力的一项先进农业耕作技术。保护性耕作是深松、免耕播种、控制杂草及秸秆残茬覆盖地表等技术的集成，可减少机械作业次数，降低成本，且具有明显的保土、保水及保护生态环境等作用，因此，以免耕和少耕nts VI 为主要内容的保护性耕作制度被称为新的耕作制革命。保护性耕作的具体实施就是用高质量、高精度及高通过性能的机械设备来取代常规的作业机械，黑龙江垦区新一批大功率拖拉机的引进以及保护性耕作技术的推广应用，使保护性耕作机械的开发成为当务之急。 复式少耕整地技术集耙茬、浅松、深松、合墒、碎土于一体，利用耙茬技术、深松技术、 合墒和碎土技术，在 35cm 范围内的土壤耕层进行全面耕作。在地表 10cm 范围内采用双排圆盘耙对土壤进行翻耙，切碎作物根茬和秸秆等残留物；深松技术采用浅松和深松 2种形式，浅松深度为 25cm，深松深度为 35cm；合墒技术是对深松作业的土块进行初步细碎，对地表进行平整；碎土作业是对地表的土壤进一步细碎、平整，使作业后的地表达到播种前的农艺要求。 nts - - 1 1 设计目的及意义 1.1 复式少耕整地机的主要技术特点 加深耕层为农作物正常生长创造良好的土壤条件，该技术可使深松深度达到35cm 比平翻整地技术 加深耕层 10cm 左右作物根系深扎能使作物充分吸收土壤中的水份和养份促进作物茎叶生长，据测定该项技术可使粮食作物增产 5% 10% 块根作物增产 10% 15%。 间隔深松建立了虚实并存的土壤耕层构造联合整地机作业使垄台和垄沟同时深松深松间隔不大于 35cm 从而实现了间隔深松建立了符合农艺要求的虚实并存的土壤耕层构造实部适合于嫌气微生物生存储存养份有利于提墒供水虚部适合于好气微生物生存释放养份有利于蓄水保墒进而实现用地和养地的自然结合。 蓄水保墒有利于发展机械化旱作农业机械深松联合整地技术能建立上虚下实虚实相间的耕 层构造明显地改善了土壤的蓄水能力在降雨季节上部虚土层能迅速接纳雨水并通过深松层下渗到 25cm 以下的土壤中储存起来形成土壤水库供降雨少时使用同时有效地防止了水土流失 4 根茬还田增加了土壤有机质含量灭茬深松和起垄联合整地技术能将作物根茬破碎还田有效地补充了有机质明显地缓解了土壤肥力不足的问题据测算玉米根茬粉碎还田每公顷可增加有机质 225kg。 作业效率高缓解了秋整地的紧张状况此时大型农机具异常繁忙 1997 年后在配套动力不增加的情况下改为使用联合整地机其作业效率比老 3 样提高一倍以上节省燃油作业成本明显降低经测算深 松联合整地比过去翻耙起整地节省燃油近 15%仅燃油一项每公顷作业成本降低 17.55 元 8 项成本核算每公顷成本降低 45元作业次数减少有利于保护土壤的团粒结构机械作业对土壤具有一定破坏作用进地次数越多破坏作用越大过去翻耙起作业 3 次进地才能达到待播状态而机械深松联合整地 1次进地作业即可达到待播状态进而保护了土壤作物根茬还田促进了土壤结构的团粒化。 平行调整联合整地机作业时必须保持与地面平行否则作业效果不佳前后平行调整主要调整拖拉机悬挂装置中央拉杆长度左右平行调整主要调整两个支撑轮的高度无支撑轮时调整其悬挂装置的两根吊 杆的长度二是中心调整联合整地机作业nts - - 2 时纵向中心要与拖拉机中心在一条线上否则调整拖拉机悬挂装置的两根拉链长度。 要及时清理杂草联合整地机作业时刀轴旋转容易缠杂草和作物茎叶必须及时清理否则增大阻力影响作业效果其次要及时紧固或更换刀片联合整地作业时刀片容易松动或折断必须及时检查否则达不到作业标准第三要及时检查刀轴油封联合整地机作业时刀轴油封容易被杂草或泥土挤坏如不及时检查修理箱体润滑油漏掉会造成齿轮等机件损坏。 联合整地机配备的都是杆式深松部件最好采用翼形铲扩大松土范围对垄体和垄沟进行间隔深松垄体深松深度 15cm。玉米等硬茬地选用带灭茬部件的联合整地机作业根茬破碎度 10cm 破碎合格率 80%灭茬长度为 8 12cm。联合整地机作业时各铧间距应与作业地块垄距一致各铧入土深度误差 2cm 垄高一致垄体压实后垄高16cm 四是旋耕要点软茬地选用旋耕多用机作业阻力小效果好旋耕深度 12 15cm。 1.2 复式少耕整地机效益分析 经实地调查分析得出的结论是联合整地机作业效果符合农艺要求并具有十分显著的节本增效作用其社会效益和经济效益可观它是土壤机械耕作技术的一次革命节省机耕费过去传统翻耙起整地技术每公顷机耕费 315 元现采用 灭茬旋耕深松起垄联合整地技术每公顷机耕费 240 元平均每公顷降低机耕费 75 元。 降低作业成本传统的作业方式每公顷投入油料人工等成本 240 元现采用的联合整地作业每公顷投入成本 186 元每公顷降低作业成本 54 元虽然有机户每公顷作业收入比过去少 20 元但作业效率比过去提高了一倍总收入比传统方式增加了 30%。 nts - - 3 2 总体方案的确定及主要参数选择 2.1 结构形式 根据耕整作业机械的工艺技术、配套动力和运输状态方面的要求，该机总体结构形式为液压折叠升降式，动力运输为牵引式。 复式少耕整地机是对农田实行少耕， 尽可能减少对土壤的耕作次数，并利用耕作秸秆和残茬覆盖地表，减少土壤风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力农业器械。该机主要是由牵引架装置、圆盘耙架、主机架、圆盘部件、地轮组件、浅松部件、深松部件、合墒部件、碎土镇压组件组成。该机一次作业即可形成有利于作物生长的三层土壤结构，即表层（ 10cm）细碎紧实，利于保墒和提高播种质量；中层（ 10-25cm）松碎，利于作物根系发育；底层（ 25-35cm）虚实相间的结构，以增强土壤的通透性，提高土壤的蓄水能力。该机具体机架结构技术是将三角形牵引装置、X形圆盘耙架、阶梯形深松机 架、门形合墒和门形镇压器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地机耕深液压调节，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。 其结构形式如图 2-1所示： 1-连接架； 2-支承脚架； 3-主机架； 4-圆盘耙组件； 5-液压缸； 6-地轮组件； 7-浅松部件； 8-深松部件； 9-合墒部件； 10-镇压器部件 图 2-1 复式少耕整地机结构图 nts - - 4 2.2 工作原理 该机第一道工序为双圆盘耙茬碎土、 切断秸杆，减少了深松阻力，并防止拖推堵塞；第二道工序为双翼浅松，松碎耕层土壤，并切断根生类杂草，减轻草害；第三道工序为深松部件，打破了犁底层，增深耕作层，熟化深层土壤；第四道工序为合墒部件，整平切碎地表，防止散墒；第五道工序为笼式镇压碎土零部件，压实表层土壤，利于保墒。 拖拉机在前进的同时，将牵引力通过牵引装置传递给机具，在土壤和牵引力的共同作用下，通过调节液压缸的长短，以达到合理的机具入土工作深度；通过双排偏置的圆盘的剪切和摩擦推动作用力，使土壤表层发生相对位移，以达到灭茬除草、破碎和疏松土壤的作 用。然后，再由间隔配置的深松铲对土壤进行间隔深松作业，再由合墒部件对深松产生的土壤勾芡进行平整，使其达到传播状态，形成有利于作物生长的上层细碎紧实，中层全面松动，下层虚实相间的多层土壤耕层构造。 2.3 作业速度确定 应在满足农业要求、确保一定作业深度和最佳作业效果的前提下，尽可能降低功率消耗，提高作业生产效果的前提下，尽可能降低功率消耗，提高作业速度为8-10km/h。试验测定证明，作业质量与作业速度呈正向相关关系，低于 7km/h 时，作业效果变差。 2.4 作业幅宽确定 根据作业速度、效果和防 止拖堆堵塞等因素的影响考虑，配置 7个深松铲，浅松铲 6个，每两个深松铲之间的距离为 60cm，总作业幅宽为 420cm。 2.5 配套动力参数 该机的工作阻力主要来自双排圆盘，深松铲和浅松铲入土后土壤的反作用。参考国外试验数据，双排圆盘每米耕幅消耗动力 8-10KW，每个深松铲消耗动力10-15KW，每个浅松铲消耗动力 8-10KW。该机幅宽为 4.2m，共需消耗的动力按公式（ 2-1）计算： nts - - 5 KW20706.1516)108(7)1510(2.4)108(p （ 2-1） 加上 自身行走及辅助部件，按动力系数 1.3 计算，实际需消耗的动力按公式（ 2-2）计算： KW1.269378.1963.1)20706.151(p 实（ 2-2） 按照拖拉机动力配置 196.378-269.1KW，初定拖拉机型号凯斯 305。 主要技术参数 如表 2-1所示 ： 表 2-1 凯斯 305参数 型号 MAGNUM305 发动机 额定功率（马力） 305 PTO 扭矩储备 46% 燃油箱容量（升） 682 变速箱 形式 电子全动力换挡 挡位数（前进 后退） 184 后动力输出轴 额定功率（马力） 255 液压系统 输出阀数（组） 3/5 最大提升能力（公斤） 7421/8132 重量 结构质量 9377 2.6 各部件结构组成 圆盘耙组件由双列对置圆盘组成，圆盘与前进方向成 18角对称布置，与组件前梁和后梁组成的耙组框架联接，由耙组框架上方 4个销轴与耙架铰接。 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、合墒和碎土等工作部件的通过性能，同时对地表以下午 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。 浅松部件由浅松铲尖、铲柄、弹簧组件手固定架等组成。耕深为 25cm。部件与主机架铰接，通过弹簧组件给顺梁一定的压力，以保证浅松部件的工作稳定。在土壤阻力较大或有有石块、树根等障碍物时，由浅松部件将弹簧压缩，部件升起；通过障碍物后，部件在弹簧的压力作用下恢复正常作业状态。 nts - - 6 深松部件由深松铲尖、铲柄翼铲、顺梁和固定架组成。耕深为 35cm。为了增加深松铲的松土能力、提高深松效果，增加了双翼铲。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，深松铲尖和双翼铲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。 合墒器由合墒圆盘、顺梁、弹簧、油缸和固定架等组成。合墒的作用是将深松起出的土块进行破碎，同时将松翻到两侧的土壤进行回填，保证作业后的地表平整。合墒器具有越障功能。 镇压碎土部件主要由牵引架、镇压辊、支撑轮、加压弹簧、弹簧挺秆和固定座等组件组成。加压弹簧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、浅松部件、深松部 件和合墒器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。 nts - - 7 3 关键部件设计 3.1 圆盘耙组件 圆盘耙组件由双列对置圆盘组成，圆盘与前进方向成一定角度对称布置，与组件前梁和后梁组成的耙组框架联接，由耙组框架上方 4个销轴与耙架铰接。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、合墒和碎土等工作部件的通过性能，同时对地表以下午 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。 圆盘耙结构如图 3-1所示： 1-圆盘耙片； 2-弹性柄； 3-固定架； 4-刮泥板 图 3-1 圆盘耙单个组件示意图 nts - - 8 3.1.1 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和有缺口圆盘耙两种。无缺口耙片制造简单、磨刃方便。缺口圆盘耙片有 6-12 个三角形、梯形或半圆形的缺口，入土性能好，切碎土块和作物残株的能力很强，多用于重型圆盘耙上。 3.1.2 圆盘耙的主要参数 耙组偏角 的选用，偏角对圆盘耙的工作性能有重要影响，偏角过小，耙片不易入土。在一定范围内 。偏角的增大，使耙片的入土、推土、铲草、碎土和翻土作用均增强。耙组偏角有一定的范围，我国圆盘耙的偏角值调节范围在 11 -20，该机取 18。 耙片直径 D 的选择，根据耙深要求，按下列经验公式（ 3-1）计算： aKD （ 3-1） 式中 K-径比深，选取范围为 3-5，该机取 K=4; a-设计耙深，取 a=100mm 即耙片直径为： (mm) mmD 4001004 耙片曲率半径 R 选择， R 值小的耙片翻土能力较强，但工作阻力增加。 R 的值按下列公式计算： mmKKKDR35.569)145.0()18( s in 1-44400)15.0(s in 1 2222 （ 3-2） 将曲率半径值圆整为 R=550mm。 耙片刃角 i 的选择，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，但切土能力 差；刃角小时，切土性能较好，但刃口小圆盘薄，容易磨损。在保证刃口强度的条件下，尽量取小值以减小切土阻力。 通常 i为 14.5 -22 耙片厚度 的选择，一般常用 mm65.3 ，取 mm4 耙幅宽度 B 的 选择，根据农业机械设计手册表 3.1-3.取 5.3k b ，按公式（ 3-3）nts - - 9 计算： akPB b tt（ 3-3） 式中 tP-拖拉机的额定牵引力（ N）； t-牵引力利用系数，通常取 0.85-0.95，取 0.90； a-设计耙深（ cm），取 a=10。 拖拉机的额定牵引力按公式（ 3-4）计算： NPP 8 9 7 6 09 0 0 0 7 3 5.03 6 0 03 0 5 0 0 0vt （ 3-4） 将所取参数代入上式得： cmB 230105.3 90.08 9 7 6 0 耙片间距 b，常用 b 值在 1.5a 至 2a 之间， b值过小，耙组易被土块、作物残株和草根堵塞，过大则会造成沟底不平和漏耙。 耙组的耙片数 Z 的选择，根据幅宽 B、耙组偏角 和耙片间距 b，进行计算，其中取为 18。 圆盘耙片数目公式（ 3-5）计算： 1cos2b b- 1 BZ（ 3-5） 式中 1b 耙组内端两耙片距离 则 66.7118c o s1502 400-2300 Z圆整成整数即耙片数为 8。 实际耙片间距为 mm5.2 8 782 3 0 0b 前后列耙组中心的纵向距离，纵向距离应保证两耙组调节到最大偏角时，前后耙片不相碰，耙组间不拥土。 nts - - 10 3.1.3 耙 组设计 耙组是圆盘耙的工作部件。由若干耙片通过间管保持一定间距穿装在轴上，轴端通过垫片用螺母拧紧。耙组通过轴承座和支架与耙组横梁连接后安装在耙架上，轴承所在处两边用短间管。作业时耙片、间管、轴承内圈随轴一起转动。每个耙片上都有刮泥板，固定在刮泥横梁上，并通过连接梁和 U形螺栓固定在耙组横梁上。目前我国通用结构耙组的轴承内环、间管和半间管均为方孔。耙组轴承支臂的固定通常有两种形式，我国系列耙机型用耙组上的孔来定位轴承支臂；另一种结构为国外圆盘耙组轴承支臂在耙组梁上的固定方法。铸钢件轴承支臂的上端面铸有四个凸起和 两个螺栓孔。凸起卡在耙组梁外侧。通过压板和两根螺栓将支臂螺栓牢固地安装到耙组梁上。同一耙组上轴承支臂的轴向位置可任意调整。这样避免了用耙组梁上的固定孔来定位轴承支臂时可能产生的弊病。 3.1.4 轴承的选用 每个耙组上装有 2-3个轴承。该轴承的工作特点是转速低，灰尘大，工作条件恶劣，承受相当大的轴向、径向载荷，通常采用滚动轴承。一般为 2-4层密封，外球面自位的圆盘耙专用轴承。国产系列圆盘耙采用专用轴承有 F29 型和 F33K 型两种。轴承座内有油槽，每作业季节只需润滑一次。 3.1.5 间管和方轴 间管安装在 相邻两耙片保持一定的间距。间管以高强度灰铸铁制造的较多，也有采用钢管等制成。系列圆盘耙的间管材料为 HT15-33 和 HT18-36。半间管为HT20-40。间管与耙片接触的表面应光滑一致，与耙片之间的间隙不大于 0.5mm。方轴按 NJ164-78 规定，用不低于 GB700-79 和 BB702-72规定的 A5 方钢制成。系列圆盘耙中，轻型耙方轴截面为 28X28；中型、重型为 32X32。 3.1.6 耙组横梁和刮泥板 圆盘耙组的工作阻力通过耙组横梁传递到耙架上。耙组横梁多采用两端封口的nts - - 11 矩形钢管，以增强扭矩抗力。耙组横梁截面 积取 100X60mm。 刮泥板多为平板式，用钢板制成，下缘宽度 b=50-70mm。安装时刮泥板的下缘应在圆盘轴线的水平面上，与圆盘刃口的距离为 20-30mm，与圆盘呈 20-25度角。刮泥板的工作边与耙片凹面的间隙，在耙片直径小于 560mm 应保持 1-7mm，大于等于 560mm 的应保持 1-10mm。 3.1.7 耙架 耙架用以连接耙组横梁，支承运输轮、调节机构和牵引或悬挂装置，有的耙架还装有载重箱。其型式有刚性耙架和铰接耙架两种。刚性耙架多为两端封口的矩形钢管焊接而成的整体梯形机架，具有良好的强度和刚度。刚性耙架 通用性大，应用广泛，但对地面的仿形性差。铰接耙架一般用角钢焊接或用螺栓等连接而成的组合机架，组件和机架铰接，可对地面起仿形作用，但耙架的通用性差，目前采用较少。 部分圆盘耙耙架矩形钢管规格如下表 3-1所示： 表 3-1 圆盘耙耙架矩形钢管规格 圆盘耙型号 矩形钢管规格（ mm） 1BJX-2.0 60X80X4 1BZD-2.6 100X80X5 1BJ-4.9 100X100X8 1BZBX-2.5 100X100X8 1BZ-2.5 100X120X8 J.D220 153X76X6 J.D331 153X102X6 3.2 浅松部件 浅松部件由 6个浅松铲组成。浅松部件由浅松铲尖、铲柄、弹簧组件和固定架等组成。耕深为 25cm，部件与主机架铰接，通过弹簧组件给顺梁一定压力，以保证浅松部件的工作稳定。在土壤阻力较大的或有石块、树根等障碍物时，有浅松部件将弹簧压缩，部件升起；通过障碍物后，部件在弹簧的压力作用下恢复正常作业状态。 浅松部件结构图如图 3-2所示： nts - - 12 1-固定架； 2-弹簧； 3-浅松顺梁； 4-浅松铲柄； 5-浅松铲 图 3-2 浅松部件结构示意图 3.2.1 浅松铲的选用 在农业机械中，铲的类型有多种，大致可分为单翼铲、双翼平铲、双翼通用铲、凿形松土铲和双尖式松土铲。单翼铲可用于切割杂草和进行深度不大的松土作业，以及农作物间苗，锄铲水平面部分可切割杂草和疏松土壤，由于单翼铲有垂直部分，使锄铲更接近作物苗行，可减小护苗带宽度，在第一次耕作幼苗很嫩弱时，锄铲垂直部分可起防护挡板作用；单翼铲的缺点是刃口的倾斜部分受来自土壤方面推力的作用，所以入土性能差，此外这种锄铲上的土壤侧压力不平横，当纵梁刚度不够时，会向侧面倾斜。双翼平铲特点是碎土角小，用于切断杂草和浅 松土。双翼通用铲特点是铲尖和铲柄过渡部分角度大，因而用于除草和碎土。凿形松土铲多用于中耕作物行间深松土壤，但不将底层土壤翻到表层。双尖式松土铲用于休闲地管理和播前整地。 nts - - 13 由于第二工序用于松碎耕层土壤，并切断根生类杂草，减轻草害，所以选用双翼通用铲。 3.2.2 铲柄的类型及设计 铲柄用于安装锄铲并将其固定在机架上。铲柄是可拆卸的零件，当锄铲磨损时能迅速方便地更换。 铲柄分为刚性和弹性铲柄两类。刚性铲柄制造简单、工作可靠，弹性铲柄用于粘重土壤和草根较多的地区。 刚性铲柄一般用扁钢制造，下部弯成一定曲度，其前端呈 尖缘，具有切草作用。有一种加强型刚性铲柄，具有安全装置。 铲柄的外形特点可用四个尺寸表示，即：伸出长度 L、弯曲半径 R、铲柄高度H和铲柄截面积。铲柄的四个尺寸最适宜的范围是： L=200-250mm R大于等于 120mm H=400-550mm 截面积 3:1: b 铲柄前面应设计成圆滑形，可减少杂草缠结。 3.3 深松部件 深松部件由 7个深松铲组成。深松部件由深松铲尖、铲柄和顺梁等组成。为了增加深松铲的松土能力，提高深松效果 ，增加了双翼铲。耕深为 35cm。深松铲为土壤工作部件，作业时 磨损严重。 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。 深松可使作物增产。深松铲型式有单翼式、双翼式两种。单翼式形状为一加强型凿形铲。双翼式有利于机组平衡。该机的第三道工序增深耕作层，熟化深层土壤，所以选用双翼深松铲。 深松部件结构如图 3-3 所示： 3.3.1 深松铲的主要尺寸和技术要求 双翼深松铲主要尺寸：工作幅度 b=150 或 200mm nts - - 14 1-深松顺梁； 2-固定架； 3-深松铲柄； 4-深松铲 图 3-3 深松部件结构图 翼张角 75702 或 起土角 23 刃口角 i=16 碎土角 4034 或 深松铲厚度 mm108、 刃口厚度小于 1mm 双翼深松铲采用 65Mn 或 70Mn 钢材制成。其切割边应经热处理。 3.3.2 深松铲柄的设计 铲柄用于安装锄铲并将其固定在机架上。铲柄是可拆卸的零件，当锄铲磨损时能迅速方便地更换。 nts - - 15 铲柄分为刚性和弹性铲柄两类。刚性铲柄制造简单、工作可靠，弹性铲柄用于粘重土壤和草根较多的地区。 刚性铲柄一般用扁钢制造，下部弯成一定曲度，其前端呈尖缘，具有切草作用。有一种加 强型刚性铲柄，具有安全装置。 铲柄的外形特点可用四个尺寸表示，即：伸出长度 L、弯曲半径 R、铲柄高度H和铲柄截面积。铲柄的四个尺寸最适宜的范围是： L=200-250mm R大于等于 120mm 截面积 3:1: b 铲柄前面应设计成圆滑形，可减少杂草缠结。 3.3.3 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， 则水平阻力可表示成式（ 3-6）为： 1 2 3+IP P P P（ 3-6） 式中 1P-楔面上正压力产生的阻力分布； 2P-为楔面上剪力产生的阻力分布； 3P -为侧面上剪力产生的阻力分布。 深松铲铲面受力分析如图 3-4 所示： 图 3-4 深 松铲铲面受力分析 nts - - 16 普通状态下铲面的受力如图 3-5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（ 3-7）： 90 o （ 3-7） 式中 -起土角； -合作用角； -为摩擦角。 3.3.4 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（ 3-8）进行计算，有 =F KA （ 3-8） 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=7。（表 3-2所示） 表 3-2 土壤比阻 土壤类型 K（ N） 轻松土 2-3 一般土壤 4-5 粘土 6-8 重粘土 912 nts - - 17 3.3.5 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=23，摩擦角 =25， B=40， L=165，K=7，则按公式（ 3-8）计算： = s i n + = 0 . 5 6 1 8 6 （ ） 8 4 0P K Bx （ 3-8） （ 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；则按公式（ 3-8）计算： o= t a n = 2 1 7 2 t a n 2 5 1 0 1 2xP P Nz （ 3-9） 3.3.6 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。 铲柄受力及力矩如图 3-5所示： 假设深松铲以匀速状态工作，则有： X=0 Fx+Px=0 Y=0 Fz+Pz=0 M=0 Mo+PxD1+PzD2=0 通过计算得： 抗弯截面系数按公式（ 3-10）计算： 2 2 - 51= = 0 . 1 6 0 . 0 2 5 = 1 . 6 7 1 06W b h （ 3-10） Fx=2175N， Fz=1012.15N， Mo=1281.1Nm 式中 b-铲柄横截面 厚度； h-铲柄横截面宽度。 截面面积按公式（ 3-11）计算： A=bh=0.16+0.02=0.18 （ 3-11） 则截面应力按公式（ 3-12）计算： nts - - 18 图 3-5 铲柄受力及力矩 m a x 0 1m a x - 5 - 3+= + = + = 8 0 . 41 . 6 7 1 0 4 1 0z aM M M FN MPWW （ 3-12） 为了加强刚度，材料可选锰钢，查表可知 : m ax a= 2 9 4MP,安全系数 2bm，因为 80 4147，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。 3.4 合墒器组件 合墒器由合墒圆盘、顺梁、弹簧和固定架等组成。合墒的作用是将深松起出的土块进行破碎，同时将松翻到两侧的土壤进行回填，保证作业后的地表平整。合墒器具有越障功能。 合墒器组件结构如图 3-6所示： 3.4.1 合墒器工作原理 合墒器连接在浅松部件的深松部件后侧，有平地和碎土的作用。整个组件安装 nts - - 19 1-固定架； 2-弹簧； 3-合墒顺梁； 4-合墒圆盘 图 3-6 合墒器组件结构图 在主机架上，进行复式作业。根据开墒及运输、正常工作和合墒的不同要求，合墒器可变换不同的位置，使其圆盘面与前进方向具有不同的角度。正常耕作时，合墒器起碎土平地作用，并将部分表土送至后方，形成土埂，在以后形程中土埂逐次被推移，直到最后合墒时，将土埂填入铲沟。 3.4.2 合墒器主要参数 合墒器的工作与其相配套的深浅松部件有直接关系，耕深 a和总耕宽 b 决 定了合墒器的各参数，所以合墒器的各杆件的设计应满足开墒、平地、合墒三种情况时的前开口 321 AAA 、 和后开口 321 BBB 、 。 前后开口尺寸 A和 B的确定是根据铲幅宽 b和耕深 a 及土埂的尺寸决定的。 nts - - 20 1b -耕后沟底的宽度，一般为 0.5b。 h-复式作业后的地表高度。根据 1983 年 6 月 24-26日在背景小王庄农场的实验数据可知，土壤平均膨松都为 0.31，所以 ah 31.1 。 a-土壤的自然休止角，一般为 40 。 e-合墒器圆盘前面贮存土量的厚度，根据试验测得，当合墒器工作深度t=100mm 时， e=30mm,即 e=0.3t。 合墒器圆盘前面贮存的土量的断面积 按公式 （ 3-13）计算： 331 s i n3.0s i n tLeLF （ 3-13） 土埂面积 按公式 （ 3-14）计算： 222 21.04025.05.05.05.0 StgSS tgSSHF (3-14) 图 3-7 土埂相关参数 合墒器合墒时需要填满墒沟的断面积按公式 （ 3-15）计算 ： 222135 9 6.05.0405.05.05.0hbhctghbhctghhbF （ 3-15） 合满墒沟的条件为：321 FFF 由此建立公式（ 3-16）得： 21.0s in3.0596.05.0 32 tLhbhS （ 3-16） 合墒器处于合墒工况 合墒器合墒时，要求合满墒，必须将合墒器圆 盘前面贮存的土量和沟边上的土埂土量全部合入墒沟，因此前开口 3A 按公式（ 3-17）计算： ShbA 19.15.03 （ 3-17） nts - - 21 由于合墒器在合墒时3角应比平地时 2 要大，圆盘工作面输送的土量 1F 才会多，但考虑到土壤流动，参数 R也是一个重要的尺寸。所以在合墒工况时，后开口也不能过小。在保证 R 大于等于 500mm 的前提下，后开口尺寸为： hbB 19.15.03 从合满墒沟的条件可知，当 1F 不变的情况下，合满墒沟取决于 2F 的大小。所以要求合墒前应该保留足够的土埂断面积。 合墒器处于平地工况 合墒器平地时，要求将前一趟土埂摊平，土垡细碎、平整，同时给下趟或下道工序保有足够的土埂。故前开口尺寸应按公式（ 3-18）计算： ShbA 19.15.0 （ 3-18） 又222sin BAbL ， 按合墒器作业的要求，合墒器的工作宽度必须小于铲的工作幅宽，故平地时后开口按公式（ 3-19）确定： 22 AB （ 3-19） 合墒器处于开墒工况 机组开墒作业时，要求合墒第一个圆盘不影响相邻土地作物的原则，所以开口尺寸 hctgbA 1 。但也不能过小 ，必须大于幅宽 b，否则必然出现合墒器漏耙现象，故前开口的尺寸应 按公式（ 3-20）确定 ： hbAb 19.15.01 （ 3-20） 后开口的尺寸以土埂的土不进入或少进入墒沟的情况下来决定的。故 按公式（ 3-21）确定 ： ShbB 19.15.01 （ 3-21） 设计耕深 a=250mm，铲幅宽 b=300mm，合墒器的设计工作深度 t=100mm，所以 mmah 32525031.131.1 又因 3 根据经验公式计算简便，一般试取 87.366.0a rc sin3，由公式（ 3-16）可计算出： 41521.087.36s in42001003.0325596.03253005.021.0s in3.0596.05.0232tLhbhSnts - - 22 开墒工况 由公式（ 3-20） mmhb 54132819.13005.019.15.0 ，又已知 b=300mm, 所以 541300 1 A ，图样规定 5401 A ,符合要求 由公式（ 3-21）得： Shb 19.15.01 得： 95241532519.
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