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收 稿 日 期 : 2002207208作 者 简 介 : 吴 明 亮 (19722) , 男 , 汉 族 , 湖 南 常 宁 人 , 湖 南农 业 大 学 硕 士 研 究 生 , 讲 师 .文 章 编 号 : 100721032 (2003) 04203562031ZS220 型 水 田 耕 整 机 的 创 新 设 计吴 明 亮 , 陈 锐 平 , 杨 良 玖 , 姚 汉 清(湖 南 农 业 大 学 工 程 技 术 学 院 , 湖 南 长 沙 410128)摘 要 : 针 对 旧 式 水 田 耕 整 机 在 实 际 生 产 应 用 过 程 中 出 现 的 自 身 质 量 大 , 稳 定 性 不 好 , 容 易 造 成 安 全 事 故 等 问 题 ,通 过 创 新 设 计 , 设 计 了 一 种 1ZS220 型 水 田 耕 整 机 . 该 机 质 量 小 , 操 作 灵 活 , 平 衡 性 好 , 可 实 现 对 工 作 部 件 的 快 速 选用 , 从 而 完 成 耕 、 耙 、 平 整 地 的 多 项 作 业 .关 键 词 : 水 田 耕 整 机 ; 工 作 原 理 ; 创 新 设 计中 图 分 类 号 : S222. 402 文 献 标 识 码 : AT he Innovation D esign abou t 1ZS220 T illage M ach ine fo r R ice F ieldW U M ing2lia ng, CHEN Rui2p ing, YANG L ia ng2jiu, YAO Ha n2q ing(Co llege of Engineering and T echno logy, HNAU , Changsha 410128, PRC)Abs tra c t: Fo r the tillage m ach ine has such sho rtcom ings as the b ig self2w eigh t, un stab ility andsafe acciden ts in the real p roduction app lication cou rse in acco rdance w ith the now availab le paddyfield, th is tex t analysizes the reason and design s by w ay of innovateing, and has designes a k indof 1ZS220 m ou ld paddy field that is in the in ternal leading standard.Ke y w o rds: rice field tillage m ach ine; w o rk p rincip le; innovation design水 田 耕 整 机 是 在 20 世 纪 80 年 代 中 期 初 具 雏形 , 后 在 动 力 插 秧 机 的 基 础 上 改 进 和 发 展 起 来 的 . 历经 十 余 年 的 发 展 , 技 术 日 趋 完 善 , 结 构 日 趋 合 理 , 市场 占 有 量 逐 年 递 增 , 但 在 实 际 应 用 过 程 中 仍 存 在 自身 质 量 大 、 操 作 转 向 不 灵 活 、 平 衡 稳 定 性 差 、 安 全 防护 措 施 不 完 善 等 缺 陷 . 笔 者 在 保 留 旧 式 耕 整 机 设 计优 点 的 基 础 上 进 行 改 进 设 计 的 1ZS220 型 水 田 耕 整机 , 在 解 决 水 田 耕 整 机 的 运 动 平 衡 性 、 操 作 系 统 的 灵活 性 及 安 全 防 护 措 施 方 面 取 得 了 较 好 的 效 果 .1 总 体 结 构 及 性 能 参 数1. 1 总 体 结 构1ZS220 型 水 田 耕 整 机 结 构 如 图 1 所 示 . 主 要 由柴 油 机 、 离 合 器 手 柄 、 扶 手 、 牵 引 架 、 踏 杆 、 座 位 架 、 犁铧 总 成 、 小 拖 板 、 平 衡 船 、 平 衡 滑 撬 、 驱 动 轮 、 变 速 箱等 组 成 .1. 柴 油 机 ; 2. 离 合 器 手 柄 ; 3. 扶 手 ; 4. 牵 引 架 ; 5. 踏 杆 ;6. 座 位 架 ; 7. 犁 铧 总 成 ; 8. 小 拖 板 ; 9. 平 衡 滑 撬 ; 10. 平 衡 船 ;11. 驱 动 轮 ; 12. 变 速 箱图 1 1ZS 220 型 水 田 耕 整 机 结 构F ig. 1 The s truc ture of 1ZS 220 tilla ge m e chine fo r rice fie ld1. 2 工 作 原 理柴 油 机 运 转 , 通 过 离 合 器 手 柄 使 柴 油 机 向 前 推第 29 卷 第 4 期 湖 南 农 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) V o l. 29 N o. 42003 年 8 月 Journal of H unan A gricultural U niversity (N atural Sciences) A ug. 2003进 , 皮 带 张 紧 , 动 力 传 递 给 变 速 箱 皮 带 轮 , 经 过 变 速箱 的 变 速 将 动 力 传 给 驱 动 轮 使 驱 动 轮 运 转 . 由 于 驱动 轮 的 向 前 推 进 , 通 过 牵 引 销 带 动 牵 引 架 前 进 . 农 具附 着 在 牵 引 架 上 , 随 着 牵 引 架 的 运 动 而 工 作 . 当 处 于转 弯 过 程 中 , 利 用 踏 杆 提 升 工 作 机 , 脱 离 泥 土 的 接 触而 处 于 空 载 .1. 3 设 计 思 路(1) 支 承 形 式 . 采 用 支 承 滑 块 (小 拖 板 ) 的 形 式 ,其 稳 定 性 较 好 , 抗 侧 滑 能 力 强 , 调 节 方 便 . 支 承 滑 块的 支 承 形 式 对 于 耕 整 机 耕 宽 稳 定 性 较 好 , 还 可 降 低耕 整 机 在 前 进 过 程 中 的 行 进 阻 力 . 支 承 滑 块 在 耕 整机 工 作 过 程 中 还 起 到 限 深 轮 的 作 用 1 , 对 不 同 耕 深采 用 销 轴 调 节 的 方 法 来 满 足 要 求 .(2) 牵 引 形 式 . 牵 引 架 与 驱 动 部 件 通 过 销 轴 连接 , 驱 动 部 件 以 销 轴 为 中 心 沿 两 侧 转 角 之 和 可 达120 , 使 转 弯 半 径 较 小 . 牵 引 架 上 附 置 犁 、 耙 、 滚 、 平田 器 , 能 实 现 快 速 挂 接 , 用 材 很 少 , 使 整 机 质 量 减 少 .(3) 离 合 方 式 . 采 用 柴 油 机 前 后 滑 动 以 松 紧 传动 带 的 方 式 达 到 结 合 、 分 离 的 目 的 . 其 结 构 更 简 单 紧凑 , 滑 动 行 程 也 有 所 增 大 , 若 配 合 得 当 , 动 力 的 振 动将 大 大 减 少 .(4) 动 力 传 递 . 减 速 箱 采 用 四 轴 六 齿 轮 减 速 方案 . 考 虑 加 工 的 经 济 性 , 三 对 齿 轮 分 别 采 用 不 同 精 度等 级 , 以 降 低 成 本 . 皮 带 采 用 两 档 配 套 , 提 供 2 种 速度 以 适 应 工 作 机 对 速 度 的 要 求 , 并 且 两 轮 中 心 距 不变 , 三 角 胶 带 不 变 , 从 而 保 证 皮 带 的 通 用 性 .( 5) 配 套 农 具 . 采 用 铧 式 犁 , 与 机 体 刚 性 连 接 ,踏 杆 提 升 整 体 犁 . 犁 宽 210 mm , 犁 深 70 150 mm ,适 当 调 节 犁 具 与 机 体 的 挂 接 点 , 能 使 牵 引 阻 力 大 大减 小 , 牵 引 力 得 到 较 好 地 利 用 . 耙 滚 设 计 吸 收 民 间 传统 蒲 滚 和 多 种 机 引 滚 耙 的 优 点 , 设 计 幅 宽 达 到 1. 2m , 使 作 业 工 效 、 碎 土 能 力 、 植 被 覆 盖 率 均 能 满 足 农艺 要 求 .(6) 平 衡 系 统 . 平 衡 船 与 牵 引 架 成 90 方 向 设置 , 另 一 侧 增 设 一 平 衡 滑 撬 , 以 减 少 机 具 侧 翻 的 可能 性 .1. 4 主 要 技 术 参 数外 形 尺 寸 : 1 940 mm 1 650 mm 1 140 mm ;整 机 质 量 (含 动 力 ) 不 大 于 87 kg; 配 套 动 力 : 175F21柴 油 机 ; 犁 田 行 走 理 论 速 度 : 3. 61 km h; 耕 宽 : 210mm ; 耙 幅 : 1 200 mm ; 耕 深 : 70 150 mm ; 犁 田 生 产率 : 0. 12 0. 2 hm 2 h; 犁 田 燃 油 消 耗 : 6 10 kg hm 2; 转 弯 半 径 小 于 1. 7 m.2 主 要 部 件 的 创 新 设 计2. 1 牵 引 销工 作 部 件 的 动 力 是 由 牵 引 销 受 剪 切 而 传 递 , 因此 对 牵 引 销 从 选 材 到 加 工 及 结 构 设 计 都 具 有 严 格 的考 虑 . 选 材 上 牵 引 销 采 用 45 号 优 质 碳 素 结 构 钢 , 并进 行 调 质 处 理 , 硬 度 为 HRC40245, 表 面 精 度 等 级 为7 级 2 . 由 于 耕 整 机 工 作 环 境 比 较 恶 劣 , 振 动 较 大 ,故 对 牵 引 销 两 端 部 设 计 一 台 阶 , 如 图 2 所 示 . 在 连 接过 程 中 销 体 台 阶 面 与 牵 引 盒 上 盖 板 平 齐 , 再 用 特 制保 险 销 将 其 压 紧 , 以 防 止 工 作 过 程 中 由 于 振 动 使 销体 蹦 出 .图 2 牵 引 销 结 构F ig. 2 The s truc ture of tra ile d p in2. 2 保 险 销保 险 销 由 销 套 、 销 体 、 弹 簧 组 成 , 如 图 3 所 示 . 保险 销 焊 接 在 牵 引 盒 上 盖 板 , 工 作 时 销 体 由 于 弹 簧 的作 用 卡 在 牵 引 销 的 台 阶 面 上 , 以 防 止 牵 引 销 由 于 振动 而 向 上 运 动 .1. 销 套 ; 2. 销 体 ; 3. 弹 簧图 3 保 险 销 结 构F ig. 3 The s truc ture of sa fe ty p in2. 3 平 衡 架平 衡 架 由 平 衡 船 、 平 衡 滑 撬 、 横 杆 组 成 , 如 图 4所 示 . 其 作 用 主 要 是 防 止 耕 整 机 在 工 作 过 程 中 , 尤 其在 转 弯 时 不 向 两 侧 倾 翻 . 传 统 耕 整 机 设 计 中 采 用 单一 的 平 衡 船 来 维 持 机 体 平 衡 , 当 工 作 环 境 恶 劣 时 , 常常 会 导 致 耕 整 机 侧 翻 . 1ZS220 型 耕 整 机 采 用 平 衡 船与 平 衡 滑 撬 铰 接 在 同 一 横 杆 上 , 而 横 杆 穿 套 于 牵 引架 横 梁 上 的 滑 套 中 . 横 梁 左 右 伸 出 端 长 度 可 自 由 调节 . 当 犁 地 时 就 可 自 由 调 节 平 衡 滑 撬 伸 出 端 的 长 度 ,实 现 对 田 埂 周 边 区 域 工 作 . 平 衡 滑 撬 与 横 杆 采 用 活753 第 29 卷 第 4 期 吴 明 亮 等 1ZS220 型 水 田 耕 整 机 的 创 新 设 计动 铰 链 铰 接 , 在 必 要 时 还 可 将 平 衡 滑 撬 卸 下 . 由 于 工作 时 机 体 微 向 平 衡 船 一 侧 倾 斜 , 而 平 衡 滑 撬 仅 仅 是一 辅 助 支 撑 , 故 处 于 水 平 位 置 时 , 滑 撬 离 地 面 高 度 略高 于 平 衡 船 离 地 高 度 200 mm. 这 样 正 常 工 作 时 , 滑撬 仅 仅 在 泥 土 表 面 划 过 , 而 不 至 于 因 增 加 滑 撬 而 增大 机 体 行 进 的 阻 力 . 若 工 作 异 常 使 机 体 向 滑 撬 一 侧翻 倾 时 , 平 衡 滑 撬 则 直 插 泥 土 中 起 到 辅 助 支 撑 作 用 .1. 平 衡 滑 撬 ; 2. 横 杆 ; 3. 牵 引 架 ; 4. 平 衡 船图 4 平 衡 架 结 构F ig. 4 The s truc ture of ba la nce she lf2. 4 驱 动 部 件驱 动 部 件 是 耕 整 机 的 核 心 部 位 , 如 图 5 所 示 . 主要 由 驱 动 轮 、 变 速 箱 、 固 定 支 架 、 活 动 支 架 、 柴 油 机 、操 作 系 统 、 牵 引 盒 等 组 成 . 该 部 件 的 设 计 主 要 是 保 证整 机 前 后 方 向 不 翻 倒 . 从 设 计 学 的 角 度 来 看 , 在 工 作过 程 中 柴 油 机 重 力 作 用 线 通 过 地 面 与 驱 动 轮 的 接 触点 时 最 为 理 想 3 . 但 考 虑 到 土 壤 的 物 理 力 学 特 性 , 驱动 轮 的 直 径 是 确 定 的 , 即 驱 动 轮 离 地 面 的 高 度 是 有一 定 限 制 的 . 由 此 , 设 计 过 程 中 将 变 速 箱 与 牵 引 盒 下盖 板 联 接 时 向 前 倾 斜 一 定 的 角 度 , 这 样 驱 动 部 件 重心 整 体 向 下 移 动 . 而 驱 动 轮 对 机 体 的 支 撑 点 向 前 移动 . 工 作 过 程 中 柴 油 机 重 心 前 移 使 得 柴 油 机 重 力 作用 线 正 好 通 过 驱 动 轮 与 地 面 的 接 触 点 , 这 样 极 大 地提 高 了 转 向 操 作 的 灵 活 性 . 停 机 休 息 时 , 通 过 离 合 器手 柄 将 柴 油 机 拉 回 , 皮 带 放 松 , 啮 合 分 离 , 同 时 柴 油机 重 心 后 移 , 重 力 作 用 线 落 到 支 撑 平 面 内 , 增 加 了 整机 的 稳 定 性 . 同 时 由 于 驱 动 部 件 重 心 整 体 向 下 移 动 ,而 驱 动 轮 对 机 体 的 支 撑 点 向 前 移 动 , 这 样 扩 大 了 由驱 动 轮 、 小 拖 板 、 平 衡 船 三 点 确 定 的 对 机 体 的 支 撑 平面 . 再 一 次 增 加 了 耕 整 机 工 作 过 程 中 的 稳 定 性 . 表 1为 改 进 前 后 机 体 重 心 前 移 及 下 降 后 相 关 参 数 对 比 .1. 驱 动 轮 ; 2. 变 速 箱 ; 3. 固 定 支 架 ; 4. 活 动 支 架 ; 5. 柴 油机 ; 6. 操 作 系 统 ; 7. 牵 引 盒图 5 驱 动 部 件 结 构F ig. 5 The s truc ture of s