微型棚室自走式旋耕机的设计

1、摘要本文在分析小型棚室旋耕机的结构组成和工作原理的前提下，介绍说明了小型棚室旋耕机的设计原那么和设计步骤。并根据设计原那么的要求，首先选择了小型棚室耕机的类型，确定小型棚室耕机的耕幅、传动型式、刀轴转速,离合器工作的选择等内容。然后具体设计了小型棚室旋耕机的传动装置包括齿轮箱的结构设计、关键零件的强度校核、耕深调节装置和工作部件总成的设计。其中齿轮箱的设计是本次设计中的主要内容，它包含了大量的工作：资料的整理，参数的设定，相关计算，绘图等。此小型旋耕机主要是采用小型的柴油机和齿轮链轮多级变档传动，旋耕部件取代了驱动轮的行走作用。该旋耕机具有体积小、结构简单、重量轻、操作灵活、碎土性能好，生产率

2、高等优点。这种旋耕机的试制成功，将会大大的降低农民的劳动强度，从而提高劳动生产率；同时可以降低蔬菜的生产本钱。关键词：旋耕机；自走式；旋耕刀；AbstractAfter analyzing the components and principles of Ploughing machine of small-scale tent type,the thesis introduces the principle of design and the procedure of Ploughing machine of small-scale tent type .According to the p

3、lan ,the thesis chooses Ploughing machine of small-scale tent type, confirms their ploughs ,the connection and disposition method with the selected tractor, transmission pattern, rotation speech of cutter shift , the selection of card-link, etc. Then rotary tille Ploughing machine of small-scale ten

4、t type gearing is designed concretely ,which includes overall design of gear case strength calculation of main parts, the design and choice of plough depth limiting device and working part .The design of Gear Case is the main point of the thesis ,which needs lots of work ,data sorting ,the choice of

5、 parameter and relevant calculation and drawing etc.This rotary cultivator adopts mini type diesel engine and multilevel changeable speed transmission passing by gears and sprocket wheels, rotary tillage parts replace the driving wheel. There are some advantages about the minitype rotary cultivator,

6、 such as : small cubage, simply construction, light weight, flexibility operation, scraping the soil perfectly, highly productivity and so on. It will decrease the labor hours and intensity of the peasants by a long way, therefore improving the productivity and the more important is to reduce produc

7、t cost about the vegetables.Key words: rotary cultivator; rotary blade; the breadth of furrow; 目录摘要- 1 -Abstract- 2 -目录- 3 -1引言- 4 -研究的目的和意义- 5 -国内外开展现状- 6 -2总体方案却确定- 8 -旋耕机整体参数的选择- 9 -2.1.1 旋耕机类型的选择- 9 -2.1.2 旋耕机耕幅确实定- 10 -2.1.3 旋耕机的刀轴转速选定- 10 -2.2 旋耕机工作原理- 11 -3旋耕刀的参数设计- 12 -刀辊的设计- 12 -3.1.1 刀轴及其传

8、动- 12 - 旋耕刀的方案确定- 12 -3.2 旋耕刀的运动参数设计- 15 -旋耕刀片的运动分析- 16 -旋耕刀片的结构参数设计- 18 -旋耕刀片的选材- 19 -刀辊轴的强度计算- 20 -3.3.1 刀辊轴结构确定- 20 -3.3.2 刀辊轴的设计计算说明- 21 -4结论- 22 -参考文献- 22 -致谢- 25 -1引言旋耕机，亦称旋转耕作机、旋耕犁，是一种以拖拉机为行走和作业动力，靠一组安装于水平轴上的弯刀回转来实现土壤耕耘作业的农机具，其耕作原理示意图见以下图。刀片作业时，首先将土垡切下，随后向后抛出，土垡撞击到旋耕机罩壳和挡土板落回地面，能一次完成耕耙作业。它的耕作

9、部件为旋耕刀辊,是由多把旋耕刀在刀轴上按螺旋线排列而成,。旋耕机切土、碎土能力强，一次旋耕能够到达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，降低作业本钱，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，旋耕机得到了迅猛开展，已成为拖拉机的主要配套机具之一。图1-1 旋耕机耕作原理示意图旋耕机于19世纪中叶问世以来，得到了迅速开展和推广使用。日本二战之后为了尽快恢复经济开展,引进旋耕机用于农业生产。但是由于日本大多为水田,直角形旋耕刀不适宜于进行水田耕作

10、。一大批日本学者开始致力于水田用旋耕刀的研究,如吉田富穗、松尾昌树、坂井纯等人研制出了旋耕弯刀,成功地解决了刀轴缠草等问题。为了解决刀轴缠草的问题本文对旋耕弯刀进行了设计说明。对弯刀的刃口曲线提出了相应的要求，目前能到达这种要求的刃口曲线有阿基米德螺线、等角对数螺线、正弦指数曲线等,其中阿基米德螺线应用最广。旋耕机能量消耗大，约为犁耕作业能量消耗的3倍以上。因此，近20多年来，国内外在旋耕刀形状研发上向着降低能耗的方向不断改良。从切土作用上说，旋耕刀侧切刃口线切出沟墙，类似于铧式犁的胫刃线，靠近侧切刃的正切刃区相当于犁胸，端部的正切刃区相当于犁翼。旋耕与犁耕都同样要完成起土作业，且犁耕时还需克

11、服犁侧板与沟墙及犁踵与沟底间的摩擦力，但犁耕比旋耕功耗低。究其原因很多：其一，在于犁耕是低速连续平稳的作业过程，土垡变形根本为弯与扭，压缩变形较小；其二，旋耕时土垡压缩变形相对较大，其内部静压也相应较大，根据土力学库仑定律，该土垡的强度将增加，于是迫使它继续发生变形乃至破碎，所需的功耗也相应增大。因此，尽量缓解旋耕切土时土垡内的静压，合理增加土垡沿正切刃弯曲方向的侧滑运动及弯扭变形是降低旋耕功耗的重要技术途径。到目前为止，旋耕机产品虽然在理论上可以配套-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48kw的拖拉机；耕深亦局限在旱耕12-16cm，水耕14-

12、18cm。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旋耕机，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，没有着重结构的改良和参数的优化，因而走了弯路。因此，现有旋耕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、规模化生产的开展，水田耕整用宽幅高速型旋耕机成为开展方向。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。解决途径有二：一是旋耕机采用宽度伸缩或

13、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，需要改良旋耕机及工作部件的结构和参数，研制宽幅高速旋耕机及灭茬、旋耕、旋耙和深施化肥的复式作业机械。 我国作为农业大国，不少农机学者在旋耕机方面进行了大量的研究工作。为了促进驱动型耕作机械的开展，本人选择了旋耕机作为自己的毕业设计论文课题，借鉴了不少知名学者的重要研究成果，书写成文。由于资料搜集的局限性和水平有限，错误和缺乏之处在所难免，欢送给予批评指正。研究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，土壤耕作机械的开展一直受到人们的关注。由于土壤耕

14、作是一项能耗很大的作业，传统的土壤耕作机械，如犁，耙等都需要屡次书耕作会对土壤造成破坏，不利于水土保持，消耗较大。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，驱动型耕作机械诞生了。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。驱动型机具有多种，如旋耕机，振动土壤耕作机械等，目前广泛使用的，应用前景最好的就是旋耕机。耕机切土、碎土能力强，一次旋耕能够到达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

15、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，降低作业本钱，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，旋耕机得到了迅猛开展，已成为拖拉机的主要配套机具之一。由于很多因素不能控制，如比照性较差，试验精度较低，采集的数据不够准确可靠等等，使得我们需要一种特殊的，更有优势的试验环境。土槽正是在这种环境下诞生且被广泛运用的。利用土槽试验是极其优越的研究手段，其特点是：试验可以不受季节与气候的影响；缩短试验周期；试验重复性好；可以控制有关因素；有较强的比照性；试验精度高，采集的数据准确可靠。这样我们可以研制出更高效、优质的旋耕机，更好的

16、满足人们对于耕作土地的要求。近年来，温室大棚蔬菜种植越来越受欢送。为了解决蔬菜消费的经常性和其生产季节性的矛盾,保证严寒或炎热季节充足供给新鲜蔬菜,全国各地目前普遍采用塑料大棚种植。一般蔬菜大棚单位面积产量比露地高12倍,纯收入可提高24倍,而且可以大大增强防涝抗旱的能力,保证灾期蔬菜的供给,经济效益和社会效益均很显著。但是,目前大棚内作业均为原始的手工劳动,菜农劳动强度大,工作环境恶劣,效率低而且作业质量差,严重阻碍了蔬菜生产的开展。菜农急需的棚内作业机具国内曾有研究,但以往研制的产品往往自重较重,外型尺寸大,操作不灵活,在棚室内转向和窄田埂上转移均较困难,在棚室内的边角地带无法工作,漏耕多

17、,而且不适合在高含水率的粘性土壤中耕作,目前尚缺少能很好地适应蔬菜大棚内作业的性能优良的旋耕机。而国外产品的价格又过于昂贵,而且配件供给和维修问题无法解决。为适应蔬菜大棚的大规模开展对农机具的需求,根据大棚内作业对机具的要求以及菜农对机具价格的承受能力,我们研制了这种结构简单、机型小巧、操纵灵活、转移轻便、价格低廉、性能可靠和污染少的适合于蔬菜棚室内的低矮环境及蔬菜露地和果园作业的微型旋耕机。现状不同的作业条件下不可能一次作业就到达所要求的整地质量。即使在翻熟地时(至于生地就更困难了)也常常达不到规定的坐片粉碎程度，还要进行辅助性的整平耙粉作业等。其结果，辅助性作业把土壤压实了，降低了劳动生产

18、率，提高了燃料与润滑材料的消耗，增加了费用。旋耕机与一般整地机械的不同之处在于，它的作业前进速度和旋耕部件的角速度及其旋耕刀数在不同作业条件下的适当配合，进而获得高质量的整地效果，以至各种土质的土壤经旋耕机作业后可到达待播状态。旋耕机的工作动力来源于拖拉机的动力输出轴，因而它比大马力现代化拖拉机联合作业经济效益好。从一系列国外大公司的旋耕机的主要运用参数看，其单位能耗高达280-700kJ，大约高于翻整地能耗3-6倍。70年代前设计师们就采用了改良工作部件的儿何参数、进行优化设计、选用符合旋耕工作部件作业条件的运动参数等方法，降低旋耕机的单位能耗。近几年由于拖拉机马力的提高，具有水平轴旋耕部件

19、的旋耕机更加现代化，这将使旋耕生产率的提高成为可能，但仍没有实现单位能耗的降低。现在各国生产的具有水平旋转轴的旋耕工作部件根本结构相当的完善，缺乏之处也将进一步改良。目前，水平轴旋耕部件与地轮转向一致的旋耕机，即卧室正转旋耕机，在国内外的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。旋耕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1.25m2.8m多种型号的旋耕机。如南昌旋耕机厂的IGN系列多种型号旋耕机，连云港旋耕机集团公司生产的IGE2-210型旋耕机，1CN-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

20、垄机、1GSZ-210280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等。很多机型为了适应黑龙江省农艺要求，在旋耕机后部安装了起垄犁铧。旋耕机的各个工作部件结构也完善很多。为了装配各种不同的工作件组台设计了专门的机架，以提高旋耕机的应用水平。旋耕深度影响旋耕机的工作效率。有的旋耕机依据旋耕部件与耕深的相对关系，把中央调速器直接设计安装在旋耕工作部件的轴上。这样保证了农具的最小能耗、最少的材料消耗和较好的工作质量。由于调速器壳体下是未耕地，存在如何保护好调速器壳体的问题。国产的1G-150旋耕机和1G-140旋耕机等多种机型的旋耕轴配置在地表水平面

21、上或低于地表。为了防止调速器外壳的损坏，在壳体上或前犁柱上安有专用的分土铲。分土铲开出的铲沟被补助整地作业消灭。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旋耕机；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。在确定生产旋耕机的最正确方案时，应注重考虑它的单位能耗。第一，在旋耕土壤坚实度高的生荒地时(宜用旋耕)，因土壤比阻大，农具很难到达要求的入土深度。在这种情况下，要到达所要求的入土深度有以下方法：同耕幅的屡次作业，如波兰的G

22、Gz-1.6型、意大利的zL-150和DFL-230型旋耕机等；加配重，如法国的EL-50型、德国的B-155L型；-3.9kN/m)，如波兰的V-506型、日本的pD-1500型、荷兰的Lely型、法国的SC-255型等。第二，旋耕刀碎土，耕层的上层土壤比下层土壤粉碎的好。因根垡需要很好地粉碎，所以要创造条件使垡片下部到达预计的粉碎程度。垡片下部过份的粉碎能耗高，没有太大的必要。第三，带往土壤整地时，旋耕地上层与下层的物理特性不同。上层有植物根的地面厚度为0.05。从动力学角度来看，切割较其它粉碎方法更为省力，大致可节能1/2左右。下层土质紧密，可采用相适应的松土工作部件进行松土。随着农业机

23、械化程度的增强，工作效率和效益的提高，现有的旋耕机的弊端日益突出，已满足不了农艺要求和生产规模扩大的需要。故对旋耕机的研究有了进一步的深化，出现如下几个方向的开展趋势：1、向宽幅，高速型旋耕机开展；2、向联合作业机组方向开展；3、全幅深旋耕机已起步；4、向可持续开展战略型开展；5、小型旋耕机需求量有所增加。2总体方案却确定总体结构设计及工作原理装配示意图如下：1-汽油机 2-机体 3-操纵手柄 4-挡泥板 5-限深机构 6-旋耕工作部件 7-行走轮图2-1 自走式旋耕机装配示意图 旋耕机主要由发动机、机架、旋耕工作部件、限深机构、传动链、行走轮等组成，其工作原理是将发动机的动力经链传动直接传递

24、给刀辊轴，驱动轴上的旋耕刀片旋转在铣切加工土壤过程中，通过土壤反力推动机器前进。耕深主要靠阻力铲柄上孔眼的位置进行上下调节，同时还可通过人改变其对操纵手柄的压力以增减力矩，调节机器的前进速度，借以到达改变耕深的目的。另外，旋耕作业的碎土性能与土壤含水量、土壤坚实度和机器的作业速度有关， 在实际作业中应根据具体情况选择最正确的工作速度。表1 主要技术参数配套动力耕幅耕深刀片型式刀片数量输入转速汽油机 100cm10cm16cm弯刀122600r/min刀轴转速连接型式前进速度外形长外形宽外形高125r/min三角轮传动1250mm860mm970mm注：生产率按理论计算值的70%计算作业时的最大

25、耕幅。旋耕机整体参数的选择 旋耕机类型的选择按照旋耕机刀辊的位置可以分为卧式、立式和斜轴式。卧式旋耕机的工作部件与机具平行方向互相垂直的水平轴旋转切削土壤，如图2-2所示；立式旋耕机部件绕与地面垂直或倾斜的轴线旋转切土，如图2-3所示；斜置式旋耕机综合了犁耕与旋耕的特点，前面犁耕，后面旋耕，机具功率消耗低，且作业质量好，如图2-4所示。图2-2 卧式旋耕机示意图图2-3 立式旋耕机示意图图2-4 斜置式旋耕机示意图本设计主要适用于温室或小块田地，应选用小型号，结构紧凑、简单实用的卧式旋耕机。 旋耕机耕幅确实定½,但最终确实定必须经过试验验证。事实上,对于同一种旋耕机,主机功率大的配套

26、并不一定有好的作业质量,相反却有可能造成功率的浪费,通过试验能合理确定对应幅宽的最正确配套功率,可以防止“大马拉小车的情况。耕幅与拖拉机的功率有关，并影响旋耕机与拖拉机的配置方式。耕幅B与拖拉机动力输出轴的额定输出功率大体成以下关系： N = 3.5 KW 式中N发动机的额定功率KWB=,本设计选取B=1m2.1.3 旋耕机的刀轴转速选定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尤为明显。另外旋耕机的刀轴转速一般在200-285r/min，随着

27、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。为了提高生产率及地区适应性，减少能耗，本设计旋耕机刀轴转速选择200r/min。2.2 旋耕机工作原理旋耕机的主要功能，为了实现自动驱动，将弯刀直接安装在刀轴的刀座上。利用调节旋耕机后端支撑杆产生阻力， 使刀座上的12把刀片旋转来进行旋耕作业。随着支撑杆深浅的调节(改变阻力的大小)，使弯刀有不同的滑转率，从而得到不同的耕深、生产率和碎土质量。弯刀在刀轴上采用人字型排列方式，这种排列方式对整机偏转力矩小，有利于行驶，操作方便。刀片为左右交错入土，同向刀片相继入土的几率小，故产生大震动的次数小，横向平

28、衡好。切土比根本为1:1，刀片磨损均匀，碎土率好。 3旋耕刀的参数设计刀辊的设计刀辊也称为刀滚，由刀轴及安装在刀轴上的旋耕刀组成。刀辊的配置有立式和卧式两种。前者称为立式旋耕机，后者为卧式旋耕机。卧式旋耕机刀辊的旋转方向分为正转和反转。刀辊的旋转方向与拖拉机前进时轮子的旋转方向相同时为正转，反之为反转。目前大局部是正转旋耕机，而且应用逐步广泛，故本机选为正转卧式旋耕机。 刀轴及其传动 刀轴是组成刀辊的核心零件，一般用钢管材料制造，两端焊合传动连接花键和支承轴颈结构。刀轴有整体式和组合式两种，组合式刀轴由多节管轴通过接盘连接而成，通用性好，可以根据不同的幅宽要求进行组合。由于本机适用于温室大棚或

29、小块地域，采用整体式刀轴即可满足要求。刀轴传动有刚性传动、扭杆轴传动和弹性传动三种。刚性传动结构简单可靠，制造方便。目前拖拉机配套旋耕机和局部手扶拖拉机配套旋耕机均采用这种结构。但是这种结构的旋耕机作业时的冲击载荷易使传动件损坏。扭杆轴传动可以减弱冲击载荷的影响，目前局部8.82kw手扶拖拉机配套旋耕机采用这种结构，但是结构比拟复杂，本钱较高。弹性传动是将弹性联轴节安装在链轮与刀轴之间，刀轴齿轮通过橡胶块带动轴套，轴套通过花键与刀轴相连接。这样，切土过程中产生的冲击扭矩由橡胶块吸收，有一定的缓冲作用，减少传动系统的疲劳载荷，延长齿轮等传动件的使用寿命。但是橡胶材料的寿命较短，影响旋耕机的推广使

30、用。综合各方面考虑，本机刀轴采用弹性传动方式。3.1.2 旋耕刀的方案确定旋耕刀是旋耕机的主要工作部件。刀片的形状和参数对旋耕机的作业质量、功率消耗影响很大。为适应不同土壤旋耕作业的需要，人们对旋耕刀的形状和结构进行了大量的研究。国外旋耕机开展有较长的历史，已有成熟的设计方法，旋耕机已得到广泛的应用，标准化、系列化、通用化程度很高。旋耕刀在刀轴上安装，有刀座和刀盘两种型式。用刀座安装旋耕刀时，每个刀座只能安装一把刀，用刀盘安装时，每个刀盘可以根据不同需要安装多把刀。刀座又有直线型和曲线型两种。曲线型刀座滑草性能好，但是制造工艺复杂。基于此，本机选用直线式刀座来安装旋耕刀。目前卧式旋耕机上使用的

31、旋耕刀有三种型式：1、直角刀 刃口由正切刃和侧切刃构成，两刃相交成90°左右。工作时先由正切刃从横向切开土壤，再由侧切刃逐渐向后切开土垡。直角刀刀身宽，刚性好，有较强的切土能力，适合在土质较硬、杂草不多的旱地及果园里工作。在水田中耕作业时，刀身易缠草。图3-1 直角刀示意图2、凿形刀 具有凿形刃口，入土性能较好。工作时凿尖首先刺入土壤，然后在刀身作用下使土壤破碎。这种方式对土壤有很大的松碎作用，但容易缠草。凿形刀刃口窄，只适合在较疏松的土壤里工作，在黏重潮湿的土壤中耕耘时刀尖会漏耕。通常用于杂草、茎秆不多的菜地、果园中或者沙土、多石砾地等。图3-2 凿形刀示意图3、弯刀 弯刀由正切部

32、和侧切部构成，按正切部的弯折方向，可分为左弯和右弯两种。弯刀有较为锐利的正切刃和侧切刃，刃口为曲线，有较好的滑切性能。弯刀切土时，刀刃按离刀轴中心的距离先近后远依次入土，这种切土过程可将未切断的草茎压向未耕地，使草茎容易被切断。即使不能切断，也可利用刃口曲线的形状，使草茎滑向刀片前端脱开，不至于缠草。因此，弯刀适合在多草的田地里工作，是一种水旱通用的旋耕刀，在我国、日本及东南亚国家得到了广泛应用。图3-3 弯刀示意图基于以上分析，本旋耕机选用弯刀。刀片如果安装不对,不仅影响作业质量, 还要影响机具的使用寿命。弯刀有左弯刀和右弯刀两种，有三种安装方法： 1、外装法 自刀轴中间开始所有弯

33、刀都向外弯，但是刀轴两端的两把刀都向里弯，如以下图。这种装法有向侧抛土倾向，耕后地面中间形成一条浅沟，适合于拆畦耕作或旋耕开沟联合作业。图3-4 外装法刀片示意图 2、内装法 所有弯刀都向刀轴中间弯，如以下图。耕后地面中间高出成垄，适合于作畦前的耕作，也可以跨沟耕作，起平沟作用。图3-5 内装法刀片示意图3、交错安装法 左右弯刀在刀轴上交错安装，即在同一平面内的两个刀座，左右弯刀各装一把，刀轴两端的两把刀全向里弯，如以下图。这种安装法耕后地面平整，适合于平作及犁耕后耙地，应用最广。图3-6 交错安装法刀片示意图根据作业要求，耕后地面要平整，故采用交错安装法来安装弯刀。 旋耕刀的运动参数设计旋耕

34、刀的几何参数是影响功耗的主要因素，在1974 年，Hendrick和Gill根据旋耕刀的旋转速率设计出的正切刃，使它不接触未切开的土地，大大降低了旋耕刀的切削功耗。旋耕刀的运动轨迹是旋耕刀几何参数设计的主要依据。在 1978 年，Hendrick 和Gill 利用运动方程对旋耕刀的运动轨迹进行了理论分析，利用瞬心的方法来确定旋耕刀在任意轨迹点的方向和速率。在对旋耕刀运动轨迹的研究过程中，1991 年 Thakur 和 Godwin 得到在准静态条件下，在旋耕刀旋转一周的过程中，旋耕刀所受的最大合力发生在旋耕刀入土 1015°时。这一发现对旋耕刀的设计提供了重要的力学依据。20 世纪

35、90 年代以前，对旋耕刀的设计研究大都采用传统的机械设计方法，这些传统设计为旋耕刀数字化设计提供了理论根底。传统的机械设计特点是：以长期经验积累为根底，通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及标准作为依据，运用条件性计算或类比等方法进行设计。旋耕机刀片设计要求： 合理选择刃口曲线(面)，使侧切刃(面)具有较强的滑切能力，正切刃(面)具有较好的切碎能力，并使过渡刃(面)圆滑连接正切刃与侧切刃，在田间耕作质量满足农艺要求的前提下，提高刀片撕裂土壤及粉碎根茬的能力，降低机具功率消耗和作业过程中所受变形阻力。 刃口曲线(曲面)在满足滑切和切碎性能的前提下，应尽量简单，利于批量加工制造，

36、降低制造本钱。旋耕刀片的运动分析旋耕刀的运动轨迹曲线由运动着的刀端点所形成，即为点的运动轨迹，如以下图所示。图3-7 旋耕刀刀片运动轨迹刀座上的旋耕刀作业时完成复合运动：一个是刀片绕刀辊转动的圆周运动，为相对运动，其速度为相对速度，也称为圆周速度；另一个是刀辊随机组前进的运动，为牵连运动，其速度为牵连速度，即机具的前进速度。绝对速度(也称为切削速度)为，那么端点的运动方程为式中：刀片回转角速度，；刀片回转半径，；机具前进速度，；刀片转角，对上述式子整理后可得到点的运动轨迹方程为在旋耕作业中称为旋耕速比，它表示刀片端点圆周速度与前进速度的比值。的大小对刀片运动轨迹及机具作业状况有重要影响。 将代

37、入得： 该式对时间求导，得由图3-7知，那么为耕作深度由该式可知：刀片水平速度与机组前进速度、刀辊转速、刀片回转半径及耕作深度有关。>1，即当刀端绝对速度的水平分速度与机具前进方向相反时，刀片可向后切削土壤或碎茬。此时刀片圆周速度大于其前进速度，其运动轨迹为余摆线，且形成绕扣。当越大，曲线绕成的绕扣越大，切土节距S就越小，工作质量越好。，即机组前进速度0，机具在原地打转，此时作业效率极低。因此，为提高作业效率，并使耕作质量满足农艺要求，需要选定适宜的值。的选择既要保证机具正常工作及满足农业生产耕深要求，还要综合考虑旋耕机结构、功率消耗及生产率等其它因素。例如，增大刀片回转半径、角速度不仅

38、使机具结构变大，而且增大刀片切土扭矩及机具功率消耗；假设减小，那么会降低机具生产率。目前常用的速比为=410左右。旋耕刀片的结构参数设计旋耕刀主要由具有正切刃的正切面、具有侧切刃的侧切面和连接正、侧切面的过渡面以及连接正、侧切刃的过渡刃组成。旋耕刀正切刃(面)具有切土、翻土、碎土、抛土等功能；侧切刃(面)具有切开耕层土垡、切断或推开草茎及残茬等功能；过渡刃(面)具有较好的滑切作用，可使被切土垡或根茬沿其滑移。图3-8 弯刀结构简图旋耕刀刃口曲线怎么选择呢？通用刀片的刀刃由侧切刃、正切刃和过渡刃组成。侧切刃在作业时沿纵向切开土壤、切断根茬或草根，并使草根或根茬在被切时能沿刃口滑动，以便于切断或者

39、沿刀尖滑脱，等角螺线、等进螺旋线(阿基米德螺旋线)和正弦指数曲线等均可作为刀片的侧切刃曲线。而以阿基米德螺线、对数螺线、偏心圆弧、直线作为刀片侧切刃曲线的试验证明，阿基米德螺线是使刀片作业功耗最小的刃口曲线。目前，国产的各种弯刀和日本工业标准的弯刀，侧切刃均采用阿基米德螺旋线。因此，本机确定以阿基米德螺旋线作为侧切刃曲线。确定螺线终点处的极径，为使螺线能与正切刃圆滑过渡，值一般比弯刀回转半径小10-20mm。旋耕刀片的结构参数主要有以下几个：(1) 回转半径。刀片的回转半径，主要根据农业生产要求的耕深进行确定，当耕深和机组前进速度一定的情况下，应尽量选择较大的回转半径。当耕深为140-160m

40、m时，常采用240-260mm。本设计中回转半径选择为=250 mm。(2) 弯折角。即刀片正切面与侧切面的夹角。弯折角过大，作业时刀尖首先接触土壤或根茬，刀片受力增加，降低刀片的使用寿命；弯折角过小，刀片切割土垡和根茬时，首先在弯折处接触土壤和根茬，然后滑向侧切刃，不仅容易堵塞刀辊，而且会增大切割阻力。(3) 正切面刃角。越小，刀片越锋利，作业时功耗越小，刀片使用寿命随之降低；增大，那么效果相反。(4) 滑切角。假设滑切角增大，侧切刃口变长，耕作时刀片侧面受到的土壤摩擦力增加大，切割阻力增大，碎土或碎茬作用减小；假设滑切角过小，刀片入土性能和作业质量差，且刀片易缠草。(5) 弯曲半径。弯曲半

41、径太小，刀片弯折处容易粘土，且会降低刀片弯曲处的强度，缩短刀片的使用寿命；假设弯折半径过大，那么会增大作业后沟底的不平度。(6)单刀切削幅宽。单刀切削幅宽小，那么会出现漏耕；切削幅宽大时，那么会增大单刀作业阻力，弯折处易打断，且刀座、刀片及固定件强度需加强。常用幅宽为35-50mm。此处取50mm。(7)刃厚。当刃口半径大于mm时，刀片碎土或碎茬质量会明显下降。因此，刀片刃口半径应控制在以内，并采用外磨刃形式以保持刀片刃口锋利。旋耕刀片的选材旋耕刀片作为碎土及碎茬刀具，在田间作业中受力较复杂，切削土壤或根茬时既受到冲击，又承受磨损。因此，材质要求高，既需具有高强度，又需具备好的韧性及耐磨性，即

42、使碰到砖头、石块等也不致折断和弯曲。而刀片的加工不仅需选定适宜的材质，且需配备适当的热处理工艺，以得到所要求显微组织和足够的机械性能。假设采用普通碳素钢制造刀片，机械性能差，寿命短，无法满足作业需求。因此，旋耕刀一般采用 GB/T 699-1999 规定的65Mn和GB/T 1222-2007规定的60Si2Mn钢以及其他品质相当的材料制造，经下料、冲剪、锻压、热处理、机加工等工序制成。此种旋耕刀具有较高的使用寿命，且机械性能符合要求。刀片刀身与土壤、砂石、作物秸秆及根块等接触，故要求其耐磨；而刀柄起固定作用，刀背支撑刀身，故刀柄及刀背需足够的抗折性能。因此，刀身局部热处理以保证刀身有足够的耐

43、磨性；刀背和刀柄局部也要热处理以获得足够的抗折强度，这样作业时既不易弯曲、折断，即使碰到砖头或石块也能适应。本机选定以65Mn作为刀片材料，遵循相应技术要求来进行加工制造。刀片加工后，其外表不得有裂纹等影响使用的缺陷，且刀身两面应平整、刃口线圆滑，并进行油漆或其他防锈处理。3.3刀辊轴的强度计算3.3.1 刀辊轴结构确定刀辊轴可以用实心或空心材料制造。空心轴可以在小的重量下传递较大的扭矩，较好的抵抗扭矩。管的尺寸应根据最大传递扭矩计算，并以附加扭曲应力验算。求截面系数最小断面的应力。通常最小截面系数在轴端处镗过管孔的地方最小。以下图所示的c-c截面图3-9 轴端c-c截面旋耕刀辊半轴扭转应力按

44、下式计算： 式中 当扭曲时，最小的截面系数：为管子的外径 管的壁厚管的内径 轴端的花键选择即应根据最大比压也根据平均比压。当材料硬度HRC35时，矩形端面花键上最大比压不应超过20MPa。最大比压按下式计算： 式中 ：为花键轴的外径 ：为花键孔的内径 ：为花键的平均工作长度 ：花键的数量3.3.2 刀辊轴的设计计算说明选择40Cr材料，调质处理，假设设计刀辊轴的外径=78mm。内径=72mm圆锥滚子轴承的效率为=0.95，心轴上齿轮传动的效率为由=3.5KW ；=125r/min 得： = ×× ××=按最大比压少于20MPa，即 20MPa 来设计刀辊

45、轴的直径。 =19.8620MPa扭曲应力验算 ： 其中：=78-72/2=3 ×78× =74.34MPa=185MP故所设计的刀辊轴的直径满足要求。4结论通过广泛的收集资料及阅读旋耕机的相关资料，了解国内外旋耕机的开展状况，同时参观校外旋耕机代销处的实物，我对旋耕机有了大致的了解和认识。旋耕机是一种应用很广泛、很重要的农机器具之一。 1.通过加上了限耕装置，减少了功率的损失，同时增加了耕深满足实际的需要。增加了农作物的产量。2适应棚室空问矮小的作业条件，机器操作手柄既可上下调整，又可在180°内前后转动调整。通过本次设计，使本人对以前所学的知识有了系统的回忆，

46、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。参考文献1 中国农业机械化科学研究所编.农业机械设计手册上册，机械工业出版社.1988年；11卷机械产品一，机械工业出版社.1982年； 3 李守仁.杜金天编.驱动型土壤耕作机械的理论与计算，机械工业出版社.1997年；4 日本农业机械学会编.农业机械手册，机械工业出版社.1991年；5 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著.濮良贵，纪名刚主编.机械设计第八版，高等教育出版社.2006年；6 吴宗泽.罗圣国主编.机械设计课程设计手册第二版，高等教育出版社.1999年；7 机械制图.董国耀主编.北京理工大学出版社.1998年；8 李宝筏主编. 农业机械学，中国农业出版社.2003年；9 镇江农业机械学院.吉林工业大学合编.农业机械理论及设计(上册)，中国工业出版社.1961年； 10 李达 朱德清 吕长义 棚室耕整机具的研究.沈阳农业大学，辽宁沈阳110161. 2抚顺市农机推广中心，辽宁抚顺113100 11 闻咚麟，王遵义，胡启恩，棚用深耕耕整机的研制.浙江万里学院上程技术系，宁波31510C；12 刘保军.耿亚飞编.东方红1GQN系列旋耕机的研制开