微型稻田旋耕机的设计【含6张CAD图纸+文档】【NJ系列】
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含6张CAD图纸+文档
NJ系列
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2 0 0 3年9月农 业 机 械 学 报第34卷 第5期水田埋草旋耕机的试验研究3熊元芳 【摘要】 阐述了1GM S69型水田埋草旋耕机的总体结构设计及埋草旋耕耙的切草弯刀、 埋草横刀和立刀的设计思路。通过田间作业对比试验以及实验室土槽试验和性能检测,提出了降低功耗、 提高作业效率的设计方法。关键词:旋耕机结构设计田间试验对比中图分类号: S22213文献标识码: A收稿日期: 200205103 广东省农业重点科技项目(项目编号: 129),本机实用新型专利号:ZL 00 2 39816. 8熊元芳广东省农业机械推广站站长高级工程师, 510110广州市引言机械化水稻秸秆还田是增加土壤有机质含量、改善土壤结构、 防止地表板结、 降低土壤密度、 减小土壤比阻、 提高水稻作物产量和保护环境的重要技术措施。研究开发一种以手扶拖拉机为动力,集埋草、 切草、 碎土、 旋耕于一体的新型秸秆还田耕作机具,在水稻产区将水田中稻秆、 高茬、 绿肥等直接还田,必将产生显著的经济效益、 社会效益和生态效益。1总体结构设计水田埋草旋耕机是依据与工农12K手扶拖拉机相配套的旋耕机工作原理,针对埋草、 切草、 碎土、旋耕功能四位一体的要求设计而成。其工作主部件埋草旋耕耙(见图1)由主轴、 法兰盘(左、 中、 右)、 切草弯刀(20把)、 埋草横刀(10把)、 曲线型立刀(3640片)及挡草卡组成,取代原旋耕机刀轴总成。设计特点如下:减少同一纵向平面内刀片数量,增大作业时的切土节距1,降低功耗,减小作业负荷;增大埋草横刀与主轴间水平面内夹角(翻土角),强化埋草功能和提高作业效率;将立刀设计成曲线型外倾,挂图1埋草旋耕耙总体结构1.主轴2.法兰盘3.切草弯刀4.埋草横刀5.曲线型立刀6.挡草卡草少,工作阻力小,提高切草效能;耙轴两端加设挡草卡,增大缠草回转直径,减小轴端间隔,降低缠草量。2切草弯刀、 埋草横刀及曲线型立刀设计根据水田埋草旋耕机作业特点,将切草弯刀和立刀的刃口设计为曲线型。在切削土壤过程中切草弯刀的曲线刃口先由离回转轴较近的侧切刃切削,然后逐渐转移到离回转轴较远的侧切刃切削,最后由正切刃切削。即埋草横刀(刃口为直线)从正斜面切开土块,切出沟底并切断侧切刃没有切断的稻秆,或将其向外推移。 埋草横刀按其空间运动轨迹,由点切埋稻秆逐步转变为线切埋稻秆,充分利用手扶拖拉机的有效功率,达到埋草旋耕的设计要求。 而传统的驱动耙因其横刀与主轴平行,作业时整条横刀同时与稻秆接触,作业负荷大,切草、 埋草效果不理想。与此同时,曲线型立刀重复弯刀的切削过程,这样稻秆较易被切断,即使不能切断,也可利用曲线刃口的变化将其深埋或从切削刃的端部抛出,由下一组刀具切削。在曲线型弯刀、 立刀的结构设计中,确保从弯刀基部到侧切刃端点的刃口曲线上,其滑切角有所变化2,这样,可防止缠草和减少挂草,避免由稻秆缠绕引起的刀滚堵塞现象,提高了作业效率。3试验结果和分析311试验结果埋草旋耕的功率消耗主要由刀片切削土壤、 刀片抛掷土壤、 推进机组前进以及传动装置摩擦4部分组成。 埋草旋耕机的功率消耗较大,除受土壤条件影响外,还与埋草旋耕机的刀片几何形状、 结构质量m、 机组前进速度vm、 刀轴转速n、 耙滚回转半径R、耕幅B、 耕深a及切土节距S等参数密切相关。2000年7月至2001年4月分别在广州市番禺区、 从化市及华南农业大学工程学院土槽实验室对研制的1GM S69型水田埋草旋耕机与国内同类机型(见表1)进行了田间作业对比试验、 土槽扭矩对比试验(扭矩测试系统见图2)和田间作业性能检测。试验结果见表2 表4。表1几种水田整地作业机具的主要技术参数技术参数1GM S69(外齿)1GM S69(内齿)1 M G651BQS69耕幅B?cm69696569耙滚回转半径R?cm19191919横刀与主轴夹角 ?()17. 517. 514. 80结构型式立刀外置 立刀内置 立刀内置 立刀外置结构质量m?kg21. 521. 525. 521. 0表2田间作业对比试验结果性能参数1GM S69(外齿)1GM S69(内齿)1 M G651BQS69耕深行程1平均值?cm6. 35. 96. 75. 6耕深行程2平均值?cm10. 710. 511. 310. 3耕深行程3平均值?cm15. 715. 516. 214. 8耕深稳定性系数?%95. 4695. 3789. 9295. 43植被覆盖率?%85. 486. 376. 777. 6生产率?hm2h- 10. 1170. 1090. 0970. 087油耗?kghm- 212. 2313. 7119. 2020. 25注:以上试验结果为在同一地点、 相同驾驶员、 同一台手扶拖拉机上进行测试所得,稻田所有秸秆全部还田,前茬高度20 cm左右。表3扭矩测定比较结果Nm测定项目1GM S69(外齿)1GM S69(内齿)1M G6510 cm深度扭矩20. 805 430. 840 650. 205 415 cm深度扭矩113. 680138. 866132. 986试验最大扭矩207. 172 0236. 630 8246. 470 0注:台车的前进速度01266m?s,主轴转速150 r?m in。土槽耕作层为20 cm,中壤水田土,水深5 cm。由于土槽内水田未经过足够的时间沉淀,造成水田耕作层的底层疏松,故在入土深度15 cm时,1M G65型测得的扭矩小于1GM S69型(内齿)的扭矩。表4田间作业性能检测结果检验项目1GM S69(外齿)1GM S69(内齿)第1耙第3耙第1耙第3耙机组行走速度?kmh- 15. 105. 084. 924. 72单位幅宽纯作业生产率?hm2(hm)- 10. 510. 510. 490. 47纯作业油耗?kghm- 23. 043. 333. 533. 82耕幅?cm69696969耕深?cm8. 210. 04. 011. 6耕深稳定性系数?%82. 089. 957. 590. 7植被覆盖率?%30. 389. 953. 786. 7耕后地表平整度?%75. 075. 062. 562. 5作业生产率?hm2h- 1(完成3耙计)0. 1490. 149作业油耗?kghm- 2(完成3耙计)8. 609. 34注:所有数据来源于广东省农机鉴定站性能检测报告。312结果分析(1)应合理设计并选择耙滚回转半径R及vm? 的值。 增大耙滚半径虽有利于满足增加耕深的要求,但其结构和切削土壤的扭矩将相应增大;减小vm? 的值,也能使耕深增加,但综合考虑机组的生产率和手拖的功率消耗,其值也不能太小。在满足耕深a=1015 cm前提下,根据刀片能正常埋草切削土壤的入土条件vm (R-a),工农12 K手扶拖拉机以、 挡最大油门作业时vm= 01781142 m?s,(R-a)= 11172163m?s,设计耙滚回转半径R=19 cm、 耕幅69 cm ,这样,既可满足耕深设计要求,又能发挥较高的作业生产率。(2)在耕粘重土壤和多稻秆地时,适当加大切土节距,可降低埋草旋耕机功率消耗。 本机设计减少同一平面内刀片数量,将传统的6把横刀优化设计为5把横刀,切土节距S为56 cm ,同类机型切土节距均为412511 cm。(3)S一定时,刀滚转速越大,功率消耗越大;耕深越大,刀片切削和抛掷土壤所消耗的功率越大。(4)增大埋草横刀与主轴间的翻土角,可提高作业效率及埋草、 切草效果,降低功耗。本机翻土角为1715, 1M G65型为1418, 1BQ S69型为0。(5)对于相同直径的旋耕耙,在耕作深度相同的条件下,外齿耙消耗功率较小,内齿耙消耗功率大。这说
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