【正文】 ............................................. 22 參考文獻 ............................................................................................................ 23 致謝 ................................................................................................................... 25 微型棚室自走式旋耕機的 設計 4 1 引言 旋耕機，亦稱旋轉(zhuǎn)耕作機、旋耕犁，是一種以拖拉機為行走和作業(yè)動力，靠一組安裝于水平軸上的彎刀回轉(zhuǎn)來實現(xiàn)土壤耕耘作業(yè)的農(nóng)機具 ，其耕作原理示意圖見下圖。刀片作業(yè)時，首先將土垡切下，隨后向后拋出，土垡撞擊到旋耕機罩殼和擋土板落回地面，能一次完成耕耙作業(yè)。 它的耕作部件為旋耕刀輥 ,是由多 把旋耕刀在刀軸上按螺旋線排列而成 ,。旋耕機切土、碎土能力強，一次旋耕能夠達到一般犁耙作業(yè)幾次的碎土效果，耕后地表平整、松軟，能滿足精耕細作要求，且縮短工序間隔，有利于搶農(nóng)時抗旱保墑，減少拖拉機進地次數(shù)，減輕對土壤壓實，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機具投資，提高機具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術和免耕少耕技術的推廣應用，旋耕機得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機的主要配套機具之一。 旋耕機于 19 世紀中葉問世以來，得到了迅速發(fā)展和推廣使用。日本二戰(zhàn)之后為了盡快恢復經(jīng)濟發(fā)展 ,引進旋耕 機用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但是由于日本大多為水田 ,直角形旋耕刀不適宜于進行水田耕作。一大批日本學者開始致力于水田用旋耕刀的研究 ,如吉田富穗、松尾昌樹、坂井純等人研制出了旋耕彎刀 ,成功地解決了刀軸纏草等問題。為了解決刀軸纏草的問題本文對旋耕彎刀進行了設計說明。對彎刀的刃口曲線提出了相應的要求，目前能達到這種要求的刃口曲線有阿基米德螺線、等角對數(shù)螺線、正弦指數(shù)曲線等 ,其中阿基米德螺線應用最廣。 旋耕機能量消耗大，約為犁耕作業(yè)能量消耗的 3 倍以上。因此，近 20 多年來，國內(nèi)外在旋耕刀形狀研發(fā)上向著降低能耗的方向不斷改進。從切土 作用上說，旋耕刀側(cè)切刃口線切出溝墻，類似于鏵式犁的脛刃線，靠近側(cè)切刃的正切刃區(qū)相當于犁胸，端部的圖 11 旋耕機耕作原理示意圖 微型棚室自走式旋耕機的 設計 5 正切刃區(qū)相當于犁翼。旋耕與犁耕都同樣要完成起土作業(yè)，且犁耕時還需克服犁側(cè)板與溝墻及犁踵與溝底間的摩擦力，但犁耕比旋耕功耗低。究其原因很多：其一，在于犁耕是低速連續(xù)平穩(wěn)的作業(yè)過程，土垡變形基本為彎與扭，壓縮變形較??；其二，旋耕時土垡壓縮變形相對較大，其內(nèi)部靜壓也相應較大，根據(jù)土力學庫侖定律，該土垡的強度將增加，于是迫使它繼續(xù)發(fā)生變形乃至破碎，所需的功耗也相應增大。因此，盡量緩解旋耕切土時土垡內(nèi)的靜壓，合理增加土垡沿 正切刃彎曲方向的側(cè)滑運動及彎扭變形是降低旋耕功耗的重要技術途徑。 到目前為止，旋耕機產(chǎn)品雖然在理論上可以配套 的拖拉機，但實際上因受傳動系統(tǒng)強度及結(jié)構(gòu)尺寸、機架結(jié)構(gòu)強度的限制，配套合理范圍僅達 48kw 的拖拉機；耕深亦局限在旱耕 1216cm，水耕 1418cm。 20 世紀 90 年代以來，為適應市場需要，有些企業(yè)試圖開發(fā)大型旋耕機，但因水平有限，僅采用原有產(chǎn)品外延放大和堆砌材料的方法，沒有著重結(jié)構(gòu)的改進和參數(shù)的優(yōu)化，因而走了彎路。因此，現(xiàn)有旋耕機產(chǎn)品在品種上尚有大型和深耕型的空缺。隨著水稻集約 化、規(guī)模化生產(chǎn)的發(fā)展，水田耕整用寬幅高速型旋耕機成為發(fā)展方向。水田土壤含水率高，抗剪切、抗壓強度特別低，附著力、外摩擦力也接近為零，切土部件與土壤之間存在潤滑水膜。因此，大塊水田使用大型拖拉機旋耕機組水耕時，為充分發(fā)揮其功率，實現(xiàn)高效率、高效益，需要工作幅寬 3m 以上的寬幅旋耕機。但寬幅又受到道路行駛和入庫停機不便的制約。解決途徑有二：一是旋耕機采用寬度伸縮或折疊式結(jié)構(gòu)；二是采用適中的幅寬，提高作業(yè)速度，從現(xiàn)有的25km/h 提高到 48km/h。為滿足以上要求，需要改進旋耕機及工作部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，研制寬幅 高速旋耕機及滅茬、旋耕、旋耙和深施化肥的復式作業(yè)機械。 我國作為農(nóng)業(yè)大國，不少農(nóng)機學者在旋耕機方面進行了大量的研究工作。為了促進驅(qū)動型耕作機械的發(fā)展，本人選擇了旋耕機作為自己的畢業(yè)設計論文課題，借鑒了不少知名學者的重要研究成果，書寫成文。由于資料搜集的局限性和水平有限，錯誤和不足之處在所難免，歡迎 給予 批評指正。 研究 的目的和意義 土壤耕作是種植業(yè)生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，對于農(nóng)作物增產(chǎn)具有重要作用。因此，土壤耕作機械的發(fā)展一直受到人們的關注。由于土壤耕作是一項能耗很大的作業(yè)，傳統(tǒng)的土壤耕作機械，如犁，耙 等都需要多次書耕作會對土壤造成破壞，不利于水土保持，消耗較大。長期以來，人們一直在探討新的工作制度，松土和局部松土，不耕和少耕。在這種形勢下，驅(qū)動型耕作機械誕生了。這種機械之所以引人注目，一是強化土壤耕作過程，可以滿足不同條件下的不同土壤類型；二是一次耕作可以聯(lián)合作業(yè)；三是有動力驅(qū)動，質(zhì)量好；四是作業(yè)時幾乎不需要牽引功率，減少了功率的消耗。 驅(qū)動型機具有多種，如旋耕機，振動土壤耕作機械等，目前廣泛使用的，應用前景最好的就是旋耕機。耕機切土、碎土能力強，一次旋耕能夠達到一般犁耙作業(yè)幾次的碎土效果，耕后地表平整 、松軟，能滿足精耕細作要求，且縮短工序間隔，有利于搶農(nóng)時抗旱保墑，減少拖拉機進地次數(shù)，減輕對土壤壓實，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機具投資，提高機具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術和免耕少耕技術的推廣應用，微型棚室自走式旋耕機的 設計 6 旋耕機得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機的主要配套機具之一。 由于 很多因素不能控制 ，如 對比性較差 ， 試驗精度較低，采集的數(shù)據(jù)不夠準確可靠 等等， 使得我們需要一種特殊的，更有優(yōu)勢的試驗環(huán)境。土槽正是在這種環(huán)境下誕生且被廣泛運用的。 利用土槽試驗是極其 優(yōu)越 的研究手段，其特點是：試驗可以不受季節(jié)與氣候的影響；縮短試驗周期；試驗重復性好；可以控制有關因素；有較強的對比性；試驗精度高，采集的數(shù)據(jù)準確可靠 。 這樣我們可以研制出更高效、優(yōu)質(zhì)的旋耕機，更好的滿足人們對于耕作土地的要求。 近年來， 溫室大棚蔬菜種植越來越受歡迎。 為了解決蔬菜消費的經(jīng)常性和其生產(chǎn)季節(jié)性的矛盾 ,保證嚴寒或炎熱季節(jié)充足供應新鮮蔬菜 ,全國各地目前普遍采用塑料大棚種植。一般蔬菜大棚單位面積產(chǎn)量比露地高 1~2 倍 ,純收入可提高 2~4 倍 ,而且可以大大增強防澇抗旱的能力 ,保證災期蔬菜的供應 ,經(jīng)濟效益和社會效益均很顯著。但是 ,目前大棚內(nèi)作業(yè)均為原始的手工勞動 ,菜農(nóng)勞動強度大 ,工 作環(huán)境惡劣 ,效率低而且作業(yè)質(zhì)量差 ,嚴重阻礙了蔬菜生產(chǎn)的發(fā)展。菜農(nóng)急需的棚內(nèi)作業(yè)機具國內(nèi)曾有研究 ,但以往研制的產(chǎn)品往往自重較重 ,外型尺寸大 ,操作不靈活 ,在棚室內(nèi)轉(zhuǎn)向和窄田埂上轉(zhuǎn)移均較困難 ,在棚室內(nèi)的邊角地帶無法工作 ,漏耕多 ,而且不適合在高含水率的粘性土壤中耕作 ,目前尚缺少能很好地適應蔬菜大棚內(nèi)作業(yè)的性能優(yōu)良的旋耕機。而國外產(chǎn)品的價格又過于昂貴 ,而且配件供應和維修問題無法解決。 為適應蔬菜大棚的大規(guī)模發(fā)展對農(nóng)機具的需求 ,根據(jù)大棚內(nèi)作業(yè)對機具的要求以及菜農(nóng)對機具價格的承受能力 ,我們研制了這種結(jié)構(gòu)簡單、機型小巧、操 縱靈活、轉(zhuǎn)移輕便、價格低廉、性能可靠和污染少的適合于蔬菜棚室內(nèi)的低矮環(huán)境及蔬菜露地和果園作業(yè)的微型旋耕機。 國內(nèi)外發(fā)展 現(xiàn)狀 不同的作業(yè)條件下不可能一次作業(yè)就達到所要求的整地質(zhì)量。即使在翻熟地時 (至于生地就更困難了 )也常常達不到規(guī)定的坐片粉碎程度，還要進行輔助性的整平耙粉作業(yè)等。其結(jié)果，輔助性作業(yè)把土壤壓實了，降低了勞動生產(chǎn)率，提高了燃料與潤滑材料的消耗，增加了費用。 旋耕機與一般整地機械的不同之處在于，它的作業(yè)前進速度和旋耕部件的角速度及其旋耕刀數(shù)在不同作業(yè)條件下的適當配合，進而獲得高質(zhì)量的整地效果， 以至各種土質(zhì)的土壤經(jīng)旋耕機作業(yè)后可達到待播狀態(tài)。旋耕機的工作動力來源于拖拉機的動力輸出軸，因而它比大馬力現(xiàn)代化拖拉機聯(lián)合作業(yè)經(jīng)濟效益好。 從一系列國外大公司的旋耕機的主要運用參數(shù)看，其單位能耗高達 280700kJ，大約高于翻整地能耗 36 倍。 70 年代前設計師們就采用了改進工作部件的兒何參數(shù)、進行優(yōu)化設計、選用符合旋耕工作部件作業(yè)條件的運動參數(shù)等方法，降低旋耕機的單位能耗。 近幾年由于拖拉機馬力的提高，具有水平軸旋耕部件的旋耕機更加現(xiàn)代化，這將使旋耕生產(chǎn)率的提高成為可能，但仍沒有實現(xiàn)單位能耗的降低。 現(xiàn)在各國生 產(chǎn)的具有水平旋轉(zhuǎn)軸的旋耕工作部件基本結(jié)構(gòu)相當?shù)耐晟?，不足之處也將進一步改進。 目前，水平軸旋耕部件與地輪轉(zhuǎn)向一致的旋耕機， 即臥室正轉(zhuǎn)旋耕機，在國內(nèi)外 的 實際生產(chǎn)中得到廣泛的應用，并且旋耕工作部件結(jié)構(gòu)相當完善。旋耕機的保微型棚室自走式旋耕機的 設計 7 有量也增加的很 快 。 為了適應當前的生產(chǎn)規(guī)模，為不同機型拖拉機配套，生產(chǎn)了作業(yè)幅為 ~ 多種型號的旋耕機。如南昌旋耕機廠的 IGN 系列多種型號旋耕機，連云港旋耕機集團公司生產(chǎn)的 IGE2210 型旋耕機， 1C~N250S 型旋耕機等。在黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，使用的機型還有 1GHL280 型松旋 起壟機、 1GSZ210／ 280 型組合式旋耕多用機、 1GZJ210 型旋耕滅茬聯(lián)合整地機、 1GLT4 型松旋滅茬起壟通用機等。很多機型為了適應黑龍江省農(nóng)藝要求，在旋耕機后部安裝了起壟犁鏵。 旋耕機的各個工作部件結(jié)構(gòu)也完善很多。 為了裝配各種不同的工作件組臺設計了專門的機架，以提高旋耕機的應用水平。 旋耕深度影響旋耕機的工作效率。 有的旋耕機依據(jù)旋耕部件與耕深的相對關系，把中央調(diào)速器直接設計安裝在旋耕工作部件的軸上。這樣保證了農(nóng)具的最小能耗、最少的材料消耗和較好的工作質(zhì)量。由于調(diào)速器殼體下是未耕地，存在如何保護好調(diào) 速器殼體的問題。國產(chǎn)的 1G150 旋耕