【正文】 1 小型自動耕地機(jī)設(shè)計(jì) 目錄 1緒論 ................................................................ 1 國內(nèi)外 耕地機(jī) 的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 ...................................... 1 我國 耕地機(jī) 發(fā)展 .................................................. 1 國外 耕地機(jī) 發(fā)展 .................................................. 5 在海底 耕地機(jī) 的用途 .............................................. 7 鏈?zhǔn)?耕地機(jī) 的研究現(xiàn)狀 .............................................. 7 本論文研究意義 .................................................... 9 2鏈傳動概述及鏈刀式 耕地機(jī) 設(shè)計(jì)的初步理論 ............................. 10 鏈傳動概述 ....................................................... 10 鏈傳動基本原理 ................................................. 11 鏈傳動的特點(diǎn) ................................................... 12 鏈傳動的應(yīng)用 ................................................... 14 鏈傳動的失效分析 ................................................. 15 耕地機(jī) 設(shè)計(jì)的初步理論 ............................................. 16 土壤的主要物理力學(xué)性質(zhì) ......................................... 16 土壤工作部件力學(xué) ............................................... 18 小結(jié)切割過程的分土壤切削阻力分析 ............................... 19 3鏈刀式 耕地機(jī) 工作部件的設(shè)計(jì) ......................................... 20 耕地機(jī) 的工作原理 ................................................ 20 鏈?zhǔn)?耕地機(jī) 的特點(diǎn) ................................................. 22 工作部件基本參數(shù)的選擇 ........................................... 22 工作部件切削土壤的力 ............................................. 27 發(fā)動機(jī)功率的確定和底盤的選擇 ..................................... 28 小型自動耕地機(jī)設(shè)計(jì) 2 鏈刀式 耕地機(jī) 的整體參數(shù)計(jì)算與確定 ................................. 31 耕地 器的結(jié)構(gòu) ..................................................... 32 耕地 器的結(jié)構(gòu)分析 ............................................... 32 耕地 器的工作原理 ............................................... 33 4結(jié)論與展望 ......................................................... 34 結(jié)論 ............................................................. 34 觀察研究后根據(jù)鏈?zhǔn)?耕地機(jī) 的傳動環(huán)境與切削的分析提出見解 ........... 34 根據(jù)土壤介質(zhì)鏈傳動的特點(diǎn)提出見解 ............................... 34 土壤質(zhì)地、濕度、硬度對土壤介質(zhì)鏈傳動的影響 ..................... 35 研究后對 耕地 鏈傳動的切削分析 ................................... 35 根據(jù)分析改進(jìn) 耕地 鏈傳動的方式為逆時(shí)針切削方式 ................... 36 寫論文的感受 ..................................................... 36 參考文獻(xiàn) ............................................................. 38 致謝 ................................................................. 39 3 1 緒論 國內(nèi)外耕地機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 耕地機(jī)的歷史悠久，早期的犁鏵工具 [1]就是耕地機(jī)的雛形，只不過沒有動力驅(qū)動。到了上世紀(jì) 50 年代開始，伴隨著機(jī)械化的普及，而且在一些相關(guān)的部件和結(jié)構(gòu)原理沒有成型和系統(tǒng)的研究戰(zhàn)后的發(fā)達(dá)國家開始使用機(jī)械耕地機(jī)進(jìn)行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè)，大大提高了勞動生產(chǎn)率。現(xiàn)在隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和日益增多的工作要求，耕地設(shè)備的研究走進(jìn)了一個新的時(shí)代，較為成型的耕地設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但國內(nèi)的耕地機(jī)的研究和使用起步比較晚。到了 60 年代，旋轉(zhuǎn)式耕地機(jī) [2]已發(fā)展成為一種先進(jìn)的連續(xù)挖土機(jī)械。 適宜開挖梯形截面的農(nóng)用溝渠。由于它牽引阻力小，能均勻散耕地內(nèi)土壤，工作效率高， 全套圖紙，加 153893706 因而獲得迅速的發(fā)展和廣泛的使用。耕地機(jī)在歐洲、美洲各發(fā)達(dá)國家和亞洲的日本等國廣泛的應(yīng)用在土方施工領(lǐng)域，僅美國年需求量就達(dá)數(shù)千臺。耕地機(jī)發(fā)達(dá)的國家主要有德國、意大利、美國、俄羅斯和日本等國。前蘇聯(lián)、意大利、法國和西德等國都有不同型號的系列產(chǎn)品，有的遠(yuǎn)銷國外。從 70 年代末期開始，以鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的研究逐漸興起，到了 80 年代中期，美國等國已經(jīng)有了較為成型的鏈?zhǔn)礁卦O(shè)備。隨著改革開放的小型自動耕地機(jī)設(shè)計(jì) 4 不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)全面啟動，城市土方施工工程規(guī)模越來越大，各方面都面臨著巨大的挖溝工作量。經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，在耕地機(jī)應(yīng)用方面，以其生產(chǎn)效率高，成本低，設(shè)備簡單，組裝方便，多為懸掛于農(nóng)用拖拉機(jī)后端 的可拆卸設(shè)備而被廣泛應(yīng)用。其工作效率突出，且擴(kuò)大了使用范圍，隨著電信事業(yè)廣播光纜的鋪設(shè)需要，鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的使用更為廣泛，目前已經(jīng)在多個領(lǐng)域使用，比如，在狹窄的果園，以及在海底耕地機(jī)也有了重要的應(yīng)用。 我國耕地機(jī)發(fā)展 我國耕地機(jī)械起步較晚，經(jīng)歷了從犁鏵式耕地機(jī)、圓盤式耕地機(jī)、螺旋式耕地機(jī)和鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的四個發(fā)展歷程。在我國除極少數(shù)單位引進(jìn)國外的連續(xù)式耕地機(jī)外 ,國產(chǎn)耕地機(jī)仍處于設(shè)計(jì)研發(fā)的初步階段。 首先，在上世紀(jì) 50 年代主要是犁鏵式耕地機(jī)。這種耕地機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，零部件少，單位功率低，生產(chǎn)率高，作業(yè) 成本低，耕地深度為 30cm 到 80cm。主要缺點(diǎn)是機(jī)體笨重，牽引阻力大，犁鏵入土后，土垡隨翻土板曲面上升，翼板將土推向兩側(cè)，側(cè)壓板將溝壁壓緊，形成梯形斷面的溝 [3]。 然后，到了上世紀(jì) 70 年代又出現(xiàn)了圓盤式耕地機(jī)，它以兩個高速旋轉(zhuǎn)的銑削圓盤，圓盤周圍是銑刀，一般以 75 馬力到 100 馬力拖拉機(jī)牽引工作，前進(jìn)速度 50m/h 到150m/h，應(yīng)用較廣，牽引阻力小，適應(yīng)性強(qiáng)，作業(yè)質(zhì)量好，但行走慢，傳動復(fù)雜，結(jié)構(gòu)龐大，制造工藝要求高，單位功率消耗大，生產(chǎn)率比犁鏵式耕地犁低，它的耕地?cái)嗝媸巧峡趯挏系渍牡固菪?，配套動力?求選擇功率大而行駛速度低拖拉機(jī)。由黑龍江建設(shè)兵團(tuán)三師十八團(tuán)研制的單圓盤耕地機(jī)簡圖 [3]。 接著，上個世紀(jì)九十年代主要以螺旋耕地機(jī)為主，江蘇省農(nóng)機(jī)局技術(shù)中心研制的1KLZ27 型螺旋耕地機(jī)采用立式螺旋耕地刀具，耕地部件為直接安裝在一根直立軸管上的兩組螺旋刀片，集立銑、周向提升、螺旋葉片慣性拋散等原理于一體，使耕地過程中的切削、提升、拋散一次完成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 。該機(jī)工作時(shí)土塊呈條狀沿螺旋線導(dǎo)向兩面拋落，以圓錐對數(shù)螺線為基礎(chǔ)的立錐式刀具，增強(qiáng)了對不同區(qū)域、不同土質(zhì)的適應(yīng)性，刀片采用組合式結(jié)構(gòu)，刀柄 、刀刃選用不同的材料，提高了使用壽命 [4]。 5 1三角帶（三條） 2附加大皮帶盤 3三角帶（一條） 4機(jī)架 5尾輪 6擋土柵 7括泥板 8耕地具 圖 1KLZ27 型螺旋耕地機(jī)簡圖 發(fā)展到 1999 年，在天津工程機(jī)械研究所開發(fā)研制出了 GC65G 型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)。該機(jī)的主要參數(shù)如下：拖拉機(jī)型號為 TN654L，發(fā)動機(jī)功率為 48KW，主機(jī)額定牽引力為 18KN，最小轉(zhuǎn)彎半徑為 4500mm，耕地最深為 1800mm，最寬為 400mm，寬可通過更換挖掘鏈節(jié)來調(diào)節(jié)，挖掘鏈速為 ，回填鏟寬度為 1800mm，總體尺寸為長 7500mm，寬 2230mm，高 2860mm。它是由鏈條帶動多片鏟高速小厚度切削，主機(jī)低速前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)挖掘作業(yè)。該機(jī)進(jìn)行挖土工作時(shí)，將土帶到溝面上，并擠向兩側(cè)，螺旋葉片形狀的排土輪由鏈輪驅(qū)動，向兩側(cè)分土，清溝器端部設(shè)有浮動刮產(chǎn)，可將散土收回刀鏟處，刮平溝底 [5]。 于此同時(shí)在國內(nèi)進(jìn)行鏈?zhǔn)礁貦C(jī)研究的還有西北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院的楊有剛、劉迎春，他們在 2021 年研制的在滾子鏈鏈板上加鏈刀附件的耕地機(jī) [6]。 2021 年中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院耕作種植機(jī)械研究所的一種 1K（ Kz） 30 型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)如圖 所示。它主要由齒輪箱、傳動鏈、耕地切削刀和分土器等組成?？梢娺@種鏈?zhǔn)礁貦C(jī)也是在滾子鏈基礎(chǔ)上形成，這種形式的耕地機(jī)對土壤的性能要求較高，遇到帶有沙石的土壤很難作業(yè)，耕地比較寬，消耗功率大，深度也不夠，鏈條易磨損疲勞失效，使用壽命也達(dá)不到預(yù)期的效果 [7]。 小型自動耕地機(jī)設(shè)計(jì) 6 國外耕地機(jī)發(fā)展 國外最早生產(chǎn)耕地機(jī)的國家主要是美國和前蘇聯(lián)。其發(fā)展過程大致也是從犁鏵式開始的，目前主要是鏈?zhǔn)礁貦C(jī)。在國外 ,耕地機(jī)的使用已經(jīng)非常普遍 ,許多地下公用設(shè)施施工都用專業(yè)耕地機(jī)以下簡單介紹幾個國外的鏈?zhǔn)?耕地機(jī)來說明在國外耕地機(jī)的特點(diǎn)及大至發(fā)展方向。 國外耕地機(jī)的種類很多，適應(yīng)各種不同施工的需要。最小的耕地機(jī)功率僅有幾千瓦，最大的功率達(dá)到 1100kW，質(zhì)量 136t。國外專用耕地機(jī)需求量逐年增大，僅美國就有 Ditch Witch、 Vermeer、 Case、 Roccaw、 Trencor Jetco、 Eagle、 Tesmec、 Cleveland 和 Carptal 等十多家公司生產(chǎn)耕地機(jī)，共有一百多種 [1]。僅以幾家有代表性的公司產(chǎn)品為例說明其發(fā)展和研究狀況。 美國 CASE 公司挖溝機(jī)。美國的 CASE 公司 成立于 1842 年，由發(fā)明家 Jerome I① ncrease Case 建立。 CASE 公司經(jīng)過 100 多年完善，現(xiàn)已發(fā)展成為全世界處于領(lǐng)軍地位的中、小型建筑工程機(jī)械設(shè)備制造商。 圖 耕地機(jī) 美國傳特公司的 65型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)，如圖 所示。耕地傳動系統(tǒng)采用多級變速器，CAT 發(fā)動機(jī)，型號 65型耕地鏈條驅(qū)動，重型機(jī)械驅(qū)動，高扭矩，低速度以達(dá)到最大切割齒、挖掘深度、增強(qiáng)生產(chǎn)力和延長切割齒壽命，具有牢固的組合式耕地臂，獨(dú)特的可更換的耐磨鋼板系統(tǒng)和鏈輪，方便單雙鏈條的應(yīng)用，重型獨(dú)立驅(qū)動履帶，三段式 履帶伴側(cè)固定，可升降駕駛室，密封性好，舒適的空調(diào)設(shè)備。控制器、計(jì)量表、和感應(yīng)器及駕駛 7 室的升降應(yīng)用最新技術(shù)，視野好，駕駛舒適安全 [8]。 法國“馬萊”公司是一家專門生產(chǎn)、租賃埋地電纜和管線鋪設(shè)設(shè)備的公司。無論是城市道路、公路、鐵路、山路、河岸等伴埋電纜或管道，都可以使用馬萊的耕地、鋪設(shè)聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行快速施工。其鋪設(shè)速度 ～ 2km/h，可以實(shí)現(xiàn)正挖，側(cè)挖，低噪音，無揚(yáng)塵環(huán)保作業(yè)。它的耕地機(jī)寬度窄，最大限度減小對交通的阻礙破壞。它的真空吸塵式耕地機(jī)，可以邊耕地邊吸渣土和塵土，是城市環(huán)保型的先進(jìn)作業(yè)機(jī)器。圖 “馬萊”公司生產(chǎn)的 SM550C 型鏈?zhǔn)礁貦C(jī) [9]。 可見，國內(nèi)耕地機(jī)的研究，現(xiàn)在多數(shù)還局限在犁鏵、螺旋式耕地機(jī)方面，但是，這種設(shè)備不能切挖陡直窄深溝。中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院耕作種植機(jī)械研究所了一種 1K（ Kz） 30 型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)，不過未見其鏈?zhǔn)礁貦C(jī)傳動機(jī)理及仿生的研究。并且，這種耕地機(jī)鏈條和鏈輪齒的嚙合與非土壤介質(zhì)中的嚙合傳動方式?jīng)]什么區(qū)別，仍然是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合傳動方式。未能掌握了土壤介質(zhì)中鏈傳動機(jī)理，未能表明考慮減少嚙合阻力的結(jié)構(gòu)框架，不能減少土壤介質(zhì)的移動阻力，不能達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。 國外耕地機(jī)的研究，從掌握的資料上可以看出，鏈?zhǔn)礁貦C(jī)也只是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合方式。并且國外