【正文】 械傳動式壟向區(qū)田筑擋機的仿真 ............................................................................20 7 結論 ............................................................................................................................21 參考文獻 ........................................................................................................................22 致 謝 ............................................................................................................................23 機械傳動式壟向區(qū)田筑擋機的設計與仿真 1 1 前言 本研究的目的與意義 壟向區(qū)田 的 技術 原理 黑龍江省坡耕地有 400 萬 hm2，約占全省總耕地面積的 50%。壟向區(qū)田技術對土 擋 尺寸、距離、攔蓄雨水的能力等在理論上進行了分析、計算， 建立了 最佳 擋 距數(shù)學模型，提出了在生產中的農藝要求和運用技術，并經過了生產實踐的驗證。 針對水土流失日益 嚴重的問題提出采用壟向區(qū)田水土保護措施進行治理。 東北農業(yè)大學學士學位論文 學號： A0708254 機械傳動式壟向區(qū)田筑 擋 機的 設計與仿真 學生姓名：王榮輝 指導教師： 所在院系：工程學院 所學專業(yè)：機械設計制造及其自動化 研究方向：機械設計 東 北 農 業(yè) 大 學 中國 所謂 壟向區(qū)田 就是在坡耕地的壟溝內或在平耕地作物間修筑小土 擋 ，將長長的壟溝或長長的行間截成許多 小區(qū)段，以土 擋 攔截降水，以小區(qū)段（淺穴）貯存雨水，直到淺穴中的雨水全部滲入土壤，成為土壤水或深層土壤水，地面便沒有了徑流，這樣就解決了強降雨和土壤滲透慢的矛盾 ， 避免土壤被徑流沖走，保證了土壤的結構和肥力的有效性， 起到保水、保土、保肥的作用 。 針對 壟向區(qū)田筑 擋 技術， 機電式壟向區(qū)田筑 擋 機 被發(fā)明并設計出來 ，近而在機電式壟向區(qū)田筑 擋 機的基礎上提出了機械控制筑 擋 機的可行性，并設計了機械式壟向區(qū)田筑擋 機。這些坡耕地自開墾以來，多采取順坡壟種植，水土流失嚴重。尤其是它的作業(yè)簡易易行，不占耕地面積，動土量少，成本低，而且在筑 擋 當年即可增產 20%以上，甚至成倍增產。 壟向區(qū)田技術的應用范圍 壟向區(qū)田的適用范圍很廣泛，橫坡坡壟，順坡坡壟，橫順坡壟兼有的坡耕地，漫崗地，平川地，皆適合。一般所說的平川地很少是一點坡度都沒有的，由于腳踩和機具行走、作業(yè)，常使地面宏觀平坦、微觀起伏，即大平小不平，因此在降雨或噴灌時，就看出有小的徑流，使地面水層厚度不均勻，作物旱澇不均。壟作地應用壟向區(qū)田技術最方便。如有坡度的梯田、坡地茶園、退耕還林的幼林地、漫坡草原 、灌溉蔬菜地均可應用壟向區(qū)田技術。 研究機械傳動式壟向區(qū)田筑 擋 機的意義 之前，東北農業(yè)大學已經研制出了 1QD 型機電式壟向區(qū)田筑 擋 機， 1QD 型壟向區(qū)田筑 擋 機是東北農業(yè)大學研制開發(fā)的 一項專利產品，屬國內首創(chuàng)，是推廣壟向區(qū)田水土保持技術的配套機具。最后，電控裝置的維護不如機械的方便和直觀，不易被農民所掌握，不如機械的可靠性高。美國在 20 世紀 70 年代由 w． M． Lyle 和 D． R． Dixon 研制了兩種筑 擋 機具，在機具前部裝有開溝的工作部件開溝，后用起落鏟或四葉板翻轉鏟摟取溝中的松土，完成筑 擋 作業(yè)，工作部件都是由液壓裝置控制的。國外的淺穴耕作等防止坡耕地水土流失的機具多應用在坡度較小的平作耕地，對 擋 距也沒有根據不同坡度提出定量的要求，且機器的結 構復雜、質量較大、成本高，每組筑 擋 部件約 150～ 300 美元，不適于我國壟作耕作的壟向區(qū)田作業(yè)。該機型已經取得了國家實用新型專利。因此，研究機械控制很有必要。 機械傳動式壟向區(qū)田筑擋機的優(yōu)點 機械控制安全可靠，因 為地輪驅動可以產生較大的驅動力，能夠充分保證轉臂的正常開啟和關閉，不會造成四葉板翻轉鏟的連翻和不翻。 機械傳動的缺點 1） 相比液壓傳動和電控，機械傳動不具有科技性，略顯過時。而本論文的研究方向即是，在 1QD 壟向區(qū)田筑 擋 機的原理基礎上，將原有的機電傳動控制部分轉變?yōu)闄C械傳動控制裝置，從而解決 機電傳動控制的不利因素，使筑 擋 機的主要工作原理不發(fā)生改變，使筑 擋 機工作過程更加的簡便且不必過度耗費電力 ，并且簡化對機械的維護，從而大幅的提高 筑 擋 機的工作可靠性。在以上過程中，地輪與地面做純滾動，帶動凸輪轉動 ，同時凸輪對轉臂的另一端施力，當凸輪與轉臂的接觸點為行程的最高點時，轉臂發(fā)生較大幅度的擺動，帶動 轉臂帶有擋滾的一端產生相對位移，使擋滾與四葉板脫離，此時四葉板翻轉； 當凸輪經過最高行程之后，轉臂在自身重力和復位彈簧的復合作用下復位，滾輪繼續(xù)擋住下一個鏟板，此時四葉板翻轉鏟翻轉 90176。攔蓄效果及土 擋 能承受雨水壓力的能力與土 擋 結構（高度、頂部厚度及土壤緊密程度）密切相關。 NMyhP 2/)2246( 22 ?????????? 式中， P 為作用在土 擋 側面的推力； h 為土 擋 高度； y 為水的容積重量； M 為存儲雨水的土 擋 面的平均高度。為了避 免新修筑土 擋 中存在部分空隙對土 擋 牢固性產生影響，設計出的土擋 頂部厚度為 14cm，土 擋 底部寬度為 45cm。時， 土 擋 的重力等于 或 ，遠大于 。在土 擋 結構一定的情況下，根據坡度合理配置土 擋 間距可提高淺穴蓄降雨的能力，因此要使單位面積上能攔蓄最多降雨，就應采取最佳 擋 距。經比較發(fā)現(xiàn)，同一坡度下以最佳 擋 距方式筑 擋 比最大 擋機械傳動式壟向區(qū)田筑擋機的設計與仿真 7 距方式筑 擋 攔蓄降雨能力要強 。 圖 23 不同坡度的最佳擋距表和承受 29 mm/10 min雨強的時間表 臨界坡度選擇 將于引起水土流失的主要因素是瞬時雨強與降雨時長。如果某一坡度的可攔蓄雨量為 29mm 或承受時間為 10min，那么這個坡度就是運用機械傳動式壟向區(qū)田筑 擋 機的臨界坡度。的坡耕地上，采用 擋 距為 160cm時所應用的 機械式壟向區(qū)田筑 擋 機作為主要研究目標。 因為 擋 距的大小與地輪帶動凸輪運動有關，所以地輪的運動時間 （運動軌跡） 需要相對準確的保證 ，而地輪在土地中需要進行純滾動，所以要盡量減小地輪的滑轉，使之與地面進行純滾動。 圖 31 地輪的仿真 因為，地輪與地面做純滾動，所以需要具備較高的耐磨能力，所以地輪的材料選擇耐磨鋼 ZGMn131，加工方式采用立銑的加工方式。四個葉片只需緊固在 2525 的帶孔的四方槽鋼上，就可形成互 成 90 度的四片翻轉鏟。 機械傳動式壟向區(qū)田筑擋機的設計與仿真 10 圖 34 葉片的仿真 凸輪的設計 凸輪輪廓計算數(shù)學模型 設計的 設計的凸輪機構為滾子擺動從動件平 面凸輪機構，綜合考慮載荷、速度、工況條件、經濟性等多方面的要求，從動件的運動規(guī)律采用等加速等減速運動規(guī)律。凸輪轉過 ? 角時，可列出矢量方程 ? ? ? ?? ????????? ???? ?? bbb jjj eee ABOAB LLB 其中 b? 和 b ? 是起始位置角 ? ???? ,02a rc c os bb222bb ????????? ??? OA ABOALR LLR ? ???? ,02a rc c os b2b22b ????????? ???ABOAABOA LL RLL 從而可以求得凸輪的理論輪廓坐標為 ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?? ? ? ?? ???????????????????????????????BABBOAABOAABOABLLLLLL??????????????????????bbbBbbbbbbc o sc o sc o sc o ss i ns i na r c t a n ? ??? 2,0 ?B 凸輪實際輪廓曲線上 K 點的極坐標矢量可由矢量三角形 OBK 確定，同理可以求得凸輪的實際輪廓極坐標為 機械傳動式壟向區(qū)田筑擋機的設計與仿真 12 ? ?? ???????????????????????????????2,02c o sc o s2c o sc2s i ns i na r c t a n?????????????????????????? ?????????????????????????????????? ?????????????????? ??????KKbbrKBBKbbrBBbbrBBKRRosR 優(yōu)化求解 (1) 參數(shù)確定 為了滿足筑擋機作業(yè)要求，實現(xiàn)在時間上對四葉板翻轉鏟翻轉的準確控制，避免在作業(yè)過程中出現(xiàn)連翻和不翻現(xiàn)象，保證工作可靠性，液壓馬達控制機構凸輪的設計參數(shù)如下：擺桿角度沖程為 176。；推程許用壓力角為 35186。 在滿足設計參數(shù)的前提下，為保證凸輪運動不失真，最小曲率半徑必須大于滿足從動件運動要求所得到的最小值 10mm，同時必須滿足許用壓力角的要求。 機械傳動式壟向區(qū)田筑擋機的設計與仿真 13 圖 36 凸輪輪廓曲線 結構設計與仿真 將在 CAD 中繪制的凸輪輪廓曲線導入 Pro/E，用 Pro/E 軟件繪制出凸輪三維實體模型如圖 37 所示。~18186。如圖 39 所示，曲率的最大值為 ，故最小曲率半徑為 ，滿足要求。在機架中部，加一道橫梁，中間有一 Φ13 的孔。 其結構如圖 41 所示。 其材料選擇 45 鋼，通過沖壓技術獲得工件 ，焊接方式選用手工電弧焊。 圖 51 四葉板死點位置受力簡圖 以擺桿為研究對象，列平衡方程得 ? ? 0xF bxax