【文章內(nèi)容簡介】 z? 角的時間 ts內(nèi) ,旋耕也輥前進的距離 , z 是刀盤上同一切削面上刀齒的安裝數(shù)量 .可計算為： S=vmt=2 mvz?? = 2 mvRzR? ? =60mvzn （ 1） 式中： vm機器前進速度， m/s； t機組前進時間， s； z同一旋轉(zhuǎn)切削面刀片數(shù)； ω 刀輥角速度， rad/s； n刀輥轉(zhuǎn)速， r/min； s切土進距， m 垡片的厚度及土壤破碎程度由 S 值確定，因此切土進距的大小直接影響碎土質(zhì)量。圖 3 正轉(zhuǎn)開溝土壤垡片形成示意圖 The sketch map of the soil slice forming in positive ditching o o 1AhsBν mωω tsν m txyh △ 12 由上式知，降低機能前進速度、提高刀軸轉(zhuǎn)速、增加每切割小區(qū)內(nèi)的旋耕刀數(shù)，都能減少切土 進距，提高碎土質(zhì)量。但機組前進速度過慢，生產(chǎn)率底；刀軸轉(zhuǎn)速過快，機組的安全性能降低；刀數(shù)增加，刀間空隙度小，容易纏草堵泥。因此，切土進距不能設計過小，一般在中等粘度的土壤（含水量 20%30%）中作業(yè) ,正轉(zhuǎn)作業(yè)切土進距 4— 6cm左右 ,耕作質(zhì)量即能滿足農(nóng)藝要求。現(xiàn)取較小值 4cm 進距作計算，拖拉機行使速度一般采用一檔操作，其速度為 ，代入公式中，得： Z= 60 60 1. 1 10 000. 04 26 0 36 00vmsn ???=（片） 圓整計算結(jié)果，選取單位切割面上刀片數(shù)量為 2片。 刀片直徑計算 刀片最大切削半徑 Rmax ： Rmax 的確定與設計耕深和傳動箱結(jié)構(gòu)有關，耕深增大，要求 R 增大，切削扭矩也隨之增大，因此在滿足耕深的要求及傳動箱結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下， Rmax應盡量取小值。 刀片切土寬度 b(工作幅寬 )： b的大小影響旋耕機的工作質(zhì)量及功率消耗，若 b增大，旋耕刀滾的刀片數(shù)減少，則相鄰刀片問距增大，有利于減少堵塞現(xiàn)象，功率消耗不變，但碎土質(zhì)量差，為了保證碎土質(zhì)量，就要減小機器的行進速度，故 b不宜過大。 為了保證耕深及適宜的刃口長度，刀片切削半徑 Ro的大小可由下式確定： 2 2 20 m a x m a x2 2 2 2 0R R S S R a a m m? ? ? ? ? （ 2） 式中： S—— 刀片最大進給量， mm； a—— 最大設計耕深， mm。 正切面回轉(zhuǎn)直徑取決于最大開溝深度 hmax，刀軸傳動箱尾部圓角半徑 r，開溝機處于最大開溝深度時傳動箱底部離地間隙δ 1，刀軸中心與變速箱的距離 L 和正切面與變速箱的安全間隙δ 2 [22]，如下圖： 圖 4開溝結(jié)構(gòu)尺寸示意圖 Fig .4 The sketch map of the structure of ditching DhmaxrLδ1δ 1 13 其數(shù)學表達式為； R≥ hmax+r+δ 1 R≤ Lδ 2 在 藍天 1dn4 型 多功能農(nóng)用微型耕作機 上，各參數(shù)的取值為： hmax=160mm； r=； L=280mm。δ 1=20mm；δ 2=10mm。 計算得： ≤ R≤ 270 為提高拋土距離，盡量選取較大的旋耕半徑，因此取最大回轉(zhuǎn)切削半徑 R回 為 270mm. 刀片正反轉(zhuǎn)的確定 旋耕機的刀片，無論其為何種形狀，它在工作時的絕對運動均由兩種運動合成。一種運動是由于安裝刀片的軸轉(zhuǎn)動時刀 片繞軸心旋轉(zhuǎn)所形成的圓周運動，另一種運動是機器不斷前進時所具有的直線運動。旋耕機在工作時，這兩種運動同時在刀片上產(chǎn)生，刀片的絕對運動是這兩種運動合成的結(jié)果。 正轉(zhuǎn)旋耕 —— 旋耕機的刀輥的旋轉(zhuǎn)方向和拖拉機前進時輪子的轉(zhuǎn)向相同，旋耕刀由地表向下切土，刀輥的切土反力的水平分力與拖拉機前進方向一致。 反轉(zhuǎn)旋耕 —— 旋耕機的刀輥的旋轉(zhuǎn)方向和拖拉機前進時輪子的轉(zhuǎn)向相反，旋耕刀由已耕土中入土，從底部開始往上切土，刀輥的切土反力的水平分力與拖拉機前進方向 相反。 為了提高開溝質(zhì)量和耕種機的附著性能，采用正轉(zhuǎn)切削方式 ??22 。 刀盤轉(zhuǎn)速 采用旋耕機自身的鏈傳動，根據(jù)相關文獻得：開溝需要的刀盤轉(zhuǎn)速要求為 200～300r/min， 本旋耕刀盤設計 轉(zhuǎn)速 為 300 r/min，以滿足開溝拋土的要求。線速度計算如下： u=ω 1R=(300 2/60) =(m/s) 滿足 開溝和覆土性能。 刀盤結(jié)構(gòu)及刀片布置原則 刀盤結(jié)構(gòu) 由前面刀片直徑計算得出，刀盤最大回轉(zhuǎn)半徑 R 回 =270mm，彎刀最大工作半徑Rmax=245mm，因此刀盤直徑要略大于原彎刀安裝尺寸。具體尺寸如圖：刀盤最大直徑 14 R0=220mm，刀盤上刀座布置中心圓直徑 R1=95mm，刀盤內(nèi)圓直徑取 R2=52mm 略大于刀軸外徑。 由前面計算得出同一切削面上刀片數(shù)量為 1～ 2 片，考慮到在近溝邊兩側(cè)的拋土能力較中間強，在刀盤最外側(cè)各安裝兩片，靠近刀盤中間的兩切削面各安裝一片刀片，共 6片彎刀。同時為了方便刀盤在旋耕軸上安裝，采用哈夫式刀盤對接安裝，如圖示，左右刀盤通過焊接的鋼板用螺栓連接，整個刀盤通過定位孔用螺栓與刀軸上的刀刀座固定在刀軸上。為增加彎刀片的縱向切削面， 在刀盤上左右兩邊橫向焊接了 U 型鋼，向外擴展了兩個切削面，即由緊貼刀盤的兩個切削面增加到四個切削面。 另外，為使得開出的溝型整齊，在刀軸原有刀座上，開溝刀盤兩側(cè)各加裝一片切壁刀，以利于溝壁光潔成型。切壁刀為一直面弧形刀，弧形刀最大回轉(zhuǎn)直徑 R 略大于開溝刀盤最大回轉(zhuǎn)直徑（ R 回 ） 2～ 3mm，結(jié)構(gòu)如下圖示。 1234R 2R0R 1 圖 5刀盤結(jié)構(gòu)圖 The structure of blade installing disc 1， U型鋼 2，刀座 3，連接鋼板 4，定位孔 刀片布置原則 刀片 布置原則： 同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，若配置兩片以上的刀齒，每片刀的進距應相等，使之切土均勻； 整個刀軸回轉(zhuǎn)一周的過程中，在同一相位角上，應當只有一片刀入土，以保證工作穩(wěn)定和刀軸負荷均勻。 左刀和右刀應盡量交替入土，以保證刀輥的側(cè)向穩(wěn)定。 安裝方式為左右彎刀各置于刀盤兩側(cè)，保證每隔 60 角有一刀片入土，且保證左右交替入土，以利于刀盤的受力穩(wěn)定均衡。基本按照上述規(guī)則安置刀片見下圖。 0176。360176。120176。240176。刀片排列順序左彎左彎左彎右彎右彎右彎0 1 2 3 4刀片入土順序 15 開溝鏟 為了將已切削的土壤拋出溝底，必須將土壤的水平后拋 改為上拋，為此加裝一個圓弧形開溝鏟，圓弧和刀盤為同心圓，如下圖示。 圖 7開溝鏟結(jié)構(gòu)圖 The structure of ditching spade 開溝鏟與刀盤刀片回轉(zhuǎn)面間的間隙盡量取較小值，一般為 1～ 。開溝鏟安裝位置要求：最低點略低于刀盤最低點，保證將溝內(nèi)的土壤拋干凈；水平最高點基本和旋耕刀盤圓心位置平齊，有利于提高土壤拋擲高度，延長拋土行程，保證足夠的拋土寬度。 擋土板 從溝面開始拋出的土壤，由于各方面的因素，會導致部分拋出土壤走向的不確定性，以及對操 作的安全性，必須加裝一個弧形擋板，如下圖示，在略高于刀盤旋轉(zhuǎn)的最高點處安裝，擋板的圓弧半徑取較大值： 1～ ，擋板間的夾角為 80○ ～ 90○ ，安裝擋板的作用有利于土壤橫向拋土距離的作用。 16 圖 8 擋土板結(jié)構(gòu)圖 The structure of earthblocked plate 7 關鍵零部件校核計算 齒輪傳動設計與校核 選擇最后一級傳動的齒輪進行設計計算 齒輪相關參數(shù)的選擇 選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）根據(jù)設定的傳動方案 ，采用軟齒面 直齒輪傳動 。 2）由于此機構(gòu)中齒輪傳動為低速級齒輪傳動，速度不高，故選用 7 級精度 3）材料選擇：小齒輪材料為 20CrMnTi，滲碳淬火，硬度為 300HBS，大齒輪材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，二者材料差為 60HBS。 4） 取小齒輪齒數(shù) Z1=20， 則大齒輪齒數(shù) Z2=iZ1= 20=48，取 Z2=48 按齒面接觸疲勞強度設計 設計計算公式： ? ?? ? 2131 2 tEtdHK T u Zdu ???? (13) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) ? 2）計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩 5 33 10 PT n?? (14) 17 559 5 .5 1 0 3 .7 7 2 53001 .2 1 0 N mm???? ? ? 3）由參考文獻 [2]表 107 選取齒寬系數(shù) 1d?? 4）由參考文獻 [2]表 106 選取材料的彈性系數(shù) MPa? 5）由圖 1021e 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 lim 1 1650H MPa? ? ，大齒輪的接觸疲勞強度極限 lim 2 550H MPa? ? 6）由式： 1160 hN n jL? (15) 計算應力循環(huán)次數(shù) 設該齒輪的工作壽命為 12 年，每年工作 180 天，每天 10小時，則 ? ? 81 6 0 3 0 0 1 1 2 1 8 0 1 0 3 . 8 8 8 1 0N ? ? ? ? ? ? ? ? 882 3 . 8 8 8 1 0 3 . 2 7 7 1 . 1 8 6 1 0N ? ? ? ? ? 7）由參考文獻 [2]圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 1 ? ； 2 ? 8）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%， 取安全系數(shù) S=1。由式 ? ? limHN HH K S?? ? 得 (16) ? ? 1 l im 11 0. 97 16 50 16 00 .5H N HH K M P aS?? ? ? ? ? ? ? 2 l im 22 1 .1 0 5 5 0 6 0 5H N HH K M P aS?? ? ? ? ? 計算尺寸： 1）試算小齒輪分度圓直徑 1td ，代入 ? ?H? 中較小的值 ? ?2333 t EtdHKT Zudu ??????? ????? ?? ?? (17) ? ?523 10 1 189 . 1 605 mm? ? ? ? ?????? 2）計算圓周速度 ? 33 64 .7 30 0 1. 02 /60 10 00 60 10 00tdn ms? ?? ??? ? ???