復(fù)式耕整機(jī)的設(shè)計-整地機(jī)【2張CAD圖紙+PDF圖】
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黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計
摘 要
為了解決傳統(tǒng)整地機(jī)所不能完成的多項(xiàng)作業(yè)的問題，在研究分析傳統(tǒng)整地機(jī)的基礎(chǔ)上，研制出可與大馬力拖拉機(jī)配套的新型復(fù)式耕整機(jī)。復(fù)式耕整機(jī)是一種多功能的土壤耕作機(jī)械，與大功率拖拉機(jī)配套作業(yè)時，首先對根茬進(jìn)行粉碎還田，然后對壟頂位置進(jìn)行深松，其后進(jìn)行鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)，從而可以打破犁底層，提高土壤透氣、透水性能，提高土壤抵抗自然災(zāi)害能力，一次耕整地作業(yè)使田面達(dá)到待播狀態(tài)，機(jī)具應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
關(guān)鍵詞：復(fù)式耕整機(jī)；滅茬；深松；
V
Abstract
In order to solve a number of operations of traditional tillage machine can finish the problem, based on analysis of traditional tillage machine, developed a new type of compound can be matched with a large horsepower tractor tillage machine. Combined tillage machine is a multifunctional tillage machine, and operation supporting large power tractor, first on the stubble crushing returning, and then deep loosening of the ridge top position, followed by repression and many other operations, which can break the plow pan, improve soil permeability, water permeability, improve soil resistance natural disaster ability once the tillage and soil preparation, the surface reach to broadcast state, equipment widely used.
Keywords: multiple tillage machine; stubble; subsoiling;
目錄
摘 要 I
Abstract II
目錄 III
前言 V
1開發(fā)復(fù)式耕整機(jī)的目的和意義 1
2國內(nèi)外復(fù)式耕整機(jī)的發(fā)展動態(tài)、存在問題及發(fā)展方向 2
3總體方案的確定及主要參數(shù)的選擇 4
3.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 4
3.2主要技術(shù)參數(shù) 5
4主要結(jié)構(gòu)部件設(shè)計 6
4.1圓盤耙組件 6
4.1.1圓盤耙片的結(jié)構(gòu)形式 7
4.1.2圓盤耙片的主要參數(shù) 8
4.2深松部件 10
4.2.1鏟柄受力分析及校核 12
4.2.2土壤比阻的確定 13
4.2.3深松鏟水平力和垂直力的測定 13
4.2.4鏟柄的校核 14
4.3鎮(zhèn)壓碎土部件 15
4.3.1鎮(zhèn)壓輥寬度的確定 16
4.3.2鎮(zhèn)壓輥直徑的確定 17
4.4其他部件的設(shè)計 18
4.4.1支撐輪的設(shè)計 18
4.4.2機(jī)架的設(shè)計 18
5結(jié)論 19
參考文獻(xiàn) 20
致 謝 21
附錄 22
前言
復(fù)式耕整機(jī)是一種由多功能的土壤耕作機(jī)械。它的耕作部件為滅茬部件，圓盤耙的切土、碎土能力強(qiáng)，一次耕作能夠達(dá)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(xì)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(jī)進(jìn)地次數(shù)，減輕對土壤壓實(shí)，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機(jī)具投資，提高機(jī)具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術(shù)和免耕少耕技術(shù)的推廣應(yīng)用，復(fù)式耕整機(jī)得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機(jī)的主要配套機(jī)具之一。
到目前為止，復(fù)式耕整機(jī)產(chǎn)品在理論上可以配套58.8－73.5kw的拖拉機(jī)，但實(shí)際上因受傳動系統(tǒng)強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，配套合理范圍僅達(dá)有所減小；耕深亦局限在旱耕12－16cm。20世紀(jì)90年代以來，為適應(yīng)市場需要，有些企業(yè)試圖開發(fā)大型耕整機(jī)，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(jìn)和參數(shù)的優(yōu)化，因而走了彎路。因此，現(xiàn)有復(fù)式耕整機(jī)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)?；a(chǎn)的發(fā)展，水田耕整用寬幅高速型復(fù)式耕整機(jī)成為發(fā)展方向。水田土壤含水率高，抗剪切、抗壓強(qiáng)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(jī)旋耕機(jī)組水耕時，為充分發(fā)揮其功率，實(shí)現(xiàn)高效率、高效益，需要工作幅寬3m以上的寬幅旋耕機(jī)。但寬幅又受到道路行駛和入庫停機(jī)不便的制約。解決途徑有二：一是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2－5km/h提高到4－8km/h。為滿足以上要求，需要改進(jìn)復(fù)式耕整機(jī)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，研制寬幅高速耕整機(jī)及滅茬、深松、鎮(zhèn)壓和深施化肥的復(fù)式作業(yè)機(jī)械。
大功率拖拉機(jī)以其強(qiáng)勁的功率，可以配套大型農(nóng)機(jī)具，配套機(jī)具范圍廣，機(jī)動靈活強(qiáng)；性能可靠，低故障率；與履帶拖拉機(jī)比較，具有油耗低、工作效率高的特點(diǎn)；標(biāo)準(zhǔn)化的耕整地作業(yè)質(zhì)量，為培肥土壤創(chuàng)造了良好的基本條件，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化中扮演重要角色。預(yù)計到 2012 年，黑龍江省將新增大功率拖拉機(jī) 1 萬臺，保有量達(dá)到 2.73 萬臺。為大功率拖拉機(jī)研制配套的寬幅大型聯(lián)合整地機(jī)，可以充分發(fā)揮大功率拖拉機(jī)的作業(yè)效率。因此，為了確保糧食生產(chǎn)安全，發(fā)揮大功率拖拉機(jī)的作用，盡快研發(fā)與大功率拖拉機(jī)配套的寬幅大型耕整地機(jī)具，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化耕整地的作業(yè)效率迫在眉睫。
1開發(fā)復(fù)式耕整機(jī)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(jī)械的發(fā)展一直受到人們的關(guān)注。由于土壤耕作是一項(xiàng)能耗很大的作業(yè)，傳統(tǒng)的旋耕、滅茬等是由好幾種機(jī)型來完成的,多次耕作會對土壤造成破壞，不利于水土保持，消耗較大。這樣既增加了作業(yè)成本又增加了農(nóng)民的負(fù)擔(dān)。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， 研究一種一次作業(yè)可完成滅茬、深松、鎮(zhèn)壓作業(yè)的新型聯(lián)合作業(yè)機(jī), 實(shí)現(xiàn)用一種機(jī)型解決深松、滅茬等幾種機(jī)型的通用問題, 對于減輕農(nóng)民購買機(jī)具的投資負(fù)擔(dān), 便于 使用與維修, 提高機(jī)具利用率, 都具有極其重要的意。于是復(fù)式耕整機(jī)械誕生了。這種機(jī)械之所以引人注目，一是強(qiáng)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。目前廣泛使用的，應(yīng)用前景最好的就是復(fù)式耕整機(jī)。耕機(jī)切土、碎土能力強(qiáng)，一次耕作能夠達(dá)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(xì)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(jī)進(jìn)地次數(shù)，減輕對土壤壓實(shí)，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機(jī)具投資，提高機(jī)具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術(shù)和免耕少耕技術(shù)的推廣應(yīng)用，復(fù)式耕整機(jī)得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機(jī)的主要配套機(jī)具之一。
復(fù)式耕整機(jī)用于未耕或已耕地上的耕整作業(yè)，一次進(jìn)地可完成深松、滅茬、鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)。其中深松作業(yè)要求深松的范圍一般在250mm-350mm之間。具有蓄水保墑、改善土壤結(jié)構(gòu)、優(yōu)化土壤成分、提高作物產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)耕地的可持續(xù)利用的作用。旋耕滅茬部分全幅旋耕作業(yè)一般用于平作地，耕深要求一般為 100-160mm。其次對于復(fù)式耕整機(jī)的開發(fā)主要以在滿足農(nóng)業(yè)要求的前提下盡可能的選取簡單輕便的結(jié)構(gòu)，在原有的結(jié)構(gòu)上要有創(chuàng)新和改進(jìn)。
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2國內(nèi)外復(fù)式耕整機(jī)的發(fā)展動態(tài)、存在問題及發(fā)展方向
目前，水平軸旋耕部件與地輪轉(zhuǎn)向一致的耕整機(jī)，在國內(nèi)外在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，并且旋耕工作部件結(jié)構(gòu)相當(dāng)完善。復(fù)式耕整機(jī)的保有量也增加的很快，為了適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)規(guī)模，為不同機(jī)型拖拉機(jī)配套，生產(chǎn)了作業(yè)幅：為1.25m-2．8m多種型號的復(fù)式耕整機(jī)。如南昌旋耕機(jī)廠的IGN系列多種型號復(fù)式耕整機(jī)，連云港旋耕機(jī)集團(tuán)公司生產(chǎn)的IGE2—210型復(fù)式耕整機(jī)，1C-N-250S型復(fù)式耕整機(jī)等。在黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，使用的機(jī)型還有1GHL一280型松旋起壟機(jī)、1GSZ-210／280型組合式旋耕多用機(jī)、1GZJ一210型旋耕滅茬聯(lián)合整地機(jī)、1GLT-4型松旋滅茬起壟通用機(jī)等。
對于北方旱田壟作地區(qū)氣溫低，春秋整地時間短，多采用單一滅茬或旋耕和滅茬旋耕聯(lián)合整地為主，機(jī)具的耕作幅寬一般在 1.4～2.1 m，配套拖拉機(jī)多以中小功率拖拉機(jī)為主。隨著我國的經(jīng)濟(jì)狀況的不斷提高，支農(nóng)的力度不斷加大，農(nóng)村拖拉機(jī)的整體水平也由中小型向大型轉(zhuǎn)變，進(jìn)口拖拉機(jī)也進(jìn)行了大量引進(jìn)，拖拉機(jī)的整體水平得到了顯著提高，但是與之配套的大型機(jī)具還很缺少，急需加大力度研制和開發(fā)。寬幅滅茬、旋耕聯(lián)合整地機(jī)就是專為 88.2kW 以上的大型拖拉機(jī)配套使用的，因此，從近幾年國產(chǎn)的旋耕機(jī)配套推廣應(yīng)用情況來看，存在一些問題：（1）、拖拉機(jī)動力輸出軸容易損壞：（2）、十字萬向傳動軸使用壽命短：（3）、旋耕作業(yè)性能不穩(wěn)定和容易纏草的問題；（4）、缺少與大功率拖拉機(jī)配套的復(fù)式耕整機(jī)；（5）、作業(yè)性能滿足不了當(dāng)今的農(nóng)藝要求；這些問題的解決有待于進(jìn)行更深入的研究。
機(jī)具通過實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，其作業(yè)效率明顯優(yōu)于其它小型聯(lián)合整地機(jī)，提高工作效率在 20%以上，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)贏得農(nóng)時。深松裝置可以打破多年來因用小型機(jī)具整地形成的犁地層，改良土壤、增強(qiáng)土壤活力，提高土壤抵抗自然災(zāi)害的能力。拖拉機(jī)一次進(jìn)地就可以使田面達(dá)到待播狀態(tài)，節(jié)約作業(yè)環(huán)節(jié)，減少成本投入，節(jié)約能源消耗隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的增強(qiáng)，工作效率和效益的提高，現(xiàn)有的復(fù)式耕整機(jī)的弊端日益突出，已滿足不了農(nóng)藝要求和生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的需要。故對復(fù)式耕整機(jī)的研究有了進(jìn)一步的深化，出現(xiàn)如下幾個方向的發(fā)展趨勢：（1）、向?qū)挿?，高速型?fù)式耕整機(jī)發(fā)展；（2）、向聯(lián)合作業(yè)機(jī)組方向發(fā)展；（3）、向多功能機(jī)方向發(fā)展；（4）、向可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略型發(fā)展；（5）、大型復(fù)式耕整機(jī)需求量有所增加。
3總體方案的確定及主要參數(shù)的選擇
3.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
復(fù)式耕整機(jī)按照工作要求需要完成滅茬碎土、底層深松、及鎮(zhèn)壓碎土等作業(yè)，本機(jī)主要是由牽引架、圓盤耙架、主機(jī)架，圓盤耙組件，地輪組件，深松部件及鎮(zhèn)壓碎土部件組成。如圖3-1所示。
1．牽引架；2．圓盤耙組件；3．圓盤耙架；4．主機(jī)架；5．深松部件；6．地輪組件；7．鎮(zhèn)壓碎土部件
圖3-1 復(fù)式耕整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
由牽引架和主機(jī)架組成主機(jī)框架，用于整機(jī)各部件的聯(lián)接。圓盤耙架與牽引架鉸接，用液壓油缸調(diào)整耙架的上下位置， 圓盤耙組件安裝于圓盤耙架上，利用液壓油缸調(diào)整耙架實(shí)現(xiàn)圓盤耙組件的入土深度，以滿足不同耕深的農(nóng)藝要求。地輪組件安裝于主機(jī)架上，兩個液壓油缸用于升降地輪，完成整機(jī)的升起和降落，運(yùn)輸時整機(jī)升起，作業(yè)時利用地輪陷深，實(shí)現(xiàn)整機(jī)各工作部件的工作深度要求。深松部件安裝于主機(jī)架上，完成深松作業(yè)。鎮(zhèn)壓輪采用牽引的形式與主機(jī)架鉸接，用于鎮(zhèn)壓和碎土。鎮(zhèn)壓強(qiáng)度用安裝于鎮(zhèn)壓順梁上的彈簧調(diào)節(jié)。是將三角形牽引架、X形圓盤耙架、深松機(jī)架、和門形鎮(zhèn)壓器梁架按工藝程序要求進(jìn)行合理組配, 實(shí)現(xiàn)各種工作部件的最佳配置, 同時既可以根據(jù)不同的土壤條件進(jìn)行整機(jī)耕深液壓調(diào)節(jié), 又可以進(jìn)行不同工作部件耕深單獨(dú)液壓調(diào)節(jié), 液壓折疊以實(shí)現(xiàn)寬幅作業(yè)、窄幅道路運(yùn)輸?shù)囊? 提高了土壤條件的適應(yīng)性和工作性能。
3.2主要技術(shù)參數(shù)
根據(jù)作業(yè)速度、效果和防止拖堆堵塞等因素考慮, 配置8個深松鏟, 并按倆排錯位排練，總作業(yè)幅寬3.6m。該機(jī)的工作阻力主要來自于雙排圓盤和深松鏟入土后土壤的反作用力。參考國外試驗(yàn)數(shù)據(jù),雙排圓盤每米耕幅消耗動力8～10kW,該機(jī)幅寬為3.6m, 每個深松鏟消耗動力10～15kW，深松鏟8個,共需消耗動力150kW左右,加上自身行走及輔助部件,按動力系數(shù)1.3計算,共需要動力195kW,按拖拉機(jī)動力配置范圍定為195kW 以上拖拉機(jī)配套使用。該機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表3-1所示。
配套動力
整機(jī)量/kg：
外形尺寸(長×寬×高)/mm
作業(yè)幅寬/m
耙地深度/mm
深松深度/mm
182～220
4050
9400×4000×1000
3.6
80～ 125(可調(diào))
250～ 350(可調(diào))
表3-1 主要技術(shù)參數(shù)
4主要結(jié)構(gòu)部件設(shè)計
4.1圓盤耙組件
耙是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中傳統(tǒng)的翻地農(nóng)具，曾經(jīng)是農(nóng)家必備的農(nóng)具之一。也是中國武術(shù)器械之一，由農(nóng)具演化而來。鐵齒釘耙，耙齒鋒利似釘，攻擊性強(qiáng)，也兼有兵器的作用。因耙可擊，可耙，一度成為軍中最利的武器之一
圓盤耙是根據(jù)耙耕作的原理以成組的凹面圓盤為工作部件，[耙片刃口平面同地面垂直并與機(jī)組前進(jìn)方向有一可調(diào)節(jié)的偏角。作業(yè)時在拖拉機(jī)牽引力和土壤反作用力作用下耙片滾動前進(jìn)，耙片刃口切入土中，切斷草根和作物殘茬，并使土垡沿耙片凹面上升一定高度后翻轉(zhuǎn)下落。作業(yè)時能把地表的肥料、農(nóng)藥等同表層土壤混和，普遍用于作物收獲后的淺耕滅茬、早春保墑和耕翻后的碎土等作業(yè)，也可用作飛機(jī)播種后的蓋種作業(yè)。
圓盤耙按耙的重量除耙片數(shù)的平均機(jī)重分為重型、中型和輕型三種。按耙組的配置方式，圓盤耙又分為單列，雙列；對置式和偏置式等。單列圓盤耙目前已很少使用。對置式圓盤耙的側(cè)向力由左右耙組互相平衡，調(diào)整方便，工作平穩(wěn)，便于左右轉(zhuǎn)彎。但由于后列耙組都向內(nèi)翻土，耙后中間有埂，倆側(cè)有溝。偏置式圓盤耙耙后地面平整，無溝埂，目前應(yīng)用日益增多。所以該機(jī)第1道工序采用雙列單圓盤耙滅茬碎土, 切碎秸稈殘茬, 防止拖堆堵塞, 并減少了深松阻力。雙列單圓盤耙與前進(jìn)方向夾角18°對稱配置, 采用彈性U型聯(lián)接柄與X形耙架相連, 具有很好的越障保護(hù)作用,而耙架又通過平行四桿機(jī)構(gòu)與牽引架聯(lián)接, 工作深度為0～10cm。圓盤耙結(jié)構(gòu)如圖4-1。
雙列對置圓盤將地表的秸稈、根茬及雜草等切斷，保證深松部件和碎土等工作部件的通過性能，同時對地表以下10cm的土壤進(jìn)行耕翻，使地表的土壤全面松動，為播種作業(yè)提供良好的疏松環(huán)境。
1.圓盤耙 2.彈性柄
圖4-1 圓盤耙組件結(jié)構(gòu)圖
4.1.1圓盤耙片的結(jié)構(gòu)形式
圓盤耙片采用球面圓盤，按其外形分為無缺口耙片和有缺口圓盤耙片兩種。無缺口耙片制造簡單、磨刃方便。缺口耙片在外緣有6～12個三角形、梯形或半圓形缺口。入土性能好，切碎土塊和作物殘株的能力較強(qiáng)，多用于重型圓盤耙上。耙片凸面周邊磨刃，缺口耙片的缺口部分也磨刃。缺口耙片易于切斷殘茬，這是因?yàn)槿笨谀軐埐缋肭袛喽幌蚯巴埔?。圓盤耙片的凹面一般為球面，也有錐面，耙片的中心孔一般為方孔，也有圓孔。
4.1.2圓盤耙片的主要參數(shù)
圓盤耙片的主要參數(shù)有耙片直徑D，球面曲率半徑R、扇形中心角2ψ耙片刃角i、隙角ε刃面角(刃面錐底角) ω、耙片厚度δ等(如圖4-2)。
圖4-2耙片的主要參數(shù)
為偏角，即圓盤面與前進(jìn)方向線所成的角；
ω為錐底角，即圓盤面與磨刃面所成之角；
γ為切角，在斷面上過A點(diǎn)作球面的切線與前進(jìn)方向所成的角；i為刃角，過A點(diǎn)的球面的切線與刃面線所成之角，ε為隙角，刃面線與前進(jìn)方向所成之角；ψ為圓盤球心角的一半。
(1)耙片直徑D根據(jù)耙深要求，按下列經(jīng)驗(yàn)公式計算：
（4-1）
式中為耙深(mm)；
K-徑深比系數(shù)，對于一般圓盤耙取4～6，重型耙取3～6，淺耕滅茬耙取5～6。在滿足作業(yè)質(zhì)量的條件下，應(yīng)盡量取下限，以縮小圓盤的尺寸。根據(jù)作業(yè)需求耙深取100mm。
故
耙片直徑還要滿足下述結(jié)構(gòu)要求：
（4-2）
式中 d——間管最大外徑
(2)耙片刃角i如圖4-2，過A點(diǎn)(刃尖)的球面切線與刃面線所成之角，即為耙片的刃角i。刃角i的大小視圓盤的工作情況而定，刃角大時，刃角強(qiáng)度較好，不易損壞，但切土性能較差。刃角小時，切土性能較好，但刃口小圓盤薄，容易磨損。在保證刃口強(qiáng)度條件下，應(yīng)盡量取小值，以減少切土阻力，通常i為14.5°～22°。系列圓盤耙中重型為22°；中型為20°；輕型為14.5°。
(3)耙片的曲率半徑R
R值小的耙片翻土性能較強(qiáng)，但工作阻力增加。R值的選取與耙片直徑D、徑深比K和耙組偏角r等有關(guān)，可按下式公式計算：
（4-3）
或按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取。
故可得≈683mm
(4)耙片的工作隙角εa 。工作隙角是在地表平面與圓盤的截面上，刃面線與前進(jìn)方向所成之角。工作隙角εa 對工作質(zhì)量有直接影響，εa較大時，圓盤人土容易；過小時入土性能較差。但在一般圓盤耙上，由于圓盤的刃口甚薄，人土不困難，故在松軟的已耕地上工作時，有時可以小于零，因
（4-4）
則當(dāng)圓盤耙的偏角a發(fā)生變化時，會引起的變化，εa較小時，εa常為負(fù)值，此時產(chǎn)生圓盤背刃與溝壁的作用，刃面將承受一部分土壤支反力，從而使刃口對土壤的作用減少，這時圓盤的入土性能將變差，從而影響了耙地的深度。
(5)耙片的厚度δ值根據(jù)工作負(fù)荷的大小選取，或用下列經(jīng)驗(yàn)公式計算：
δ=(O．008～O．012)D
在粘重土壤上作業(yè)時
δ=0.008D+1 （mm）
一般常用δ=3.5～6mm。
(6)耙片的間距b從圖4—3中可以看出，在ΔABBˊ中：
（4-5）
式中Dc為圓盤耙片在凸起高度c處的弦長。
因Dc是(D—C)和C的比例中項(xiàng)，故
（4-6）
即
（4-7）
由此可知，間距b與a偏角、耙片直徑D及溝底凸起高度c有關(guān)。但由此計算出的b值往往太小，工作時容易發(fā)生堵塞，故為了既使溝底平坦又不發(fā)生擁土現(xiàn)象，圓盤耙常配置成前后兩列，并使前后列耙片相互交錯，這樣耙片間的間距就可以增大。耙片的關(guān)系如圖4-3。
圖4-3 耙片的間距b與c、 a、d的關(guān)系圖
4.2深松部件
土壤深松作為一項(xiàng)重要的農(nóng)業(yè)保護(hù)性耕作技術(shù),已經(jīng)在國內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。深松的范圍一般在230mm-350mm之間。實(shí)踐證明,深松作業(yè)在不改變土壤耕層情況下對蓄水保墑、改善土壤結(jié)構(gòu)、優(yōu)化土壤成分、提高作物產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)耕地的可持續(xù)利用是十分有效的。
目前國內(nèi)外已有的土壤深松模式分全方位深松和局部深松,全方位深松動力消耗大,適于大地塊和無種植作物的條件下進(jìn)行。局部深松用于作物行間,相對消耗動力少,適用于一年多季種植,土地空置時間少的農(nóng)業(yè)區(qū)。 兩種深松模式作業(yè)機(jī)具所采用的深松鏟結(jié)構(gòu)區(qū)別較大,深松鏟是深松機(jī)械的關(guān)鍵部件,對于局部深松目前常用的深松鏟基本都是設(shè)計為圓弧形鏟柄,雙翼型鏟刀,圓弧形鏟柄自身不能調(diào)節(jié)深度,雙翼型鏟制造工藝相對復(fù)雜。
本設(shè)計中深松鏟是深松部分的工作部件，深松部件由深松鏟尖、鏟柄和順梁組成（如圖4-4）。耕深為30 cm。因經(jīng)常在堅(jiān)硬的土壤中工作，故應(yīng)具有較強(qiáng)的松碎土壤能力，足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性能。鏟尖是入土工作部分，鏟尖形式很多，我們采用鏟尖與鏟柄寬度相近的深松鏟。深松鏟為土壤工作部件，作業(yè)時磨損嚴(yán)重，是整機(jī)的主要磨損部件。為了提高部件的使用壽命，深松鏟尖采用呈雙翼形，鏟尖的表面采用焊熔耐磨合金的工藝，增加其耐磨性。深松鏟與深松鏟柄采用螺栓連接的方法，磨損后可進(jìn)行更換。深松鏟鏟尖的起土角 α 一般為 20°左右。該角過大，阻力將增大。實(shí)驗(yàn)表明：起土角α從45°左右減小到20°時，牽引阻力隨 α 減小而降低。當(dāng) α>50°時，鏟尖將粘結(jié)上由壓實(shí)土壤構(gòu)成的固定錐體（土楔）。深松鏟鏟柄采用彎形鏟柱，鏟柄為矩形斷面，入土部分的前面制成尖菱形，有碎土和減少阻力的作用。鏟柄的結(jié)構(gòu)對工作阻力有很大影響。當(dāng)它的傾角大于60°～75°時，深松鏟的入土能力降低，甚至達(dá)不到所要求的深度，故起土角和鏟柱傾角均不宜過大。但深松鏟的鏟柄如果都按20°傾角向前伸出，則顯得太長而不適用，故通常是將鏟柱作成彎曲形，以便從下向上掀動土壤并減少阻力。
1．鏟柄；2．鏟尖
圖4-4 深松部件
4.2.1鏟柄受力分析及校核
鏟柄的截面形狀一般可視為雙楔面受力，如圖4-5所示。
則水平阻力可表示為：
（4-8）
式中楔面上正壓力產(chǎn)生的阻力分布；
為楔面上剪力產(chǎn)生的阻力分布；
為側(cè)面上剪力產(chǎn)生的阻力分布。
圖4-5 深松鏟鏟面受力分析
普通狀態(tài)下鏟面的受力如圖4-5所示，工作時，機(jī)具以速度V前進(jìn)，與水平面成α角的斜面AB相當(dāng)于一個單楔面。土壤對其作用力N垂直于AB面，近似作用于AB段中點(diǎn)．行進(jìn)中除阻力N外，尚有一個沿AB面指向后方的摩擦力F，力N與力F合成阻力P，阻力可以分解為水平分力Px。和垂直分力Pz，垂直分力Pz是作業(yè)時工作部件抬起耕層土壤，起到松動耕層的有用阻力，從圖2中的分析可以看出，工作阻力Px=Pcosβ，而作用力Px。的大小隨著耕地的土質(zhì)、含水量及前茬作物的種類的不同而變化，在保證Px一定的情況下，β角越大，牽引阻力P越大，且有關(guān)系式：
（4-9）
式中為起土角；
β為合作用角；
φ為摩擦角。
4.2.2土壤比阻的確定
深松鏟所受到的土壤阻力，一般通過試驗(yàn)測定才能得到準(zhǔn)確值，設(shè)計時按照經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計算，有
（4-10）
式中K為土壤比阻；
A為深松鏟作用的土壤截面積。
土壤比阻如下表所示。本機(jī)具主要是為黑龍江地區(qū)設(shè)計試驗(yàn)，而該地區(qū)土壤類型為黑鈣土(屬黏方土)，根據(jù)下表土壤比阻取K=8。（表4-1）
表4-1 土壤比阻
土壤類型
K（N／㎝2）
輕松土
2~3
一般土壤
4~5
粘土
6~8
重粘土
9~12
4.2.3深松鏟水平力和垂直力的測定
（1）深松鏟水平力
計算深松鏟的橫截面積S。已知起土角a=32°，摩擦角φ=25°，B=40，L=180，K=8，則
（4-11）
（2）深松鏟的垂直阻力
深松鏟的垂直阻力由公式Pz=Pxtanβ確定。其中β為合力作用角，在20°左右，黑鈣土屬沙礫黏土，取25°；則
（4-12）
4.2.4鏟柄的校核
以鏟柄與機(jī)架連接點(diǎn)為支點(diǎn)進(jìn)行受力和力矩分析，如圖4-6所示。
圖4-6 鏟柄受力及力矩
假設(shè)深松鏟以勻速狀態(tài)工作，則有：
ΣX=0 Fx+Px=0
∑Y=0 Fz+Pz=0
∑M=0 Mo+PxD1+PzD2=0
通過計算得：
Fx=2175N，F(xiàn)z=1012.15N，Mo=1281.1Nm
抗彎截面系數(shù)為：
（4-13）
式中 b=鏟柄橫截面厚度；h=鏟柄橫截面寬度。
截面面積為：
A=bh=0.16+0.02=4×10-3m2
則截面應(yīng)力為：
（4-14）
為了加強(qiáng)剛度，材料可選錳鋼，查表可知: ,安全系數(shù)，因?yàn)?0．4<147，通過以上校核，深松鏟鏟柄材質(zhì)和結(jié)構(gòu)選用合理，由上述可知，鏟柄中部剛度薄弱，因此連接架應(yīng)采用雙面結(jié)構(gòu)。
4.3鎮(zhèn)壓碎土部件
鎮(zhèn)壓器能起到對起垅地的扶正、壓實(shí)、保墑、保苗的良好效果，特別是能使噴灑的封閉農(nóng)藥得以完全吸收。常用的鎮(zhèn)壓器有一個良好的鎮(zhèn)壓輪必須轉(zhuǎn)動靈活，不粘土，不奎土，鎮(zhèn)壓力可適當(dāng)調(diào)整，鎮(zhèn)壓后地表不產(chǎn)生鱗狀裂紋。常用的鎮(zhèn)壓裝置主要有:
1.圓柱鎮(zhèn)壓輪由薄鋼板制成。有光面圓柱形和網(wǎng)面圓柱形兩種，其鎮(zhèn)壓輪面較寬，壓力分布均勻。
2.凹面和凸面鎮(zhèn)壓輪是整體形空心鑄鐵輪，靠本身重量或在其空腔內(nèi)灌入適量的沙土產(chǎn)生鎮(zhèn)壓力。凹面輪對種子上層土壤不如兩側(cè)的土壤被壓得緊實(shí)，有利于種子幼苗出土。
3.圓錐復(fù)合鎮(zhèn)壓輪由兩個鋼板沖制成的錐形輪組合而成。可根據(jù)需要來改變兩錐形輪間距，成為寬窄不同的圓錐復(fù)合輪，其鎮(zhèn)壓力可由附加彈簧調(diào)節(jié)。
4.膠圈鎮(zhèn)壓輪由于膠圈具有彈性，在鎮(zhèn)壓輪與土壤緊壓時，膠圈變形;而當(dāng)它滾動到上方，無外力時，膠圈復(fù)原。因此，鎮(zhèn)壓輪膠圈在滾動過程中變形與復(fù)原交替作用，使?jié)裢岭y以粘結(jié)在膠圈表面上。即使少部分土壤粘上，由于濕土與膠圈的附著力較小，稍有震動，粘土很容易脫落。該鎮(zhèn)壓輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鎮(zhèn)壓效果較好。
5.寬型橡膠鎮(zhèn)壓輪由于橡膠內(nèi)腔是空腔，并通過小孔與外界大氣相通，故又稱為零壓鎮(zhèn)壓輪，在其滾動鎮(zhèn)壓土壤時，橡膠輪變形與復(fù)原相互交替反復(fù)，因此，粘土少，脫土容易，鎮(zhèn)壓質(zhì)量好，壓后地表產(chǎn)生鱗片狀裂紋較少，有的表面花紋可增加鎮(zhèn)壓輪的附著力。
鎮(zhèn)壓碎土部件主要由牽引架、鎮(zhèn)壓輥和支撐輪等件組成（如圖4-7）。加壓部件可調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓輥的鎮(zhèn)壓強(qiáng)度，即保證鎮(zhèn)壓輥有一定的工作壓力，在土壤阻力較大時也具有越障性能。鎮(zhèn)壓輥的作用是將圓盤耙組件、深松部件等耕翻的土壤進(jìn)行細(xì)碎、滾壓，進(jìn)一步破碎土壤，使之達(dá)到播種前的土壤農(nóng)藝要求。
1．牽引架；2．鎮(zhèn)壓輥3．支撐輪
圖4-7 鎮(zhèn)壓碎土部件
4.3.1鎮(zhèn)壓輥寬度的確定
鎮(zhèn)壓輥寬度的大小，應(yīng)該視開溝寬度而確定。若小于開溝寬度易造成苗帶下沉，形成溝狀。若大于一定寬度，在同樣的輪重情況下，壓強(qiáng)減小，難以達(dá)到農(nóng)藝要求。對于尖角型開溝器的開溝寬度可以通過下面的方法來確定。
首先，在溝形上找到5個點(diǎn)A、B、C、D、E(見圖4-8)，其中A點(diǎn)橫坐標(biāo)最小，B點(diǎn)橫坐標(biāo)最大，D點(diǎn)縱坐標(biāo)最大，H點(diǎn)是滿足條件的點(diǎn)中夕值最小的點(diǎn)。以為分界點(diǎn)，在圖象中沿x軸的左右方向?qū)ふ襶的最小值，可得到C、E兩點(diǎn)()。
回土深度：
（4-15）
我們把在1/2溝深處測量的寬度定義為溝寬，則F、G兩點(diǎn)的橫坐標(biāo)為：
（4-16）
按照此條件，即可找到F、G兩點(diǎn)。若多于兩點(diǎn)，則x值最小點(diǎn)為F點(diǎn)，x值最大點(diǎn)為G點(diǎn)。
溝寬：
（4-17）
因此，鎮(zhèn)壓輥的寬度應(yīng)大于，在此基礎(chǔ)上根據(jù)作業(yè)情況去鎮(zhèn)壓輥寬度為0.4m。
圖4-8 溝形參數(shù)圖
4.3.2鎮(zhèn)壓輥直徑的確定
鎮(zhèn)壓輥的直徑對鎮(zhèn)壓效果影響很大。一般在輥重相等的情況下，輥徑愈小，其碎土效果與拉力愈增大。其受力分析如圖4-9所示。
圖4-9 溝形參數(shù)圖
則：
（4-18）
式中H為牽引力，G為輥重，r為輥半徑，s為下陷2.64cm輥?zhàn)忧斑M(jìn)的長度，R為支撐力。
然而，當(dāng)牽引力，輪重一定時，在相應(yīng)的速度下，輪徑越小，鎮(zhèn)壓時間越短，土壤壓實(shí)效果就越不理想，同時滑移系數(shù)增大，易拖土奎土。研究結(jié)果表明，輥徑10一30cm為宜。在此根據(jù)作業(yè)要求鎮(zhèn)壓輥的直徑取28cm。
4.4其他部件的設(shè)計
4.4.1支撐輪的設(shè)計
支承輪的主要作用是在運(yùn)輸時支承整機(jī)質(zhì)量和作業(yè)時限制整機(jī)耕深，因此高度要求可調(diào)。本機(jī)支承輪組件設(shè)計了單支臂鉸接結(jié)構(gòu)、液壓高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及具有較好通過性能的橡膠充氣輪胎。
4.4.2機(jī)架的設(shè)計
根據(jù)機(jī)具的總體結(jié)構(gòu)配置需要，并保證各組件之間保持足夠間隔距離和各工作部件前后距離，保證機(jī)具的通過性能。因此，本機(jī)設(shè)計了框架式和三角形機(jī)架結(jié)構(gòu)。
1) 牽引架的設(shè)計。牽引架承擔(dān)整機(jī)前進(jìn)方向的力量，因此要求牽引架有足夠強(qiáng)度和剛度。本機(jī)采用200×100×6、150×100×6(210型)的矩形管、搖臂、牽引板焊合而成的三角形機(jī)架結(jié)構(gòu)。
2) 深松鏟機(jī)架的設(shè)計。深松鏟機(jī)架聯(lián)接深松鏟，并承擔(dān)著聯(lián)接后面各個組件，因此要求此架有足夠的強(qiáng)度和剛度。本機(jī)采用150×100×6的矩形管與18mm 鋼板焊合而成的框架式結(jié)構(gòu)。
5結(jié)論
該機(jī)具與大功率拖拉機(jī)配套作業(yè)時，首先對根茬進(jìn)行粉碎還田，然后對壟頂位置進(jìn)行深松，其后進(jìn)行鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)，一次耕整地作業(yè)使田面達(dá)到待播狀態(tài)。該機(jī)具應(yīng)用領(lǐng)域廣泛, 適宜在東北三省旱田壟作地區(qū)的耕整地作業(yè)。深松裝置可以打破多年來因使用小型機(jī)具整地形成的犁地層，改良土壤、增強(qiáng)土壤活力，提高土壤抵抗自然災(zāi)害的能力。拖拉機(jī)一次進(jìn)地就可以使田面達(dá)到待播狀態(tài)，節(jié)約作業(yè)環(huán)節(jié)，減少成本投入，節(jié)約能源消耗。
該機(jī)具為大功率拖拉機(jī)提供了一種新型的配套機(jī)具，機(jī)具適宜在各種地塊作業(yè)，提高耕整地作業(yè)效率，縮短作業(yè)周期，用較少的作業(yè)時間，使田面達(dá)到待播狀態(tài)。減少了機(jī)車對土壤的壓實(shí)程度，提高作業(yè)質(zhì)量，減少了生產(chǎn)成本的投入，具有明顯的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
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致 謝
經(jīng)過3個多月的設(shè)計，終于完成了這次的畢業(yè)設(shè)計，其中有辛苦，有迷茫，但更多的還是成功后的喜悅。
我是從3月份開始準(zhǔn)備設(shè)計的，首先到老師那報到然后就開始正式設(shè)計，我們作的第一步就是廣泛的收集資料，從書館的網(wǎng)站上還有許多的別的網(wǎng)站上了解到國內(nèi)外復(fù)式耕整機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，對復(fù)式耕整機(jī)有了大致的了解和認(rèn)識。寒假期間我還有機(jī)會到農(nóng)戶家中，了解農(nóng)民的使用情況，通過廣泛的調(diào)研和大量的閱讀相關(guān)資料，我認(rèn)識到了復(fù)式耕整機(jī)是一種應(yīng)用很廣泛，也很重要的農(nóng)機(jī)器具之一，而且也了解了現(xiàn)階段存有的問題和目前發(fā)展的方向。
通過本次設(shè)計，使我人對以前所學(xué)的知識有了系統(tǒng)的回顧，還學(xué)到了好多新的知識。當(dāng)然，由于水平有限及實(shí)踐條件的限制，在設(shè)計中存在一些問題、錯誤也是難免的，希望老師們批評指正。在今后的工作和學(xué)習(xí)中我一定會加倍努力，把所學(xué)的理論知識與實(shí)際結(jié)合起來，發(fā)揮自己的才能。
在本次畢業(yè)設(shè)計中，由于指導(dǎo)老師細(xì)心指導(dǎo)，耐心地解答設(shè)計中遇到的各種問題，所以我的設(shè)計進(jìn)行得比較順利。在此，我要衷心地感謝我的指導(dǎo)老師李玉清老師。最后，我更要感謝我們工程學(xué)院的老師們，四年來對我們的嚴(yán)格要求和細(xì)心教導(dǎo)，使我掌握了許多專業(yè)知識。我即將參加工作，在以后的工作中，我將繼續(xù)發(fā)揚(yáng)黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院吃苦耐勞的優(yōu)良傳統(tǒng)，在工作中繼續(xù)進(jìn)步，繼續(xù)發(fā)展。
附錄
The research status and development trend of subsoiling machinery in China
Abstract：The subsoiling machinery is one kind of effective machines and tools for nature cultivation of conservation tillage on dry land. Its development is having direct impact to our country’s development very much.For this purpose， by analyses the development Situation of subsoiling machinery， it has carried out classification on subsoiling machinery of our country， summed up various virtue and shortcoming，and has brought forward several suggestion to our country development of subsoiling machinery in the future.
Key words：subsoilingmachinery；conserration tillage；development trend
Based on tilling the soil deep loosening technology is summed up an adaptation to drought homework conservation tillage method. Deep loosening cultivation can promote soil physical improvement, since the restoration of soil fertility, improve for a long time due to the weight gain due to the large fertilizer production. So deep loosening technology has been widely applied in wheat, cotton, sugar cane, tobacco, crops such as corn, soybean production test and practice. The essence of mechanical deep loosening technology is: through mechanical tillage, loose and not flip soil, breaking plough bottom, compared to adjust the soil solid, liquid, gas, improving the structure of the top layer of soil, reduce soil erosion and improve soil water storage ability.
Western developed countries has been made in the 1930 s and deep tillage research, and has started to use this technology, achieved good effect. Due to many years of practical experience as well as the rapid development of science and technology, the United States, Western Europe and other countries for deep pine machinery research has been quite perfect, and form a series, and according to the different needs of the development and production of a variety of deep loosening machine. The digging ways mainly include the extrusion and vibration digging dirt comes in two forms. Abroad at present, the existing power tractor matching with deep loosening machine mainly, its characteristic is deep loosening deep, operation speed, good quality and suitable for deep loosening in an all-round way. Its main have mechanical the deep loose plough and the vibrating deep loose machine two. Mechanical deep plough sort is more, among them, the representative has two: John Deere 900 v scarifier and west Germany's hanging deep loosening machine produced by our company. Hanging deep loosening machine deep loosening shovel handle face for arc, of which the parts similar to straight lines, blade, pointed to the shovel handle inside the distance is longer than Deere deep loosening shovel. The shovel handle this structure makes it has better cutting performance, no hanging grass phenomenon. Vibrating deep loosening function to solve the work resistance of the deep loose plough is big, the problem of large energy consumption. Its working principle is the tractor power output shaft to drive the eccentric vibrator make the plough produces vibration, reduce the traction resistance, thus improve the power efficiency. At the same time, along with the deep pine technology constantly improve, the development of deep loosening machine, also in order to adapt to the requirement of joint operations, on the basis of the deep loosening machine, overseas has developed a variety of deep loose joint rig.
For deep loosening technology research, started late in our country. In the early 1960 s began to realize the importance of deep loosening technology, and has carried on the corresponding research. In design and manufacture of deep loosening shovel has many colleges and universities, research institutes and farms and other units to do a lot of research work, created the actual deep loosening shovel, and through the experiment and actual production applications, good results have been achieved.
A single deep breath a sigh of single machine function, it is mainly on the soil deep loosening operations, its structure is simple, articulated way is given priority to with three-point suspension. Again, according to the scope of the deep loose a single deep breath a sigh of machine can be divided into local deep loosening and all-round deep loosening machine two kinds of models. Local deep loosening machine according to the way of working can be divided into two categories, type mechanical and vibration. Mechanical is deep loosening machine driven directly by tractor traction machines, extrusion, cutting and breaking up the soil was carried out on the soil. Its specific forms are various, such as: chisel type, winged type, rod type deep loosening machine, airfoil rod tooth deep loosening machine, single column with vane, hanging light turn the deep loose plough, tilting the bidirectional shallow deep loose plough, etc. , it had a tail deep loosening shovel can effectively increase the soil disturbance range, reduce resistance, increase the tillage depth and improve the quality of the deep loosening. The vibrating deep pine machine is using vibration method, soil tillage machine produce the vibration of a certain frequency, make the soil loose, achieve the purpose of reducing resistance, has been many researchers to study and prove this method. Developed by heilongjiang province water conservancy science research institute of multi-functional vibrator soil change opportunity, this machine adopts self-excited reciprocating inertial vibration source, created a precedent of mechanical vibrating tillage soil preparation operation in our country, deep loosening vibration than other types of deep loosening save energy over 20%. All-round deep loosening machine is a kind of brand-new of deep pine for farmland
Industry machine, it is suitable for dry land wheat or rice two areas. All-round deep loosening soil coefficient is big, has a good effect on cultivating. There are three common: China agricultural university, the development and production of "V" shape all-round deep loosening machine, production in heilongjiang province "L" shape all-round deep loosening machine cut tooth and all-rou
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