小型棚室旋耕机的研究

小型棚室旋耕机的研究 东北农业大学学士学位论文 学号:1011174 小型棚室旋耕机的研究学生姓名:指导教师: 副教授所在院系:工程学院所学专业:机械设计制造及其自动化研究方向:机械设计 东北农业大学中国 ? 哈尔滨 Dissertation for the bachelor Degree in Northeast Agriculture UniversityNumber 1011174The research of minitype rotary cultivator applied in the green house Name: Li HangfengTutor: Vice-prof.Feng JiangCollege:Engineering College Speciality: Mechanics design Research orientation: Agricultural mechanicsNortheast Agricultural UniversityHarbin?China摘 要 随着人民生活水平的提高和菜篮子工程的进一步实施。我省的蔬菜大棚必将迎来大规模的蓬勃开展,这势必对棚室作业机械的要求将会越来越迫切,为此,根据蔬菜大棚内作业的特点和特殊性,对作业机的要求和目前菜农的经济技术条件,同时参照了国内外现有的机型,设计和研制了一种更能适应这种作业要求的小型旋耕机。我设计的小型旋耕机是对现有的机型进行了大量改良的一种新型的旋耕机。其中主要优点为耕深可调且能到达30mm以上,并且耕深加深同时质量轻适合一个人操作。真正的实现微型旋耕机的轻便和耕深。 此小型旋耕机主要是采用小型的汽油机和齿轮链轮多级变档传动,旋耕部件取代了驱动轮的行走作用。该旋耕机具有体积小、结构简单、重量轻、操作灵活、碎土性能好,生产率高等优点。这种旋耕机的试制成功,将会大大的降低农民的劳动强度,从而提高劳动生产率;同时可以降低蔬菜的生产本钱。这必将为蔬菜大棚事业的开展做出新的更大的奉献。 关键词: 旋耕机 棚室机械 蔬菜大棚 Abstract With the improvement of the people living level and the implementing of vegetable projectThe flourish development is welcomed in my provided vegetable machine used in the green house. In this condition, it is very important to develop the shed machine. According to the characters and particularity, the need of working machine and the economy condition of peasants at present and in the terms of machine type of our country or foreign countries, designing and studying minitype rotary cultivator is fired to content this working need. The rotary cultivator which I designed is a kind of new style .one of its main characters is the adjustable depth ,it can up to more than 30 mm, and it is suit for one person to operate in the same time. Its really good to come true the portability and cultivation depth about the minitype rotary cultivator. This rotary cultivator adopts minitype petrol engine and multilevel changeable speed transmission passing by gears and sprocket wheels, rotary tillage parts replace the driving wheel. There are some advantages about the minitype rotary cultivator, such as : small cubage, simply construction, light weight, flexibility operation, scraping the soil perfectly, highly productivity and so on. It will decrease the labor hours and intensity of the peasants by a long way, therefore improving the productivity and the more important is to reduce product cost about the vegetables. It might make more contribution for the development of the green housing. Keywords: Rotary cultivator;Shed machine;green house 目 录摘 要IAbstractII1 引言1 1.1旋耕机开展现状1 1.2 开展我国旋耕机的重要意义1 1.3旋耕机研究、开展方向2 1.3.1提高对开展复式作业机具的研究2 1.3.2减少功率消耗方向的研究3 1.3.3开展新型旋耕机的研制3 1.4 本论文的根本任务和内容4 2.小型旋耕机的方案确定5 2.1方案确定5 2.2小型旋耕机的动力配套5 2.2.1配套动力的选取5 2.2.2汽油机的根本参数6 3.小型旋耕机的零部件设计6 3. 1传动部件简图及数据6 3.2 带传动的设计7 3.3变速箱的设计9 3.3.1 齿轮传动的设计9 3.3.2 链轮传动的设计13 3.3. 3 轴承的选择及寿命计算17 3.3.4 箱体设计18 3.4.机架18 4旋耕机零件设计及受力分析19 4. 1工作原理19 4.1.1 深松原理19 4.1.2 旋耕部件21 4.1.3 耕耘刀齿的运动轨迹21 4.1.4 功率分析22 5 结 论24 参考文献25 致谢261 引 言 1.1 旋耕机开展现状一般水平模轴式旋耕机的耕深不超过20cm,为了满足增厚土壤熟化层,改善深层透气性,增大持水能力以及栽培薯芋类、根菜类作物需要深耕的农艺要求,近年来国外开发了全幅深旋耕机和间隔窄幅深旋耕机,耕深到达30-60 cm和90-120cm。国内此型产品开发刚起步,已经推出加深型中间传动卧式旋耕机,耕深达30cm,加大旋耕深度的主要难点是引起作业负荷和功率消耗急剧增大,机械强度刚性缺乏和机组功率不平衡。旋耕机提供了先决条件。卧轴式深耕旋耕机在国内外有正转长刀型产品,而国内专家学者论述反转旋耕是一种大有前途的耕耘方式,潜土逆转应用在深耕旋耕机上将更能表达其优越性,目前需进一步开展研究工作,完善理论,积累经验,开发出成功的产品。旋耕机型式多样,按旋耕刀轴的位置可分为卧式、立式、斜轴式。目前国内一般选用卧式旋耕机,旱耕深度10一15厘米,水耕深度12一17厘米。这种向下切削卧式旋耕机对土壤适应性好,一次作业能完成翻土碎土和平整地表的要求,混土性能好。但是一般耕深较浅漏耕严重,易产生缠草堵泥现象,且作业能量消耗较大。为此,近年来我国广阔科研工作者经过努力攻关开发出了以灭茬为主的立式圆盘切割粉碎机械;针对联合收获机收割后高留茬处理的需要研制成功了稻麦秸秆还田旋耕机,它通过传动机构和工作部件的组合.能使刀轴正反转实现灭茬还田和旋耕机作用,实现了一机多用;加深型旋耕机的研制也取得了重大进展。由于采农的需要现在棚室旋耕机的需求日益增加,棚室微型旋耕机的前景非常广阔。本文既对以往的旋耕机学习后设计了此微型棚室旋耕机。 1.2 开展我国旋耕机的重要意义 旋耕机是一种由动力驱动的土壤耕作机具,其切土、碎土能力强,一次作业能到达犁耙的几次效果,耕后地表平整,松软.能满足精耕细作要求,且能抢农时、节省劳力。大力开展旋耕机技术不仅能净化环境,开展生态农业,而且对增加土壤有机质、提高耕地质量、弥补氮磷钾肥的投人缺乏、增产增收具有十分重要的意义。近几年来随着农业科学技术的不断开展,农机化程度日益增高,旋耕机的研究和使用也有很大进展。根据农业部“九五规划.2000年全国机收面积将达2840万公顷,而联合收获机械机割面积的增多,致使深埋田间秸杆高茬成了收种季节的难点,因此,高性能、低功耗、多功能适应我国国情的旋耕机具有广阔的开展前景。(1)旋耕机将人工作业的松土、刨茬、捞茬、运茬等工序一次完成,可提高工效29倍。 (2)通过旋耕后,土壤层次不变,垅型不变,防止翻耕作业易翻出生土,打乱土层。翻后孺耙压及起垅作业。旋耕灭茬一般旋耕深度为10.3cm,而根茬切碎长度为4.Icm,土壤松软细碎,符合农机作业标准和农艺要求。 (3)加深型旋耕机能使耕深到达30一120cm,使耕深范围大幅度拓宽,充分满足增厚土壤熟化层.改普深层透气性、增大持水能力以及栽培各类作物需要深耕的农艺要求。 (4)随着联合收获机的大力普及,消除了农民对联合收获机作业质量的顾虑,有利于推动收获机械化的开展。 (5)实践说明,连续3年实施高性能的旋耕机技术,可增加土壤有机质0.2%一0.4%,土壤总孔隙度增加1.4%一7.1%.持水量提高3.0%一4.5%,农田粮食增产幅度一般为3%一5%。 1.3 旋耕机研究、开展方向 1.3.1 提高对开展复式作业机具的研究 随着旋耕机的推广使用,旋耕机的作用越来越被人们所认识,使用较为普遍,但旋耕机的功能较单一。近年来世界上许多农业机械化兴旺的国家都已推广使用了复式作业机具,如加拿大的万能旋耕机;日本的联合耕耙犁和旋耕播种机;德国的耕播机等。这些国家推广使用的复式作业机具的共同特点,一是按作业工序顺序排列组合而成;二是均采用以旋耕机为主体的复式结构。我国的种植制度和使用条件也适宜开展复式作业机具,从目前来看,复式作业机具在近几年有较大的开展。 1.3.2 增加耕深方向的研究 要研究新型的深耕旋耕方式。一般卧式旋耕机,旋耕时耕耘轴位于地外表之上,采用向下切削的方式耕耘土壤,耕深大时.回转半径大,耕耘功率的消耗与耕深成正比例,功率消耗大。在耕深增大时,如何使功率消耗的增加率最小呢?试验结果说明:采用小的回转半径,旋耕时耕耘轴位于外表之下.耕深为回转直径的70%一90%时,耕耘功率的增加率最小。近年来国外开发了全幅深旋耕机和间隔窄幅深旋耕机,耕深分别到达30一60。厘米和90一120厘米,从而使旋耕机耕深范围大幅度拓宽。国内市场也对加大耕深的旋耕机产品提出了需求。为此,我们要在现有产品的根底上开发加大耕深的旋耕机,目标是使旱耕深度到达30厘米以上。 1.3.3 减少功率消耗方向的研究 对减少旋耕功耗的研究一直是各国科研工作者研究的重中之重,归纳起来主要是开展对以下几个方面的研究。1 对旋耕刀片的结构参数和运动参数进行深入研究。 1目前旋耕机上使用的刀片主要有弯形、钩形和直角形3种。试验说明:设计刃口曲线应选用适中的滑切角。侧切刃采用阿基米德螺线或与其通近的偏心圆弧曲线;正切刃采用与侧切刃光滑过渡的偏心圆弧线弯折为空间刃口曲线。调整安装角或磨刃角或取适宜的正切面高度,以保证降低切土阻力,防止无效功耗。单面磨刃的旋耕刀片比双面磨刃的旋耕刀片在相同的试验条件下,耕耘功率减少10%一30%。旋耕刀片切削土地的厚度,即进给量的大小,不仅直接影响生产率和工作质量,而且对功率消耗也有很大的影响。试验说明:进刀量大、生产率高,但土块大、功耗增加很快,因而限制了拖拉机的前进速度。 2合理地配置旋耕刀片。 在刀轴上如何安装旋耕刀片,直接影响着旋耕机的作业性能、功率消耗和拖拉机本身的性能。根据试验研究合理排列旋耕刀片,使其刀片尽最工作在少侧向约束条件下并均匀、按顺序切土,可明显降低能耗。 3探讨新的旋耕方式。传统的旋耕机是采用向下切削的方式进行旋耕作业,耕耘轴位于地外表之上。许多国家试验说明,旋耕时将轴位于地外表之下,采用向上切削的方式比向下切削方式其功率消耗可减少1/3一l/2,尤其是深耕时更为明显。 1.3.4 开展新型旋耕机的研制 随着现代科学技术日新月异的迅速开展,新技术在旋耕机上得到广泛应用。如旋耕机在较恶劣的工作环境中设计使用信号系统,这个信号系统由2个脉冲序列周期数字比拟装置构成。第1电平信号系统是通报机务人员耕作工艺过程被破坏的信号;第2电平信号系统用来通报摩擦平安离合器工作的故潭状态。目前,技术含量高的旋耕机正日益受到人们的青睐。 1.4 本论文的根本任务和内容 本论文进行的是棚室微型旋耕机的设计,我结合了自己了解的实际情况和对当今旋耕机的学习研究后完成了此设计。其以往的微型旋耕机大多数旋耕机都只能到达10-15mm,而实际的棚室大多数的农作物需要的深度为20-30mm,菜农以往的作法都是先用锹泛土然后再用镐备垄因此劳动强度非常大。研制出能够实现深旋耕的棚室微型旋耕机既能减少菜农的劳动强度又能提高产量,因此本设计在以往的旋耕机学习根底上主要在耕深和旋耕机质量方面进行了改良,为了实现深旋耕在变速箱前加了一个犁铲。有利于减少功率损失提高利用率。处此之外的限深杆可以在深旋耕的同时按照实际的需要调节旋耕深度。为了能够尽量减少质量我实现一个人作业我选择了汽油机作为动力和链传动。 2.1 方案确定 经多种方案的分析和比拟,确定采用无驱动轮旋耕的工作方式,该机主要由发动机、变速箱、机架、旋耕刀、阻力铲、操纵手柄、三角皮带轮、支架等组成。其工作原理是:发动机的动力经三角皮带轮传递给变速箱主动轴,经减速带动安装在驱动轮轴上的旋耕刀片旋转;在铣切加工土壤过程中,通过土壤反力推动机器前进,耕深主要靠阻力铲柄上孔眼的位置进行上下调节,同时可以通过人力改变其对操纵手柄的压力以增减力矩,调节机器的前进速度,借以到达改变耕深的目的。同时为了加大耕深在变速箱前面加了犁铲实现了深旋耕。 为了全面实现设计指标,在结构上进行了优选,表达在以下几个方面:变速箱壳体采用铸造成型工艺,主要是为了小批量试用生产而减少本钱,工序简单。为满足多项作业要求,变速箱设有二个档速,传动系统示意图见图2所示。高速档用于旋耕、运输作业,低速档用于中耕、起垄作业,驱动轮轴采用通轴结构,它与旋耕工作部件配合安装,便于工作部件的更换。还可安上运输进行短途运输作业。为保证耕作质量,在旋耕时不漏耕,变速箱下部要以窄为宜,根本做到不漏耕。为适应棚室空间矮小的作业条件,机器作手柄既可上下调整,又可在180度内前后转动调整。 2.2 小型旋耕机动力配套 2.2.1 配套动力的选取 目前与小型动力机具配套的动力多为柴油机型,废气在棚室内不能及时排出,造成污染较大。因此,选择轻巧、可在棚室有限空间内进行多种轻度作业的小型动力机具十分必要。本设计选择汽油机作动力,减少了棚室内的环境污染,并使整机质量减小。彻底的实现微型旋耕机的灵活轻便。 2.2.2 汽油机根本参数 汽油机型号165F型汽油机 功率 8.82 kw 转速 额定转速2000/min 燃油耗量235g / kw?h3. 小型旋耕机零部件设计 3.1 传动部件简图及数据功率计算PI3PI2238.050.990.977.73kw PI4PI331(三角带轮)?0.95 2(轴承)?0.99 3(齿轮)?0.97 力矩计算第一档速:T1TdI10131.2520.9580.02N?MT2T1I11280.0220.96153.64 N?MT3T2I223153.641.40.96206.49 N?MT4T3I334206.491.320.91248.03 N?M第二档速:T1Td?I0?0142.1220.9580.02 N? M9 N?MT3T2?I2?23215.091.40.96289.09 N?MT4T3?I3?34289.091.320.91347.25 N?M总传动比:IaNm/N2000/3475.8 3.2 带传动的设计本节计算公式参看机械设计师手册(带传动)。1.计算功率Pc a 根据以定条件k1.2,查表(3-1-1),得 PcaKa2.胶带型号 根据P7.92KW;n2000r/min,查表3-1-1可选取胶带型号为B型V带。3.小带论计算直径(D1)V带选型为B型,查表3-1-6及3-1-12可选取D1140mm为宜。考虑结构紧凑。4.大带论计算直径(D2) 由公式D2ID1(1-)n1/n2D1(1-)计算得:1 由表3-1-12,取D2280mm。 vD1n1/6010001402000/60100014065m/s 2(D1+D2)a02(D1+D2) 得 294a0840mm依据结构要求,取a0400mm L02a0+/2(D1+D2)+(D1-D2)2/4a0 3 由表3-1-3选择界限长度LP1440mm的胶带,内周长度LI1400mm a a11800-(D2-D1)/a6001800-(280-140)/384600158.101200 4 考虑传动比的影响,单根胶带传动功率的增加量,P0kwn1(1-1/ki)kw103 那么: P0kwn1(1-1/1.12)0.57kw 511.胶带根数ZPca/(P0+P0)KaKL由表3-1-10查得K0.95,由表3-1-11查得KL0.9,采用棉布三角胶带,考虑胶带材质情况取0.75(P0+P0).那么Z10.58/(3.43+0.57)取Z4根B?14003(GB1171?74)由表8-5?机械设计?得V带单位长度的质量q0.17kg/m。 3.3 变速箱的设计 3.3.1 齿轮传动的设计 本设计题目选用直齿圆柱齿轮为变速箱的主要减速部件。选7级精度。本节计算公式主要参考?机械设计?(第十章齿轮传动)小齿轮用45钢调质HBS1240 大齿轮为45钢常化HBS2200选小齿轮Z124,那么Z2iZ122448首先按齿面接触疲劳强度进行设计d1tKtt1/d(u1)/u(Z/)21/3mm 6105P1/n195.51058.38/10008.00104由表10?7选取齿宽系数P01/2由表10?21C查得接触疲劳强度极限Hlim1440MPa Hlim2400Mpa由式N60njLh计算应力循环次数N160n1jLh60100014180101.521109N2N1/I1.521109/27.56108由图10?19查得接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力取失效概率1%,平安系数S1,由式HKHNHlim/S得H2KHN2Hlim2/S412 MPa2.计算 试算小齿轮分度圆直径d 1t,代入H中较小的值 d1t104/0.9)3/2(189.8/431.2)22/374.85mm试计算圆周速度v vd1tn1/601000 1000/603.计算齿宽b bd根据v3.56m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数kv1.2直齿轮,由表10-3查得kh kf由表10-2查得使用系数ka1由表10-4查得khb1.43;(由表中6级精度硬齿轮查得kh,适当加大)由图10-13查得kf1.37,(由b/h9.6,kh1.43查得)。故载荷系数 kkakvkk11.431.89 9(6).按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10?10a)得(7)计算模数m按齿根弯曲强度设计由式m2KT1/dZ 12YEaYSa/F1/3得弯曲强度的设计公式为m2KT1/dZ 12YEaYSa/F1/3mm 10(1) 确定公式内的各计算数值由图10?20b查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1360MPa FE2335 MPa 由图10?18查得弯曲疲劳寿命系数 kFN10.87kFN20.89计算弯曲疲劳许用应力,取弯曲疲劳平安系数S1.4,由式(10?12)得, F2kFN2FE2/S0.89335/1.4213.0 MPa计算载荷系数K查取齿型系数计算大、小齿轮的 YFaYSa/F并加以比拟小齿轮的数值大(2)计算 m(224228 Z2IZ122856几何尺寸计算1计算分度圆的直径 d1 Z1m28384mm d2 Z2m563168mm 计算中心距a(d1+ d2)/2(84+168)/2126mm(3)计算齿轮宽度bd8442mm圆整, 取B242mm,B148mm FkFtYFaYSa/bmF11 F11.811904.762.651.58/423114.56F1 F2F1YEa2YSa2/YEa1YSa1114.562.3231.692/2.561.58107.550.07d,取h5,那么轴环处的直径d66mm,轴环宽度b1.4h,取b8mm d60mm。 轴受力如图3-2所示,计算应满足以下条件d(M/0.1图3-3中当量弯矩可知,当量弯矩最大值在d56mm处,所以d38.8 所选轴符合标准。 3.3.4 轴承的选择及寿命计算表 3-1轴承的参数轴承型号 尺寸(mm)安装尺寸(mm)额定动负荷额定静负荷质量kgdDBrD1D2rg 选择单列向心球轴承(GB276-82)210型由于Fa0, 故 Fa/Fr0 Fr553 那么由表查得X1 Y0所以当量动负荷 pXFr+YFaFr553N 15 由于机械工作时的振动和冲击或其他因素轴承实际所受的负荷比计算值大,应根据机械的工作情况采用负荷系数fp进行修正,此时轴承的当量动载荷应为PrfpxFrYFa。553824.5N 查表的Lh5000h计算额定动负荷 Cr/Pr60n605000/1061/32638N 16那么Cr2750NCr/ 故满足寿命要求。 3.3.5 箱体设计 表 3-2 减速器箱体结构参数名称符号 尺寸 机座壁厚 0.025+510 取22轴承端盖螺栓直径d10.40.5df810,取810左右机箱连接螺柱直径d2 取810窥视孔盖螺钉直径d3 6 由于箱体采用两体和一式,即结合而与水平面垂直,并两箱体差异不大,无主次之分,所以只有左右之分,可以同使用一个箱体设计。外机壁至轴承端面距离 LC1+C2+8-1224mm;大齿轮顶圆距内机壁距离取15mm齿轮端面与内机壁距离2取12mm轴承旁联接螺栓距离S 取10mm。 3.4 机架 本机机架采用角铁,槽钢、管件等焊合而成。具有结构简单、质量轻、本钱低等优点适于小型农机具的使用。旋耕机在按装时以石箱体为基准,依次按装减速器,然后在将其安装在机架上,再上螺栓加紧。拧螺栓时注意对称拧紧,防止箱体变形导致漏油。 汽油机定位问题:在机架上有槽孔可拧螺栓以固定汽油机,还可来回调节保证两带轮在同一平面上。至于汽油机高度问题可以在槽钢与柴油机之间参加少量铁片,木板等,以加高高度,确保带轮传动中心距并使带轮有一定的张紧力。4旋耕机零件设计及受力分析 4.1 工作原理 工作时,立轴式汽油机的动力皮带传动和链传动减速并改变旋转方向后带动装在蜗轮轴上的旋耕刀辊,转动的旋耕刀片切削和破碎土壤,并在切削土壤的过程中,依靠土壤反力推动旋耕机前进。前犁铲可以减少功率损失,增加耕深,同时耕深可通过改变限深杆和机架的连接位置来调节,在耕作过程中还可通过改变操作人员施加在操纵手柄上的压力来调节旋耕机的耕作阻力,从而改变或稳定耕深、改变旋耕机的前进速度或使旋耕机离开下陷区。 4.1.1 深松原理1理想的深旋耕 理想的深旋耕如图4-1 所示.假设不考虑旋耕部件的动力输入形式,旋耕刀轴以转速n匀速旋转,并以速度v匀速直线移动,那么它的旋耕深度是任意的;旋耕轴可在地面上,甚至在地面中、地面下。 2实际的深旋耕 实际上旋耕轴的转动和移动必须要有动力输入,常见的动力输入是链传动如图4-2 .然而链传动不管布置在轴的哪一部位,链传动正下方的泥土是无法旋耕到的;它的耕深受到链传动壳体径向尺寸的影响。 为了减少链传动壳体的阻力,考虑在壳体前面加一个犁铲,犁铲可以把传动壳体前面的土分向两边,减少阻力。同时被分开的土,还可以经过旋耕同时进行碎土。前犁铲应该具有适宜的起土角,起土角过大,阻力增加。此设计选择起土角为30度,且具有分土功能,设计如图4-3所示。 现在常见的主要为带深松铲的松土机,本机所采用的深松铲类似。深松铲铲类的起土角,一般为200左右。此角过大,阻力将增加。实验说明:起土角从450左右减小到200 时,牵引阻力是随减小而降低的。当500时,铲头将粘结上由压实土壤构成的固定锥体,深松铲铲柱的倾角大于600750时,深松铲的入土能力降低,甚至打不到所要求的深度。故起土角和铲柱倾角不宜过大。但深松机的铲柱如果都按200倾斜向前伸出,那么显得太长而不适用,故通常是将铲柱作成弯曲以便从下向上掀动土壤并减少阻力深松铲如图4-4。 4.1.2 旋耕部件 旋耕机的刀辊选择要适中,中心为焊合的冷扎无缝方形钢管,用轴向定位螺栓拧紧在轴的端部。旋耕机采用普通弯刀。 (1)弯刀具有侧刃,优点在于侧刃在工作时为便于切开土壤和切断草根,侧刃具有滑切作用,使草根在被动时能沿刃口滑切以便于切断或沿刀尖滑脱。弯刀简图如4-5。弯刀在旋耕过程中,所受阻力小,旋耕速度快。而且能够到达较大的耕深。 (2)旋耕刀辊兼有翻土、碎土和行走功能,其上共装有16把刀片,其中8把是右弯刀,8把是左弯刀,对称分布于传动箱两侧使两侧受力平衡,旋耕刀运动分布图如4-6刀片和刀盘均可以方便地更换。外刀盘轴的内孔为方孔,可以在旋耕刀辊两端方便地安装和拆卸行走轮,以便于田间转移。 4.2 运动及受力分析 4.2.1 耕耘刀齿的运动轨迹 设以无轮耕耘机刀辊轴心在某一时刻的位置点。为坐标原点如图4-7所示,机器前进方向为横坐标x轴的正向,向下为纵坐标y轴的正向,当经过了时间t后,刀片端点M运动到Mlx,户。设刀片半径为二,刀轴旋转角速度为。机器前进速度为vm,那么刀片端点M的运动轨迹的参数方程为 XAVmt+Rcost1Y YA - Rsint2 刀齿的端点在旋转1周的过程中所经各处的速度是不同的,将方程1对时间t求导,即得到点M在x轴和y轴的分速度 VXAdXA/dtVm-Rsint VYAdYA/dtRcost 4.2.2 受力分析 本旋耕机在进行无驱动轮旋耕时,旋耕刀辊及限深杆受到的土壤阻力如图1所示。其中,G为旋耕机的重量;Px、PY、分别为刀辊工作阻力的水平分力和垂直分力;R:、R、分别为限深杆工作阻力的水平分力和垂直分力;f为操作人员施加在扶手把上的力;M为刀辊的驱动力矩;。为刀辊的旋转角速度;v二为机组前进速度;土壤对刀滚工作阻力的合力作用点为A,并建立如图4-8所示的坐标系。 l正常工作时,当到达正常耕深后,根据受力平衡有: PX-RX0 PY+RY-G-F0 PYXA+PXYA-GXC+FXD-RYXB-RXYB0 此时,只要控制扶手把上的压力,即可稳定旋耕深度。 2耕深变浅时,增加扶手把上的压力,限深杆下陷,Rx和RY增大,假设要前进Px也必须增大,这必然使耕深增加,旋耕机的前进速度减慢。 3耕深变深时,减少扶手架上的压力,限深杆抬起,Rx:和RY减少,这时尸:也相应减小,耕深变浅,旋耕机的前进速度增快。 4下陷时,扶手把往上提,f0;Rx和RY减少,Px:和PY增加,这样有利于旋耕机驶出下陷地区。 4.2.3 功率分析 自走式旋耕机刀片铣切土壤时,刀片的绝对运动是由机器的前进运动与刀轴的回转运动所合成,假设设A点在c轴上时为起始位置,那么A点运动轨迹的参数方程为:XAVmt+Rcost 1YYA - Rsint 2式中 t?时间; R?A点到刀辊中心O的距离,R0.95R2; R?刀辊半径。1、2两式分别对时间t求导数,即可得到A点的X方向和Y方向分速度为:VXAdXA/dtVm-Rsint VYAdYA/dtRcost机组的工作状态不变,那么功率方程有:N|PXVXA|+|PYVYA|+|-RXVm|+|RYVYB|+|FVYD|+GVYC式中 N?发动机功率; ?传动系的传动效率。将1、2两式及VYBVYCVYD0代入得: NPX-Vm+Rsint+PYRcost+RXVm3根据受力平衡方程有:PXRX,所以,-PXVm+RXVm0,这说明自走式旋耕机工作时,为了使机器以Vm的速度前进而保存的功率-PXVm是完全由土壤对限深杆的工作阻力消耗的。另外,自走式旋耕机工作时无需为使拖拉机组前进而消耗功率。因此,除了传动系的功率消耗为无用功率外,其余均为有用功率,这样自走式旋耕机的机械效率肯定高于拖拉机挂接旋耕机的机械效率。5 结 论 本论文通过对小型旋耕机的选型,配备和整体设计计算,设计了本小型旋耕机。此小型旋耕机相对于其他国内机型最大的优点就是具有质量小灵活方便而且耕深可以满足棚室蔬菜的要求到达30mm。适用于蔬菜大棚、温室及蔬菜地和果园的耕整地作业。 (1)本小型旋耕机具有高、低两个档速。高档速对小型旋耕机换上行走轮田间运输较为方便。主要有低速来旋耕作业。 (2)由于本小型旋耕机采用无驱动轮旋耕,通过功率分析计算可知其机械效率高于拖拉机挂接的旋耕机,因此大大降低了小型旋耕机的能耗损失。而且旋耕机动力可以用于其他的动力输入。 (3)通过改变施加在扶手把上的压力可以较好的控制耕深,并可控制旋耕机前进速度和行走方向,操作方便灵活。 (4)通过加上了后犁铲,减少了功率的损失,同时增加了耕深满足实际的需要。增加了农作物的产量。 (5)发动机选择汽油机和传动选择了链传动都减轻了整机的质量,同时汽油机减少了棚室内的尾气减少了污染,增加产量。参考文献3 孙星钊温室大棚用无轮耕耘机的研制.中国农业大学学报. 19974 王遵义蔬菜大棚用小型深