范沿沿+李建華+王龍飛+仝振偉+夏云飛+張秀麗

摘要：煙葉在生長(zhǎng)期間，需要中耕機(jī)械來實(shí)現(xiàn)除草、培土、施肥等多項(xiàng)田間管理功能。針對(duì)現(xiàn)有培土機(jī)易傷苗、作業(yè)效率低，且傳動(dòng)方式單一的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型煙草中耕培土機(jī)，高地隙拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸通過二級(jí)升速器將動(dòng)力傳遞給液壓系統(tǒng)，最終驅(qū)動(dòng)四個(gè)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)跨行兩壟溝培土。主要對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，為煙草中耕培土機(jī)制造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

Abstract： A cultivator is needed to realize a plurality of field management functions such as weeding， banking and fertilization during the growth period of tobacco. A new type of tobacco cultivators was designed according to the characteristics of the existing machine which was easy to hurt seedlings and had low operation efficiency and with the single drive mode. The power was transmitted to the hydraulic system via a two stage elevator through the high-clearance tractor power output shaft. Finally， two ridge was banked up by the rotation of four hydraulic motors. The drive system was designed and analyzed. The data base was provided for the manufacture of tobacco cultivators.

關(guān)鍵詞： 中耕培土機(jī)；煙草；傳動(dòng)系統(tǒng)；校核分析

Key words： cultivators；tobacco；drive system；check and analysis

中圖分類號(hào)：S224.1；S365 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）04-0131-03

0 引言

中耕培土是煙草種植環(huán)節(jié)中的重要組成部分，是提高煙葉產(chǎn)量的重要措施之一[1]。煙草中耕培土具有疏松土壤，調(diào)節(jié)水肥供應(yīng)，改善土壤水、氣、熱狀況等優(yōu)點(diǎn)[2-4]。培土的方法主要有人工培土和機(jī)械培土，人工培土效率低，主要以機(jī)械培土為主。目前國(guó)內(nèi)培土機(jī)械大多是與手扶拖拉機(jī)配合的小型培土機(jī)，主要類型有螺旋式，圓盤式，犁刀式等，其中較高水平的是由中農(nóng)機(jī)械生產(chǎn)的中農(nóng)牌的培土機(jī)[5]。現(xiàn)有培土機(jī)械在培土過程中，難以達(dá)到高培土；土壤流向不易控制，易傷苗[6-8]；作業(yè)效率低，難以滿足大田作業(yè)[9-10]。所以急需研制出高效、安全的新型培土機(jī)，為提高煙葉產(chǎn)量與質(zhì)量提供保障。

1 培土機(jī)設(shè)計(jì)要求

經(jīng)過調(diào)查研究，確定煙草中耕培土機(jī)的設(shè)計(jì)要求：中耕培土機(jī)械要能實(shí)現(xiàn)壟形與壟距調(diào)節(jié)，且在地表起伏不平的情況下亦能保證穩(wěn)定的耕深[11]；培土?xí)r要盡量達(dá)到土壤表層疏松平整，土壤位置變動(dòng)?。慌嗤?xí)r培土高度要達(dá)到作物要求的高度，將土壤送至煙苗根部，但不得壓倒或傷害煙苗[12]；培土效率高，能實(shí)現(xiàn)多壟培土。

2 培土機(jī)總體設(shè)計(jì)

2.1 整機(jī)設(shè)計(jì)與工作原理

煙草中耕培土機(jī)是由拖拉機(jī)作為牽引機(jī)械，且由拖拉機(jī)提供動(dòng)力作為液壓系統(tǒng)動(dòng)力源的培土機(jī)具。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由液壓系統(tǒng)，機(jī)架，壟距調(diào)整裝置，限深裝置，護(hù)葉裝置，犁刀裝置，螺旋培土總成等組成。該機(jī)可實(shí)現(xiàn)一次多壟培土，壟形定量定位可調(diào)，壟距可以不對(duì)等調(diào)節(jié)，適應(yīng)性強(qiáng)，適合大田作業(yè)，作物損傷小，效率高。

本機(jī)由高地隙拖拉機(jī)提供動(dòng)力，要求輪距跨單壟，機(jī)架掛接在拖拉機(jī)后。變速機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)安裝在機(jī)架上，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸與變速機(jī)構(gòu)相連，通過改變轉(zhuǎn)速來適應(yīng)液壓泵的需要，液壓泵為螺旋培土刀提供動(dòng)力。通過限深機(jī)構(gòu)來保證松土的深度，犁刀裝置將碎土分到兩側(cè)，螺旋培土刀將土輸送到壟坡與壟頂作物的根部。

2.2 傳動(dòng)路線

如圖2所示，培土機(jī)是由拖拉機(jī)提供動(dòng)力。拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸通過萬向聯(lián)軸器與變速箱的動(dòng)力輸出軸相連接，然后通過變速箱升速后從傳動(dòng)軸輸出，傳遞到液壓泵，液壓泵工作帶動(dòng)四個(gè)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺旋培土刀的轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)

3.1 培土機(jī)技術(shù)參數(shù)（如表1）

3.2 拖拉機(jī)功率的選擇

拖拉機(jī)必須為整機(jī)行走系統(tǒng)、中耕培土機(jī)具及其他輔助裝置提供足夠的動(dòng)力。其中煙草培土機(jī)在培土過程中，輪胎滾動(dòng)產(chǎn)生的阻力消耗功率P滾（kW）可由式（1）計(jì)算：

式中：f—煙草培土機(jī)的滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.1；m—煙草培土機(jī)的質(zhì)量（kg）；V—煙草培土機(jī)培土?xí)r工作速度（km/h），得P滾=0.348～0.446kW。

結(jié)合煙草中耕培土作業(yè)的技術(shù)要求，初步選用型號(hào)BM2-50液壓馬達(dá)。根據(jù)液壓泵的最大工作壓力Pp和qp，計(jì)算得到液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率為5.74kW。由上述條件現(xiàn)選擇額定壓力14MPa；最高轉(zhuǎn)速3000r/min的HGP-3A-23齒輪泵。綜上選用拖拉機(jī)型號(hào)為東方紅ME-350H，輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min，最大輸出功率為21.85kW。

3.3 傳動(dòng)方案的選擇與設(shè)計(jì)

煙草培土機(jī)的螺旋培土刀由液壓裝置提供動(dòng)力，參考其他兩壟起壟機(jī)，初步設(shè)計(jì)液壓泵的轉(zhuǎn)速為2000r/min，功率為10kW。所以，需要設(shè)計(jì)變速器來提升轉(zhuǎn)速。根據(jù)已知條件：選用拖拉機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速n1=540r/min，最大輸出功率21.85kW，液壓泵所需的轉(zhuǎn)速n2=2000r/min，輸入功率為10kW。根據(jù)已知變速箱有兩種設(shè)計(jì)方案：一級(jí)升速器和二級(jí)升速器。endprint

①一級(jí)升速器的設(shè)計(jì)。采用單級(jí)變速器，聯(lián)軸器為萬向聯(lián)軸器，軸承選用滾動(dòng)軸承。其傳動(dòng)原理圖如圖3所示。由已知可得其傳動(dòng)比為u=，經(jīng)過計(jì)算可得變速器的模數(shù)m=6，初步選小齒輪的齒數(shù)Z2=24，則大齒輪Z1的齒數(shù)Z1=≈89。根據(jù)培土機(jī)的整體設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，一級(jí)升速器的齒輪尺寸太大，不能安裝在機(jī)架上，不符合設(shè)計(jì)要求。

②二級(jí)升速器設(shè)計(jì)。二級(jí)升速器聯(lián)軸器為萬向聯(lián)軸器，軸承選用滾動(dòng)軸承。其傳動(dòng)原理圖如圖4所示。由已知可得其總傳動(dòng)比為u==0.27，二級(jí)升速器按展開式布置，考慮潤(rùn)滑條件，為使兩級(jí)大齒輪直徑相近，取i12=0.59，i34==0.46。根據(jù)計(jì)算，齒輪模數(shù)為m=3，初選小齒輪齒數(shù)Z2=27，大齒輪齒數(shù)Z1=≈46，齒輪Z3=53，齒輪Z4=24。空間尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，所以選用二級(jí)升速器。

4 樣機(jī)試驗(yàn)

2017年4月，在河南省許昌市許昌煙草所試驗(yàn)田進(jìn)行了煙草中耕培土機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)操作演示與田間作業(yè)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)地土壤為褐土，土壤絕對(duì)含水率為24.2%，土壤容重為1300kg/m3，堅(jiān)實(shí)度小于0.20MPa。經(jīng)過多次試驗(yàn)，測(cè)量數(shù)據(jù)，當(dāng)作業(yè)速度為2.5～3.2km/h時(shí)，培土深度合格率為95%，碎土率為90%，培土壟形傾角合格率為93%，螺旋培土刀轉(zhuǎn)速202r/min。結(jié)果表明：整機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，培土效率高，運(yùn)行平穩(wěn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)出一種調(diào)節(jié)方便、作業(yè)效率高的煙草中耕培土機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)對(duì)傳動(dòng)部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算。設(shè)計(jì)的二級(jí)升速器，輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到2000r/min，達(dá)到液壓裝置所需要求。采用二級(jí)變速，減小了變速器尺寸，節(jié)省了空間；且由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸到液壓泵的動(dòng)力傳動(dòng)平穩(wěn)，保證功率的有效傳遞。試驗(yàn)結(jié)果表明：該機(jī)具傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，培土效率高，運(yùn)行平穩(wěn)。本研究可為煙草中耕培土機(jī)樣機(jī)制造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也可作為其它中耕機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)分析的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]田家治.中耕機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2014（08）：21-22.

[2]張秀麗，王棟，仝振偉，吳響.高稈作物中耕培土機(jī)械化技術(shù)分析[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（05）：157-160.

[3]鄭俊，吳睿，徐陽(yáng).煙草田間起壟機(jī)作業(yè)適應(yīng)性研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015（6）：151-154.

[4]張婷，李明，汪春，董學(xué)虎，等.多功能甘蔗中耕施肥培土機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（20）：4，140-144.

[5]殷壽安，林選知，區(qū)煥財(cái)，等.煙葉中耕培土及機(jī)械化作業(yè)技術(shù)分析[J].湖南農(nóng)機(jī)，2012，39（11）：30-34.

[6]張陽(yáng)光，盧博友，劉洪萍，等.新型煙草培土機(jī)土器的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2011（03）：81-83，87.

[7]Ren Luquan. Progress in the bionic study on anti–adhesion and resistance reduction of terrain machines [J].Science in China （Series E： Technological Sciences），2009，52（2）：273-284.

[8]張永科，郗洛延，王建平，等.不同培土處理對(duì)玉米產(chǎn)量及抗倒性的影響[J].耕作與栽培，2011（03）：1-2，31.

[9]毛鵬軍，張松泓，丁月華，等.電動(dòng)旋耕培土機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016（04）：7-10.

[10]張絹，王芬娥，李小強(qiáng).基于UG的犁壁式馬鈴薯培土器設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，40（6）：230-234.

[11]張瑞，孫偉，石林榕，等.全膜雙壟溝中耕除草培土機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2015（05）：258-262.

[12]張瑞.壟溝馬鈴薯膜際除草培土機(jī)的研制[D].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.endprint