范永鋒 崔新德 房燦松

摘 要：小型水田耕耙平地機(jī)的輔助機(jī)構(gòu)包括懸掛機(jī)構(gòu)、罩殼、托平板等部分，本章將小型耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)的原理進(jìn)行分析，進(jìn)而提出設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：小型水田，機(jī)構(gòu)原理，方案設(shè)計(jì)

一、 小型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)概述

懸掛機(jī)構(gòu)是本論文結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要部分，現(xiàn)對(duì)以往的旋耕機(jī)的懸掛機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。以往的旋耕機(jī)與拖拉機(jī)的掛接有三點(diǎn)懸掛、直接連接和牽引三種形式，我國(guó)目前采用前兩種連接方式。

1.1 三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)概述

三點(diǎn)懸掛式旋耕機(jī)的懸掛及升降與鏵式犁相同，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)箱減速后帶動(dòng)刀軸工作。三點(diǎn)懸掛的機(jī)架由懸掛架、左右主梁、齒輪箱、和側(cè)板構(gòu)成。懸掛架式旋耕機(jī)和拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)連接的主要部件，由左右懸掛板、懸掛銷、懸掛撐桿等機(jī)件組成，用拖拉機(jī)的液壓升降機(jī)構(gòu)來(lái)控制旋耕機(jī)的提升、入土和調(diào)節(jié)耕深。

農(nóng)用拖拉機(jī)作為一種行走式動(dòng)力機(jī)械，由懸掛機(jī)構(gòu)連接農(nóng)機(jī)具進(jìn)行多種田間作業(yè)。多年來(lái)有關(guān)拖拉機(jī)懸掛機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的速度特性、力學(xué)特性等方面的研究與實(shí)踐為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)，然而對(duì)如何充分發(fā)揮懸掛機(jī)構(gòu)提升能力的研究較少雖然懸掛機(jī)構(gòu)各桿件的尺寸對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力都有很大影響，但提升桿下端與下拉桿的鉸接點(diǎn)位置影響自油缸 到懸掛軸之間的杠桿傳動(dòng)比，是影響懸掛機(jī)構(gòu)最大提升能力（垂直吊重）和提升行程的關(guān)鍵因素目前通常采用“下拉桿中點(diǎn)稍后偏位置作為提升桿與下拉桿鉸接點(diǎn)”的設(shè)計(jì)原則，以科學(xué)合理地確定提升桿與下拉桿鉸接點(diǎn)位置，最大限度發(fā)揮懸掛機(jī)構(gòu)的提升能力及獲得合理的提升行程[1]。

三點(diǎn)懸掛就是第一個(gè)鉸鏈點(diǎn)和第二個(gè)鉸鏈點(diǎn)將左、右縱拉桿分別固定在下軸的兩個(gè)鉸鏈上，第三個(gè)鉸鏈點(diǎn)是中央拉桿在上軸的固定點(diǎn)。它只允許農(nóng)具相對(duì)于拖拉機(jī)行走的軌跡有很小的偏擺，此種連接方式適用于作業(yè)直線度要求較高的農(nóng)具，如中耕機(jī)、播種機(jī)等。三點(diǎn)懸掛可分為中間齒輪傳動(dòng)、側(cè)邊齒輪傳動(dòng)和側(cè)邊鏈條傳動(dòng)三種形式[2]。

直接連接式旋耕機(jī)主要用于與手扶拖拉機(jī)配套，一般是將手扶拖拉機(jī)的變速箱后蓋取下來(lái)，然后將旋耕機(jī)減速箱與拖拉機(jī)變速箱用螺栓連接在一起，動(dòng)力由拖拉機(jī)變速箱犁的齒輪直接傳給旋耕機(jī)的齒輪，以驅(qū)動(dòng)旋耕機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

直接連接式旋耕機(jī)根據(jù)傳動(dòng)形式可分為側(cè)邊齒輪傳動(dòng)和側(cè)邊鏈條傳動(dòng)兩種形式。近年來(lái)，由于手扶拖拉機(jī)的應(yīng)用逐漸減少，對(duì)于與手扶拖拉機(jī)配套的耕耘機(jī)械的研究也比較少。但是在一些大型輪式拖拉機(jī)不宜進(jìn)入的地段，手扶拖拉機(jī)所具有其小巧、輕便的特點(diǎn)就充分的發(fā)揮出來(lái)了。因此手扶拖拉機(jī)在南方土地較少、不利于輪式拖拉機(jī)作業(yè)的地區(qū)和北方的大棚中還有一定的應(yīng)用價(jià)值。

二、小型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)原理分析

2.1 小型水田耕耙平地機(jī)的原理

根據(jù)以上小型水田耕耙平地機(jī)的工作原理的示意圖計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度，機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式為

F=3N-2PL-PH （2.1）

式中：N—活動(dòng)構(gòu)件的個(gè)數(shù)；

PL—低副的個(gè)數(shù)；

PH—高副的個(gè)數(shù)。

計(jì)算得到此機(jī)構(gòu)的自由度為

F=3×5-2×7=1

機(jī)構(gòu)自由度F、原動(dòng)件的數(shù)目與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性有著密切的關(guān)系：

（1） F≤0，機(jī)構(gòu)蛻化為剛性桁架，構(gòu)件間不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

（2） F>0時(shí)，原動(dòng)件數(shù)大于機(jī)構(gòu)自由度，機(jī)構(gòu)遭到破壞；原動(dòng)件數(shù)小于機(jī)構(gòu)自由度，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不能確定；只有當(dāng)原動(dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，機(jī)構(gòu)才具有確定的運(yùn)動(dòng)。

小型水田耕耙平地機(jī)的原動(dòng)件為手扶拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸，原動(dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，說(shuō)明小型水田耕耙平地機(jī)的運(yùn)動(dòng)確定。

2.2 小型水田耕耙平地機(jī)機(jī)架的原理

一般要求懸掛裝置應(yīng)具有：

（1）使農(nóng)具在沒(méi)有強(qiáng)制性外力的作用下靠其自重能在較短距離內(nèi)迅速入土，達(dá)到預(yù)定的耕深。耕深、耕幅能保持穩(wěn)定。

（2）使農(nóng)具在運(yùn)輸、提升位置時(shí)，應(yīng)有足夠的離地高度，保證拖拉機(jī)懸掛機(jī)組具有良好的通過(guò)性。

（3）保證農(nóng)具在耕作位置時(shí)具有必要的橫向擺動(dòng)量，以滿足拖拉機(jī)直線行駛穩(wěn)定性的要求，但在農(nóng)具處于提升位置時(shí)則應(yīng)限制橫向搖動(dòng)。

但由于手扶拖拉機(jī)縱梁下方空間狹小的特殊性，小型水田耕耙平地機(jī)的懸掛裝置有其特殊性。懸掛機(jī)構(gòu)應(yīng)該保證耕耙平地機(jī)安全、穩(wěn)定地懸吊與手扶拖拉機(jī)縱梁的下方，這是設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中懸掛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則。

根據(jù)自由度的計(jì)算公式F=3N-2PL-PH得到機(jī)架的自由度為

F=3×2-2×4=-2

由于機(jī)架的自由度F=-2≤0，機(jī)構(gòu)蛻化為剛性桁架，構(gòu)件間不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，小型耕耙平地機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)原則為保證耕耙機(jī)的整體懸掛的穩(wěn)定性。根據(jù)這一設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)小型耕耙平地機(jī)機(jī)架。由于縱梁下方空間狹小，上圖中的各桿件的形狀將有所彎曲，各桿件的彎曲角度將在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定[3]。

2.3 小型水田耕耙平地機(jī)罩殼的原理及設(shè)計(jì)方案

罩殼部分由上罩板、側(cè)板、后罩板、壓緊機(jī)構(gòu)支臂、壓緊彈簧等部分組成。殼體既是安全部件，又是一個(gè)刮平泥漿和掩埋稻茬的工作部件。殼體總成既可以繞懸掛銷左右擺動(dòng)，又可以繞長(zhǎng)軸上下，前后擺動(dòng)，有效的防止泥漿的拖堆和堵塞。罩殼能起到擋住被刀片拋出的土塊得到再次的破碎，并使耕后的地表平整，改善勞動(dòng)條件和保證操作安全的作用。壓緊彈簧在受載式能產(chǎn)生較大的彈性變形，把機(jī)械能或動(dòng)能轉(zhuǎn)化為變形能，而載后彈簧的變形消失并回復(fù)原狀，將變形能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功或動(dòng)能。通過(guò)這種能量的轉(zhuǎn)化，保護(hù)耕耙平地機(jī)其他部分的工作安全。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)傳動(dòng)刀軸的大小和耕寬設(shè)計(jì)殼體的具體尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。罩殼的設(shè)計(jì)將參考現(xiàn)有旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行修改。

2.4 小型水田耕耙平地機(jī)托平板的原理及設(shè)計(jì)方案

拖平板系統(tǒng)主要由拖平板、壓茬彈齒、左右小拖平板、控制拖平強(qiáng)度的腳踏管等組成。它可以繞水平的鉸鏈軸上下擺動(dòng)，由此完成對(duì)耙后泥漿的平整作業(yè)。

由于手扶拖拉機(jī)沒(méi)有液壓系統(tǒng)，導(dǎo)致其沒(méi)有自動(dòng)控制耕耙平地機(jī)選掛高度的懸掛系統(tǒng)，無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)托平強(qiáng)度。為控制水田耕耙平地機(jī)的托平強(qiáng)度，在托平板系統(tǒng)中增加的腳踏管部分，是駕駛員在操作過(guò)程中根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)控制托平強(qiáng)度。

另外由于手扶拖拉機(jī)尾輪存在與水田耕耙平地機(jī)工作方向的后方，將對(duì)托平板的作業(yè)效果產(chǎn)生影響，再設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)充分考慮。其中主要是托平板下方形狀的設(shè)計(jì)，初步確定為鋸齒形式，鋸齒形狀為梯形，中間位于手扶拖拉機(jī)尾輪前方的部分全部掏空。

本文通過(guò)對(duì)小型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)的原理的分析，并根據(jù)手扶拖拉機(jī)的特點(diǎn)，確定了基本的設(shè)計(jì)方案，即懸掛方式為縱梁后懸掛，同時(shí)確定了托平板的形式，輔助機(jī)構(gòu)各部分的具體尺寸將根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行修改。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李增宏.耕機(jī)的類型和構(gòu)架的研究推廣分析[J].北京：農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1985，12：25-26.