李德言

(山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 太原 030092)

0 引言

開溝器的作用是在播種機(jī)作業(yè)時(shí)開出種溝，將種子或肥料導(dǎo)入溝穴內(nèi)，并使?jié)裢粮采w完好[1]。開溝器作為播種機(jī)的重要組成部分，是播種機(jī)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。開溝器型式隨各種作物播種要求不同、地區(qū)氣候和土壤條件差異而有所不同。開溝器按入土角不同，可分為銳角開溝器和鈍角開溝器。銳角開溝器的開溝工作面與地面的夾角α<90°，銳角開溝器又可根據(jù)外形結(jié)構(gòu)分為鋤鏟式、雙翼鏟式、船行鏟式和芯鏵式等多種。鈍角開溝器的入土角α>90°，有靴鞋式、滑刀式、單圓盤式和雙圓盤式等多種形式。開溝器根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式可分為滾動(dòng)式和移動(dòng)式，雙圓盤式和單圓盤式屬滾動(dòng)式，上述其他形式為移動(dòng)式[2]。

雙圓盤開溝器是一種適應(yīng)性較好的開溝器，在地表和土壤雜草含量較高時(shí)也能正常工作，且工作比較穩(wěn)定，能適用于高速播種作業(yè)。雙圓盤開溝器作業(yè)過程中，不易黏土、堵塞，上下土層相混現(xiàn)象也較少。雙圓盤開溝器目前較廣泛地用于谷物播種機(jī)和大型牽引免耕機(jī)上。雙圓盤開溝器兩個(gè)圓盤軸需要保證準(zhǔn)確的交叉角度，角度過小，兩個(gè)圓盤相互擠壓，影響轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性；角度過大，兩個(gè)圓盤之間有縫隙，土壤中的雜草就會(huì)塞入縫隙，同樣影響轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性。傳統(tǒng)的加工工藝是將兩根加工好的軸按交叉角焊接成一體，或者是用一根軸通過折彎獲得交叉角，無法保證準(zhǔn)確的交叉角度。

本文提出一種雙圓盤開溝器加工工藝，與傳統(tǒng)雙圓盤開溝器相比，創(chuàng)新性地采用圓鋼進(jìn)行整體分側(cè)加工，可有效避免折彎或兩個(gè)半軸焊接所造成的變形，保證圓盤軸角度，使得開溝器兩個(gè)圓盤能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。

1 雙圓盤開溝器特點(diǎn)

雙圓盤開溝器兩圓盤刃口在前下方相交于一點(diǎn)，形成一夾角，播種機(jī)工作時(shí)，靠自重及附件彈簧壓力入土，兩圓盤滾動(dòng)前進(jìn)，將土切開并推向兩側(cè)從而形成種溝。輸種管將種子導(dǎo)入種溝，然后靠回土及溝壁塌下的土壤覆土，圓盤周邊的刃口在滾動(dòng)時(shí)可切斷根莖和殘茬。雙圓盤開溝器開溝時(shí)不攪亂土層，且能用下層濕土覆蓋種子，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、造價(jià)高開溝阻力較大。

影響雙圓盤開溝器開溝效果的因素有圓盤直徑R、圓盤夾角Φ和聚點(diǎn)m的位置。圓盤夾角小，則開出的溝寬小，工作阻力小，但是夾角過小，會(huì)使雙圓盤之間的空間無法容納輸種管，常用的圓盤夾角Φ=9°～16°。聚點(diǎn)位置如圖1所示，聚點(diǎn)的位置用角β表示，β角越大，開出的溝寬越大，種溝中的凸尖越高，如β角太小，則m點(diǎn)過低，會(huì)使土壤從聚點(diǎn)上方進(jìn)入雙圓盤中間，造成圓盤夾土和堵塞，并加快軸承磨損，m點(diǎn)的高度等于最大開溝深度為宜，一般β=55°～75°[3-5]。

圖1 聚點(diǎn)位置Fig.1 Spot position

圓盤夾角和圓盤聚點(diǎn)位置由左右兩個(gè)圓盤軸的角度和位置決定，所以兩個(gè)圓盤軸相對(duì)位置直接決定雙圓盤開溝器性能[6-8]。圓盤軸一般采取的加工工藝一種為在一根圓鋼的兩端車出軸的尺寸，然后在圓鋼中間位置折彎，折彎角度就是兩個(gè)圓盤軸角度，由于圓鋼存在的內(nèi)應(yīng)力，折彎時(shí)圓盤軸離開模具后會(huì)回彈。圓鋼內(nèi)應(yīng)力不穩(wěn)定，兩個(gè)圓盤軸角度就很難穩(wěn)定。另一種加工工藝是用兩段加工好的軸按設(shè)計(jì)的角度焊接而成(圖2)，由于焊接過程中存在焊接變形，兩個(gè)圓盤軸角度也難以穩(wěn)定。

圖2 分段軸Fig.2 Semi-axis

圓盤角度過大，會(huì)出現(xiàn)圓盤擠死情況，影響圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)；角度過小，會(huì)出現(xiàn)圓盤閉合不嚴(yán)問題(圖3)，使得土壤從縫隙中進(jìn)入圓盤，造成圓盤夾土和阻塞，影響圓盤作業(yè)效果。

圖3 圓盤閉合不嚴(yán)Fig.3 Gap between two disks

2 加工工藝優(yōu)化

針對(duì)圓盤軸加工過程中存在的問題，對(duì)圓盤軸加工工藝進(jìn)行改進(jìn)。具體優(yōu)化方法為在一根圓鋼毛坯的兩端分別車出兩個(gè)圓盤軸，因兩個(gè)圓盤軸是一個(gè)整體，可使得圓盤軸角度更易保證，通體軸幾何模型如圖4所示。

圖4 通體軸Fig.4 Integrated axis

圓盤通體軸分為3段，中間段與圓鋼毛坯同心，軸兩端分別是兩個(gè)圓盤的安裝位，圓盤安裝位的中心線與圓鋼毛坯中心線有Ф/2的偏角，兩個(gè)圓盤安裝位的中心線夾角就是圓盤夾角Ф。加工前可以做一個(gè)圓柱夾具，在夾具上鉆出一個(gè)與圓柱夾具中心相交成Ф/2角度的斜孔，斜孔直徑與圓鋼毛坯中間段相同。加工時(shí)先將圓柱夾具卡在車床卡盤上，再將圓鋼毛坯塞入圓柱夾具的斜孔內(nèi)，接著按圖紙尺寸加工出一個(gè)圓盤安裝位，這樣加工出的圓盤安裝位就有了準(zhǔn)確的偏角。當(dāng)一個(gè)圓盤安裝位加工完畢后將圓鋼毛坯倒頭再塞入夾具，加工另一個(gè)圓盤安裝位。從上述加工過程可見，位于圓盤軸兩端的兩個(gè)圓盤安裝位加工時(shí)都是以圓盤軸中間段做基準(zhǔn)，可以保證兩個(gè)圓盤軸安裝位中心夾角，從而獲得準(zhǔn)確的圓盤夾角Ф。圓盤軸具體加工工藝如以下說明。

首先確定加工圓盤軸所需的圓鋼毛坯直徑和長(zhǎng)度，并在圓鋼毛坯中心打定位孔，如圖5所示。

圖5 加工簡(jiǎn)圖Fig.5 Processing diagram

然后制作一個(gè)車加工軸的圓柱夾具。在圓柱模塊上按照單面圓盤軸需要偏移的角度，加工出直徑為圓鋼毛坯直徑的斜孔，并在右端合適位置加工定位孔，如圖6所示。

圖6 圓柱夾具Fig.6 Cylindrical fixture

將圓鋼毛坯安裝到夾具中，將毛坯上的定位孔和夾具上的定位孔對(duì)齊，用定位銷將二者固定在一起，把夾具安裝到車床上，按圖紙?jiān)趭A具外側(cè)的毛坯上加工出圓盤軸尺寸，如圖7所示。

圖7 通體軸一側(cè)加工簡(jiǎn)圖Fig.7 Processing diagram of one side of integrated axis

加工完外側(cè)圓盤軸后，松掉定位銷，將圓鋼毛坯掉頭，將加工好的圓盤軸一端放入卡具，重新用定位銷固定，在毛坯的另一段加工出另一個(gè)圓盤軸的尺寸，如圖8所示。

圖8 通體軸另一側(cè)加工簡(jiǎn)圖Fig.8 Processing diagram of other side of integrated axis

圓盤毛坯兩端加工完成后，松開定位銷，將圓盤軸從卡具上取出，即完成圓盤軸的加工，如圖9所示。

圖9 完整效果Fig.9 Complete integrated axis

3 加工工藝優(yōu)化效果

優(yōu)化后的圓盤軸加工工藝保證了圓盤軸是由一根圓鋼毛坯加工而成，圓盤軸角度得到保證，進(jìn)一步保證了雙圓盤開溝器的圓盤夾角和圓盤聚點(diǎn)位置，同時(shí)優(yōu)化后的加工工藝操作簡(jiǎn)單，適用于大批量生產(chǎn)[9]。

此項(xiàng)加工工藝已應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品的高成品率，大大提高了雙圓盤開溝器的產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)束語

開溝器作業(yè)時(shí)要求開溝直，深度一致，掘穴整齊，且能夠保證種子在行內(nèi)分布均勻，不亂土層，同時(shí)要避免雜物造成擁塞。另一方面，開溝器要對(duì)土壤適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開溝阻力小。雙圓盤開溝器作為廣泛使用的開溝器，有多種加工工藝[10]。本文優(yōu)化的雙圓盤開溝器加工工藝便于廣泛推廣使用，可有效提高生產(chǎn)效率，并提高雙圓盤開溝器產(chǎn)品質(zhì)量。