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        懸掛式旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)的設(shè)計(jì)

        2022-07-13 08:37:24孫繼東
        農(nóng)業(yè)科技與裝備 2022年2期
        關(guān)鍵詞:刀齒溝渠進(jìn)給量

        孫繼東

        (遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所,沈陽 110168)

        農(nóng)田開溝作業(yè)是農(nóng)田基本建設(shè)的重要內(nèi)容,因此開溝機(jī)是不可缺少的作業(yè)機(jī)械。目前,常用的開溝機(jī)主要有鏵式犁、鏈?zhǔn)?、旋轉(zhuǎn)式三種。旋轉(zhuǎn)式開溝機(jī)是一種連續(xù)挖掘開溝機(jī)械,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)型小、機(jī)動(dòng)性好、作業(yè)阻力小、作業(yè)效果好、作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn),能夠滿足農(nóng)田基本建設(shè)的開溝作業(yè)要求,應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要,設(shè)計(jì)一種懸掛式旋轉(zhuǎn)開溝機(jī),實(shí)現(xiàn)一次性挖掘梯形截面溝渠,服務(wù)于農(nóng)田基本建設(shè)工作。

        1 懸掛式旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)設(shè)計(jì)思路

        1.1 梯形截面溝渠農(nóng)藝要求

        挖掘梯形截面溝渠的農(nóng)藝要求為:開溝深度400 mm,下底溝寬400 mm,上口寬500 mm,詳見圖1。開溝刀盤轉(zhuǎn)速為235 n/min。

        1.2 總體結(jié)構(gòu)

        該懸掛式旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)主要由機(jī)架(包括懸掛機(jī)構(gòu))、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、弧形擋土板、溝形整理板、開溝機(jī)構(gòu)和中部開溝鏟等組成,具體如圖2所示。旋耕開溝機(jī)的機(jī)架與拖拉機(jī)后三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)相連接,構(gòu)成開溝作業(yè)機(jī)組實(shí)施開溝作業(yè)。

        圖2 機(jī)具總體結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Schematic diagram of the overall structure of the machine

        1.3 工作原理

        旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)的主要工作部件是開溝機(jī)構(gòu)的左、右開溝旋轉(zhuǎn)刀盤。每個(gè)開溝旋轉(zhuǎn)刀盤等間隔安裝4把旋轉(zhuǎn)刀具,兩面的旋轉(zhuǎn)刀具交錯(cuò)排列。開溝作業(yè)時(shí),旋轉(zhuǎn)刀具在繞刀盤軸旋轉(zhuǎn)切削土壤的同時(shí),隨拖拉機(jī)直線前進(jìn),運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線,實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)碎土和拋土作業(yè)。開溝中間部分的土壤由中部開溝鏟帶至兩側(cè)刀盤并被拋出,溝形整理板對(duì)開溝形狀進(jìn)行修正,保證溝底平整和溝型完整,一次挖掘出梯形截面溝渠。

        2 懸掛式旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)參數(shù)選擇

        2.1 動(dòng)力

        動(dòng)力選擇不僅要考慮機(jī)具的功率消耗,而且要考慮傳動(dòng)效率。動(dòng)力計(jì)算公式為:

        式中:η為傳動(dòng)效率,取0.95;k為旋耕比阻,取0.3;a為上口寬度,取0.5 m;b為下底溝寬度,取0.4 m;h為開溝作業(yè)深度取,0.4 m;V為作業(yè)速度,取400 m/h。

        將數(shù)據(jù)代入式(1),得p=28.5 kW。經(jīng)過對(duì)比選型,確定選用29.4 kW拖拉機(jī)為配套動(dòng)力。

        2.2 開溝刀盤

        2.2.1 刀盤直徑刀盤直徑主要取決于開溝截面的形狀。一次成型開溝機(jī)和刀盤小端半徑應(yīng)大于開溝深度。選擇較小直徑的刀盤可以減輕機(jī)具質(zhì)量。但直徑過小時(shí),溝中散土無法順利被拋出溝外,溝中回土較多。因此,在保證機(jī)具工作性能的前提下,選擇較小刀盤直徑。

        根據(jù)梯形截面溝渠的規(guī)格,確定大開溝刀盤小端直徑0.7 m、大端直徑0.8 m。小銑刀盤小端直徑0.5 m、大端直徑0.6 m。

        2.2.2 刀盤線速度刀盤圓周速度v主要根據(jù)土壤條件和土壤拋擲要求選擇。圓周速度越高,拋土距離越大,拋散也比較均勻,但能量消耗劇增。為減少能量消耗,在滿足工作要求的條件下,圓周速度適當(dāng)減小。一般拋土距離在15 m以內(nèi)時(shí),圓周速度在7~15 m/s的范圍內(nèi)選擇。根據(jù)選定的圓周速度和刀盤直徑,刀盤轉(zhuǎn)速V大=2πnR=10 m/s。

        2.2.3 刀齒進(jìn)給量選擇進(jìn)給量S的選取原則是:刀齒背部不頂土,牽引阻力在拖拉機(jī)額定牽引力許可的范圍內(nèi),開溝刀盤阻力矩在拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸額定輸出扭矩范圍內(nèi)。

        根據(jù)土質(zhì)類型不同,刀齒進(jìn)給量在0.5~6 cm范圍內(nèi)選擇。綜合考慮所有因素,確定進(jìn)給量S為44 mm。

        2.2.4 刀齒數(shù)及其排列開溝刀成平行四邊形共32把,每個(gè)刀盤上內(nèi)外各4把刀,分布于4個(gè)刀盤(大小各2個(gè))。開溝刀沿刀盤圓周間隔45°排列。刀齒由65Mn鋼板鍛打而成,刃口淬火,硬度為HRc45-52。

        2.2.5 開溝刀選型旋耕刀具種類分為ⅡT195,ⅡS245,ⅡS225。由于ⅡT195型與ⅡS225型旋耕刀的開溝深度和拋土效果較差,因此選用ⅡS245旋耕刀,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        圖3 ⅡS245刀具Figure 3 ⅡS245 cutter

        2.2.6 刀盤旋向刀盤旋向分為正向旋轉(zhuǎn)和逆向旋轉(zhuǎn)。在作業(yè)條件以及結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的條件下,逆向旋轉(zhuǎn)在開溝性能方面有諸多優(yōu)點(diǎn),因此將開溝機(jī)設(shè)計(jì)為逆向旋轉(zhuǎn)。

        2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比與分配

        傳動(dòng)系統(tǒng)如圖4所示。設(shè)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為n輸入,刀盤轉(zhuǎn)速為n輸出,則總傳動(dòng)比為:i=n輸入/n輸出=1 000/235=4.25。

        圖4 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Figure 4 Schematic diagram of drive system

        拖拉機(jī)輸出軸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為540 r/min或1 000 r/min。轉(zhuǎn) 速 選 取1 000 r/min,i12=1.53,i23=3.12,i34=0.52,i45=1.23,i56=1,i67=1.4。 則i12×i23×i34×i45×i56×i67=4.27?!鱥=(4.27-4.25)/4.27=0.47%<5%,說明各級(jí)傳動(dòng)比分配符合要求。

        3 結(jié)論

        懸掛式旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)與拖拉機(jī)的掛接方式采用后三點(diǎn)懸掛結(jié)構(gòu)方式,是一種連續(xù)挖掘開溝機(jī)械,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)型小、機(jī)動(dòng)性好、作業(yè)阻力小、作業(yè)效果好、作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)。其作業(yè)后的溝型完整,能夠滿足農(nóng)田基本建設(shè)的相關(guān)要求。

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