1G100型水旱两用旋耕机设计.docx
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1G100型水旱两用旋耕机设计
1G-100型水旱两用旋耕机设计
1前言
经过半个多世纪的努力，中国机械工业已经逐步发展成为具有一定综合实力的制造业，初步确立了在国民经济中的支柱地位。
在新的世纪里，科学技术必将以更快的速度发展，更快更紧密得融合到各个领域中,而这一切都将大大拓宽机械制造业的发展方向。
它的发展趋势可以归结为“四个化”：
柔性化、灵捷化、智能化、信息化，即使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要，能适用于迅速更换工艺、更换产品的需要,使其与环境协调的柔性，使生产推向市场的时间最短且使得企业生产制造灵活多变的灵捷化,还有使制造过程物耗,人耗大大降低,高自动化生产，追求人的智能于机器只能高度结合的智能化以及主要使信息借助于物质和能量的力量生产出价值的信息化。
当然机械制造业的四个发展趋势不是单独的，它们是有机的结合在一起的，是相互依赖，相互促进的。
同时由于科学技术的不断进步，也将会使它出现新的发展方向。
前面我们看到的是机械制造行业其自身线上的发展。
然而，作为社会发展的一个部分，它也将和其它的行业更广泛的结合。
21世纪机械制造业的重要性表现在它的全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造等。
它将使人类不仅要摆脱繁重的体力劳动，而且要从繁琐的计算、分析等脑力劳动中解放出来，以便有更多的精力从事高层次的创造性劳动，智能化促进柔性化，它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。
近年来，盐城拖拉机制造有限公司发展迅猛，年产3万台系列轮式拖拉机和8万台手扶拖拉机，销往国内30个省、市和国外60个多国家和地区。
经调查，配套农机具跟不上主机迅速发展的要求。
其中包括15马力的手拖仍配置12马力的旋耕机，轮式250、700型拖拉机是新产品，也没有合适农具。
因此，研制配套旋耕机与拖拉机同步销售，会使拖拉机、旋耕机两旺。
我设计的是一台水旱两用旋耕机，与黄海－12（15）马力手扶拖拉机相匹配，主要用于水田耕整，也可进行旱田耕作。
现有的水旱旋耕机是耕幅为0.6米的老式机型，而本课题设计的水旱旋耕机耕幅为1米。
随着我国农村联合收割机的普遍使用，机割后废抛的秸杆留在田中，会给夏季插秧带来很大困难。
因此，研制经济高效的宽幅水田旋耕机将深受广大农民群众的普遍欢迎。
2总体设计
2.1设计的内容
我设计的是一台水田耕整机，与黄海－12（15）马力手扶拖拉机相匹配。
主要用于水田耕作，也可进行旱田耕作。
为达到水旱两用旋耕机体积小，重量轻，性能好，操作容易，转动方便，适应性广泛，价格合宜，水旱两用旋耕机机动灵活，一般中小型机械厂、农机厂均可生产制造的要求，设计主要内容有：
a总体设计：
设计总体方案，采用中间链式传动；绘制总装图、田间作业状态图。
b零部件设计：
（a）旋耕部件图；（b）尾轮部件图；（c）传动轴、齿轮、链轮、箱体、刀辊等零件图；（d）有关计算、校核等。
a）、调研、收集相关资料，研究国内外各种旋耕机械的现状与发展趋势，结合实际情况，拟定结构方案。
b）、与黄海－12（15）马力手扶拖拉机相匹配，中间传动，固定联接。
设计内容包括机架、传动系统、刀辊、尾轮等，要求结构简单、紧凑、重心平衡。
该机可用于水田耕整地，也可进行旱田旋耕。
各项性能指标应达到国家标准和农艺要求。
c）、编制设计计算说明书等文件。
2.2设计依据
a、设计相配套的黄海－12（15）马力手扶拖拉机有关技术数据；
动力输出轴传速：
554转/分；输出齿轮模数：
3mm；齿数：
17；
轴距（mm）：
800，740，630，570可调；
轮胎宽度：
200mm；胶轮外径：
600mm；铁轮（水田用）外径：
800mm；
动力输出齿轮中心轴离地高度：
410mm（胶轮）；
行驶速度（km/h）：
1.4，2.5，4.1，5.3；
b、耕耘机械国家标准：
GB/T5668.1-1995旋耕机；
c、开沟机械国家标准：
GB/T7227－1987开沟机；
d、1G-100型水田耕整机主要技术参数
刀辊转速：
200r/min左右；
耕深：
①水田作业1４cm；②旱田作业１２cm；
旋耕幅宽：
100cm；
e、产品寿命：
按5年，每年工作800小时计算。
2.3设计要求
a、设计时考虑加工工艺性和装配工艺性，尽可能使用标准件、通用件，以降低制造成本。
b、通过采用中间传动的形式，省去左右支臂结构，以降低制造成本和解决防滑轮与左右支臂相碰的问题。
c、与手扶拖拉机采用左右对称配置,以覆盖拖拉机全部轮撤，提高作业质量。
d、国内原600mm旋耕机链条箱体的无效半径为95mm，现设计的链条箱体的无效半径拟定为75mm。
这样，在保持同样耕作深度的情况下，可使用低一个档次的小旋耕半径的国家系列的旋耕刀。
以降低旋耕作业时的功率消耗，确证其宽幅机具的总功耗与主机动力相匹配。
e、产品应能满足农艺要求，各项性能指标达到国家标准。
f、要求该机与手扶拖拉机固定联接，旋耕作业应能覆盖拖拉机轮辙。
g、设计时注意重心位置，与主机联接后尽可能达到前后平衡。
要求刀轴转速与机组前进速度配置合理。
犁刀的入土角以及刀座排列采用优化设计，以达到节能的效果。
h、设计一个主传动系统和旋耕、尾轮两个组成部件，通过换装不同的行走轮以实现。
i、力求结构简单可靠，使用安全方便，旋耕犁刀不得与铁轮相干涉。
j、设计时考虑加工和装配工艺性，尽可能使用标准件、通用件，以降低制造成本。
3总体方案论证
3.1中间链传动结构方案的设计
为了克服侧边传动方案存在轮子压已耕地留有轮辙和漏耕严重，机组偏移布置力不平衡，操作与走直性能较差等缺陷，故设计了整机受力匀称，刚性好的中间链传动结构方案。
考虑到改机构为一米工作幅宽，刀轴单悬臂不到50厘米，并可从一把定刀齿滑切破土，利用左右弯刀对土壤的撕裂作用，基本上看不到明显的漏洞。
而中间链传动结构方案可使机器面貌全新，既能增加工作幅宽，受力匀称，提高与手拖配套的合理性，又能使结构极为简单、紧凑，有利于机组的对称布置与纵、横向平衡，能降低功耗，减轻重量，改善工艺，降低制造成本。
由于链条热处理质量的不断提高和设计有新颖技术结构的链条自动张紧机构，可以保证链传动在旋耕机工作中的可靠性能。
而链传动比齿轮传动有大为简单，价格低廉等优点，故设计采用了中间链传动方案，对样机的性能、指标、，特别是经济效益有明显的提高。
3.2主要结构、参数的设计与选择计算
3.2.1耕深H和刀滚半径Rmax
我省小春种麦要求浅耕，一般为6-10cm，大春耙水田，要求耕作层上细下松，表面平整，土壤通气性好。
耙深一般为8-12cm，因此采用较小的刀滚回转半径Rmax=198cm,既能满足我省农艺对耕深的要求，又能降低扭矩和功率消耗。
该机设计有最大耕深为;H旱=10cm,H水=12cm，并配有尾轮调节装置，可以作无级调节使用。
3.2.2机组前进速度
旋耕机组前进速度主要由拖拉机的工作档位和行走轮的直径而定，同时还受土壤打滑率的影响。
该机旱旋耕时有直径为0.6米的胶轮或旱地轮，用Ⅱ、Ⅲ档位工作，水旋耕时装有0.8-0.9米的碎伐轮，可用Ⅱ、Ⅲ档位工作。
表3-1机组在田间实测速度
机组作业档位
胶轮直径（m）旱耕
（Km/h）
碎伐轮直径（m）水耕
（Km/h）
ⅠⅡ
0.6
1.4
Ⅱ
0.6
2.5
0.8
3.2
Ⅲ
0.8
3.2
3.2.3刀片运动参数S、λ和
切土节距S决定旋耕机作业质量的主要参数。
旋耕机的作业质量必须满足农艺要求。
公式（3-1）
式中：
Rmax最大刀滚半径（cm）b
—刀轴转速
—速比系数
Z—每切削平面内的刀齿数
公式（3-2）
式中：
刀滚圆周线速度（m/s）
机组前进速度（m/s）
从公式可以看出，在刀滚最大回转半径Rmax和同一切割小区内刀齿数Z确定后，S就取决于速度比系数λ。
此时，λ又取决于刀轴转速和机组前进速度。
所以，对于旋耕机运动参数的作业质量，最终取决于和的选取。
从大量的实验资料可知，刀轴转速较高时，即λ值较大，所得切土节距S值较小，碎土性和沟底纵向不平度都较好。
但功耗也随之抛土、劈土能力增强而显著增加，故λ值不能过大。
根据手拖旋耕机的情况，一般取λ=3-12较好。
从大量实验资料得知，在我省粘重土壤进行直旋耕作业，一般以=1.5-2.5km/h,=160-250r/min，S=8-14cm较好。
若犁后耙水田，以=2.5-4km/h,=200-300r/min，S=14-35cm就能满足农艺要求。
有根据我国有关旋耕机科研成果资料介绍，直接选耕作业的最佳刀轴转速为=240r/min。
而本设计较多地考虑了犁后耙水田与旱水田与旱旋耕，因常用Ⅱ工作，机组前进速度较快，工效也高，故刀轴转速应考虑适当提高，故选用=240r/min左右为宜。
并可以计算得出相应的S与λ值分别如表（3-2）。
从表中数值可以看出，其S、λ、的数值都能分别满足我省农艺要求，并符合最佳参数的选择范围，可以采用。
为了增加刀齿对土壤的横向切割、碎土及起浆作用，还设计又可以装卸的起浆结构。
表（3-2）S与λ值对照表
机组作业档位
Ⅰ档（旱旋）
Ⅱ档（旱旋）
Ⅱ档（水旋）
Ⅲ档（水旋）
（m/s）
0.39
0.69
0.89
1.25
（r/min）
240
240
240
240
λ
12
7.1
5.5
3.9
S（cm）
10
17.4
22
31
3.2.4功率及耕副宽度的计算
考虑到柴油机在农田作业时功率状况等因素，实有功率为74％，而动力输出轴以拖拉机功率的75％计算，东风-12型手扶拖拉机输出轴（齿轮）的输出功率为。
=
根据《机械工程手册》第65篇“农业机械”旋耕机的功率可以计算：
（3-3）
式中：
旋耕机的比阻（）
耕深（cm）
机组前进速度（m/s）
工作幅宽（m）
当直接旱旋耕，用Ⅰ档位工作，=11cm时，
已知：
=0.39m/s,=240r/min,S=10cm
查表得：
耕幅
1米幅宽时刀轴的功耗为：
当旱旋用Ⅱ档位工作，H=9cm时，
耕幅
1米幅宽时刀轴功耗：
当水旋耕用Ⅱ档位工作，H=12cm时，=0.89m/s
查表得：
耕幅
刀轴功耗：
从上述计算结果，可初取耕幅宽度B=100cm,当水田土质松软，耕深较浅或耙第二遍的时候，可以考虑用Ⅲ档工作。
试验资料证明：
由于旋耕刀切土时，土壤的反推力和拖拉机的前进方相同，当在空挡位使用旋耕机时，拖拉机往前跑的很快，因此行走功率的消耗非常小，一般=0.4-0.87KW（0.3-0.5马力），仅克服滚动阻力（滚动阻力系数f=0.1）,现有拖拉机功率,总传动效率，传动损失为,故机组的工作的功率消耗:
当直接旱旋耕用Ⅰ档位工作，耕深H=11cm时，耗用功率较大，其值为：
有用功率储备为：
旋耕机的功率利用率为83％。
从上述计算和分析，我们认为该机的耕幅和功率匹配是合理的，又有理论和实践证明，故本设计的功率匹配较为合理、先进，能充分发挥手扶拖拉机配套在农忙时获得较好的经济效益。
3.3旋耕刀滚的设计
3.3.1弯刀结构设计的确定
型系列弯刀采用阿基米德螺旋线为侧刃刃口曲线的滑切性能较好，横、弯半径r=30，弯折角Qmax=37°,横刃铲掘面的抛土覆盖性能也较优越。
新系列弯刀的功率都稍小于老产品旋耕刀片。
弯刀仍是水、旱地通用的较好刀型。
Ⅱ型刀主要用于水田绿肥、稻茬和麦茬较多及粘重田地耕作。
T型刀的刀轴管稍大，能改善水田缠草性能。
从节能和有利于降低阻力，提高滑切和粘重土壤的适应性能，我们选用了新系列标准件T195型弯刀比较合理，先进。
其主要参数为：
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