1JHG180型秸秆粉碎还田旋耕机计算说明书.docx

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1JHG180型秸秆粉碎还田旋耕机计算说明书

1JHG-180型

秸秆粉碎还田旋耕机

设计计算说明书

二〇一〇年三月

一、1JHG-180型秸秆粉碎还田旋耕机的开发设计的背景、必需性和

可行性

1.1、项目开发背景

本项目主要根源于市场需乞降2008年度省农机三项工程项目指南。

经过市场检查表示：

跟着乡村经济和农业机械化的迅速发展，乡村的稻麦秸秆有效利用率急剧降落，使稻麦秸秆大批富积，所以每到稻麦收获季节，农田中“火海遍地，浓烟四起”大火烧焦了土地，引起了大批的火灾，造成了人身伤亡及田间作物等火灾事故。

烟雾笼盖着稻麦产区的大地，烟雾熏得广大人民眼哭泣、喉发痒、熏得车辆急减速，飞机难起落。

事实证明，燃烧秸秆造成了资源浪费、烧坏了土地、污染了环境，

严重影响了人民生活、交通安全等问题。

最近几年我省对40马力以上大中

型拖沓机实行购机补助政策后，据统计，最近几年我市70马力以上大型拖

拉机以每年1000台左右的速度递加，而与之配套的秸秆切碎还田机尚属空白，致使于形成了有动力而无配套机具的难堪场面，这严重限制了秸秆机械化还田技术的发展，为此，开发研究稻麦秸秆切碎还田机械，变废为宝，促使农业可连续发展，已成为全社会关注和亟待解决的热门和难点问题。

1.2、必需性

1.2.1、本项目对农机技术创新和农机行业技术进步的意义与作用

1.2.1.1、技术创新：

我国从上世纪80年月开始研究开发秸秆还田机具及技术，90年月开始推行应用，到目前为止，稻麦秸秆还田机具主要有旱地反转灭茬和水田秸秆还田两类作业机具，两种稻麦秸秆还田作业机具都没有切草功能，旱地反转灭茬仅能对稻麦收获后的根茬进行还田，当根茬高于20cm以上时，灭茬还田成效差，而目前全喂入联合收获机为了提升作业效率，留茬高度都在30cm以上，所以，反转灭茬机

...

不适应稻麦秸秆和高留茬还田作业。

此外，水田埋草机仅能在水田及耕

层较深的田间进行作业，而目前我省的小麦、水稻栽种大部分采纳免耕

或浅耕种业，因为受耕层浅等条件的限制，所以直接影响了水田埋草机

埋草成效。

所以，现有推行应用的两种机型不适应目前秸秆切碎还田的

要求。

本项目实行后，其创新之处是针对稻麦秸秆韧性高等特色，利用甩

切、剪切原理，把整秸秆甩剪成碎断，并均匀的掩埋到耕层内，有益于

秸秆腐化变质，增添土壤有机质、促使农业可连续发展。

1.2.1.2、技术进步：

稻麦秸秆还田问题现已惹起了各级领导和广

大民众的观注，开发研究新式稻麦还田机势在必行，本项目实行后，将

有力推动秸秆还田作业机具的发展，促使农机行业技术进步，提升秸秆

还田机械化的技术水平。

1.2.2、实行该项目对当地农业生产和乡村经济发展的意义与作用

跟着乡村经济的迅速发展，我国农业生产方式和农民生活方式发生

了很大的变化，稻麦秸秆的有效利用率急剧降落，大批的稻麦秸秆被焚

烧，严重造成了资源浪费、环境污染、烧坏了土地、影响交通，不利于

生态均衡。

稻麦秸秆是一种生物质源，秸秆中含有氮、磷、钾、钙、镁、

蛋白质、纤维素等矿物质养份和有机质，将稻麦秸秆直接切碎还田，能

够全面增补土壤养份，增添土壤有机质，改良土壤构造，提升地力水平

和农作物产量，一般每年还田稻麦秸秆500公斤/亩，可提升地力I个

等级，对下季作物均匀亩增产幅度3%—10%，拥有明显的生态、社会和

经济效益。

1.3、可行性

1.3.1、技术现状

...

1.3.1.1、项目目前的研究水平

本项目是在宽泛调研现有同类机具的基础上，联合稻麦秸秆韧性强

的实质状况，自行研究设计一种新式稻麦秸秆还田机，整体采纳双轴结

构，前轴切草，后轴旋耕土壤及覆盖秸秆。

在对重点零件的设计中，我

们攻关小组自行发了然一种新式稻麦秸秆纹齿甩刀，采纳双螺旋线安装

摆列，作业时采纳粉碎刀反转，动刀与定刀频频甩切、剪切的方式，这

样有益于提升切草成效、降低功耗。

所以，本项目的研究将把我国稻麦

秸秆还田机提升到一个新水平上。

1.3.1.2、项目技术的成熟度

在本项目研究工作中，秸秆还田攻关小组已达成了对国内现有稻麦秸秆还田机的调研、资料收集、参照样机的引进、整体设计方案的拟订、重点零件的图纸设计、三轮可行性论证、已申报国家适用新式专利（专利申请号是：

）等工作。

1.3.1.3、国内外同类技术现状和发展趋向

国内外同类技术现状

据检查外国发达国家推行应用的稻麦秸秆还田机以100马力以上拖

拉机配套为主，而我国现有动力大部分为100马力以下拖沓机，与我国

现有动力不配套，此外价钱昂贵，不适应在我国推行使用。

目前我国推

广应用的稻麦秸秆还田机主要有反转灭茬和水田埋草两类机型，因为因

受构造和性能的限制，这两类机型基本都无碎草功能，主假如把草埋入

土中，作业中易出现负荷大、秸秆覆盖率低的现象。

所以，秸秆还田机

虽推行多年，保有量仍不多，使用甚少，不适应稻麦秸秆旱地切碎还田

作业。

发展趋向

...

据检查我国此后将有30%的稻麦秸秆用于造纸、发电、草编等，约

有70%的秸秆用于还田，而目前稻麦秸秆还田多半是以燃烧为主，跟着社会的发展、各级领导的重视和农民对稻麦秸秆还田认识的提升，稻麦秸秆还田势在必行。

据农业部门介绍稻麦秸秆还田以切碎后混淆在耕层内为最正确，而目前我省以致全国推行的稻麦秸秆还田机都以整草还田为主，虽可推行应用，但不是理想机型。

所以，开发研究与大拖配套的大型双轴稻麦秸秆切碎还田旋耕机，是此后推行应用的发展趋向。

1.3.1.４．市场需求剖析

我省稻麦栽种面积约5650万亩，全国稻麦栽种面积约9亿亩左右，假如有70%的面积使用稻麦秸秆切碎还田机，每台机器按肩负1000亩计

算，仅我省需稻麦秸秆切碎还田机4万台，全国需推行应用65万台，

市场推行应用远景广阔。

研究内容及目标

1.3.2.１．主要技术特色

●复式作业技术：

采纳双轴构造，前轴为秸秆粉碎轴，后轴为旋耕

轴，可一次达成秸秆粉碎和旋耕碎土及覆盖秸秆复式作业。

●采纳甩、剪切技术：

依据稻麦秸秆韧性强、抗打击强的特色，本

机采纳刃口尖利、耐磨的新式纹齿甩刀相对纹齿定刀甩、剪切秸秆，在

圆周高速运行过程中，将秸秆甩、剪切断。

●采纳双螺旋对称摆列技术：

纹齿甩刀按60°双螺旋对称摆列，粉

碎刀轴在高速运行中与安装在壳体上的两排纹齿定刀形成频频甩、剪切

的功能，可使刀轴运行安稳，秸秆切碎均匀。

●采纳滑撬限深技术：

在粉碎刀轴的前面增添左右两个滑撬，可限

制粉碎刀轴的作业高度，防止入土而造成负荷加大等问题。

...

1.3.2.２．创新点

●稻麦秸秆纹齿粉碎刀：

经过对纹齿甩刀的角度、构造、形式，资料及热办理硬度的研究，创新设计一种合适于切断稻麦秸秆、耐磨、抗冲击的新式纹齿甩刀。

●切草刀的摆列构造：

经过对切草刀在刀轴上的安装地点研究，创建计了双螺旋、对称安装的切刀摆列构造，实现运行安稳，动定刀频频甩、剪切的切草功能。

●切草刀的线速度：

经过对切草刀线速度的计算和对照试验、选择切草成效好，耗费功率小的最正确线速度。

1.3.2.３．重点技术内容

●双轴构造研究：

该机的整体研究重点技术内容是与大中型拖沓机配套使用的新式双轴稻麦秸秆还田机，达到前轴切碎秸秆，后轴旋耕碎土覆盖秸秆复式作业的目的，实现稻麦秸秆切碎还田的目标。

●新式稻麦秸秆切碎装置的研究：

依据稻麦秸秆韧性强的特色，研究设计刃口尖利、耐磨及抗冲击的新式纹齿甩刀，研究设计纹齿甩刀的

构造、形式及安装摆列方式，使切碎装置在工作过程中，实现运行安稳，动定刀频频甩、剪切秸秆的工作方式，提升秸秆切碎率和切碎效率。

●主要技术参数的研究：

当切草刀的构造与安装方式确立此后，直接影响秸秆的重点技术为切草刀的直径与转速，经过对切草刀直径与转速的对照试验、选择切草成效好，耗费功率小的最正确直径与转速。

●限深装置的研究：

在粉碎刀轴的前面增添左右两个滑撬，限制粉碎刀轴的作业高度，防止粉碎刀轴入土而造成负荷的忽然加大等问题。

●家产化开发研究：

该产品经过试验判定后，徐州市汉马农业机械有限公司将严格依据现代公司运行体制进行管理，主要肩负重点零件的

...

生产。

达成对机器的机架及刀辊焊合模具的设计与制造、纹齿甩刀的冲

压模具的设计与制造，提升重点零件的加工质量和效率，降低生产成本，

促使该产品规模家产化的发展。

二、1JHG-180型秸秆粉碎还田旋耕机设计方案

2.１、整体方案确实定

依据我国现有秸秆还田机种类、构造、及我省大型拖沓灵活力保有

状况，经课题组多次研究磋商确立，本项目拟在原双轴灭茬旋耕机的基础上研究开发集稻麦秸秆及高留茬切碎、还田、旋耕及整地于一体的新式与75马力以上拖沓机配套的秸秆还田复式作业机具，经过改良设计秸秆切碎构造及优化选择重点技术参数，达到前轴高速旋转切碎秸秆，后轴旋耕碎土覆盖秸秆的目的，实现稻麦秸秆还田的目标。

机具的挂接方式采纳成熟的三点挂接方式，前轴采纳通轴侧传动方式，后轴采纳原双轴旋耕机成熟的中间传动方式，整体框架构造在原双轴旋耕机框架构造的基础上改良而来，机具的后托板采纳原双轴旋耕机的后托板，采纳这样的构造方式能够许多的采纳成熟技术、躲避风险、降低成本。

前轴的侧边传动形式采纳齿轮传动，提升传动的靠谱性，经过齿轮的多级升速，使前轴的转速达到2000r/min以上。

后轴采纳本来的传动形式，经过多级齿轮的降速，使后轴的转速达到280r/min左右。

机具的作业幅宽依据75马力以上拖沓机的动力要求，制定在1.8米。

整体方案以下列图：

...

1JHG-180型秸秆粉碎还田旋耕机整体方案表示图

１、万向节总成２、附箱总成３、中间传动箱４、旋挂装置

５、侧边齿轮箱６、机罩总成７、机架侧板８、旋耕刀

辊总成9、粉碎刀辊

2.2、传动方案确实定

依据已确立的整体方案及秸秆粉碎机、还田机的传动方式，确立传

动方案以下：

动力有拖沓机经由万向节1传动给I轴，I轴采纳锥齿轮传动方式，动力经由锥齿轮Z1、Z2传动给2轴，这一级的传动为降速传动，2轴上安装一个直齿圆柱齿轮Z3，动力再经由直齿圆柱齿轮Z4、Z5传动给旋耕轴3，旋耕轴3采纳中间传动方式。

2轴上的动力经由万向节2传动给粉碎轴齿轮箱上的直齿圆柱齿轮Z6，动力由Z6传达给Z7、Z8，Z8

再将动力传达给Z9、Z10，Z10再将动力传达给Z11，Z11再将动力传达

给Z12、Z13，Z13再带动粉碎轴4高速旋转，以达到粉碎秸秆的目的。

...

传动方案表示图以下：

图21JHG-180型秸秆粉碎还田旋耕机传动方案表示图

2.3、主要技术参数确实定

依据我省大型拖沓灵活力保有状况，及该机采纳前轴高速粉碎秸

秆，后轴旋耕碎土的双轴作业方式，经课题组多次研究磋商确立机具配

套动力选择为75马力以上拖沓机，机具作业幅宽定在180cm。

依据国家

秸秆粉碎还田机行业标准JB/T6678-2001的规定，稻麦秸秆的粉碎合

格长度不大于150mm，轮辙间秸秆粉碎长度合格率≥92％，轮辙中秸秆

粉碎长度合格率≥85％，经课题研究决定将秸秆的粉碎长度定在≤

100mm,均匀粉碎合格率≥90％。

依据国家旋耕机械标准GB-T

...

5668.1-1995的规定，旋耕机在土壤绝对含水率为15％-25％的壤土、轻黏土上耕种，旱耕耕深为8-18cm,耕深稳固性≥85％，耕后地表平坦度≤5cm，植被覆盖率≥55％，碎土率≥50％，经课题研究决定沿用该标准，该标准中规定旋耕机的刀辊转速应150～350r/min，经课题研究决定旋耕机的刀辊转速在280r/min左右，旋耕刀采纳225旋耕刀。

依据我国现有的秸秆粉碎还田机刀辊转速值的大小，经课题研究决定将粉碎轴的转速定在2100r/min左右。

该机的主要参数以下：

①配套动力：

75马力以上

②作业幅宽：

180cm

③粉碎长度：

≤100mm

④粉碎合格率：

≥90％

⑤旋耕深度：

8—18cm

⑥生产率：

4—7亩／小时

⑦植被覆盖率：

≥55%

⑧碎土率≥50％

⑨耕后地表平坦度≤5cm

⑩旋耕刀辊转速280r/min左右

粉碎轴转速2100r/min左右

三、主要工作零件设计计算

3.1、1轴、2轴圆锥齿轮设计及校核

3.1.1、1轴、2轴转速计算

跟着拖沓灵活力的增大，齿轮传达的功率也随之增大，依据秸秆还

田机生产厂家的建议，课题组决定将齿轮的模数定为m＝6，锥齿轮z1

...

＝21，锥齿轮z2＝33，传达的功率为p1＝。

拖沓机输出的转速有720r/min和1000r/min，我们选择720r/min设计，即1轴转速n1

＝720r/min，则2轴转速n2＝（z1/z2）×n1=（21/33）×

。

3.1.2、1轴、2轴圆锥齿轮基本参数计算

m＝6，z1＝21，z2＝33，ha*=1,α=20°,c*=0.2分度圆锥角：

δ1=arctgz1/z2=arctg21/33=32.47°

δ2=90°-δ1=90°-32.47°=57.53°

齿顶高：

ha=ha*×m=1×6=6mm

齿根高：

hf

全齿高：

h=ha+hf

顶隙：

c=c*××

分度圆直径：

d1=mz1=6×21=126mm

d2=mz2=6×33=198mm

齿顶圆直径：

da1=d1+2hacosδ1=126+2×6×

da2=d1+2hacosδ2=198+2×6×

齿根圆直径：

df1=d1-2hfcosδ1=126-2×7.2×

df2=d2-2hfcosδ2=198-2×7.2×

锥距RR=1/2×（d12+d22）1/2=1/2×（1262+1982）1/2=234.69mm3.2、旋耕轴转速计算

2轴转速n2＝（z1/z2）×n1=（21/33）×720=458.18r/min。

设计3轴转速为280r/min左右，

所以传动比为

课题组依据生产厂家的建讲和变速箱常用齿轮齿数的参数，将各齿

...

轮的齿数定位z3=13，z4=31，z5=21，

由此可计算出3轴的转速为n3=（z3/z4）×（z4/z5）×n2

=（13/31）×（31/21）×

=283.63r/min

3.3、变速箱内各齿轮的设计

变速箱内的总传动比计算

按设计要求，粉碎轴转速以2100r/min计算，可得变速箱内总的

传动比为。

3.3.2、各齿轮齿数确实定

依据生产厂家的建讲和变速箱常用齿轮齿数的参数，课题组依据变

速箱内总的传动比i=4.58，经计算选择个齿轮的齿数为z6=33,z7=18,

z8=31,z9=18,z10=26,z11=25,z12=19,z13=18，m=5mm，α=20°。

...

由此，可计算出总的传动比为

i总＝（z6/z7）×（z8/z9）×（z10/z11）×（z11/z12）×（z12/

z13）=（33/18）×（31/18）×（26/25）×（25/19）×

则粉碎轴转速

n4＝（z6/z7）×（z8/z9）×（z10/z11）×（z11/z12）×（z12/

z13）×n2=（33/18）×（31/18）×（26/25）×（25/19）×（19/18）×

故将原设计参数改为i总=4.56，粉碎轴转速。

各齿轮分度圆直径以下：

d6=mz6=5×33=165mm

d7=d9=d13=mz7=5×18=90mm

d8=mz8=5×31=155mm

d10=mz10=5×26=130mm

d11=mz11=5×25=125mm

d12=mz12=5×19=95mm

所以，变速箱中z6和z13两齿轮的中心距为

d=（d6+d7+d8+d9+d10+d11+d11+d12+d12+d13）/2

=（165+90+155+90+130+125+125+95+95+90）/2

=580mm

3.4新式纹齿甩刀的设计

此刻市场上销售的秸秆粉碎还田机的甩刀耗费功率大，不尖利，对

稻麦秸秆的粉碎成效不理想，课题组依据多年的研究发现，如能将甩刀

设计成纹齿形状，且带自磨刃口，则对韧性较强的稻麦秸秆粉碎成效将

提升好多，课题组经研究攻关设计出了以下的纹齿甩刀，将直刀和弯刀

...

组合使用粉碎成效会更好。

查手册及经验可知，要粉碎稻麦秸秆，粉碎刀的线速度一定>35m/s,

依据生产厂家现有资料，课题组选择了直径d1=120mm，壁厚S=10mm的

钢管，课题组经研究决定要求粉碎刀的线速度>40m/s，纹齿甩刀长度设

计成长L=140mm，安装销轴直径d2=20mm，安装孔直径d3=22mm，粉碎刀

安装孔中心距粉碎刀左端为20mm，粉碎刀安装在安装架上后前端离粉碎

刀轴留有5mm的距离，故可计算出粉碎刀轴安装好粉碎刀后的旋转直径

为D=120+140+140+5+5=410mm，所以可计算出粉碎刀的线速度为

×D×n/60=3.14×0.41×2089.62/60=44.83m/s，切合设计

要求。

纹齿甩刀表示图以下：

...

...