1JPD—200型旱地激光平地機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與分析

韓靜鴿 劉琦

摘要：應(yīng)用激光平地技術(shù)是建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田行之有效的辦法之一。設(shè)計(jì)制造出1JPD-200型旱地激光平地機(jī)，介紹該機(jī)的技術(shù)特性，對其關(guān)鍵部件的研究、設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行分析。該機(jī)是激光平地技術(shù)的理想配套機(jī)具，可用于農(nóng)田的精細(xì)化平整作業(yè)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；激光平地機(jī)；旱地；關(guān)鍵部件

中圖分類號：S222.5+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）06-0029-03

激光平地技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的土地平整技術(shù)，在發(fā)達(dá)國家已得到普遍應(yīng)用，而我國對激光平地技術(shù)還處于引進(jìn)、示范及推廣的初級階段。旱地激光平地機(jī)屬保護(hù)性耕作機(jī)械范圍，國內(nèi)雖有部分科研院所和生產(chǎn)企業(yè)對其進(jìn)行研究開發(fā)，但在市場上尚未形成大面積推廣應(yīng)用，主要是由于產(chǎn)品大都存在著沒有配置激光發(fā)射、接收、控制裝置，整機(jī)設(shè)計(jì)構(gòu)造不夠合理，田間作業(yè)過程中全憑操作人員手動(dòng)掌握刮土鏟刮土位置及拖土斗卸土位置，平地精確度達(dá)不到建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田要求等問題。一些大型農(nóng)場和種糧大戶使用的激光平地機(jī)械多數(shù)是從歐美等發(fā)達(dá)國家引進(jìn)的，不僅價(jià)格昂貴，而且使用過程中維修、故障處理及零配件供應(yīng)均受到極大制約，不利于迅速推廣應(yīng)用。

為此，特對國內(nèi)市場原有平地機(jī)存在的技術(shù)缺陷進(jìn)行研究、試驗(yàn)與改進(jìn)，成功研制出1JPD-200型旱地激光平地機(jī)。該機(jī)具有工作效率高、作業(yè)效果好、適應(yīng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，推廣應(yīng)用前景廣闊。

1 1JPD-200型旱地激光平地機(jī)技術(shù)特性

1.1 技術(shù)指標(biāo)

1JPD-200型旱地激光平地機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

1.2 基本結(jié)構(gòu)

1JPD-200型旱地激光平地機(jī)主要由激光發(fā)射器、激光接收器、控制器、液壓控制系統(tǒng)和刮土鏟五大部分組成（如圖1所示）。

1） 激光發(fā)射器裝在三角架頂部，放置于整平地塊中的任意位置。發(fā)射器內(nèi)電源用4節(jié)1號電池（可使用30 h），其內(nèi)設(shè)有自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的折射板，可在一個(gè)水平面內(nèi)向360 °方向任意折射光線，即發(fā)射出可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的激光光線。激光發(fā)射器三角架高度可調(diào)，通過調(diào)節(jié)激光發(fā)射器基部的3個(gè)螺母可實(shí)現(xiàn)水平度調(diào)節(jié)。激光發(fā)射器上裝有2個(gè)紅燈、3個(gè)綠燈，當(dāng)3個(gè)綠燈全亮?xí)r表示達(dá)到水平，開啟開關(guān)后即可開始工作。

2） 激光接收器安裝在刮土器的支撐架上，并與控制器相連接，用于接收激光儀發(fā)出的激光信號，并將激光信號轉(zhuǎn)換成電信號后輸送給控制器。

3） 控制器安裝在拖拉機(jī)駕駛室內(nèi)的左前方，其上有紅、綠、黃3個(gè)指示燈。紅燈亮表示接收不到激光儀發(fā)出的激光信號；綠燈亮表示接收范圍正常，在作業(yè)中可自動(dòng)調(diào)整刮土器的高度；黃燈亮表示地面高低差已超出要求平整的范圍，需要重新確定平整范圍?？刂破髟O(shè)有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種操作方式，在正常作業(yè)時(shí)由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制。如果刮土量過大，則需要通過手動(dòng)控制系統(tǒng)控制。

4） 刮土器為鏟斗式，鏟斗底部裝有用于刮土的鏟刃，在運(yùn)輸時(shí)由兩側(cè)運(yùn)輸輪支撐，可使鏟斗離地至少50 cm，運(yùn)輸極為方便。

1.3 工作原理

1JPD-200型旱地激光平地機(jī)的基本作業(yè)流程如圖2所示。

該機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)后牽引聯(lián)接，液壓泵通過傳動(dòng)軸與拖拉機(jī)后輸出軸聯(lián)接，并由拖拉機(jī)牽引前進(jìn)作業(yè)。平地機(jī)其實(shí)是一個(gè)有后輪且能按照土地高低自動(dòng)升降的刮土鏟，刮土鏟的升降是由激光發(fā)射器發(fā)出信號，接收器接受判斷并發(fā)出判斷結(jié)果，通過控制器控制油缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)的。油缸安裝在后輪軸與平地鏟之間，油缸伸縮來帶動(dòng)平地鏟升降。在作業(yè)過程中，遇到高處時(shí)，油缸縮短帶動(dòng)鏟刀降低，鏟刀將土壤切削并推移該處土壤前進(jìn)；當(dāng)前進(jìn)到較低處時(shí)，油缸伸長帶動(dòng)鏟刀升高，被鏟刀推移的土壤被平鋪到該處。即高處的土壤被刮走攤平到低處，完成土地平整工作。

2 關(guān)鍵部件分析

2.1 機(jī)架的研究與設(shè)計(jì)制造

機(jī)架是該機(jī)的基礎(chǔ)部件，其設(shè)計(jì)、制造關(guān)系到其他部件安裝、定位與調(diào)整的方便性，以及外觀形狀和生產(chǎn)成本。考慮到材料受力強(qiáng)度及外觀，經(jīng)研究分析，確定機(jī)架的主材料采用優(yōu)質(zhì)方鋼管。機(jī)架制造的關(guān)鍵在于控制焊接熱變形，應(yīng)在焊接工藝及焊后處理方面下功夫：焊接工藝依靠科學(xué)合理的工裝模具和焊接設(shè)備來保證；設(shè)計(jì)、研制焊后工件校檢裝備，以校正機(jī)架焊合時(shí)產(chǎn)生的熱變形。

2.2 拖土斗的研究與設(shè)計(jì)制造

拖土斗的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足在土壤高凸處集土容易、低洼處自行卸土順利的目標(biāo)，其研究與設(shè)計(jì)制造主要在于其結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)研究試驗(yàn)，為便于集土，將拖土斗的主體設(shè)計(jì)為型鋼焊合框架，上下、左右及后端用鋼板封閉；為便于卸土，將拖土斗的前部設(shè)計(jì)為敞開式，刮土鏟與拖土斗的結(jié)合采用在拖土斗下部前端設(shè)置橫梁、利用沉頭螺絲固定的方式，以保證機(jī)具作業(yè)時(shí)集土、卸土順利。

2.3 刮土鏟的研究與設(shè)計(jì)制造

刮土鏟是該機(jī)的關(guān)鍵部件，其研究與設(shè)計(jì)制造主要涉及到原材料選擇、最佳入土角確定及熱處理工藝的科學(xué)合理性。鑒于刮土鏟是主要磨損件，特選用65Mn鋼板制造。熱處理工藝時(shí)應(yīng)選擇水平放置，以減少熱變形。通過試驗(yàn)對比，將刮土鏟的入土角設(shè)計(jì)為35～40°。

2.4 牽引架的研究與設(shè)計(jì)制造

該機(jī)作業(yè)時(shí)主要靠拖拉機(jī)牽引力來完成，所受牽引力全部集中在牽引架上。經(jīng)研究分析，以方鋼管為主要材料焊合制成牽引架。

2.5 液壓限深裝置的研究與試驗(yàn)

液壓限深裝置研究與試驗(yàn)的關(guān)鍵在于限深輪架的結(jié)構(gòu)型式，限深輪、液壓泵的選擇及合理配置等。確定采用方鋼管焊合制造爬梯型限深輪架。限深輪選用6.5～16.0橡膠輪胎。液壓泵選用齒輪式液壓泵，液壓泵功率按適用功率150%選用。在限深輪架上以45°左右傾斜設(shè)置液壓缸，液壓缸上部固定在機(jī)架后端，下部與限深輪架中間橫梁相連。

2.6 激光發(fā)射器、激光接收器、控制器的試驗(yàn)選擇

激光發(fā)射器、激光接收器、控制器應(yīng)具備防水侵蝕、防風(fēng)刮日曬、抗摔抗震性能。在制造方面需嚴(yán)格控制配合間隙，在裝配時(shí)應(yīng)設(shè)置防震膜，以保障激光發(fā)射器、激光接收器、控制器的質(zhì)量及性能。

2.7 液壓油自動(dòng)循環(huán)裝置的研究與設(shè)計(jì)制造

該機(jī)主要靠液壓裝置調(diào)控刮土鏟工作。液壓缸伸縮動(dòng)作頻繁，長時(shí)間作業(yè)會使液壓油溫升高、壓力增大，導(dǎo)致出現(xiàn)液壓油管爆裂及液壓油滲漏等問題。為此，研究、設(shè)計(jì)了液壓油自動(dòng)循環(huán)裝置。

3 結(jié)論

1JPD-200型旱地激光平地機(jī)的性能特點(diǎn)為：1） 機(jī)具作業(yè)靠激光發(fā)射器、激光接收器、控制裝置控制液壓限深裝置，可自動(dòng)完成高凸處刮土鏟刮土、拖土斗集土和低洼處卸土作業(yè)；2） 激光發(fā)射器、激光接收器、控制器具備防水侵蝕、防風(fēng)刮日曬、抗摔抗震性能；3） 增大激光接收器支撐桿（鋼管）直徑，在3根穩(wěn)定拉線的中部增設(shè)了調(diào)緊裝置，解決了激光接收器抖動(dòng)問題；4） 在激光接收器支撐桿中間設(shè)置液壓缸，利用液壓缸將上部鋼管向上抽推，完成高激光接收器升高及降低的液壓調(diào)整；5） 設(shè)計(jì)配置了液壓油循環(huán)散熱裝置，確保機(jī)具作業(yè)過程中液壓油不起高溫。

該機(jī)與發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品相比，具有絕對的價(jià)位優(yōu)勢。經(jīng)各地農(nóng)戶使用證明：該機(jī)通過性能質(zhì)量良好，適應(yīng)性廣泛，使用可靠安全，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。

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Design and Analysis on Key Components of Type 1JPD-200 Dry

Land Laser Leveling Machine

HAN Jingge， LIU Qi

（Xuchang Vocational Technical College， Xuchang Henan 461000， China）

Abstract： The technique of laser leveling is one of effective measures for constructing high standard cropland. In the article， it introduced the design of type 1JPD-200 dry land laser leveling machine and its technique properties， analyzed the research， design and manufacture of the key component. The machine is ideal matching machinery for the application of laser leveling technique， is capable of accurate leveling operation in cropland.

Key words： agricultural machinery； laser leveling machine； dry land； key component