中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)原理分析與方案設(shè)計(jì)

房燦松 崔新德 范永鋒

摘 要：通過對(duì)中型水田耕耙平地機(jī)的輔助機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查了解后，可以將中型水田耕耙平地機(jī)的輔助機(jī)構(gòu)分為三個(gè)組成部分：懸掛架、殼體、后平板。本章的主要內(nèi)容是針對(duì)中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)三個(gè)部分原理進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)方案的確定。在本章中將說明輔助機(jī)構(gòu)具體形式的選擇及其選擇依據(jù)。

一、 水田耕耙平地機(jī)與拖拉機(jī)的連接方式

1.1 農(nóng)業(yè)用具與拖拉機(jī)的連接方式種類

拖拉機(jī)田間作業(yè)機(jī)組的后懸掛系統(tǒng)屬于后置式外懸掛系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱后懸掛）。其主要的種類有牽引式、懸掛式、半懸掛式等幾種類型。其中懸掛式機(jī)組，根本上改變了拖拉機(jī)與農(nóng)機(jī)具之間的受力關(guān)系[1]。工作中有可能將機(jī)組的重量和載荷，部分地傳遞到拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪上，從而增加了驅(qū)動(dòng)輪的垂直載荷，改善了牽引性能，減輕拖拉機(jī)本身的結(jié)構(gòu)重量，因此廣泛應(yīng)用于中、小型拖拉機(jī)機(jī)組上。農(nóng)機(jī)具在拖拉機(jī)上的懸掛方式，按懸掛桿件與拖拉機(jī)機(jī)體的鏈接點(diǎn)數(shù)，則有單點(diǎn)、兩點(diǎn)及三點(diǎn)懸掛三種。最常用的是雙軸式三點(diǎn)懸掛和兩點(diǎn)懸掛根據(jù)兩種[2]。近年來，隨著農(nóng)用拖拉機(jī)后三點(diǎn)懸掛的參數(shù)的日趨標(biāo)準(zhǔn)化，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)具的懸掛多屬于后三點(diǎn)懸掛系統(tǒng)。

1996年4月5號(hào)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)后置式三點(diǎn)懸掛—第一部分：1、2、3和4類》，根據(jù)動(dòng)力輸出軸的功率劃分1、2、3和4類標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)后置式三點(diǎn)懸掛裝置的主要尺寸和參數(shù)。鑒于耕耙機(jī)的懸掛架的設(shè)計(jì)需要40馬力拖拉機(jī)后三點(diǎn)懸掛的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，下面將對(duì)拖拉機(jī)后三點(diǎn)懸掛結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)要說明。

圖1.1就是拖拉機(jī)后三點(diǎn)懸掛方式的常見布置形式，其中1為上拉桿，3為上懸掛點(diǎn)，5為上鉸結(jié)點(diǎn)，6為上鉸結(jié)點(diǎn)連接銷，2為下拉桿，4為下懸掛點(diǎn)，6為下鉸結(jié)點(diǎn)，9為液壓臂。拖拉機(jī)通過一個(gè)上懸掛點(diǎn)和兩個(gè)下懸掛點(diǎn)與具有三點(diǎn)懸掛的農(nóng)機(jī)連接。

1.2 中型水田耕耙平地機(jī)與拖拉機(jī)連接方式的選擇與原由

中型水田耕耙平地機(jī)是適用于40馬力以上（包括40馬力）中型拖拉機(jī)帶動(dòng)的農(nóng)用耕耙平地機(jī)，其承載車身中型拖拉機(jī)的懸掛參數(shù)與形式和小型拖拉機(jī)有很大的不同，中型拖拉機(jī)后部設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)的后三點(diǎn)懸掛裝置。因此，中型水田耕耙平地機(jī)與拖拉機(jī)連接方式首選方式是后三點(diǎn)懸掛方式。

選擇后三點(diǎn)懸掛方式而不選擇牽引式、半懸掛式是因?yàn)楹笕c(diǎn)懸掛式機(jī)組有可能將機(jī)組的重量和載荷，部分地傳遞到拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪上，從而增加了驅(qū)動(dòng)輪的垂直載荷，改善了牽引性能，減輕拖拉機(jī)本身的結(jié)構(gòu)重量等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，三點(diǎn)懸掛比單點(diǎn)與兩點(diǎn)懸掛具有更好的工作穩(wěn)定性能，可以使農(nóng)用機(jī)械在工作時(shí)平穩(wěn)工作，減少不平穩(wěn)性對(duì)農(nóng)用機(jī)械的使用壽命造成的影響[3]。

二、 中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)的原理分析

這節(jié)的主要內(nèi)容是對(duì)中型水田耕耙平地機(jī)的輔助機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析說明，并且對(duì)輔助機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行分析，為中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。

2.1 中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

中型水田耕耙平地機(jī)按照各個(gè)部分實(shí)現(xiàn)功能可以將其分成三個(gè)部分：輔助機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀軸系統(tǒng)。輔助機(jī)構(gòu)是中型水田耕耙平地機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和刀軸系統(tǒng)的安裝平臺(tái)。輔助結(jié)構(gòu)又可以分為三個(gè)部分：懸掛架、殼體、后平板。

圖1.2是懸掛架的主體圖。上輔助拉桿、下輔助拉桿和立柱通過銷聯(lián)結(jié)，構(gòu)成懸掛架的桿件組。這個(gè)桿件組與減速齒輪箱的一部分組成整個(gè)懸掛架，懸掛架主要是由桿件組成，這是由于桿件組具有良好的受力的性能，并且可以盡量減少耕耙平地機(jī)的整體質(zhì)量。桿件之間用聯(lián)接銷連接，這樣可以傳遞較大的力，而且還可以得到良好的轉(zhuǎn)動(dòng)性能。

對(duì)現(xiàn)有的水田耕耙機(jī)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)輔助機(jī)構(gòu)的主要分為以下幾個(gè)主要部分：主梁、副梁、側(cè)板、罩板、后罩板。針對(duì)不同種類的耕耙平地機(jī)，各部分的設(shè)計(jì)成品有許多差異。例如副梁的設(shè)計(jì)，小型的耕耙平地機(jī)的副梁多為一個(gè)整件，有時(shí)甚至為了減少整機(jī)的重量可以取消副梁。中型和大型的耕耙平地機(jī)為了得到整機(jī)的整體剛性，多數(shù)都設(shè)計(jì)有副梁。在耕副比較寬的機(jī)型中，副梁一般設(shè)計(jì)成左、右對(duì)分的兩根梁。但是，分開式的副梁造成整機(jī)的剛性減小，并且增加了加工的復(fù)雜性，綜合考慮副梁設(shè)計(jì)成整體的一根[4]。

后平板主要由托平板和螺旋壓縮彈簧組及兩邊的防漏耕地的小托平板組成。托平板上裝有壓茬彈齒，在耕耙平地時(shí)可以將打碎的稻茬壓進(jìn)泥土里。螺旋壓縮彈簧組將從整機(jī)借到的力作用到托平板上，已達(dá)到良好的平地效果。

2.2 中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)工作原理分析

上圖是中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)的工作原理圖。由圖中可知：

桿件數(shù)N=5；低副數(shù) P1=7；高副數(shù)Rh=0；

機(jī)構(gòu)自由度 ；

中型水田耕耙平地機(jī)有三種工作和運(yùn)輸狀態(tài)：工作狀態(tài)、田頭拐彎狀態(tài)、運(yùn)輸狀態(tài)。各種工作狀態(tài)時(shí)，耕耙平地機(jī)的耕刀距地面的距離不同造成輔助機(jī)構(gòu)各個(gè)部分受力不同。當(dāng)耕耙平地機(jī)處于田頭拐彎狀態(tài)或運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)，拖拉機(jī)的液壓臂提升，通過提升桿和下拉桿將耕耙平地機(jī)整體提升使之脫離地面。當(dāng)耕耙平地機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，下拉桿和上拉桿將牽引力傳到刀軸系統(tǒng)上，使刀運(yùn)動(dòng)為水平方向運(yùn)動(dòng)和圍繞刀軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，耕耙平地機(jī)的輔助系統(tǒng)將受到來自于地面的工作阻力，其中有一向上的分力，這個(gè)力由下拉桿、液壓臂、提升桿和懸掛架組成的桿組平衡。

殼體的主要作用是給刀軸系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)提供安裝平臺(tái)，罩板和后罩板不僅將刀軸系統(tǒng)保護(hù)起來，而且還可以將耕刀旋耕起來的大塊土塊打碎。因此，罩板和后罩板要有合理的結(jié)構(gòu)。

三、中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)

中型水田耕耙平地機(jī)是在我國(guó)農(nóng)村普遍使用的農(nóng)用機(jī)械，限于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，在對(duì)中型水田耕耙平地機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮成本問題。也因此，在設(shè)計(jì)時(shí)輔助機(jī)構(gòu)的使用材料應(yīng)有好的經(jīng)濟(jì)性能和使用性能。懸掛架的主要組成是由桿件通過銷聯(lián)結(jié)組成的，在設(shè)計(jì)時(shí)懸掛架的桿件采用扁鋼制造。計(jì)算懸掛架個(gè)桿件尺寸時(shí)應(yīng)該考慮耕耙平地機(jī)的三種工作狀態(tài)，已得到合理的桿件尺寸。

在設(shè)計(jì)輔助機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該先選用合理的材料，然后設(shè)計(jì)合理的形狀結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)好各部件的結(jié)構(gòu)后，通過UG軟件建立各部分模型，分析各部分設(shè)計(jì)的是否合理。

四、結(jié)論

在本文中主要針對(duì)懸掛方式的了解和中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)原理的理解，選擇了合適的懸掛方式并對(duì)輔助機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)做了初步的方案設(shè)計(jì)。這將對(duì)下一章的中型水田耕耙平地機(jī)輔助機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)：

[1] 機(jī)械工程協(xié)會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三篇）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：13.

[2] 歐寶貴，朱加銘.材料力學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1997：106.