懸掛式旋轉(zhuǎn)開溝機(jī)的設(shè)計(jì)

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)健⑿D(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。