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收 稿 日 期 : 2002207208 作 者 簡 介 : 吳 明 亮 (19722) , 男 , 漢 族 , 湖 南 常 寧 人 , 湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學 碩 士 研 究 生 , 講 師 . 文 章 編 號 : 100721032 (2003) 0420356203 1ZS220 型 水 田 耕 整 機 的 創(chuàng) 新 設 計 吳 明 亮 , 陳 銳 平 , 楊 良 玖 , 姚 漢 清 (湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學 工 程 技 術(shù) 學 院 , 湖 南 長 沙 410128) 摘 要 : 針 對 舊 式 水 田 耕 整 機 在 實 際 生 產(chǎn) 應 用 過 程 中 出 現(xiàn) 的 自 身 質(zhì) 量 大 , 穩(wěn) 定 性 不 好 , 容 易 造 成 安 全 事 故 等 問 題 , 通 過 創(chuàng) 新 設 計 , 設 計 了 一 種 1ZS220 型 水 田 耕 整 機 . 該 機 質(zhì) 量 小 , 操 作 靈 活 , 平 衡 性 好 , 可 實 現(xiàn) 對 工 作 部 件 的 快 速 選 用 , 從 而 完 成 耕 、 耙 、 平 整 地 的 多 項 作 業(yè) . 關(guān) 鍵 詞 : 水 田 耕 整 機 ; 工 作 原 理 ; 創(chuàng) 新 設 計 中 圖 分 類 號 : S222. 402 文 獻 標 識 碼 : A T he Innovation D esign abou t 1ZS220 T illage M ach ine fo r R ice F ield W U M ing2lia ng, CHEN Rui2p ing, YANG L ia ng2jiu, YAO Ha n2q ing (Co llege of Engineering and T echno logy, HNAU , Changsha 410128, PRC) Abs tra c t: Fo r the tillage m ach ine has such sho rtcom ings as the b ig self2w eigh t, un stab ility and safe acciden ts in the real p roduction app lication cou rse in acco rdance w ith the now availab le paddy field, th is tex t analysizes the reason and design s by w ay of innovateing, and has designes a k ind of 1ZS220 m ou ld paddy field that is in the in ternal leading standard. Ke y w o rds: rice field tillage m ach ine; w o rk p rincip le; innovation design 水 田 耕 整 機 是 在 20 世 紀 80 年 代 中 期 初 具 雛 形 , 后 在 動 力 插 秧 機 的 基 礎 上 改 進 和 發(fā) 展 起 來 的 . 歷 經(jīng) 十 余 年 的 發(fā) 展 , 技 術(shù) 日 趨 完 善 , 結(jié) 構(gòu) 日 趨 合 理 , 市 場 占 有 量 逐 年 遞 增 , 但 在 實 際 應 用 過 程 中 仍 存 在 自 身 質(zhì) 量 大 、 操 作 轉(zhuǎn) 向 不 靈 活 、 平 衡 穩(wěn) 定 性 差 、 安 全 防 護 措 施 不 完 善 等 缺 陷 . 筆 者 在 保 留 舊 式 耕 整 機 設 計 優(yōu) 點 的 基 礎 上 進 行 改 進 設 計 的 1ZS220 型 水 田 耕 整 機 , 在 解 決 水 田 耕 整 機 的 運 動 平 衡 性 、 操 作 系 統(tǒng) 的 靈 活 性 及 安 全 防 護 措 施 方 面 取 得 了 較 好 的 效 果 . 1 總 體 結(jié) 構(gòu) 及 性 能 參 數(shù) 1. 1 總 體 結(jié) 構(gòu) 1ZS220 型 水 田 耕 整 機 結(jié) 構(gòu) 如 圖 1 所 示 . 主 要 由 柴 油 機 、 離 合 器 手 柄 、 扶 手 、 牽 引 架 、 踏 桿 、 座 位 架 、 犁 鏵 總 成 、 小 拖 板 、 平 衡 船 、 平 衡 滑 撬 、 驅(qū) 動 輪 、 變 速 箱 等 組 成 . 1. 柴 油 機 ; 2. 離 合 器 手 柄 ; 3. 扶 手 ; 4. 牽 引 架 ; 5. 踏 桿 ; 6. 座 位 架 ; 7. 犁 鏵 總 成 ; 8. 小 拖 板 ; 9. 平 衡 滑 撬 ; 10. 平 衡 船 ; 11. 驅(qū) 動 輪 ; 12. 變 速 箱 圖 1 1ZS 220 型 水 田 耕 整 機 結(jié) 構(gòu) F ig. 1 The s truc ture of 1ZS 220 tilla ge m e chine fo r rice fie ld 1. 2 工 作 原 理 柴 油 機 運 轉(zhuǎn) , 通 過 離 合 器 手 柄 使 柴 油 機 向 前 推 第 29 卷 第 4 期 湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學 學 報 (自 然 科 學 版 ) V o l. 29 N o. 4 2003 年 8 月 Journal of H unan A gricultural U niversity (N atural Sciences) A ug. 2003 進 , 皮 帶 張 緊 , 動 力 傳 遞 給 變 速 箱 皮 帶 輪 , 經(jīng) 過 變 速 箱 的 變 速 將 動 力 傳 給 驅(qū) 動 輪 使 驅(qū) 動 輪 運 轉(zhuǎn) . 由 于 驅(qū) 動 輪 的 向 前 推 進 , 通 過 牽 引 銷 帶 動 牽 引 架 前 進 . 農(nóng) 具 附 著 在 牽 引 架 上 , 隨 著 牽 引 架 的 運 動 而 工 作 . 當 處 于 轉(zhuǎn) 彎 過 程 中 , 利 用 踏 桿 提 升 工 作 機 , 脫 離 泥 土 的 接 觸 而 處 于 空 載 . 1. 3 設 計 思 路 (1) 支 承 形 式 . 采 用 支 承 滑 塊 (小 拖 板 ) 的 形 式 , 其 穩(wěn) 定 性 較 好 , 抗 側(cè) 滑 能 力 強 , 調(diào) 節(jié) 方 便 . 支 承 滑 塊 的 支 承 形 式 對 于 耕 整 機 耕 寬 穩(wěn) 定 性 較 好 , 還 可 降 低 耕 整 機 在 前 進 過 程 中 的 行 進 阻 力 . 支 承 滑 塊 在 耕 整 機 工 作 過 程 中 還 起 到 限 深 輪 的 作 用 1 , 對 不 同 耕 深 采 用 銷 軸 調(diào) 節(jié) 的 方 法 來 滿 足 要 求 . (2) 牽 引 形 式 . 牽 引 架 與 驅(qū) 動 部 件 通 過 銷 軸 連 接 , 驅(qū) 動 部 件 以 銷 軸 為 中 心 沿 兩 側(cè) 轉(zhuǎn) 角 之 和 可 達 120 , 使 轉(zhuǎn) 彎 半 徑 較 小 . 牽 引 架 上 附 置 犁 、 耙 、 滾 、 平 田 器 , 能 實 現(xiàn) 快 速 掛 接 , 用 材 很 少 , 使 整 機 質(zhì) 量 減 少 . (3) 離 合 方 式 . 采 用 柴 油 機 前 后 滑 動 以 松 緊 傳 動 帶 的 方 式 達 到 結(jié) 合 、 分 離 的 目 的 . 其 結(jié) 構(gòu) 更 簡 單 緊 湊 , 滑 動 行 程 也 有 所 增 大 , 若 配 合 得 當 , 動 力 的 振 動 將 大 大 減 少 . (4) 動 力 傳 遞 . 減 速 箱 采 用 四 軸 六 齒 輪 減 速 方 案 . 考 慮 加 工 的 經(jīng) 濟 性 , 三 對 齒 輪 分 別 采 用 不 同 精 度 等 級 , 以 降 低 成 本 . 皮 帶 采 用 兩 檔 配 套 , 提 供 2 種 速 度 以 適 應 工 作 機 對 速 度 的 要 求 , 并 且 兩 輪 中 心 距 不 變 , 三 角 膠 帶 不 變 , 從 而 保 證 皮 帶 的 通 用 性 . ( 5) 配 套 農(nóng) 具 . 采 用 鏵 式 犁 , 與 機 體 剛 性 連 接 , 踏 桿 提 升 整 體 犁 . 犁 寬 210 mm , 犁 深 70 150 mm , 適 當 調(diào) 節(jié) 犁 具 與 機 體 的 掛 接 點 , 能 使 牽 引 阻 力 大 大 減 小 , 牽 引 力 得 到 較 好 地 利 用 . 耙 滾 設 計 吸 收 民 間 傳 統(tǒng) 蒲 滾 和 多 種 機 引 滾 耙 的 優(yōu) 點 , 設 計 幅 寬 達 到 1. 2 m , 使 作 業(yè) 工 效 、 碎 土 能 力 、 植 被 覆 蓋 率 均 能 滿 足 農(nóng) 藝 要 求 . (6) 平 衡 系 統(tǒng) . 平 衡 船 與 牽 引 架 成 90 方 向 設 置 , 另 一 側(cè) 增 設 一 平 衡 滑 撬 , 以 減 少 機 具 側(cè) 翻 的 可 能 性 . 1. 4 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 外 形 尺 寸 : 1 940 mm 1 650 mm 1 140 mm ; 整 機 質(zhì) 量 (含 動 力 ) 不 大 于 87 kg; 配 套 動 力 : 175F21 柴 油 機 ; 犁 田 行 走 理 論 速 度 : 3. 61 km h; 耕 寬 : 210 mm ; 耙 幅 : 1 200 mm ; 耕 深 : 70 150 mm ; 犁 田 生 產(chǎn) 率 : 0. 12 0. 2 hm 2 h; 犁 田 燃 油 消 耗 : 6 10 kg hm 2; 轉(zhuǎn) 彎 半 徑 小 于 1. 7 m. 2 主 要 部 件 的 創(chuàng) 新 設 計 2. 1 牽 引 銷 工 作 部 件 的 動 力 是 由 牽 引 銷 受 剪 切 而 傳 遞 , 因 此 對 牽 引 銷 從 選 材 到 加 工 及 結(jié) 構(gòu) 設 計 都 具 有 嚴 格 的 考 慮 . 選 材 上 牽 引 銷 采 用 45 號 優(yōu) 質(zhì) 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼 , 并 進 行 調(diào) 質(zhì) 處 理 , 硬 度 為 HRC40245, 表 面 精 度 等 級 為 7 級 2 . 由 于 耕 整 機 工 作 環(huán) 境 比 較 惡 劣 , 振 動 較 大 , 故 對 牽 引 銷 兩 端 部 設 計 一 臺 階 , 如 圖 2 所 示 . 在 連 接 過 程 中 銷 體 臺 階 面 與 牽 引 盒 上 蓋 板 平 齊 , 再 用 特 制 保 險 銷 將 其 壓 緊 , 以 防 止 工 作 過 程 中 由 于 振 動 使 銷 體 蹦 出 . 圖 2 牽 引 銷 結(jié) 構(gòu) F ig. 2 The s truc ture of tra ile d p in 2. 2 保 險 銷 保 險 銷 由 銷 套 、 銷 體 、 彈 簧 組 成 , 如 圖 3 所 示 . 保 險 銷 焊 接 在 牽 引 盒 上 蓋 板 , 工 作 時 銷 體 由 于 彈 簧 的 作 用 卡 在 牽 引 銷 的 臺 階 面 上 , 以 防 止 牽 引 銷 由 于 振 動 而 向 上 運 動 . 1. 銷 套 ; 2. 銷 體 ; 3. 彈 簧 圖 3 保 險 銷 結(jié) 構(gòu) F ig. 3 The s truc ture of sa fe ty p in 2. 3 平 衡 架 平 衡 架 由 平 衡 船 、 平 衡 滑 撬 、 橫 桿 組 成 , 如 圖 4 所 示 . 其 作 用 主 要 是 防 止 耕 整 機 在 工 作 過 程 中 , 尤 其 在 轉(zhuǎn) 彎 時 不 向 兩 側(cè) 傾 翻 . 傳 統(tǒng) 耕 整 機 設 計 中 采 用 單 一 的 平 衡 船 來 維 持 機 體 平 衡 , 當 工 作 環(huán) 境 惡 劣 時 , 常 常 會 導 致 耕 整 機 側(cè) 翻 . 1ZS220 型 耕 整 機 采 用 平 衡 船 與 平 衡 滑 撬 鉸 接 在 同 一 橫 桿 上 , 而 橫 桿 穿 套 于 牽 引 架 橫 梁 上 的 滑 套 中 . 橫 梁 左 右 伸 出 端 長 度 可 自 由 調(diào) 節(jié) . 當 犁 地 時 就 可 自 由 調(diào) 節(jié) 平 衡 滑 撬 伸 出 端 的 長 度 , 實 現(xiàn) 對 田 埂 周 邊 區(qū) 域 工 作 . 平 衡 滑 撬 與 橫 桿 采 用 活 753 第 29 卷 第 4 期 吳 明 亮 等 1ZS220 型 水 田 耕 整 機 的 創(chuàng) 新 設 計 動 鉸 鏈 鉸 接 , 在 必 要 時 還 可 將 平 衡 滑 撬 卸 下 . 由 于 工 作 時 機 體 微 向 平 衡 船 一 側(cè) 傾 斜 , 而 平 衡 滑 撬 僅 僅 是 一 輔 助 支 撐 , 故 處 于 水 平 位 置 時 , 滑 撬 離 地 面 高 度 略 高 于 平 衡 船 離 地 高 度 200 mm. 這 樣 正 常 工 作 時 , 滑 撬 僅 僅 在 泥 土 表 面 劃 過 , 而 不 至 于 因 增 加 滑 撬 而 增 大 機 體 行 進 的 阻 力 . 若 工 作 異 常 使 機 體 向 滑 撬 一 側(cè) 翻 傾 時 , 平 衡 滑 撬 則 直 插 泥 土 中 起 到 輔 助 支 撐 作 用 . 1. 平 衡 滑 撬 ; 2. 橫 桿 ; 3. 牽 引 架 ; 4. 平 衡 船 圖 4 平 衡 架 結(jié) 構(gòu) F ig. 4 The s truc ture of ba la nce she lf 2. 4 驅(qū) 動 部 件 驅(qū) 動 部 件 是 耕 整 機 的 核 心 部 位 , 如 圖 5 所 示 . 主 要 由 驅(qū) 動 輪 、 變 速 箱 、 固 定 支 架 、 活 動 支 架 、 柴 油 機 、 操 作 系 統(tǒng) 、 牽 引 盒 等 組 成 . 該 部 件 的 設 計 主 要 是 保 證 整 機 前 后 方 向 不 翻 倒 . 從 設 計 學 的 角 度 來 看 , 在 工 作 過 程 中 柴 油 機 重 力 作 用 線 通 過 地 面 與 驅(qū) 動 輪 的 接 觸 點 時 最 為 理 想 3 . 但 考 慮 到 土 壤 的 物 理 力 學 特 性 , 驅(qū) 動 輪 的 直 徑 是 確 定 的 , 即 驅(qū) 動 輪 離 地 面 的 高 度 是 有 一 定 限 制 的 . 由 此 , 設 計 過 程 中 將 變 速 箱 與 牽 引 盒 下 蓋 板 聯(lián) 接 時 向 前 傾 斜 一 定 的 角 度 , 這 樣 驅(qū) 動 部 件 重 心 整 體 向 下 移 動 . 而 驅(qū) 動 輪 對 機 體 的 支 撐 點 向 前 移 動 . 工 作 過 程 中 柴 油 機 重 心 前 移 使 得 柴 油 機 重 力 作 用 線 正 好 通 過 驅(qū) 動 輪 與 地 面 的 接 觸 點 , 這 樣 極 大 地 提 高 了 轉(zhuǎn) 向 操 作 的 靈 活 性 . 停 機 休 息 時 , 通 過 離 合 器 手 柄 將 柴 油 機 拉 回 , 皮 帶 放 松 , 嚙 合 分 離 , 同 時 柴 油 機 重 心 后 移 , 重 力 作 用 線 落 到 支 撐 平 面 內(nèi) , 增 加 了 整 機 的 穩(wěn) 定 性 . 同 時 由 于 驅(qū) 動 部 件 重 心 整 體 向 下 移 動 , 而 驅(qū) 動 輪 對 機 體 的 支 撐 點 向 前 移 動 , 這 樣 擴 大 了 由 驅(qū) 動 輪 、 小 拖 板 、 平 衡 船 三 點 確 定 的 對 機 體 的 支 撐 平 面 . 再 一 次 增 加 了 耕 整 機 工 作 過 程 中 的 穩(wěn) 定 性 . 表 1 為 改 進 前 后 機 體 重 心 前 移 及 下 降 后 相 關(guān) 參 數(shù) 對 比 . 1. 驅(qū) 動 輪 ; 2. 變 速 箱 ; 3. 固 定 支 架 ; 4. 活 動 支 架 ; 5. 柴 油 機 ; 6. 操 作 系 統(tǒng) ; 7. 牽 引 盒 圖 5 驅(qū) 動 部 件 結(jié) 構(gòu) F ig. 5 The s truc ture of s ta ile d sys tem 表 1 改 進 前 后 相 關(guān) 參 數(shù) 變 化 對 照 Ta b le 1 The contra s t of the pa ram e te r fo r cha nce 操 作 力 矩 (kN m ) 油 耗 (kg hm - 2) 工 效 (hm 2 h- 1) 整 機 質(zhì) 量 kg 改 進 前 18 8 12 0. 08 0. 14 90 改 進 后 12 6 10 0. 12 0. 20 87 3 結(jié) 語 經(jīng) 過 改 進 設 計 的 1ZS220 型 水 田 耕 整 機 可 實 現(xiàn) 對 工 作 部 件 的 快 速 選 用 而 完 成 耕 、 耙 、 平 整 地 等 多 項 作 業(yè) , 真 正 實 現(xiàn) 了 一 機 多 用 . 2001 年 已 通 過 國 家 水 田 耕 作 機 械 鑒 定 , 其 各 項 性 能 指 標 達 到 國 內(nèi) 領 先 水 平 , 并 獲 國 家 專 利 成 果 2 項 . 2002 年 春 季 投 放 市 場 , 單 季 銷 售 500 臺 , 深 受 廣 大 用 戶 的 好 評 . 參 考 文 獻 : 1 北 京 農(nóng) 業(yè) 機 械 化 學 院 . 農(nóng) 業(yè) 機 械 學 . 上 冊 M . 北 京 : 農(nóng) 業(yè) 出 版 社 , 1981. 8. 2 徐 灝 . 機 械 設 計 手 冊 M . 北 京 : 機 械 工 業(yè) 出 版 社 , 1991. 3256. 3 孫 恒 , 陳 作 模 . 機 械 原 理 . 第 六 版 M . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 2001. 145. 853 湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學 學 報 (自 然 科 學 版 ) 2003 年 8 月