復(fù)式少耕整地機總體設(shè)計

黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計摘要該復(fù)式少耕整地機是結(jié)合配套動力及旱作農(nóng)業(yè)的實際情況，改制創(chuàng)新的新型耕整地機具。它與大功率拖拉機配套使用，一次作業(yè)可完成滅茬碎土、中層淺松、底層深松、整平合墑及鎮(zhèn)壓碎土等作業(yè)，有效地實現(xiàn)了復(fù)式少耕技術(shù)，是土壤保護性耕作的理想配套機具。為此，闡述了復(fù)式少耕整地機的設(shè)計原則和設(shè)計思想，介紹了其技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計過程。該機具在作業(yè)時能夠充分發(fā)揮大馬力拖拉機的作業(yè)效率，減少拖拉機的功率消耗，節(jié)能約14.3%；該機屬于高效節(jié)能型機具，為研究大型農(nóng)機具提供了參考。關(guān)鍵詞：整地機；少耕；復(fù)式； Abstract Compound minimal tillage land preparation technique is a key part of protective cultivation technology system.This articlepresents the design of a compound minimal tillage land preparation machine,including its structure and working principle.In particular,the author examines the structures and functions of the machines major parts.Practice shows that the newly designed machine cannot only meet the requirements of farming but also protect the environment.It is worthwhile to be promoted and applied practically.In order to meet the needs of agricultural implements matched with high-powered tractors, a broad width combined cultivating machine was design based on single and combined work of cultivating machines. The combined cultivating machine had the functions of stubble-breaking, rotary tillage and subsoiling. Single works and combined work were carried out. The experimental results showed that the machine could give full play to a operation efficiency of high-power tractor when working. The designed machine could reduce power consumption of tractor, and energy saving was about 14.3%.The designed machine belongs to energy saving of high efficiency machinery, and provides reference for studying on large agricultural implements.Key words：soil preparation machine ; soil preparation machine; compound； 目錄摘要IAbstractII 前言V1設(shè)計目的及意義11.1復(fù)式少耕整地機的主要技術(shù)特點11.2復(fù)式少耕整地機效益分析22總體方案的確定及主要參數(shù)選擇32.1結(jié)構(gòu)形式32.2工作原理42.3作業(yè)速度確定42.4作業(yè)幅寬確定42.5配套動力參數(shù)42.6各部件結(jié)構(gòu)組成53關(guān)鍵部件設(shè)計73.1圓盤耙組件73.1.1圓盤耙片的結(jié)構(gòu)形式83.1.2圓盤耙的主要參數(shù)83.1.3耙組設(shè)計103.1.4軸承的選用103.1.5間管和方軸103.1.6耙組橫梁和刮泥板103.1.7耙架113.2淺松部件113.2.1淺松鏟的選用123.2.2鏟柄的類型及設(shè)計133.3深松部件13 3.3.1深松鏟的主要尺寸和技術(shù)要求133.3.2深松鏟柄的設(shè)計143.3.3鏟柄受力分析及校核153.3.4土壤比阻的確定163.3.5深松鏟水平力和垂直力的測定173.3.6鏟柄的校核173.4合墑器組件183.4.1合墑器工作原理183.4.2合墑器主要參數(shù)193.5鎮(zhèn)壓碎土部件233.6地輪組件設(shè)計243.7機架的設(shè)計243.8液壓缸的選用25結(jié)論26參考文獻27致謝28附錄30 前言 近年來, 可持續(xù)農(nóng)業(yè)已成為當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的主題, 因此世界各國都在研究開發(fā)新的耕作技術(shù)及配套機具。作為可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展核心技術(shù)的保護性耕作技術(shù), 已被廣泛地推廣和應(yīng)用。與傳統(tǒng)的耕作技術(shù)相比, 保護性耕作技術(shù)有利于土壤有機質(zhì)的積累和團粒結(jié)構(gòu)的恢復(fù), 少(免)動土, 既節(jié)約了作業(yè)成本, 又減輕了土壤的有害壓實, 對于防治水土流失起到了關(guān)鍵性的作用。因此, 作為保護性耕作技術(shù)系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵性技術(shù), 復(fù)式少耕技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。整地的目的是改善土壤的物理性質(zhì)和調(diào)節(jié)自然條件為農(nóng)作物生長提供適宜的土壤環(huán)境，我國50年代從前蘇聯(lián)引進的機械整地技術(shù)曾為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收做出了很大貢獻，進入90 年代后農(nóng)機化新技術(shù)有了長足的發(fā)展特別是機械整地技術(shù)發(fā)展迅速打破了過去翻耙起單一整地方式的舊格局，建立起以深松為主體松旋滅茬相結(jié)合的耕作體制，為農(nóng)業(yè)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供了先決條件。傳統(tǒng)的土壤耕作技術(shù)主要由單項的翻、松、耙、旋、壓等耕作方法組成，機組多次進地，土壤被機械壓實嚴重，水土流失加劇，耕作成本高，其所產(chǎn)生的土壤耕層結(jié)構(gòu)不能理想地滿足農(nóng)作物生長發(fā)育要求。因此，各國都在研究開發(fā)新的耕作技術(shù)及配套機具。保護性耕作技術(shù)是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，已被廣泛推廣和應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。與傳統(tǒng)的耕作技術(shù)相比，保護性耕作技術(shù)有利于土壤有機質(zhì)的積累和團粒結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，少（免）動土，既降低了作業(yè)成本，又減輕了土壤的有害壓實，對防治水土流失起到了關(guān)鍵性的作用。作為保護性耕作技術(shù)系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵性技術(shù)，復(fù)式少耕技術(shù)得到了長足的發(fā)展。本研究設(shè)計了一種復(fù)式少耕整地機，使用該機具作業(yè)可減少機組進地次數(shù)、減輕土壤有害壓實，利于蓄水保墑、減輕水土流蝕、保護土地資源，可大幅度降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，在我國北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)具有廣闊的市場前景。 保護性耕作是相對于傳統(tǒng)常規(guī)土壤耕作的新型旱地耕作法，是對農(nóng)田實行免耕、少耕，盡可能減少土壤耕作次數(shù)，并利用作物秸稈和殘茬覆蓋地表，減少土壤風(fēng)蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的一項先進農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)。保護性耕作是深松、免耕播種、控制雜草及秸稈殘茬覆蓋地表等技術(shù)的集成，可減少機械作業(yè)次數(shù)，降低成本，且具有明顯的保土、保水及保護生態(tài)環(huán)境等作用，因此，以免耕和少耕為主要內(nèi)容的保護性耕作制度被稱為新的耕作制革命。保護性耕作的具體實施就是用高質(zhì)量、高精度及高通過性能的機械設(shè)備來取代常規(guī)的作業(yè)機械，黑龍江墾區(qū)新一批大功率拖拉機的引進以及保護性耕作技術(shù)的推廣應(yīng)用，使保護性耕作機械的開發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急。復(fù)式少耕整地技術(shù)集耙茬、淺松、深松、合墑、碎土于一體，利用耙茬技術(shù)、深松技術(shù)、合墑和碎土技術(shù)，在35cm范圍內(nèi)的土壤耕層進行全面耕作。在地表10cm 范圍內(nèi)采用雙排圓盤耙對土壤進行翻耙，切碎作物根茬和秸稈等殘留物；深松技術(shù)采用淺松和深松2種形式，淺松深度為25cm，深松深度為35cm；合墑技術(shù)是對深松作業(yè)的土塊進行初步細碎，對地表進行平整；碎土作業(yè)是對地表的土壤進一步細碎、平整，使作業(yè)后的地表達到播種前的農(nóng)藝要求。VI1設(shè)計目的及意義1.1復(fù)式少耕整地機的主要技術(shù)特點加深耕層為農(nóng)作物正常生長創(chuàng)造良好的土壤條件，該技術(shù)可使深松深度達到35cm比平翻整地技術(shù)加深耕層10cm左右作物根系深扎能使作物充分吸收土壤中的水份和養(yǎng)份促進作物莖葉生長，據(jù)測定該項技術(shù)可使糧食作物增產(chǎn)5%10% 塊根作物增產(chǎn)10%15%。間隔深松建立了虛實并存的土壤耕層構(gòu)造聯(lián)合整地機作業(yè)使壟臺和壟溝同時深松深松間隔不大于35cm從而實現(xiàn)了間隔深松建立了符合農(nóng)藝要求的虛實并存的土壤耕層構(gòu)造實部適合于嫌氣微生物生存儲存養(yǎng)份有利于提墑供水虛部適合于好氣微生物生存釋放養(yǎng)份有利于蓄水保墑進而實現(xiàn)用地和養(yǎng)地的自然結(jié)合。蓄水保墑有利于發(fā)展機械化旱作農(nóng)業(yè)機械深松聯(lián)合整地技術(shù)能建立上虛下實虛實相間的耕層構(gòu)造明顯地改善了土壤的蓄水能力在降雨季節(jié)上部虛土層能迅速接納雨水并通過深松層下滲到25cm 以下的土壤中儲存起來形成土壤水庫供降雨少時使用同時有效地防止了水土流失4根茬還田增加了土壤有機質(zhì)含量滅茬深松和起壟聯(lián)合整地技術(shù)能將作物根茬破碎還田有效地補充了有機質(zhì)明顯地緩解了土壤肥力不足的問題據(jù)測算玉米根茬粉碎還田每公頃可增加有機質(zhì)225kg。作業(yè)效率高緩解了秋整地的緊張狀況此時大型農(nóng)機具異常繁忙1997年后在配套動力不增加的情況下改為使用聯(lián)合整地機其作業(yè)效率比老3樣提高一倍以上節(jié)省燃油作業(yè)成本明顯降低經(jīng)測算深松聯(lián)合整地比過去翻耙起整地節(jié)省燃油近15%僅燃油一項每公頃作業(yè)成本降低17.55元8項成本核算每公頃成本降低45元作業(yè)次數(shù)減少有利于保護土壤的團粒結(jié)構(gòu)機械作業(yè)對土壤具有一定破壞作用進地次數(shù)越多破壞作用越大過去翻耙起作業(yè)3次進地才能達到待播狀態(tài)而機械深松聯(lián)合整地1次進地作業(yè)即可達到待播狀態(tài)進而保護了土壤作物根茬還田促進了土壤結(jié)構(gòu)的團?；Ｆ叫姓{(diào)整聯(lián)合整地機作業(yè)時必須保持與地面平行否則作業(yè)效果不佳前后平行調(diào)整主要調(diào)整拖拉機懸掛裝置中央拉桿長度左右平行調(diào)整主要調(diào)整兩個支撐輪的高度無支撐輪時調(diào)整其懸掛裝置的兩根吊桿的長度二是中心調(diào)整聯(lián)合整地機作業(yè)時縱向中心要與拖拉機中心在一條線上否則調(diào)整拖拉機懸掛裝置的兩根拉鏈長度。 要及時清理雜草聯(lián)合整地機作業(yè)時刀軸旋轉(zhuǎn)容易纏雜草和作物莖葉必須及時清理否則增大阻力影響作業(yè)效果其次要及時緊固或更換刀片聯(lián)合整地作業(yè)時刀片容易松動或折斷必須及時檢查否則達不到作業(yè)標(biāo)準第三要及時檢查刀軸油封聯(lián)合整地機作業(yè)時刀軸油封容易被雜草或泥土擠壞如不及時檢查修理箱體潤滑油漏掉會造成齒輪等機件損壞。聯(lián)合整地機配備的都是桿式深松部件最好采用翼形鏟擴大松土范圍對壟體和壟溝進行間隔深松壟體深松深度15cm。玉米等硬茬地選用帶滅茬部件的聯(lián)合整地機作業(yè)根茬破碎度10cm破碎合格率80%滅茬長度為812cm。聯(lián)合整地機作業(yè)時各鏵間距應(yīng)與作業(yè)地塊壟距一致各鏵入土深度誤差2cm壟高一致壟體壓實后壟高16cm四是旋耕要點軟茬地選用旋耕多用機作業(yè)阻力小效果好旋耕深度1215cm。1.2復(fù)式少耕整地機效益分析 經(jīng)實地調(diào)查分析得出的結(jié)論是聯(lián)合整地機作業(yè)效果符合農(nóng)藝要求并具有十分顯著的節(jié)本增效作用其社會效益和經(jīng)濟效益可觀它是土壤機械耕作技術(shù)的一次革命節(jié)省機耕費過去傳統(tǒng)翻耙起整地技術(shù)每公頃機耕費315元現(xiàn)采用滅茬旋耕深松起壟聯(lián)合整地技術(shù)每公頃機耕費240元平均每公頃降低機耕費75元。 降低作業(yè)成本傳統(tǒng)的作業(yè)方式每公頃投入油料人工等成本240元現(xiàn)采用的聯(lián)合整地作業(yè)每公頃投入成本186元每公頃降低作業(yè)成本54元雖然有機戶每公頃作業(yè)收入比過去少20元但作業(yè)效率比過去提高了一倍總收入比傳統(tǒng)方式增加了30%。2總體方案的確定及主要參數(shù)選擇2.1結(jié)構(gòu)形式根據(jù)耕整作業(yè)機械的工藝技術(shù)、配套動力和運輸狀態(tài)方面的要求，該機總體結(jié)構(gòu)形式為液壓折疊升降式，動力運輸為牽引式。 復(fù)式少耕整地機是對農(nóng)田實行少耕，盡可能減少對土壤的耕作次數(shù)，并利用耕作秸稈和殘茬覆蓋地表，減少土壤風(fēng)蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力農(nóng)業(yè)器械。該機主要是由牽引架裝置、圓盤耙架、主機架、圓盤部件、地輪組件、淺松部件、深松部件、合墑部件、碎土鎮(zhèn)壓組件組成。該機一次作業(yè)即可形成有利于作物生長的三層土壤結(jié)構(gòu)，即表層（10cm）細碎緊實，利于保墑和提高播種質(zhì)量；中層（10-25cm）松碎，利于作物根系發(fā)育；底層（25-35cm）虛實相間的結(jié)構(gòu)，以增強土壤的通透性，提高土壤的蓄水能力。該機具體機架結(jié)構(gòu)技術(shù)是將三角形牽引裝置、X形圓盤耙架、階梯形深松機架、門形合墑和門形鎮(zhèn)壓器架按工藝程序要求進行合理組配，實現(xiàn)各種工作部件的最佳配置，同時既可以根據(jù)不同的土壤條件進行整地機耕深液壓調(diào)節(jié)，又可以進行不同工作部件耕深單獨液壓調(diào)節(jié)，液壓折疊以實現(xiàn)寬幅作業(yè)、窄幅道路運輸?shù)囊?，提高了土壤條件的適應(yīng)性和工作性能。其結(jié)構(gòu)形式如圖2-1所示：1-連接架；2-支承腳架；3-主機架；4-圓盤耙組件；5-液壓缸；6-地輪組件；7-淺松部件；8-深松部件；9-合墑部件；10-鎮(zhèn)壓器部件圖2-1 復(fù)式少耕整地機結(jié)構(gòu)圖2.2工作原理該機第一道工序為雙圓盤耙茬碎土、切斷秸桿，減少了深松阻力，并防止拖推堵塞；第二道工序為雙翼淺松，松碎耕層土壤，并切斷根生類雜草，減輕草害；第三道工序為深松部件，打破了犁底層，增深耕作層，熟化深層土壤；第四道工序為合墑部件，整平切碎地表，防止散墑；第五道工序為籠式鎮(zhèn)壓碎土零部件，壓實表層土壤，利于保墑。 拖拉機在前進的同時，將牽引力通過牽引裝置傳遞給機具，在土壤和牽引力的共同作用下，通過調(diào)節(jié)液壓缸的長短，以達到合理的機具入土工作深度；通過雙排偏置的圓盤的剪切和摩擦推動作用力，使土壤表層發(fā)生相對位移，以達到滅茬除草、破碎和疏松土壤的作用。然后，再由間隔配置的深松鏟對土壤進行間隔深松作業(yè)，再由合墑部件對深松產(chǎn)生的土壤勾芡進行平整，使其達到傳播狀態(tài)，形成有利于作物生長的上層細碎緊實，中層全面松動，下層虛實相間的多層土壤耕層構(gòu)造。2.3作業(yè)速度確定 應(yīng)在滿足農(nóng)業(yè)要求、確保一定作業(yè)深度和最佳作業(yè)效果的前提下，盡可能降低功率消耗，提高作業(yè)生產(chǎn)效果的前提下，盡可能降低功率消耗，提高作業(yè)速度為8-10km/h。試驗測定證明，作業(yè)質(zhì)量與作業(yè)速度呈正向相關(guān)關(guān)系，低于7km/h時，作業(yè)效果變差。2.4作業(yè)幅寬確定 根據(jù)作業(yè)速度、效果和防止拖堆堵塞等因素的影響考慮，配置7個深松鏟，淺松鏟6個，每兩個深松鏟之間的距離為60cm，總作業(yè)幅寬為420cm。2.5配套動力參數(shù) 該機的工作阻力主要來自雙排圓盤，深松鏟和淺松鏟入土后土壤的反作用。參考國外試驗數(shù)據(jù)，雙排圓盤每米耕幅消耗動力8-10KW，每個深松鏟消耗動力10-15KW，每個淺松鏟消耗動力8-10KW。該機幅寬為4.2m，共需消耗的動力按公式（2-1）計算： （2-1）加上自身行走及輔助部件，按動力系數(shù)1.3計算，實際需消耗的動力按公式（2-2）計算： （2-2）按照拖拉機動力配置196.378-269.1KW，初定拖拉機型號凱斯305。主要技術(shù)參數(shù)如表2-1所示：表2-1 凱斯305參數(shù)型號MAGNUM305發(fā)動機 額定功率（馬力）305PTO扭矩儲備46%燃油箱容量（升）682變速箱 形式電子全動力換擋擋位數(shù)（前進后退）184后動力輸出軸 額定功率（馬力）255液壓系統(tǒng) 輸出閥數(shù)（組）3/5最大提升能力（公斤）7421/8132重量 結(jié)構(gòu)質(zhì)量93772.6各部件結(jié)構(gòu)組成圓盤耙組件由雙列對置圓盤組成，圓盤與前進方向成18角對稱布置，與組件前梁和后梁組成的耙組框架聯(lián)接，由耙組框架上方4個銷軸與耙架鉸接。雙列對置圓盤將地表的秸稈、根茬及雜草等切斷，保證深松部件、合墑和碎土等工作部件的通過性能，同時對地表以下午10cm的土壤進行耕翻，使地表的土壤全面松動，為播種作業(yè)提供良好的疏松環(huán)境。淺松部件由淺松鏟尖、鏟柄、彈簧組件手固定架等組成。耕深為25cm。部件與主機架鉸接，通過彈簧組件給順梁一定的壓力，以保證淺松部件的工作穩(wěn)定。在土壤阻力較大或有有石塊、樹根等障礙物時，由淺松部件將彈簧壓縮，部件升起；通過障礙物后，部件在彈簧的壓力作用下恢復(fù)正常作業(yè)狀態(tài)。深松部件由深松鏟尖、鏟柄翼鏟、順梁和固定架組成。耕深為35cm。為了增加深松鏟的松土能力、提高深松效果，增加了雙翼鏟。深松鏟為土壤工作部件，作業(yè)時磨損嚴重，是整機的主要磨損部件。為了提高部件的使用壽命，深松鏟尖和雙翼鏟的表面采用焊熔耐磨合金的工藝，增加其耐磨性。深松鏟與深松鏟柄采用螺栓連接的方法，磨損后可進行更換。合墑器由合墑圓盤、順梁、彈簧、油缸和固定架等組成。合墑的作用是將深松起出的土塊進行破碎，同時將松翻到兩側(cè)的土壤進行回填，保證作業(yè)后的地表平整。合墑器具有越障功能。鎮(zhèn)壓碎土部件主要由牽引架、鎮(zhèn)壓輥、支撐輪、加壓彈簧、彈簧挺稈和固定座等組件組成。加壓彈簧可調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓輥的鎮(zhèn)壓強度，即保證鎮(zhèn)壓輥有一定的工作壓力，在土壤阻力較大時也具有越障性能。鎮(zhèn)壓輥的作用是將圓盤耙組件、淺松部件、深松部件和合墑器等耕翻的土壤進行細碎、滾壓，進一步破碎土壤，使之達到播種前的土壤農(nóng)藝要求。3關(guān)鍵部件設(shè)計3.1圓盤耙組件圓盤耙組件由雙列對置圓盤組成，圓盤與前進方向成一定角度對稱布置，與組件前梁和后梁組成的耙組框架聯(lián)接，由耙組框架上方4個銷軸與耙架鉸接。雙列對置圓盤將地表的秸稈、根茬及雜草等切斷，保證深松部件、合墑和碎土等工作部件的通過性能，同時對地表以下午10cm的土壤進行耕翻，使地表的土壤全面松動，為播種作業(yè)提供良好的疏松環(huán)境。圓盤耙結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 1-圓盤耙片；2-彈性柄；3-固定架；4-刮泥板圖3-1 圓盤耙單個組件示意圖3.1.1圓盤耙片的結(jié)構(gòu)形式圓盤耙片采用球面圓盤，按其外形分為無缺口和有缺口圓盤耙兩種。無缺口耙片制造簡單、磨刃方便。缺口圓盤耙片有6-12個三角形、梯形或半圓形的缺口，入土性能好，切碎土塊和作物殘株的能力很強，多用于重型圓盤耙上。3.1.2圓盤耙的主要參數(shù) 耙組偏角的選用，偏角對圓盤耙的工作性能有重要影響，偏角過小，耙片不易入土。在一定范圍內(nèi)。偏角的增大，使耙片的入土、推土、鏟草、碎土和翻土作用均增強。耙組偏角有一定的范圍，我國圓盤耙的偏角值調(diào)節(jié)范圍在11-20，該機取18。 耙片直徑D的選擇，根據(jù)耙深要求，按下列經(jīng)驗公式（3-1）計算： （3-1）式中 K-徑比深，選取范圍為3-5，該機取K=4; a-設(shè)計耙深，取a=100mm即耙片直徑為：(mm)耙片曲率半徑R選擇，R值小的耙片翻土能力較強，但工作阻力增加。R的值按下列公式計算： （3-2）將曲率半徑值圓整為R=550mm。 耙片刃角i的選擇，刃角i的大小視圓盤的工作情況而定，刃角大時，刃角強度較好，不易損壞，但切土能力差；刃角小時，切土性能較好，但刃口小圓盤薄，容易磨損。在保證刃口強度的條件下，盡量取小值以減小切土阻力。通常i為14.5-22耙片厚度的選擇，一般常用，取耙幅寬度B的選擇，根據(jù)農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊表3.1-3.取，按公式（3-3）計算： （3-3）式中 -拖拉機的額定牽引力（N）； -牽引力利用系數(shù)，通常取0.85-0.95，取0.90； a-設(shè)計耙深（cm），取a=10。拖拉機的額定牽引力按公式（3-4）計算： （3-4）將所取參數(shù)代入上式得：耙片間距b，常用b值在1.5a至2a之間，b值過小，耙組易被土塊、作物殘株和草根堵塞，過大則會造成溝底不平和漏耙。耙組的耙片數(shù)Z的選擇，根據(jù)幅寬B、耙組偏角和耙片間距b，進行計算，其中取為18。圓盤耙片數(shù)目公式（3-5）計算： （3-5）式中 耙組內(nèi)端兩耙片距離 則 圓整成整數(shù)即耙片數(shù)為8。實際耙片間距為前后列耙組中心的縱向距離，縱向距離應(yīng)保證兩耙組調(diào)節(jié)到最大偏角時，前后耙片不相碰，耙組間不擁土。3.1.3耙組設(shè)計耙組是圓盤耙的工作部件。由若干耙片通過間管保持一定間距穿裝在軸上，軸端通過墊片用螺母擰緊。耙組通過軸承座和支架與耙組橫梁連接后安裝在耙架上，軸承所在處兩邊用短間管。作業(yè)時耙片、間管、軸承內(nèi)圈隨軸一起轉(zhuǎn)動。每個耙片上都有刮泥板，固定在刮泥橫梁上，并通過連接梁和U形螺栓固定在耙組橫梁上。目前我國通用結(jié)構(gòu)耙組的軸承內(nèi)環(huán)、間管和半間管均為方孔。耙組軸承支臂的固定通常有兩種形式，我國系列耙機型用耙組上的孔來定位軸承支臂；另一種結(jié)構(gòu)為國外圓盤耙組軸承支臂在耙組梁上的固定方法。鑄鋼件軸承支臂的上端面鑄有四個凸起和兩個螺栓孔。凸起卡在耙組梁外側(cè)。通過壓板和兩根螺栓將支臂螺栓牢固地安裝到耙組梁上。同一耙組上軸承支臂的軸向位置可任意調(diào)整。這樣避免了用耙組梁上的固定孔來定位軸承支臂時可能產(chǎn)生的弊病。3.1.4軸承的選用 每個耙組上裝有2-3個軸承。該軸承的工作特點是轉(zhuǎn)速低，灰塵大，工作條件惡劣，承受相當(dāng)大的軸向、徑向載荷，通常采用滾動軸承。一般為2-4層密封，外球面自位的圓盤耙專用軸承。國產(chǎn)系列圓盤耙采用專用軸承有F29型和F33K型兩種。軸承座內(nèi)有油槽，每作業(yè)季節(jié)只需潤滑一次。3.1.5間管和方軸間管安裝在相鄰兩耙片保持一定的間距。間管以高強度灰鑄鐵制造的較多，也有采用鋼管等制成。系列圓盤耙的間管材料為HT15-33和HT18-36。半間管為HT20-40。間管與耙片接觸的表面應(yīng)光滑一致，與耙片之間的間隙不大于0.5mm。方軸按NJ164-78規(guī)定，用不低于GB700-79和BB702-72規(guī)定的A5方鋼制成。系列圓盤耙中，輕型耙方軸截面為28X28；中型、重型為32X32。3.1.6耙組橫梁和刮泥板圓盤耙組的工作阻力通過耙組橫梁傳遞到耙架上。耙組橫梁多采用兩端封口的矩形鋼管，以增強扭矩抗力。耙組橫梁截面積取100X60mm。刮泥板多為平板式，用鋼板制成，下緣寬度b=50-70mm。安裝時刮泥板的下緣應(yīng)在圓盤軸線的水平面上，與圓盤刃口的距離為20-30mm，與圓盤呈20-25度角。刮泥板的工作邊與耙片凹面的間隙，在耙片直徑小于560mm應(yīng)保持1-7mm，大于等于560mm的應(yīng)保持1-10mm。3.1.7耙架耙架用以連接耙組橫梁，支承運輸輪、調(diào)節(jié)機構(gòu)和牽引或懸掛裝置，有的耙架還裝有載重箱。其型式有剛性耙架和鉸接耙架兩種。剛性耙架多為兩端封口的矩形鋼管焊接而成的整體梯形機架，具有良好的強度和剛度。剛性耙架通用性大，應(yīng)用廣泛，但對地面的仿形性差。鉸接耙架一般用角鋼焊接或用螺栓等連接而成的組合機架，組件和機架鉸接，可對地面起仿形作用，但耙架的通用性差，目前采用較少。部分圓盤耙耙架矩形鋼管規(guī)格如下表3-1所示：表3-1 圓盤耙耙架矩形鋼管規(guī)格圓盤耙型號矩形鋼管規(guī)格（mm）1BJX-2.060X80X41BZD-2.6100X80X51BJ-4.9100X100X81BZBX-2.5100X100X81BZ-2.5100X120X8J.D220153X76X6J.D331153X102X63.2淺松部件淺松部件由6個淺松鏟組成。淺松部件由淺松鏟尖、鏟柄、彈簧組件和固定架等組成。耕深為25cm，部件與主機架鉸接，通過彈簧組件給順梁一定壓力，以保證淺松部件的工作穩(wěn)定。在土壤阻力較大的或有石塊、樹根等障礙物時，有淺松部件將彈簧壓縮，部件升起；通過障礙物后，部件在彈簧的壓力作用下恢復(fù)正常作業(yè)狀態(tài)。淺松部件結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示： 1-固定架；2-彈簧；3-淺松順梁；4-淺松鏟柄；5-淺松鏟圖3-2 淺松部件結(jié)構(gòu)示意圖3.2.1淺松鏟的選用 在農(nóng)業(yè)機械中，鏟的類型有多種，大致可分為單翼鏟、雙翼平鏟、雙翼通用鏟、鑿形松土鏟和雙尖式松土鏟。單翼鏟可用于切割雜草和進行深度不大的松土作業(yè)，以及農(nóng)作物間苗，鋤鏟水平面部分可切割雜草和疏松土壤，由于單翼鏟有垂直部分，使鋤鏟更接近作物苗行，可減小護苗帶寬度，在第一次耕作幼苗很嫩弱時，鋤鏟垂直部分可起防護擋板作用；單翼鏟的缺點是刃口的傾斜部分受來自土壤方面推力的作用，所以入土性能差，此外這種鋤鏟上的土壤側(cè)壓力不平橫，當(dāng)縱梁剛度不夠時，會向側(cè)面傾斜。雙翼平鏟特點是碎土角小，用于切斷雜草和淺松土。雙翼通用鏟特點是鏟尖和鏟柄過渡部分角度大，因而用于除草和碎土。鑿形松土鏟多用于中耕作物行間深松土壤，但不將底層土壤翻到表層。雙尖式松土鏟用于休閑地管理和播前整地。由于第二工序用于松碎耕層土壤，并切斷根生類雜草，減輕草害，所以選用雙翼通用鏟。3.2.2鏟柄的類型及設(shè)計鏟柄用于安裝鋤鏟并將其固定在機架上。鏟柄是可拆卸的零件，當(dāng)鋤鏟磨損時能迅速方便地更換。鏟柄分為剛性和彈性鏟柄兩類。剛性鏟柄制造簡單、工作可靠，彈性鏟柄用于粘重土壤和草根較多的地區(qū)。剛性鏟柄一般用扁鋼制造，下部彎成一定曲度，其前端呈尖緣，具有切草作用。有一種加強型剛性鏟柄，具有安全裝置。鏟柄的外形特點可用四個尺寸表示，即：伸出長度L、彎曲半徑R、鏟柄高度H和鏟柄截面積。鏟柄的四個尺寸最適宜的范圍是：L=200-250mm R大于等于120mmH=400-550mm 截面積鏟柄前面應(yīng)設(shè)計成圓滑形，可減少雜草纏結(jié)。3.3深松部件深松部件由7個深松鏟組成。深松部件由深松鏟尖、鏟柄和順梁等組成。為了增加深松鏟的松土能力，提高深松效果，增加了雙翼鏟。耕深為35cm。深松鏟為土壤工作部件，作業(yè)時磨損嚴重。深松鏟與深松鏟柄采用螺栓連接的方法，磨損后可進行更換。深松可使作物增產(chǎn)。深松鏟型式有單翼式、雙翼式兩種。單翼式形狀為一加強型鑿形鏟。雙翼式有利于機組平衡。該機的第三道工序增深耕作層，熟化深層土壤，所以選用雙翼深松鏟。深松部件結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：3.3.1深松鏟的主要尺寸和技術(shù)要求雙翼深松鏟主要尺寸：工作幅度 b=150或200mm 1-深松順梁；2-固定架；3-深松鏟柄；4-深松鏟圖3-3 深松部件結(jié)構(gòu)圖 翼張角 起土角 刃口角 i=16 碎土角 深松鏟厚度 刃口厚度小于1mm雙翼深松鏟采用65Mn或70Mn鋼材制成。其切割邊應(yīng)經(jīng)熱處理。3.3.2深松鏟柄的設(shè)計鏟柄用于安裝鋤鏟并將其固定在機架上。鏟柄是可拆卸的零件，當(dāng)鋤鏟磨損時能迅速方便地更換。鏟柄分為剛性和彈性鏟柄兩類。剛性鏟柄制造簡單、工作可靠，彈性鏟柄用于粘重土壤和草根較多的地區(qū)。剛性鏟柄一般用扁鋼制造，下部彎成一定曲度，其前端呈尖緣，具有切草作用。有一種加強型剛性鏟柄，具有安全裝置。鏟柄的外形特點可用四個尺寸表示，即：伸出長度L、彎曲半徑R、鏟柄高度H和鏟柄截面積。鏟柄的四個尺寸最適宜的范圍是：L=200-250mm R大于等于120mm 截面積鏟柄前面應(yīng)設(shè)計成圓滑形，可減少雜草纏結(jié)。3.3.3鏟柄受力分析及校核鏟柄的截面形狀一般可視為雙楔面受力，則水平阻力可表示成式（3-6）為： （3-6） 式中 -楔面上正壓力產(chǎn)生的阻力分布； -為楔面上剪力產(chǎn)生的阻力分布； -為側(cè)面上剪力產(chǎn)生的阻力分布。 深松鏟鏟面受力分析如圖3-4所示：圖3-4 深松鏟鏟面受力分析普通狀態(tài)下鏟面的受力如圖3-5所示，工作時，機具以速度V前進，與水平面成角的斜面AB相當(dāng)于一個單楔面。土壤對其作用力N垂直于AB面，近似作用于AB段中點行進中除阻力N外，尚有一個沿AB面指向后方的摩擦力F，力N與力F合成阻力P，阻力可以分解為水平分力Px。和垂直分力Pz，垂直分力Pz是作業(yè)時工作部件抬起耕層土壤，起到松動耕層的有用阻力，從圖2中的分析可以看出，工作阻力Px=Pcos，而作用力Px的大小隨著耕地的土質(zhì)、含水量及前茬作物的種類的不同而變化，在保證Px一定的情況下，角越大，牽引阻力P越大，且有關(guān)系式（3-7）： （3-7）式中 -起土角； -合作用角； -為摩擦角。3.3.4土壤比阻的確定深松鏟所受到的土壤阻力，一般通過試驗測定才能得到準確值，設(shè)計時按照經(jīng)驗公式（3-8）進行計算，有 （3-8）式中K為土壤比阻；A為深松鏟作用的土壤截面積。土壤比阻如下表所示。本機具主要是為黑龍江地區(qū)設(shè)計試驗，而該地區(qū)土壤類型為黑鈣土(屬黏方土)，根據(jù)下表土壤比阻取K=7。（表3-2所示）表3-2 土壤比阻土壤類型K（N）輕松土2-3一般土壤4-5粘土6-8重粘土9123.3.5深松鏟水平力和垂直力的測定（1）深松鏟水平力計算深松鏟的橫截面積S。已知起土角a=23，摩擦角=25，B=40，L=165，K=7，則按公式（3-8）計算： （3-8）（2）深松鏟的垂直阻力深松鏟的垂直阻力由公式Pz=Pxtan確定。其中為合力作用角，在20左右，黑鈣土屬沙礫黏土，取25；則按公式（3-8）計算： （3-9）3.3.6鏟柄的校核以鏟柄與機架連接點為支點進行受力和力矩分析。鏟柄受力及力矩如圖3-5所示：假設(shè)深松鏟以勻速狀態(tài)工作，則有：X=0 Fx+Px=0Y=0 Fz+Pz=0M=0 Mo+PxD1+PzD2=0通過計算得：抗彎截面系數(shù)按公式（3-10）計算： （3-10）Fx=2175N，F(xiàn)z=1012.15N，Mo=1281.1Nm 式中 b-鏟柄橫截面厚度； h-鏟柄橫截面寬度。截面面積按公式（3-11）計算：A=bh=0.16+0.02=0.18 （3-11） 則截面應(yīng)力按公式（3-12）計算：圖3-5 鏟柄受力及力矩 （3-12）為了加強剛度，材料可選錳鋼，查表可知: ,安全系數(shù)，因為804147，通過以上校核，深松鏟鏟柄材質(zhì)和結(jié)構(gòu)選用合理，由上述可知，鏟柄中部剛度薄弱，因此連接架應(yīng)采用雙面結(jié)構(gòu)。3.4合墑器組件合墑器由合墑圓盤、順梁、彈簧和固定架等組成。合墑的作用是將深松起出的土塊進行破碎，同時將松翻到兩側(cè)的土壤進行回填，保證作業(yè)后的地表平整。合墑器具有越障功能。合墑器組件結(jié)構(gòu)如圖3-6所示：3.4.1合墑器工作原理 合墑器連接在淺松部件的深松部件后側(cè)，有平地和碎土的作用。整個組件安裝1-固定架；2-彈簧；3-合墑順梁；4-合墑圓盤圖3-6 合墑器組件結(jié)構(gòu)圖在主機架上，進行復(fù)式作業(yè)。根據(jù)開墑及運輸、正常工作和合墑的不同要求，合墑器可變換不同的位置，使其圓盤面與前進方向具有不同的角度。正常耕作時，合墑器起碎土平地作用，并將部分表土送至后方，形成土埂，在以后形程中土埂逐次被推移，直到最后合墑時，將土埂填入鏟溝。 3.4.2合墑器主要參數(shù)合墑器的工作與其相配套的深淺松部件有直接關(guān)系，耕深a和總耕寬決定了合墑器的各參數(shù)，所以合墑器的各桿件的設(shè)計應(yīng)滿足開墑、平地、合墑三種情況時的前開口和后開口。前后開口尺寸A和B的確定是根據(jù)鏟幅寬b和耕深a及土埂的尺寸決定的。-耕后溝底的寬度，一般為0.5b。 h-復(fù)式作業(yè)后的地表高度。根據(jù)1983年6月24-26日在背景小王莊農(nóng)場的實驗數(shù)據(jù)可知，土壤平均膨松都為0.31，所以。a-土壤的自然休止角，一般為。e-合墑器圓盤前面貯存土量的厚度，根據(jù)試驗測得，當(dāng)合墑器工作深度t=100mm時，e=30mm,即e=0.3t。合墑器圓盤前面貯存的土量的斷面積按公式（3-13）計算： （3-13） 土埂面積按公式（3-14）計算： (3-14) 圖3-7 土埂相關(guān)參數(shù) 合墑器合墑時需要填滿墑溝的斷面積按公式（3-15）計算： （3-15） 合滿墑溝的條件為： 由此建立公式（3-16）得： （3-16）合墑器處于合墑工況合墑器合墑時，要求合滿墑，必須將合墑器圓盤前面貯存的土量和溝邊上的土埂土量全部合入墑溝，因此前開口按公式（3-17）計算： （3-17） 由于合墑器在合墑時角應(yīng)比平地時要大，圓盤工作面輸送的土量才會多，但考慮到土壤流動，參數(shù)R也是一個重要的尺寸。所以在合墑工況時，后開口也不能過小。在保證R大于等于500mm的前提下，后開口尺寸為：從合滿墑溝的條件可知，當(dāng)不變的情況下，合滿墑溝取決于的大小。所以要求合墑前應(yīng)該保留足夠的土埂斷面積。合墑器處于平地工況合墑器平地時，要求將前一趟土埂攤平，土垡細碎、平整，同時給下趟或下道工序保有足夠的土埂。故前開口尺寸應(yīng)按公式（3-18）計算： （3-18）又，按合墑器作業(yè)的要求，合墑器的工作寬度必須小于鏟的工作幅寬，故平地時后開口按公式（3-19）確定： （3-19）合墑器處于開墑工況機組開墑作業(yè)時，要求合墑第一個圓盤不影響相鄰?fù)恋刈魑锏脑瓌t，所以開口尺寸。但也不能過小，必須大于幅寬b，否則必然出現(xiàn)合墑器漏耙現(xiàn)象，故前開口的尺寸應(yīng)按公式（3-20）確定： （3-20）后開口的尺寸以土埂的土不進入或少進入墑溝的情況下來決定的。故按公式（3-21）確定： （3-21）設(shè)計耕深a=250mm，鏟幅寬b=300mm，合墑器的設(shè)計工作深度t=100mm，所以又因根據(jù)經(jīng)驗公式計算簡便，一般試取，由公式（3-16）可計算出：開墑工況由公式（3-20） ，又已知b=300mm, 所以 ，圖樣規(guī)定,符合要求由公式（3-21）得：得： 圖樣規(guī)定,符合要求平地工況由公式（3-18）得：圖樣規(guī)定，符合要求。同時圖樣規(guī)定；，符合要求。合墑工況由公式得：由公式得：圖樣規(guī)定，符合要求。下表3-3所示為圓盤式平地合墑器主要技術(shù)參數(shù)可供參考表3-3 圓盤式合墑器參數(shù)型號幅寬工作深度圓盤數(shù)圓盤直徑整機質(zhì)量配套型號1PH-575050-10053801021LQ-3251PH-7100050-10073801141LQ-4251PH-8125050-1008380-1LQ-5251PH-11175050-10011380160L-535 正常耕作時，平地合墑器的工作幅應(yīng)等于鏟的工作幅寬，圓盤數(shù)n按公式（3-22）確定： （3-22）式中 D-圓盤直徑，常用350-400mm S-相鄰圓盤之間的最小間隙，常取5mm -正常工作時的圓盤偏角在此選取圓盤數(shù)為8個。3.5鎮(zhèn)壓碎土部件鎮(zhèn)壓碎土部件主要由牽引架、鎮(zhèn)壓輥、支撐輪、液壓缸和橫梁等組件組成。加壓彈簧可調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓輥的鎮(zhèn)壓強度，即保證鎮(zhèn)壓輥有一定的工作壓力，在土壤阻力較大時也具有越障性能。鎮(zhèn)壓輥的作用是將圓盤耙組件、淺松部件、深松部件和合墑器等耕翻的土壤進行細碎、滾壓，進一步破碎土壤，使之達到播種前的土壤農(nóng)藝要求。鎮(zhèn)壓碎土部件結(jié)構(gòu)如圖3-7所示：1-鎮(zhèn)壓輥；2-支撐輪；3-牽引架；4-液壓缸；5-橫梁圖3-7 鎮(zhèn)壓碎土部件結(jié)構(gòu)圖鎮(zhèn)壓器的作用是壓碎土塊，壓緊耕作層，以利于播種或進行播后鎮(zhèn)壓，促進種子發(fā)芽。鎮(zhèn)壓器對土壤的壓實作用取決于它的重量和直徑等因素。通常重量輕，直徑小的鎮(zhèn)壓器用于鎮(zhèn)壓表層土壤，要壓緊整個耕作層必須用重量和直徑大的鎮(zhèn)壓器。壓緊深層土壤的鎮(zhèn)壓器，可選用直徑為5001250mm，單位壓力為0.21.8MPa；用于壓緊表層土壤的鎮(zhèn)壓器，直徑為160500mm，單位壓力為0.050.2MPa。鎮(zhèn)壓器的最小直徑應(yīng)該滿足以下公式（3-23）計算值： （3-23）式中 D-鎮(zhèn)壓器直徑； a-鎮(zhèn)壓器壓深； -應(yīng)使其小于等于20度選用鎮(zhèn)壓器形式取決于作業(yè)性質(zhì)和土壤條件。鎮(zhèn)壓器形式有V型、網(wǎng)環(huán)形、圓筒形和帶充水圓筒形等。一般采用三組按品字形排列，牽引連接作業(yè)，單組幅寬不超過兩米，以適應(yīng)不平地面作業(yè)并防止轉(zhuǎn)彎時擁土。前后列鎮(zhèn)壓器應(yīng)有一定重疊量。 該機選用圓筒形鎮(zhèn)壓器，由于第五道工序是為了壓實表層土壤，利于保墑，所以選用重量輕、直徑小的鎮(zhèn)壓器。在此選用直徑為330mm，一字排列的鎮(zhèn)壓器。3.6地輪組件設(shè)計支承輪的主要作用是在運輸時支承整機質(zhì)量和作業(yè)時限制整機耕深，因此高度要求可調(diào)。本機支承輪組件設(shè)計了單支臂鉸接結(jié)構(gòu)、液壓高度調(diào)節(jié)機構(gòu)及具有較好通過性能的橡膠充氣輪胎。3.7機架的設(shè)計 根據(jù)機具的總體結(jié)構(gòu)配置需要，并保證各組件之間保持足夠間隔距離和工作部件前后距離，保證機具的通過性能。因此，本機設(shè)計了框架式和三角機架結(jié)構(gòu)。該機主機架主要由深松鏟固定梁、橫梁、焊接片、連接架、圓盤耙固定梁、圓盤耙連接梁、固定梁和主梁等組成。主機架結(jié)構(gòu)如圖3-8所示：1) 主機架的設(shè)計。主機架承擔(dān)整機前進方向的力量，因此要求牽引架有足夠強度和剛度。本機采用1201006、80606的矩形管、搖臂、牽引板焊合而成的三角形機架結(jié)構(gòu)。2) 淺松鏟橫梁設(shè)計。淺松鏟機架聯(lián)接淺松鏟部件，并承擔(dān)著聯(lián)接后面各個組件，因此要求此架有足夠的強度和剛度。本機采用1001002的矩形管與18mm 鋼板焊合而成的框架式結(jié)構(gòu)。 3) 深松鏟橫梁設(shè)計。深松鏟機架聯(lián)接深松鏟和淺松鏟，并承擔(dān)著聯(lián)接后面各個組件，因此要求此架有足夠的強度和剛度。本機采用1201002的矩形管與18mm 鋼板焊合而成的框架式結(jié)構(gòu)。4) 合墑器主梁和聯(lián)接梁的設(shè)計。合墑器主梁聯(lián)接合墑部件并承擔(dān)著鎮(zhèn)壓組件的聯(lián)接，聯(lián)接梁把合墑器主梁與深松機架聯(lián)接起來，因此要有足夠的強度和剛度本機采用60602 的矩形管焊接而成。 1-深松鏟固定梁；2-橫梁；3-焊接片；4-連接架；5-圓盤耙固定梁；6-圓盤耙連接梁；7-固定梁；8-主梁圖3-8 主機架結(jié)構(gòu)圖3.8液壓缸的選用由于本機屬于農(nóng)用機械，所以采用農(nóng)用液壓缸。根據(jù)幾何參數(shù)，可以初選確定液壓缸基本參數(shù)。通過查閱機械設(shè)計手冊得到液壓缸基本參數(shù)。液壓缸基本參數(shù)如表3-4所示：表3-4 液壓缸基本參數(shù)缸徑/mm活塞直徑/mm推力/KN拉力/KN允許行程/mm10050125.6687.651000結(jié)論該機一次作業(yè)即可完成滅茬碎土、耕層淺松、底層深松、整平合墑、鎮(zhèn)壓碎土等項作業(yè)，能夠滿足耕整地技術(shù)和工藝要求。該機具配置合理，具有一機多架、一架多具、聯(lián)合作業(yè)、自成系列、通用性強、配套范圍廣等特點，是土壤保護性耕作的理想配套機具。該機能夠?qū)崿F(xiàn)適合農(nóng)作物生長的3層耕層結(jié)構(gòu)，并且符合我國大功率拖拉機不斷增加和迫切需要配套耕整機械的市場需求，可以大面積推廣使用。該機整體結(jié)構(gòu)配置設(shè)計是技術(shù)的關(guān)鍵,它整體配制要求科學(xué)獨特,結(jié)構(gòu)緊湊,技術(shù)先進,能理想地