1JPD—200型旱地激光平地机关键部件设计与分析

韩静鸽 刘琦

摘要：应用激光平地技术是建设高标准农田行之有效的办法之一。设计制造出1JPD-200型旱地激光平地机，介绍该机的技术特性，对其关键部件的研究、设计与制造进行分析。该机是激光平地技术的理想配套机具，可用于农田的精细化平整作业。

关键词：农业机械；激光平地机；旱地；关键部件

中图分类号：S222.5+1 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）06-0029-03

激光平地技术是目前世界上最先进的土地平整技术，在发达国家已得到普遍应用，而我国对激光平地技术还处于引进、示范及推广的初级阶段。旱地激光平地机属保护性耕作机械范围，国内虽有部分科研院所和生产企业对其进行研究开发，但在市场上尚未形成大面积推广应用，主要是由于产品大都存在着没有配置激光发射、接收、控制装置，整机设计构造不够合理，田间作业过程中全凭操作人员手动掌握刮土铲刮土位置及拖土斗卸土位置，平地精确度达不到建设高标准农田要求等问题。一些大型农场和种粮大户使用的激光平地机械多数是从欧美等发达国家引进的，不仅价格昂贵，而且使用过程中维修、故障处理及零配件供应均受到极大制约，不利于迅速推广应用。

为此，特对国内市场原有平地机存在的技术缺陷进行研究、试验与改进，成功研制出1JPD-200型旱地激光平地机。该机具有工作效率高、作业效果好、适应性强等显著优点，推广应用前景广阔。

1 1JPD-200型旱地激光平地机技术特性

1.1 技术指标

1JPD-200型旱地激光平地机的主要技术指标见表1。

1.2 基本结构

1JPD-200型旱地激光平地机主要由激光发射器、激光接收器、控制器、液压控制系统和刮土铲五大部分组成（如图1所示）。

1） 激光发射器装在三角架顶部，放置于整平地块中的任意位置。发射器内电源用4节1号电池（可使用30 h），其内设有自动旋转的折射板，可在一个水平面内向360 °方向任意折射光线，即发射出可自动旋转的激光光线。激光发射器三角架高度可调，通过调节激光发射器基部的3个螺母可实现水平度调节。激光发射器上装有2个红灯、3个绿灯，当3个绿灯全亮时表示达到水平，开启开关后即可开始工作。

2） 激光接收器安装在刮土器的支撑架上，并与控制器相连接，用于接收激光仪发出的激光信号，并将激光信号转换成电信号后输送给控制器。

3） 控制器安装在拖拉机驾驶室内的左前方，其上有红、绿、黄3个指示灯。红灯亮表示接收不到激光仪发出的激光信号；绿灯亮表示接收范围正常，在作业中可自动调整刮土器的高度；黄灯亮表示地面高低差已超出要求平整的范围，需要重新确定平整范围。控制器设有自动控制和手动控制两种操作方式，在正常作业时由自动控制系统控制。如果刮土量过大，则需要通过手动控制系统控制。

4） 刮土器为铲斗式，铲斗底部装有用于刮土的铲刃，在运输时由两侧运输轮支撑，可使铲斗离地至少50 cm，运输极为方便。

1.3 工作原理

1JPD-200型旱地激光平地机的基本作业流程如图2所示。

该机的牵引机构与拖拉机后牵引联接，液压泵通过传动轴与拖拉机后输出轴联接，并由拖拉机牵引前进作业。平地机其实是一个有后轮且能按照土地高低自动升降的刮土铲，刮土铲的升降是由激光发射器发出信号，接收器接受判断并发出判断结果，通过控制器控制油缸的伸缩来实现的。油缸安装在后轮轴与平地铲之间，油缸伸缩来带动平地铲升降。在作业过程中，遇到高处时，油缸缩短带动铲刀降低，铲刀将土壤切削并推移该处土壤前进；当前进到较低处时，油缸伸长带动铲刀升高，被铲刀推移的土壤被平铺到该处。即高处的土壤被刮走摊平到低处，完成土地平整工作。

2 关键部件分析

2.1 机架的研究与设计制造

机架是该机的基础部件，其设计、制造关系到其他部件安装、定位与调整的方便性，以及外观形状和生产成本。考虑到材料受力强度及外观，经研究分析，确定机架的主材料采用优质方钢管。机架制造的关键在于控制焊接热变形，应在焊接工艺及焊后处理方面下功夫：焊接工艺依靠科学合理的工装模具和焊接设备来保证；设计、研制焊后工件校检装备，以校正机架焊合时产生的热变形。

2.2 拖土斗的研究与设计制造

拖土斗的设计应满足在土壤高凸处集土容易、低洼处自行卸土顺利的目标，其研究与设计制造主要在于其结构形式。经研究试验，为便于集土，将拖土斗的主体设计为型钢焊合框架，上下、左右及后端用钢板封闭；为便于卸土，将拖土斗的前部设计为敞开式，刮土铲与拖土斗的结合采用在拖土斗下部前端设置横梁、利用沉头螺丝固定的方式，以保证机具作业时集土、卸土顺利。

2.3 刮土铲的研究与设计制造

刮土铲是该机的关键部件，其研究与设计制造主要涉及到原材料选择、最佳入土角确定及热处理工艺的科学合理性。鉴于刮土铲是主要磨损件，特选用65Mn钢板制造。热处理工艺时应选择水平放置，以减少热变形。通过试验对比，将刮土铲的入土角设计为35～40°。

2.4 牵引架的研究与设计制造

该机作业时主要靠拖拉机牵引力来完成，所受牵引力全部集中在牵引架上。经研究分析，以方钢管为主要材料焊合制成牵引架。

2.5 液压限深装置的研究与试验

液压限深装置研究与试验的关键在于限深轮架的结构型式，限深轮、液压泵的选择及合理配置等。确定采用方钢管焊合制造爬梯型限深轮架。限深轮选用6.5～16.0橡胶轮胎。液压泵选用齿轮式液压泵，液压泵功率按适用功率150%选用。在限深轮架上以45°左右倾斜设置液压缸，液压缸上部固定在机架后端，下部与限深轮架中间横梁相连。

2.6 激光发射器、激光接收器、控制器的试验选择

激光发射器、激光接收器、控制器应具备防水侵蚀、防风刮日晒、抗摔抗震性能。在制造方面需严格控制配合间隙，在装配时应设置防震膜，以保障激光发射器、激光接收器、控制器的质量及性能。

2.7 液压油自动循环装置的研究与设计制造

该机主要靠液压装置调控刮土铲工作。液压缸伸缩动作频繁，长时间作业会使液压油温升高、压力增大，导致出现液压油管爆裂及液压油渗漏等问题。为此，研究、设计了液压油自动循环装置。

3 结论

1JPD-200型旱地激光平地机的性能特点为：1） 机具作业靠激光发射器、激光接收器、控制装置控制液压限深装置，可自动完成高凸处刮土铲刮土、拖土斗集土和低洼处卸土作业；2） 激光发射器、激光接收器、控制器具备防水侵蚀、防风刮日晒、抗摔抗震性能；3） 增大激光接收器支撑杆（钢管）直径，在3根稳定拉线的中部增设了调紧装置，解决了激光接收器抖动问题；4） 在激光接收器支撑杆中间设置液压缸，利用液压缸将上部钢管向上抽推，完成高激光接收器升高及降低的液压调整；5） 设计配置了液压油循环散热装置，确保机具作业过程中液压油不起高温。

该机与发达国家同类产品相比，具有绝对的价位优势。经各地农户使用证明：该机通过性能质量良好，适应性广泛，使用可靠安全，符合现代农业发展需求。

参考文献

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[4] 壮歌德，刘艳芸.农田节水技术[J].世界环境，2013（4）：62-63.

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