旋耕机刀轴的设计及刀片排列

河南一拖（洛阳）中成机械有限公司　　朱月青　　王永亮　　王柱　　孙栋梁　　范晓燕

旋耕机刀轴的设计及刀片排列

河南一拖（洛阳）中成机械有限公司朱月青王永亮王柱孙栋梁范晓燕

本设计主要论述了旋耕机刀轴的合理设计及刀片在刀轴上的合理排列，针对现有旋耕机刀轴设计中的多种问题提出了相应的解决办法。本文重点论述了旋耕机刀片如何快速准确排列，用以解决旋耕机刀轴带来的整机震动、耕作效果差等多发问题。

旋耕机；刀轴；刀片排列；快速排法

1　引言

旋耕机的刀轴是旋耕机直接入土的工作部件，刀轴的设计直接影响到旋耕机的工作性能。我国市场上现有的旋耕机结构形式几近相同，但是其工作性能及工作质量却有着巨大差异。旋耕机的刀轴在工作过程中会出现入土困难、整机震动大、耕地不平、刀轴断裂、碎土效果差等一系列问题。而刀轴的合理设计及刀片排列却能有效地避免上述现象的发生。

2　刀轴的整体布局

传统的刀轴设计为整体焊接式，即刀轴花键套与刀座轴管直接焊为一体。这种情况下，一旦刀轴花键套的花键部分磨损，则需要更换整根刀轴，造成维修成本大、材料浪费的现象。因此，现将刀轴整体布局改为分体螺栓连接式，刀轴花键套与轴管分别用法兰盘进行连接，两端法兰通过凸凹止口与光洁配合平面保证连接与同轴度。花键套与法兰煅为一体，轴管与法兰通过内外圆壁面保证同轴度后焊接。为避免刀轴在焊接处断裂开焊，应尽可能地增加轴管的壁厚，同时在焊接处增加加强筋。

图1　

3　刀片的合理排列

旋耕刀的排列安装是一项重要的工作，应使旋耕机作业时受到的阻力小、耕作质量好、刀轴受力均匀、避免漏耕和堵塞现象的发生。安装不当，将严重影响作业质量，并因刀片旋转不平衡，导致机件损坏和机组震动增大。刀片在刀轴上的排列配置，具有以下基本要求［1］：

（1）在同一回转平面内，配置两把以上的刀片，应保证切土量相等，以达到碎土质量好，耕后沟底平整的目的。

（2）在刀轴回转一周过程中，刀轴每转过一个相等的角度，在同一相位角，必须是一把弯刀入土，使扭矩较为均衡，减少扭矩波动幅度，保证工作稳定性和刀轴负荷均匀。

（3）轴向相邻刀齿间距，以不产生漏耕带为原则，一般均大于单刀幅宽。

（4）左弯刀片和右弯刀片应交替入土，使刀轴两端的轴承所受的侧压力平衡，以减少旋耕刀对旋耕机重心的转矩，保持旋耕机组工作时的直线性［2］。

（5）相继入土的刀片在刀轴上的轴向距离越大越好，尽可能地增大轴向相邻两弯刀之间的夹角，以避免发生干扰或堵塞。

在实际排刀的操作中，遵循以上基本要求的前提下，还要必须知晓其经验参数：

α-允许的轴向相邻同向刀的最小夹角（度），一般取54°≤α＜85°［3］。

β-允许的轴向同一截面上安装的2刀的最小夹角（度），一般取130°≤β≤180°。

s-轴向相邻回转面的间距，一般取58mm≤s≤78mm（不漏耕、不堵塞）。

为使刀轴在工作过程中受力均匀，将刀轴上的刀片按照标准螺旋线进行排列。如图2所示：

图2　

旋耕机半轴上左、右弯刀数量相差1，机具最外侧各布置一把刀片并使刀片弯向机具中心，这样可以防止机具在工作过程中两端刀片朝侧后方抛土，造成抛出土量不能回收。左右弯刀沿各自螺旋线以相等的螺旋角向两侧排布，最终在圆周范围内均匀的散布Z把刀片。那么问题出现了，如何能让Z把刀片沿着螺旋线而又均匀散布呢？

4　螺旋线的快速排列

螺旋线上的螺旋角α、同一回转面的刀片夹角β、刀片数量Z是刀片排列的三个重要参数。以图2中半轴上29把刀数为例，右弯刀15把，左弯刀14把。则此螺旋线的相位角是360°/Z=12°24′50″，螺旋角54°≤α＜85°，为4～6个相位角，即4、5、6三个解；回转面的刀片夹角130°≤β≤180°，为10～14个相位角，即10、11、12、13、14五个解，如果将以上两组解一一试验求解，将耗费大量的时间与精力，现针对此问题讲解一种螺旋线的快捷排法。从图2中分析可得如下公式：

（Z-1）/2*x=Zy+t式（1）

Z-刀片数量；

x-螺旋角α的整数解值；

y-刀片沿刀轴转过的圈数n；

t-回转面刀片夹角的整数解值；

取x=4，代入公式（1），得t=2，不可取。

同理，最终解得x=5，t=12，即螺旋角α=62°4′8″，回转面刀片夹角β=148°57′56″。

在上述表达式的求解过程中，还需特别注意以下两点：

（1）以上三个参数x、t和刀数Z中任何两个参数之间的取值不能含有公约数，不然会造成螺旋线在行进过程中回到起点的情况，即同一时刻产生多把刀片同时入土。例如刀数为35把时，通过公式（1）求解得x=7，t=14，但7、14、35三者中7、14和7、35之间含有公约数，因此不可取。所以35把的刀数在螺旋线的排列中没有合适解值，在刀片排布的时候应当予以避免。

（2）在刀片数量数值较大时，应尽可能的是t与x的倍数差值增大，即t-nx的值换算后大于18°，否则将会造成间隔两个回转面中相向的两把左、右弯刀之间夹土。尽可能地使t-nx值接近α/2，这样可使得刀片在刀轴回转面上弯刀刀头的布置更加均匀。

5　结论

刀轴的合理可靠设计能有效地避免刀轴的断裂、脱焊、传动精度差等问题，刀片的合理均匀排布能使刀轴在工作过程中有效地减小整机的震动，减少主机具的动力消耗，并使耕作后地表平整，碎土率高。排刀的快速简便方法为刀轴排列设计者提供了便捷有效的快速通道。

［1］Phoency Lai，Ken Yuon Li.Phytochem icals and antioxidant porperties of solvent extracts fromJaponica rice bran［J］.Food Chemistry，2009（3）：538-544.

［2］杨玉栋，徐浩.旋耕机的刀片怎样排列和安装［J］.河北农机，2008（4）：24.

［3］张孝安.农业机械设计手册［M］.北京，中国农业科学技术出版社2007，11：244.

朱月青，1986年出生，山东菏泽人，本科，助理工程师，研究方向：农业机械设计。