1ZD—1200型自走多功能复式农田作业机的设计

包锡波

摘要：针对本溪具农田地块小的特点，设计一种适合在山区小地块作业的多功能机具。介绍复式农田作业机的设计思路、总体结构、技术参数及性能特点，测算其经济效益，为山区农业生产提供实用机具。

关键词：农田作业；多功能；起垄；打药；除草

中图分类号：S224.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）11-0030-03

本溪县位于辽宁东部山区，素有“八山一水一分田”的说法，农田大多为小地块。因此，在本溪县拥有的9 400余台拖拉机中，11.0～14.71 kW的小型手扶拖拉机多达7 000余台。然而部分手扶拖拉机的安全性、可操作性已经不能满足生产需求。为此，设计一种易操作、可靠性较强的复式农田作业机具——1ZD-1200型自走多功能复式农田作业机（以下简称“农田作业机”），更换不同的工作部件，可完成灭茬碎土、起垄、打药、除草等农田作业，实现一机多用，旨在为山区农业生产提供实用作业机具。

1 农田作业机总体设计

1.1 设计思路及方案

农田作业机的设计思路为：自走多功能复式农田作业机要灵活、安全、操作可靠、劳动强度低；工作部件的几何尺寸精确合理，减少动力消耗，确保机组在最经济状态下运行。

根据设计思路确定的设计方案为：以11.0～14.71 kW柴油机做动力，可完成灭茬、起垄、旋耕打药、播种施肥等农田作业；起垄行数为2行；打药作业为6行（喷幅3 600 mm）；起垄的工作部件犁铧采用ADI材料，灭茬刀片采用15锰钢锻造而成；根据本溪地区的耕层构造和农艺要求，确定灭茬深度为80～100 mm，起垄深度为150～170 mm；为操作方便和保证作业质量，采用液压动力提升机具；灭茬碎土采用限深轮调整耕深，铧尖入土角为3～5°；播种器采用外勺轮式；药液泵采用柱塞式；种覆土器采用滚动镇压覆土方式，确保在秸秆粉碎还田地块的通过性。

1.2 机具结构

该机主要由机架、操作机构、传动机构、动力装置、行走装置、液压系统、灭茬机构、起垄装置、播种施肥机构、打药机构等组成，具体结构详见图1。

2 灭茬机构的设计

灭茬机构机构由离合器总成、减速机、旋转刀棍、防护罩、提升装置、连接装置和限深轮等组成。通过连接装置与行走装置相连，利用液压系统完成机具起落。离合器总成安装在动力输出轴与变速箱之间，通过操纵手柄接合或切断动力。变速箱安放在机具的中央位置，内有齿轮传递动力，可实现一级变速，并改变动力输出轴的旋转方向。

最终工作部件—2个旋转刀辊安装在变速箱的两个半轴上，左右对称。每个旋转刀辊上安装16把刀片；旋转刀辊上设有防护罩，既可碎土又可防止沙石和碎土飞扬。耕深依靠液压提升拉杆长度变化及限深轮调整。

2.1 旋转刀辊转速

旋转刀辊是灭茬机的最终工作部件，其转速直接影响机具性能。转速过高，则扭矩小、功率消耗大，且有打滑和刀片不入土现象；转速过小，则影响灭茬粉碎效果和生产率。

经过理论计算及田间试验，采用类比法确定转速范围为300～350 r/min，设计时转速取350 r/min。

2.2 离合器结构

机具作业过程中，要求离合器连接的主动和被动2轴可方便结合或分离，以适应时而运转时而停止的需要。离合器与三角皮带轮设计成一体，为牙嵌式离合器，手动结合分离。离合器可传递较大扭矩，且接合容易。

主动轴与被动轴有同轴度要求，但受制造、装配及工作零部件变形的影响，无法保证2轴严格对中，即存在同轴度偏差，出现轴向偏移、径向偏移及角度偏移。因此在设计上采用主动轴与离合器牙嵌爪车削成一个整体的工艺，确保同轴度，接合状态靠弹簧推动自动回位。其主动牙嵌和被动牙嵌均采用20cr，热处理渗碳HRC50-58。

3 农田作业机主要技术参数

农田作業机的主要技术参数见表1。

4 农业作业机的性能特点

1） 该机主要用于小地块作业，也可用于坡地作业，机组作业时行走平稳。

2） 配置灭茬旋耕刀辊，依靠滑转剖切土壤，达到灭茬和疏松土壤的目的；配置起垄犁，可完成起垄作业；配置播种施肥装置，可进行播种玉米、大豆等作业；配置打药装置，可进行大田、果园药剂除草杀虫作业。

3） 应用旋耕机设计原理，以小型柴油机为配套动力，利用皮带传动、齿轮传动、链传动及液压传动，靠齿轮啮合将动力传给旋转刀辊，完成灭茬、疏松土壤作业；利用全液压调整起垄中耕铧的耕深；播种施肥采用牵引式；打药采用背负式。

4） 配置外勺轮式播种施肥机，可在耕整后的土壤上进行精量播种侧深施肥作业。

5 农业作业机经济效益分析

5.1 成本核算

建产厂房2 600 m2、结构厂房2 600 m2、装机厂房4 000 m2，购建加工设备50台套及测量设备20台，主要进行机械性能检测、样机适应性试验、可靠性试验、部件性能测试等，这些固定资产的折旧费用为400元。农田作业机的生产成本为16 226元（各部件的生产成本详见表2），管理和财务费用200元，销售费用800元/台，则机具的总成本为17 626元/台。

5.2 销售收入预测

该机具更换不同工作部件，可进行除茬、起垄、播种、施肥、镇压、喷除草剂等作业，销售价格可定为

22 930元/台。

1ZD-1200型自走多功能复式农田作业机具有结构紧凑、性能完善、作业效率高、作业质量好等特点，可满足华北、东北、西北等地小地块耕作、播种、打药需求，为小型农业机械，市场需求强大。

按现有厂房、设备、生产能力市场需求测算，可年产2 000台，则销售收入为4 580万元/a，上缴利税450万元/a。

5.3 经济效益分析

由销售收入预测可知，该设计有利于农机制造企业发展，可实现经济效益和社会效益双赢。该产品的研制成功，可为山区、丘陵小地块的大田玉米、大豆生产提供适用机具，大大减轻劳动强度，降低农业生产成本。

参考文献

[1] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2] 中国农业机械化科学技术研究院.机械设计手册[M].北京：中国农业科学技术出版社，2007.

[3] 余海宁，姚丽华，尹健徐，等.模块式小型多功能农业作业机设计研究[J].中国农机化学报，2013（4）：134-138.

Abstract： One kind of multifunction machine was designed which is suitable for operation in small plot of mountainous area according to the characteristics of small plot in Benxi country. This paper introduced the design ideas， total structure， technical parameters and performance feature of double farmland machine， and calculated the economic benefit， which provided practical machine for agriculture production in mountainous area.

Key words： farmland operation； multifunction； ridging； spray insecticide； weeding