小型水田耕耙平地机辅助机构原理分析与方案设计

范永锋 崔新德 房灿松

摘 要：小型水田耕耙平地机的辅助机构包括悬挂机构、罩壳、托平板等部分，本章将小型耕耙平地机辅助机构的原理进行分析，进而提出设计方案。

关键词：小型水田，机构原理，方案设计

一、 小型水田耕耙平地机辅助机构概述

悬挂机构是本论文结构设计的主要部分，现对以往的旋耕机的悬挂机构进行简单介绍。以往的旋耕机与拖拉机的挂接有三点悬挂、直接连接和牵引三种形式，我国目前采用前两种连接方式。

1.1 三点悬挂机构概述

三点悬挂式旋耕机的悬挂及升降与铧式犁相同，由拖拉机动力输出轴驱动，经传动箱减速后带动刀轴工作。三点悬挂的机架由悬挂架、左右主梁、齿轮箱、和侧板构成。悬挂架式旋耕机和拖拉机三点悬挂机构连接的主要部件，由左右悬挂板、悬挂销、悬挂撑杆等机件组成，用拖拉机的液压升降机构来控制旋耕机的提升、入土和调节耕深。

农用拖拉机作为一种行走式动力机械，由悬挂机构连接农机具进行多种田间作业。多年来有关拖拉机悬挂机构各构件的速度特性、力学特性等方面的研究与实践为其结构设计提供了重要的理论依据，然而对如何充分发挥悬挂机构提升能力的研究较少虽然悬挂机构各杆件的尺寸对机构的运动和受力都有很大影响，但提升杆下端与下拉杆的铰接点位置影响自油缸 到悬挂轴之间的杠杆传动比，是影响悬挂机构最大提升能力（垂直吊重）和提升行程的关键因素目前通常采用“下拉杆中点稍后偏位置作为提升杆与下拉杆铰接点”的设计原则，以科学合理地确定提升杆与下拉杆铰接点位置，最大限度发挥悬挂机构的提升能力及获得合理的提升行程[1]。

三点悬挂就是第一个铰链点和第二个铰链点将左、右纵拉杆分别固定在下轴的两个铰链上，第三个铰链点是中央拉杆在上轴的固定点。它只允许农具相对于拖拉机行走的轨迹有很小的偏摆，此种连接方式适用于作业直线度要求较高的农具，如中耕机、播种机等。三点悬挂可分为中间齿轮传动、侧边齿轮传动和侧边链条传动三种形式[2]。

直接连接式旋耕机主要用于与手扶拖拉机配套，一般是将手扶拖拉机的变速箱后盖取下来，然后将旋耕机减速箱与拖拉机变速箱用螺栓连接在一起，动力由拖拉机变速箱犁的齿轮直接传给旋耕机的齿轮，以驱动旋耕机运转。

直接连接式旋耕机根据传动形式可分为侧边齿轮传动和侧边链条传动两种形式。近年来，由于手扶拖拉机的应用逐渐减少，对于与手扶拖拉机配套的耕耘机械的研究也比较少。但是在一些大型轮式拖拉机不宜进入的地段，手扶拖拉机所具有其小巧、轻便的特点就充分的发挥出来了。因此手扶拖拉机在南方土地较少、不利于轮式拖拉机作业的地区和北方的大棚中还有一定的应用价值。

二、小型水田耕耙平地机辅助机构原理分析

2.1 小型水田耕耙平地機的原理

根据以上小型水田耕耙平地机的工作原理的示意图计算机构自由度，机构的自由度计算公式为

F=3N-2PL-PH （2.1）

式中：N—活动构件的个数；

PL—低副的个数；

PH—高副的个数。

计算得到此机构的自由度为

F=3×5-2×7=1

机构自由度F、原动件的数目与机构运动特性有着密切的关系：

（1） F≤0，机构蜕化为刚性桁架，构件间不能产生相对运动。

（2） F>0时，原动件数大于机构自由度，机构遭到破坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不能确定；只有当原动件数等于机构自由度时，机构才具有确定的运动。

小型水田耕耙平地机的原动件为手扶拖拉机的动力输出轴，原动件数等于机构自由度数，说明小型水田耕耙平地机的运动确定。

2.2 小型水田耕耙平地机机架的原理

一般要求悬挂装置应具有：

（1）使农具在没有强制性外力的作用下靠其自重能在较短距离内迅速入土，达到预定的耕深。耕深、耕幅能保持稳定。

（2）使农具在运输、提升位置时，应有足够的离地高度，保证拖拉机悬挂机组具有良好的通过性。

（3）保证农具在耕作位置时具有必要的横向摆动量，以满足拖拉机直线行驶稳定性的要求，但在农具处于提升位置时则应限制横向摇动。

但由于手扶拖拉机纵梁下方空间狭小的特殊性，小型水田耕耙平地机的悬挂装置有其特殊性。悬挂机构应该保证耕耙平地机安全、稳定地悬吊与手扶拖拉机纵梁的下方，这是设计本设计中悬挂机构设计的主要原则。

根据自由度的计算公式F=3N-2PL-PH得到机架的自由度为

F=3×2-2×4=-2

由于机架的自由度F=-2≤0，机构蜕化为刚性桁架，构件间不能产生相对运动。因此，小型耕耙平地机机架的设计原则为保证耕耙机的整体悬挂的稳定性。根据这一设计原则设计小型耕耙平地机机架。由于纵梁下方空间狭小，上图中的各杆件的形状将有所弯曲，各杆件的弯曲角度将在设计过程中根据实际情况进行设定[3]。

2.3 小型水田耕耙平地机罩壳的原理及设计方案

罩壳部分由上罩板、侧板、后罩板、压紧机构支臂、压紧弹簧等部分组成。壳体既是安全部件，又是一个刮平泥浆和掩埋稻茬的工作部件。壳体总成既可以绕悬挂销左右摆动，又可以绕长轴上下，前后摆动，有效的防止泥浆的拖堆和堵塞。罩壳能起到挡住被刀片抛出的土块得到再次的破碎，并使耕后的地表平整，改善劳动条件和保证操作安全的作用。压紧弹簧在受载式能产生较大的弹性变形，把机械能或动能转化为变形能，而载后弹簧的变形消失并回复原状，将变形能转化为机械功或动能。通过这种能量的转化，保护耕耙平地机其他部分的工作安全。在设计过程中应该根据传动刀轴的大小和耕宽设计壳体的具体尺寸进行设计。罩壳的设计将参考现有旋耕机的设计，并根据具体的设计要求进行修改。

2.4 小型水田耕耙平地机托平板的原理及设计方案

拖平板系统主要由拖平板、压茬弹齿、左右小拖平板、控制拖平强度的脚踏管等组成。它可以绕水平的铰链轴上下摆动，由此完成对耙后泥浆的平整作业。

由于手扶拖拉机没有液压系统，导致其没有自动控制耕耙平地机选挂高度的悬挂系统，无法自动调节托平强度。为控制水田耕耙平地机的托平强度，在托平板系统中增加的脚踏管部分，是驾驶员在操作过程中根据工作经验控制托平强度。

另外由于手扶拖拉机尾轮存在与水田耕耙平地机工作方向的后方，将对托平板的作业效果产生影响，再设计过程中也应充分考虑。其中主要是托平板下方形状的设计，初步确定为锯齿形式，锯齿形状为梯形，中间位于手扶拖拉机尾轮前方的部分全部掏空。

本文通过对小型水田耕耙平地机辅助机构的原理的分析，并根据手扶拖拉机的特点，确定了基本的设计方案，即悬挂方式为纵梁后悬挂，同时确定了托平板的形式，辅助机构各部分的具体尺寸将根据设计要求进行修改。

参考文献：

[1] 李增宏.耕机的类型和构架的研究推广分析[J].北京：农业机械学报，1985，12：25-26.