中型水田耕耙平地机旋耕刀系统原理分析及方案设计

崔新德 房灿松 范永锋

摘 要：本文主要对中型水田耕耙平地机旋耕刀系统进行原理分析，对应用在中间传动及侧边传动两种典型的水田耕耙平地机传动方式下的旋耕刀系统进行了详细的描述，分析了各自旋耕刀排列的优缺点并对不足之处提出了改进，为得到合理的设计方案做好准备。

中型水田耕耙平地机是应用40马力拖拉机进行水田耕、耙和平整地一体的农业机械。在水稻原茬泡田地上作业两遍即可完成耕喧、碎土、打浆、压茬、平地联合作业（在以翻泡田地上作业一次即可），作业质量可达到水田插秧前的精细整地的要求[1]。

本旋耕刀系统的工作原理是依靠中间传动的齿轮箱输出动力驱动连接在它两端的刀轴带动并旋转，使得刀轴上的刀片不停旋转以连续不断地切削土壤，并将切下的土块向后抛掷与挡泥罩板及平土拖板相撞击，使土壤进一步破碎后再落到地面。

刀辊的组成：刀辊主要由刀片，刀座，刀轴组成。它是旋耕机的主要工作部件，刀片形状及其排列形式直接影响了旋耕机的工作性能。

1、刀轴

是指带动刀座上安装的刀片旋转的轴，包括了左右轴头和中间的刀辊轴。刀辊半径是指刀轴回转中心到刀片端点的距离。刀辊半径的确定主要根据旋耕作业作业要求达到的最大耕深；也要考虑到根据刀的排列以及每把刀的受力分析确定刀轴危险截面以确定刀轴的最小尺寸，该最小尺寸为刀轴轴头最小尺寸。根据现有的旋耕机刀轴设计，通常是一根轴的两端为两个实心轴头，焊接弯刀的部分为空心轴，该设计在下面的第三章结构设计中有更细致的说明。这样，在满足耕深要求和结构允许的前提下，刀辊半径应设计的尽量小些，使刀片端点的圆周速度不致过大，避免增加旋耕功率的消耗，同时也可使整个旋耕机的结构比较紧凑，减轻整机重量[2]。

2、刀片

刀片是用螺栓固定在刀座上，刀座是按螺旋线排列，焊接在刀轴上，随刀轴一起旋转，起着切碎土垡的作用。刀片有凿型和“L”形两类。由于凿形刀易缠草故适用于无草茎的疏松土壤和熟地上耕作。“L”形刀有直角刀、沼泽刀和弯刀等几种。由于弯刀刃口有较大的滑切角τ，所以不易缠草，有关于滑切角τ会在下文有介绍。

两种弯刀分别为 R245系列的左右弯刀，它们适用于马力较小的小型拖拉机的旋耕机，而本设计所需要的弯刀需要更大的弯折角度，按照国家标准，采用 R260系列弯刀。

3、刀的排列

现有的刀片排列都是按照如下原理排列：

（1）在同一回转平面内，若配置两把以上的刀片，要求每切割小区内几把弯刀的切土量相近，以保证碎土质量好，耕后沟底平整。

（2）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型。

（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。为满足以上要求，现有的旋耕机刀片一般采用双螺旋线规则排列，还必须是相邻两刀片在轴向距离和径向的角度差（也叫相位差）方面，保持一个适宜的数值，同时还应使左右弯向刀片的入土顺序交错进行，对称地入土。图就表示刀片在轴上相互错开的角度及刀轴旋转时刀片的入土顺序[3]。

该旋耕刀系统是应用在侧边传动的旋耕机上，而且只有一根刀轴，这种设计方法适用于较小马力的拖拉机上，该设计能够承受较小的载荷，安装刀数较少因此安装方法较为简单，但是由于单根轴的设计会因轴向受力不均匀，而导致绪论中涉及到的耕后土表不均匀和机器抖动等现象。

本设计由于应用在40马力拖拉机上，而且有较大耕幅，所以初步设计为两根刀轴并应用于中间传动系统。

设计提供了可靠性参考，这样的设计由于双根轴刀片的对称排列使得机器减少抖动，避免了土表耕后不均的现象。

除此之外，每根刀轴上有两条螺旋线，并且彼此是不连续的，左右弯刀分别安装在螺旋线上。通过两根刀轴对称分布的两条螺旋线，使得刀轴每旋转一周能有两把刀入土，大大提高了原来一把刀入土的工作效率。但由于刀数增加，因此需要通过计算确定刀的最合理数量。

4、漏耕

中间传动旋耕机的传动箱设在刀轴中间，有一定宽度，刀片旋转工作室要让开箱体，为保证安全，还要求刀片与箱体之间保留一定的间隙。因此，箱体宽度和这个间隙就构成了耕地时的漏耕地段。因此需安装消除漏耕的装置。消除漏耕装置有两类，一种是在箱体下部安装犁铲之类的工作部件，结构简单，制造容易，但消除漏耕的质量不夠理想。犁铲类的的消除漏耕装置有多种不同形式的结构，其中以窜垡犁的结构形式较好。

另一种是在刀轴上安装特殊结构的刀座和刀片，当刀轴旋转时，刀片既能切割箱体下部的土壤又能让开箱体，不和箱体相碰。但结构较复杂，制造较困难。

本设计采用了类似第一种防止漏耕的方法，即将防止漏耕装置焊接或者用螺栓固定在中间的箱体下端，由于现在的窜垡犁设计已经成型，所以无需改进，只需对它的加工工艺分析注意，即可投入正常使用中。

结论

本章通过对中型水田耕耙平地机旋耕刀系统的原理分析，可以看到单根轴侧边传动排列方式与两根轴中间传动排列方式各自的优缺点。本设计应用在40马力的拖拉机上，耕幅要求更是为2.6米，因此中间传动的旋耕刀排列方式要比侧边传动的排列方式更贴近课题，除此，还要改进现有的旋耕刀排列缺陷，采用双轴双螺旋线旋耕刀不对称式排列，改变现有的同一时刻同一相位角入土刀数，提高工作效率和减少耕作中出现的一些问题。

参考文献：

[1] 孔令德 张认成.旋耕刀研究的现状与展望[J].江苏理工大学学报.1997.18（3）.6

[2] 旋耕机[M].江苏科学技术出版社.1979.6

[3] 高丽红.旋耕刀的设计及排列浅析[J].机械管理开发.2007.2