一种新型多功能田园管理机的设计

王海宁 刘磊 贠莹莹 张开兴

摘 要：随着中国经济的发展，农村劳动力明显不足，在一定程度上制约着中国农业经济的发展。同时，一些农业田园管理机械体型笨重，作业效率不高，性价比低也成为农业生产的瓶颈。那么，革新一款新型多功能的田园管理机就十分必要。本新型多功能田园管理机在普通田园管理机的基础上加以改进和优化，充分结合自动化与智能化，考虑人与机器、土地环境的关系，实现旋耕、开沟、培土、除草、播种、覆膜等功能。本机主要由控制系统（360°可旋转把手、档位控制把手、离合器把手等）、传动系统（带传动、链传动、齿轮传动）、功能执行系统构成。且拥有多功能、高效率，一体化的特点，极大的提高了农业生产的效率。本设计主要是利用三维建模软件建模，装配与分析，节省了人力物力，缩短了设计周期。

关键词：田园管理机；多功能；高效；播种；CAD/CAE/CAM

1设计背景

中国是一个农业大国，家庭联产承包责任制的中国国情要求中国农业种植的精耕细作，同时也导致大量劳动力的输出，一方面科学种田的步伐减缓，另一方面影响农民的收入。中国经济的迅猛发展，使许多劳动力输入到大城市，农村的劳动力明显不足，并且农业种植更加的讲究效率和科学。以解放劳动力、科学种植、多功能耕作等为目的的小型农业机械得到空前发展，尤其是改良创新过的多功能田园管理机被迫切需求。

然而目前市场上的一些田园管理机功能单一，结构复杂笨重，不易操作，价格昂贵等缺点限制了农民的购买热度，也从一定程度上限制了田园管理机的革新与发展，在这种大背景下，集旋耕、开沟、培土、除草、播种、覆膜为一体的新型多功能田园管理机应运而生。

2设计意义

本设计在现有田园管理机设计的基础上进行创新。改良后的田园管理机具有以下特点：第一，实现多功能，主要包括开沟、起垄、翻地、旋耕、播种、除草、覆膜等，实现了一机多用和节省成本的目的；第二，机械结构经过优化，本设计优化车把转向和受力机构，在机器工作时能满足人机工程学，也能提高田园管理机的使用寿命；第三，设计出多套刀具和轮具，能够弥补有些田园管理机在特殊工作环境下工作不良的情况。

3设计方法

本新型多功能田园管理机的设计采用Solidworks三维建模软件完成本设计零件和装配图建造，包括控制系统、传动系统、功能执行系统，在此基础上完成虚拟样机制作，运动仿真，动画制作等。采用计算机辅助工程技术，利用Solidworks Simulation对产品进行有限元分析，得出其最大应力应变，为产品后期优化设计提供理论依据。

4功能与使用说明

4.1多功能田园管理机的主要功能

该田园管理机适用于菜园、果园、茶园、玉米园等开沟、培土、覆膜、除草、旋耕多功能作业。本产品主要有马力大、结实耐用及功能齐全等特点，而且最重要的是对于农民单人操作非常方便，做到一机多用。主要特点：

1、采用Robin EY28B汽油发动机，马力大，省油。

2、采用皮带张力轮自调离合器，可避免超负荷机件损坏。

3、本机主把手360°回转，并有多处定位孔，有利于实现自由旋转和固定的效果，达到在不同方向操纵机器的目的。

4、本机有多种档位，包括控制刀具运行的一档、二档、空挡、倒档，控制车轮运动的一档、二档、空挡、倒档，实现对于不同的操作环境速度变换的效果。

4.2新型多功能田园管理机的使用说明

本机器为手扶式农用机械，依靠汽油发动机推动。

该机的最前方是导向轮，通过导向轮的把手可以调节导向轮的转向和导向轮的深度，从而实现对不同方向进行不同深度的操作；导向轮后面安装旋耕刀具，并有两翼可让旋耕所得的土落在固定位置，进而得到规整的沟；中间通过承载梁将不同的传动装置以及发动机连在一起，既简单有效，又节省一定的空间，合理安排了重心。

安装后轮的传动装置与约长200 mm的轮轴通过销连接在一起，并且轮轴上有四对销孔，有利于根据实际情况决定轮的安装位置，而且轮和轮轴只是通过销孔连接的，可以根据执行功能的不同更换驱动轮或覆膜轮等；

主把手是通过三维空间内多角度弯曲实现高度宽度的同时满足要求，并且通过横梁上的控制闸可以使把手实现360°旋转，让农民可以在不同方向对该机器进行操作，方便，舒适，节省空间，主把手上还安装离合控制器可以随时控制带传动轮的状态。

5多功能田园管理机的装配和优化

应用SolidWorks软件惊醒装配体设计的思路是，首先应把我装配体的主体结构，即对应的主体零件，先插入或生成主题零件，再插入或生成其他零件，病依据其间的配合关系装配各个零件，最后完成装配体设计。[1]

正确的装配是实现后期运动仿真的关键步骤。由于该多功能田园管理机结构繁琐復杂，并且运动也较传统田园管理机多样，所以要求各部分配合要严谨紧密。这样，该田园管理机的装配显得至关重要。

6运动模拟仿真

机械传动的运动模拟一般采用自动式或交互式。[2] Solidworks提供一种运动仿真的运动算例。正确装配多功能田园管理机后，进行运动仿真。在该多功能田园管理机的设计中，导向轮、挡土盖，覆膜播种等结构在执行不同功能时所处的状态不同，通过运动算例实现其不同状态下的模拟仿真运动。通过运动模拟仿真可以直观的观察到设计产品的操作运行状态，为优化设计提供直观依据。

7结论

与传统田园管理机相比，该新型多功能田园管理机在普通田园管理机的基础上加以改进，充分结合自动化与智能化，考虑人与机器、土地环境的关系，实现集旋耕、开沟、培土、播种、覆膜多功能的特点。本机主要由控制系统、传动系统、功能执行系统构成，优化的设计不仅提高农田工作的质量和效率，还提高了性价比。

前部田园管理机拥有多套刀具和轮具，可以根据工作环境进行更换。且其通过三级传动，牵引力大，多档位设置，适于不同的工作环境。挂载部分可以实现精量播种和定位覆膜，这些体现了产品的先进性。一机多用，即换即用，精量播种定位覆膜体现了本机的创新性。

使用Solidworks进行零件设计、装配，通过直观展示完成一些列的样机外形改进。使用CAE有限元分析软件对承载梁及犁片进一系列分析，通过应力云图、位移云图、应变云图进行校核，简化计算过程，为优化设计提供理论基础。使用CAM进行数控加工模拟仿真技术，用软件进行零件加工轨迹模拟，避免了直接在机床试加工时浪费材料、人力，以及破坏机器的风险。Solidworks软件中CAD/CAE/CAM系统的使用，在产品的设计过程中，保证了设计者可以随时观察、优化和修改设计产品，缩短了设计周期。

参考文献：

[1]杨国新，王定标.基于Solidworks的机械零部件虚拟装配体设计技术[J].煤矿机械，2007，07：75-77.

[2]任柏林，罗宁，王永泉.Solidworks环境下机械传动的运动模拟[J].湖北汽车工业学院学报，2009，03：41-43.