一种液压翻转犁的结构设计与分析
2018-12-08徐立伟翟滕子
徐立伟 翟滕子
摘要：介绍国内外液压翻转犁的研究与发展现状，分析液压翻转犁在应用过程中的优势，设计出一种新型的液压翻转犁。阐述液压翻转犁的工作原理与结构组成，对主要部件进行分析与计算，验证设计的合理性。该设计为液压翻转犁的发展提供了新思路。
关键词：液压翻转犁；结构；原理；设计
中图分类号：S222 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）04-0019-03
随着现代农业的发展，农业机械中耕地机械种类繁多，包括犁、旋耕机、机耕船、深松机等。其中，犁的类型很多，按用途可分为通用犁、复式犁、双向犁、开沟犁等，按动力可分为半悬挂式、悬挂式、牵引式犁等。相比于普通铧式犁只可向一个方向翻垡，液压翻转犁可以向左右两个方向翻土。翻转犁具有结构简单、作业效率高、操作简便等特点。国外对翻转犁的研究已经成熟，美国、法国、德国等国家在翻转犁的设计及应用方面居于世界前列，早在1905年德国雷肯农机公司就获得了世界上第一个犁具的专利，而我国对液压翻转犁的研究相对落后。本课题结合国内外液压翻转犁的设计思路，研制出一种新型的液压翻转犁装置。
1 新型液压翻转犁的结构组成与工作原理
新型液压翻转犁主要由犁架、犁体、犁柱、限深轮、翻转液压缸、牵引架等组成，具体结构如图1所示。
新型液压翻转犁与拖拉机配套使用。由双联分配器控制犁的翻转，通过油缸中活塞杆的伸长和缩短来带动犁架上正反向犁体作水平面内的垂直翻转运动，来回交换直至更换到工作位置。工作前，由拖拉机和行走轮将翻转犁悬空运到农田，进入农田后可以卸下行走轮。工作时，机组在往返行程中，土垡均朝一个方向翻转，耕作之后地表干净整齐，没有普通犁耕地时形成的沟和梗，在地头转弯时空行少，工作效率高，对于小地块和不规则地块也具有优越性。
2 主要部件的设计
2.1 翻转机构
翻转机构是一个摇杆滑块机构，其翻转角度在0～180 °之间。当犁处于向左翻垡的工作位置时，活塞杆处于最大的伸长状态。当犁在地头拐弯时，操纵分配器阀会使活塞杆缩短，并带动犁梁向上翻转。当犁梁连同犁体转至近90 °时，活塞缩至最短，滚柱进入换向叉内，同时带动分配阀轴转动，直至犁梁销稍转过90 °后，油路即改变方向，活塞杆开始伸长，犁梁继续转动。当触及到止动螺钉时即停止转动，这样就使犁处于向右翻垡的工作位置。翻转机构工作原理如图2所示。
2.2 犁架
犁架通过翻转轴与悬挂装置相连接，其主要作用是使犁体固定、传递动力，以保证犁体的正常工作。选用梯形整体、采用低合金钢高频焊接的矩形薄壁管框架式犁架，材料为16Mn，用材少、质量轻，可以承受液压翻转犁的外载荷，抗弯性能好，抗扭能力强。犁架的结构如图3所示。
2.3 挂接装置
翻转犁与拖拉机通过悬挂机构结成一个悬挂犁机组，进行耕地作业。采用三点悬挂机构，悬挂参数包括下悬挂轴至犁体支持面的距离、上下悬挂点的距离即犁架立柱的长度、悬挂轴的长度及两下悬挂点与犁梁的相对位置。挂接装置的结构如图4所示。
2.4 犁体
犁体是液压翻转犁的主要工作部件，其作用是松动土壤，使土壤翻转破碎，覆盖地表面上的残留和杂草。犁体由犁柱、犁壁、犁侧板、犁壁支柱组成（如图5所示），根据各部分在工作中的受力情况，犁壁选用轧制的40Cr材料，犁柱、犁侧板及犁壁支杆选用45钢材料。
提高犁的生产率一般采取提高犁耕速度或增加耕作幅宽的方式。在拖拉机功率相同的条件下，提高耕作速度比增加耕作幅宽更加有益。因为提高速度可以采用窄幅犁，使成本降低；同时，可以选择配套轻型的拖拉机来降低轮胎的下陷量，使滚动阻力大大降低，也使土壤的压实和破坏力大大减小；此外，窄幅犁机组有较好的机动性和对不平地表的配合性能。犁耕速度与阻力关系的经验公式为：
=0.83+0.007V2
式中：V为犁耕速度；PV为速度为V时的牵引阻力；P为额定速度（4.83 km/h）时的牵引阻力。
由经验公式可以看出：随着速度的提高，平均牵引阻力逐渐增大；当速度超过额定速度后，平均牵引阻力增大幅度增长很快。因此，对犁体有两点要求：一是犁的牵引力不可以急速增大过多；二是犁沟的状态应接近作业质量好的犁沟形状，侧抛距离不能过遠。
3 结语
在介绍国内外液压翻转犁技术现状和分析已有液压翻转犁应用情况的基础上，设计一种新型的液压翻转犁，可为液压翻转犁在我国的发展及其结构设计的改进提供参考。
参考文献
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