GF-360型马铃薯动力中耕机工作部件的研究设计

公衍峰 张媛媛 曹海峰

摘 要：针对目前国内马铃薯中耕机械，大多存在的碎土效果不理想、易缠绕堵塞的特点，设计了一种GF-360型马铃薯动力中耕机，该机为马铃薯整地和中耕两用机械，中耕作业时能够一次性完成垄间松土、碎土、除草及培土。对中耕机的传动路线、运动参数和碎土刀的排列进行分析，也为马铃薯中耕机的设计改进与优化提供了参考。

关键词：驱动式 ;马铃薯 ;中耕

中图分类号：S224.2        文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.003

0 引言

随着马铃薯主粮化战略不断深化， 我国马铃薯种植面积日益扩大，但其机械化程度还不高。马铃薯机械化主要是以机械化种植和机械化收获为主，在马铃薯中耕管理方面，是制约马铃薯全程机械化的短板。為了解决此项技术瓶颈，设计研究了GF-360型马铃薯动力中耕机，并对其工作部件进行了优化设计。

1 总体方案

GF-360型马铃薯动力中耕机采用三点悬挂式的挂接方式，整机左右对称，重心居中，主要由机架、主变速箱、驱动箱、工作部件、悬挂系统及扶土装置等构成。一次进地可完成动力松土、扶垄及拖平等作业环节。

2 传动路线

GF-360型马铃薯动力中耕机动力传递如图1所示。

GF-360型马铃薯动力中耕机，由拖拉机动力输出轴经锥齿副变速并改变传动方向，动力由二轴输出，经二轴万向传动轴将动力传递给驱动箱二轴，经过花键带动驱动箱二轴齿轮，动力经介轮1、介轮2传递到输出齿轮，并由接盘驱动工作部件，完成动力传递。

3 工作部件运动参数

拖拉机动力输出轴转速

nλ=1000 r·min-1

主变速箱传动比

i主=Z1Z2=0.542

式中 Z1=13，Z2=24。

驱动箱传动比

i驱=Z3Z4=0.654

式中 Z3=17，Z4=26。

总传动比

i=i主×i驱=0.354

工作部件最终转速

n2=nλi=1000×0.354=354 r·min-1

4 工作部件的设计

4.1 工作部件组成

工作部件为松土刀轴，主要由刀轴焊合、松土刀、卡瓦等组成，结构如图2所示。卡瓦为组合式设计，在整地时将卡瓦安装上，刀轴全刀工作。如中耕松土扶垄作业时，则需拆掉卡瓦，以避免伤苗。

4.2 工作部件排列

松土刀为工作的关键部件，松土刀的排列为螺旋式排列，其排列为双头螺旋且间隔排列。同一条螺旋线上相邻松土刀间隔18°，相邻的奇数序号和偶数序号的松土刀间隔90°在刀轴同一截面有相隔180 °布置两把松土刀，这就形成奇数刀为两条相间180°螺旋线，偶数刀为两条相间180°的螺旋线，其目的是整个工作部件松土刀的排列间隔均匀。工作时，入土顺序依次沿螺旋线进行，有效地分散了负载，整个工作部件同时入土的松土刀数量均匀且数量较少，这样便有效地减小了工作部件的阻力，实现连续均匀的负载，避免出现负载突变现象。

卡瓦为选装部件，在整地作业时，应将卡瓦安装上，实现全耕幅作业。在中耕松土扶垄作业时则要拆掉卡瓦，去除垄台工作部件，实现垄沟松土。培土作业时，每个卡瓦上的松土刀呈双螺旋线排列且首刀与相邻工作部件刀轴上的刀成螺旋线排列。

4.3 松土刀结构设计

4.3.1 总体设计

松土刀采用整体焊接式设计，即在刀体上焊有合金刀头，以增加刀的耐磨性和硬度。刀身则为65Mn材质，这样有效降低了成本，优化了工艺，既满足刀身的工艺要求，又满足刀头的工艺要求。

4.3.2 刀身

刀身采用65Mn钢板切割而成，具有很强的耐磨能力和抗弯能力，具有较强的韧性，遇到过载时不易折断，其入土角度在入土之初设为40°～ 45°是较为理想的入土角度，既便于入土，又对土壤有一个理想的分切效果，土壤被割裂后，随着快速旋转的刀身完成二次破碎及向后抛撒运动，土壤中未破碎的小土块，由于惯性，以较大的速度碰撞到置板及托板上，达到破碎的效果。

5 工作部件连续取土条件

GF-360型马铃薯动力中耕机工作部件与驱动轴采用花键接盘连接。因此它的转速为驱动箱的输出转速，n=354 r·min-1，工作部件刀轴中同一螺旋线两刀相距α=18°。

工作部件松土刀每秒转过的角度为ω

ω=n×36060=2124°

式中 n—工作部件转速，n=354 r·min-1。

GF-360型马铃薯动力中耕机工作时，工作部件连续转动，整机则由拖拉机带动向前行进，此时工作部件松土刀的最小工作时间，即两刀入土时间间隔为t

t=αω=182124=0.008 5 s

式中 α—同一螺旋线两松土刀相距角度;

ω—松土刀角速度。

拖拉机的前进速度：v拖拉机=3～5 km·h-1。

松土刀在单位时间取土距离：Lmax=0.012 m;Lmin=0.007 m。

机具作业时，工作部件松土刀的取土距离为0.007～0.012 m，即7～12 mm，该频率完全可以将土壤打松。

因此，工作部件的参数设计是合理的。

6 结论

（1）设计的驱动式马铃薯中耕机关键部件， 安装在旋转刀轴两侧的松土刀，排列方式为双头螺旋且间隔排列，可拆卸卡瓦的设计符合马铃薯的垄距， 满足马铃薯中耕作业所需耕作深度;松土刀的结构设计， 能够增加切削土壤时的切削应力， 达到更好的碎土效果， 满足马铃薯中耕作业松土率的要求。

（2）通过对GF-360型马铃薯动力中耕机工作部件的传动路线、传动参数、结构参数进行设计，并对其运动参数进行了校核。各部分的结构及参数都设计合理，因此，工作部件的设计是合理的。

参考文献：

[1] 杨帅， 闵凡祥， 高云飞， 等.新世纪中国马铃薯产业发展现状及存在问题[J].中国马铃薯， 2014， 28 （5） ：311-316.

[2] 吕金庆， 田忠恩， 杨颖， 等.马铃薯机械发展现状、存在问题及发展趋势[J].农机化研究， 2015， 37 （12） ：258-263.