立式旋耕机旋刀系统的设计及受力分析

DOI:10.13427/ki.njyi.2018.08.009
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引言
改进传统耕作方法 ， 推广保护性耕作 ，改善农业
［1 － 2 ］
生态环境 ， 是当下农业所面对的一个重要问题
。
在保护性耕作中 ， 少耕技术是北方旱作农业区新的耕 作技术体系的关键技术 ， 应用也越来越广泛 ， 其原理 因不翻动土层 ， 是深松 。 深松具有明显的储水作用 ， 保墒效果也比较好
［3 － 10 ］
。 近年来 ， 多有报道适用于南
方的粉垄耕作栽培制度也是利用深耕 、 深松技术 ， 可 大幅度增产 。 这种栽培制度具有强根壮体 、 增源扩库 的功效 ， 在耕作层截面的底部形成 U 型槽沟 ， 有效聚 集天然雨 水 ， 提高了保水防旱的能力
［11 － 13 ］
。为了在
1． 悬挂机架 2． 支撑轮转向机构 3． 传动系统 4． 立式旋耕刀系统 图1 Fig． 1 Y 型立式旋耕机结构示意图
1． 2
立式旋耕刀结构设计 旋耕刀是整个机具的重要工作零件 ， 圆盘带动旋
Graphing method of the vertical rotary short blade
同理， 立式旋耕长刀的耕作深度为 350mm。 所以， 长刀的倾斜角度 α2 为 9ʎ ， 安装角 λ2 为 61ʎ 。
刀绕中心旋转 ， 拖拉机又牵引其沿机具前进方向直线 行走 ， 使立式旋耕刀在切削土壤时做余摆线运动 。 立式旋耕刀的切削刃与竖直方向有一定的偏斜 ， 使其具有滑切作用 ， 从而改善了立式旋耕刀切削土壤 的受力状况 。 立式旋耕短刀的结构图如图 3 所示 。
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2018 年 8 月
农 机 化 研 究
第8 期
耕作带 ， 耕作带满足作物的生长要求 。 同时 ， 该系统 可根据种植作物行距灵活配置立式旋耕刀 ， 实现局部 耕作局部免耕要求 。
倾斜角度 α1 （ 见图 3） 、 安装角 λ1 （ 见图 4） 的计算公式为 α1 = arctan λ1 = arccos 159 ． 27 ≈ 30 ʎ 250 （ 1） （ 2）
粮食作物大田耕作中达到蓄水 、 节水 、 保水和保土养 地， 以及节约资源 、 保护环境及增产增收的目的 ， 本课 题组结合农艺要求设计了一种 Y 型立式旋耕机 ， 如图 1 所示 。 Y 型立式旋耕机主要由悬挂机架 、 支撑轮转 向机构 、 传动系统立和式旋刀系统组成 ， 其工作部件 立式旋耕刀系统完成切削土壤 。 立式旋耕刀耕作种 植带截面上部为 U 型 、 下部为 I 型 ， 命名为 Y 型截面 。 上部 U 型部分实现土壤高度疏松 ， 养分被激活 ， 使作 物根系发达 ， 易保壮苗 ； 下部 I 型部分起到储水作用 ； Y 截面以外的部分免耕 ， 实现局部地表覆盖 ， 少耕免 耕， 达到蓄水保墒及培肥地力的目的 。
Structure sketch of Y Shape Vertical Rotary Cultivator
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立式旋耕刀系统的设计
立式旋耕刀系统的结构组成及工作原理 立式旋耕刀系统主要由立式旋耕长刀 、 立式旋耕
短刀 、 圆盘 、 胀紧套及开口销组成 ， 如图 2 所示 。 拖拉 机前进时 ， 其动力由动力输出轴通过双接头万向节传 动轴传递给减速器 ， 又通过减速器输出轴经胀紧套传 递给立式旋耕刀系统上的圆盘 ， 圆盘带动立式旋耕长 刀和短刀旋转 ， 立式长刀和短刀切割土壤并使土壤破 碎 。短刀切割出耕作带上 Y 型截面的 U 型部分 ， 耕作 层土壤高度疏松 ； 长刀切割出 Y 型截面的 I 型部分 ， 起到深松作用 ， 达到蓄水保墒目的 。 随着 Y 型立式旋 耕机在拖拉机的牵引下向前移动 ， 旋耕出 Y 型截面的
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立式旋耕机旋刀系统的设计及受力分析
1 2 3 1 曹丽芳 ， 张闯闯 ， 张峻晖 ， 刘存祥 ， 赵
皓
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பைடு நூலகம்
（ 1 ． 河南农业大学 机电工程学院 ， 郑州 450052 ） 摘 要：
450002 ； 2 ． 南阳农业职业学院 ， 南阳
473000 ； 3 ． 河南工程学院 ， 郑州
为达到土壤局部覆盖、 蓄水保墒、 节约资源和增产增收的目的， 设计了一种 Y 型立式旋耕机的旋耕刀系
统， 并 阐 述 了 其 结 构 组 成 及 工 作 原 理 。 通 过 SolidWorks 软 件 对 旋 耕 刀 进 行 了 结 构 设 计 ， 应用作图法对旋耕刀结构 立式旋耕刀在稳定切削土壤时的切向阻力主要由单 参数进行了分析。通过对单把立式旋耕刀的受力分析可知， 模拟出立式旋耕刀的运动轨 把 立 式 旋 耕 刀 的 动 态 切 削 阻 力 和 扰 动 阻 力 组 成 。 将 模 型 导 入 仿 真 软 件 ADAMS 中 ， 迹为余摆线， 通过添加参数， 模拟出单把立式旋耕刀 的 动 态 切 削 阻 力、 扰动阻力和切削阻力的变化曲线， 得到旋 耕刀的切削过程是一个周期性的变化过程， 并对单把立式旋耕刀的切向阻力进行了分析。 关键词： 旋耕刀； 立式； 受力分析； 仿真 中图分类号： S222． 3 ； S220． 3 文献标识码： A 文章编号： 1003 － 188X（ 2018 ） 08 － 0047 － 05
105 2 + 166 ． 19 2 － 120 2 ≈ 46 ʎ 2 ˑ 105 ˑ 166 ． 19
1． 立式旋耕长刀 2． 立式旋耕短刀 3． 圆盘 4． 胀紧套 5． 开口销 图2 Fig． 2 立式旋耕刀系统示意图 图4 Fig． 4 立式旋耕短刀作图法 Diagrammatic drawing of the vertical rotary blade systemlishi
收稿日期： 2017 － 04 － 12 基金项目： 河南省科技攻关项目 （ 162102210271 ） （ E － mail ） 作者简介： 曹丽芳 （ 1989 － ） ， 女， 河南民权人， 硕士研究生， 15038041749@ 139． com。 （E－ 通讯作者： 刘存祥（ 1958 － ） ， 男， 河南滑县人， 教授， 博士生导师， mail） 13598881238@ 139． com。