4N—3型檸條平茬機設計分析

趙浮萍

【摘 要】 分析論述了4N-3型檸條平茬機的切割機構、動力配置、安全裝置、提升機構、配重機構，檸條的排送裝置及其傳動系統參數的確定。

【關鍵詞】 檸條 鋸齒刀盤 排枝罩

4N-3型檸條平茬機（前置式）與小型輪式拖拉機配套，由發動機主軸輸出動力，經由發動機動力輸出，皮帶輪經二級傳動帶動兩變速箱變向變速，帶動水平排列的等腰三角形鋸齒盤高速旋轉，在機車前行時，實現對檸條枝條的切割，并在V型排枝罩的作用下，切割后的檸條向兩側后邊連續排送，完成檸條平茬作業。

1 主要結構組成

4N-3型檸條平茬機結構組成見圖1。

2 主要技術參數

4N-3型檸條平茬機外形尺寸（長×寬×高）為400mm×1150mm×1220mm，整機質量（加配重）為460kg，與拖拉機掛接形式為前置全懸掛，配套動力為23.53kW，割臺提升速度大于0.05m/s，割臺靜沉降性能不大于10mm，鋸齒盤配置數量為3個，鋸齒盤安裝形式為水平等腰三角形排列，割幅為1200mm，最低離地間隙為300mm，發動機額定轉速為2200r/min，大/小鋸齒刀盤轉速為1936r/min，作業速度為0～5km/h。

3 切割機構的設計

3.1 切割形式的確定

檸條莖稈纖維韌性較強，多年生長的檸條，木質化較為嚴重，必須采取鋸切的方式，可實施檸條的切割。

3.2 鋸齒盤直徑的確定

根據行播檸條的行距與幅寬所確定。實際測量，行播檸條的行距一般為500～600mm，每行幅寬一般為200mm左右，因此確定大刀盤直徑為600mm，兩后刀盤之間的軸中心距為620mm，兩后刀盤留有20mm的間距，兩刀盤外延之間的寬度（即有效切割幅寬）為1220mm，既保證同時切割兩行檸條，又保證小四輪拖拉機后輪順利通過。前鋸齒盤位于兩大鋸齒盤前方，確定齒盤直徑為500mm。

3.3 鋸齒盤位置排列形式的確定

針對種植密度大、長勢粗而高大的檸條，決定將鋸齒盤排列為水平等腰三角形結構，效果較好。與V型曲線排枝罩組合，不易發生堵塞。采用三鋸齒刀盤結構形式，形成等腰三角形結構，具有結構接湊、操作靈活的特點。兩后鋸齒刀盤平行水平排列，兩后鋸齒盤兩軸之間中心距為620mm，前鋸齒盤直徑為500mm，位于兩鋸齒盤前方的中心線上，小鋸齒盤的中心線與兩后鋸齒盤兩軸之間的中心線重合，形成三點等腰結構形式。

3.4 鋸齒刀盤單齒切削量的確定

刀盤的齒數、轉速和機組的前進速度這三者之間是一個配合關系，即單齒切削量由h△=確定，其中h△為單齒切削量（mm），N為鋸齒盤齒數，n為鋸齒盤轉速 r/min。已知機組作業最大前進速度v為5km/h，后鋸齒盤齒數N為157齒，前鋸齒盤齒數N為117齒，前后鋸齒盤轉速n均為1936r/min（32r/s），則單齒最大切削量h△大為0.27，單齒最小切削量h△小為0.37。經試驗，h△完全能夠滿足切削量要求。

刀齒線速度應為V′=D×π×n ，式中V′為齒盤線速度，D為鋸齒盤的直徑（大盤600mm，小盤500mm），n為齒盤轉速32r/s。則大鋸齒盤線速度為60.3，小鋸齒盤線速度為50.3。經試驗，、完全能夠滿足切削要求。

3.5 鋸齒刀盤齒形的確定

前鋸齒刀盤與兩后鋸齒刀盤的刀盤鋸齒形狀根據實際試驗進行選擇確定，前鋸齒刀盤和兩后鋸齒刀盤鋸齒參數主要為背角A和切割前角B，見圖2。經試驗，確定三鋸齒盤背角A為40°，切割前角B為20°時，可保證三鋸齒刀盤能達到最佳耐磨性能。

4 傳動系統參數的確定

4.1 傳動參數的確定

第1級傳動比i1由i1=確定，其中D1為柴油機動力輸出皮帶輪直徑120mm，D2為離合器皮帶輪直徑136mm，則i1為0.88。

第2級傳動比i2由i2=確定，其中D3為中間傳動輸出皮帶直徑136mm，D4為錐齒箱外側的皮帶輪直徑136mm，則i2為1。

錐齒輪傳動比i由i錐=確定，其中N1為主動齒輪的齒數 30齒，N2為從動齒輪的齒數30齒，則i錐為1。

那么，總傳動比為i總=i1×i2×i錐=0.88。

鋸齒刀盤轉速n刀=n額×i總，其中n額為柴油機額定轉速 2200r/min，則n刀為1936r/min。

4.2 傳動零件參數的確定

（1）錐齒輪參數的確定 采用類比法，參照與小四輪拖拉機配套的雙圓盤割草機中的齒輪參數。即模數為4mm，齒數為30齒，材料為45#鋼，表面淬火硬度為45～50HRC。（2）軸直徑的確定各傳動軸直徑以直徑較小的離合器軸進行扭曲強度計算確定所需的安全軸徑。離合器軸選取45#鋼，按扭曲強度公式計算，其中材料系數A值查表為11，代入d=A，其中d為扭曲強度計算后的軸徑（mm），N為傳遞功率23.53kW，n為工作轉速1936r/min，則d為25mm。實際軸徑為28mm，大于許用直徑。

經計算，全機其他軸件直徑均比離合器傳動軸徑大，傳動功率相同，因此，全部傳動軸承受扭曲強度較大，彎曲強度較小，可忽略不計，所有軸徑無需考慮計算彎曲強度所選軸徑要求。

5 動力配置

考慮到切割枝桿直徑小于35mm、割幅1.1m的檸條，便于操作，三圓盤切割的平茬收割機動力能耗在14.71～23.53kW，所以選擇具有機身窄、座位底、操作者身體側向活動空間大特點的小型輪式拖拉機。

6 安全裝置的確定

選用梯形牙嵌離合器。由于離合器結合時，有一定的沖擊性，設計材料用45#鋼，牙嵌部位淬火處理，硬度為40～46HRC。

7 提升機構的確定

選擇缸筒直徑為20 cm、最大工作行程長度為50cm的液壓油缸。

兩上拉桿連接板、兩上拉桿、下拉桿連接軸和兩下拉桿組成四連桿提升機構（見圖3）。該機構最低位置可放至地面，提升后離地最大高度為35cm。

8 前伸式彈性扶枝器的設置

前伸式彈性扶枝器由彈性圓鋼焊合而成，焊接或聯接在排枝罩前面中線下端部，扶枝器底部與排枝器底部為同一水平面內，排枝器伸出長度為320mm，上部為圓孤形，下部為直線形。扶枝器下端緊貼地面，伸到倒伏檸條叢的下邊枝叢，在拖拉機前行的作用下，由彈性圓孤桿將倒伏的枝條扶起完成平茬作業。設計的前伸式彈性扶枝器割凈率由原來的95%提高到98%～100%。

9 配重機構的設置

考慮到檸條大多被種植在地形復雜的地塊，并且為了提高拖拉機輪胎的附著力、機組的操向性能，使機組重心位置穩定、三鋸盤切割檸條性能可靠，所以必須設置配重裝置，而且所設的配重重量可隨機組作業要求，能進行調整。配重分為4塊，為鋼筋水泥結構的矩形塊，外表用薄鋼板焊合，每塊配重為45kg。

10 檸條的排送裝置

由于平茬收割機配置在拖拉機前方，故要保證切割后的檸條及時、通暢、連續地從兩側排送，就必須設計安全有效的排送裝置。

該機專門設計的排送裝置形狀為V型，兩側面為曲線型排枝板，選取合適的排送角度，以及選擇與刀盤合適的相互位置。

參考文獻

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